[发明专利]抑制顶匝线圈涡流损耗和温升的电机定子绕组

说明书

本发明提供一种抑制顶匝线圈涡流损耗和温升的电机定子绕组，属于电机技术领域，顶匝线圈是指定子槽内最靠近气隙的绕组导体，所述的电机定子绕组包括中空矩形导体。电机定子绕组还包括实心矩形导体；其中，最靠近气隙的顶匝线圈开始向下至少布置一层所述中空矩形导体，其余为实心矩形导体；中空矩形导体与对应的线圈下层边实心矩形导体之间通过电机端部连结，构成一匝完整线圈。本发明降低了靠近气隙的顶匝及其附近绕组涡流损耗大、温升过高、导体间温差过大等问题，提高了电机使用寿命和可靠性；可有效抑制靠近气隙的顶匝及其附近导体因横向漏磁通产生的涡流损耗，降低顶匝及其附近导体温度，降低槽内导体间温差以及由温度分布不均产生的热应力。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种电动汽车用抑制顶匝线圈涡流损耗和温升的电机定子绕组。

背景技术

随着新能源电动汽车技术的快速发展，其产量和销量都获得很大的提升。提高电机的效率和功率密度是减少充电次数和增加行驶里程非常重要的途径。目前采用矩型槽和矩形定子绕组不仅提高槽满率，而且还可以提高电机的效率和功率密度，是最有效的方法之一，同时这种矩形槽和矩形定子绕组具有导热性好、效率高等优点。但是由于定子横向漏磁通的作用，定子绕组顶匝线圈涡流高，且靠近气隙远离定子轭部不利于散热，因此引起定子顶匝线圈温度明显高于其他线圈边温度。尤其是在重载时，定子温度可能超过绝缘耐受的温度。如果转子嵌放永磁体，定子的顶匝温度高，产生热量通过气隙会引起转子永磁体温度过高，严重时转子永磁体发生热失磁。永磁体失磁后气隙磁密降低，引起电枢绕组电流增大，进而引发电枢绕组温度进一步升高，导致电机效率降低或定子绕组烧毁等严重后果。

发明内容

矩形定子绕组具有槽满率高、功率密度大以及效率高等优点，但是由于定子横向漏磁通且矩形定子绕组线圈表面积较大，容易产生相比于散线导体更大的涡流。且绕组顶匝线圈靠近气隙且距离定子轭部远不利于散热，导致该区域股线温度明显高于其它股线温度，温度过高可能造成股线绝缘材料寿命降低甚至超过绝缘耐受温度。同时过高温度通过气隙传递至转子永磁体，导致永磁体温度升高，甚至可能导致转子永磁体局部失磁故障，进而引发电枢绕组电流增加，温度进一步升高，甚至电枢绕组烧毁等严重后果。针对上述问题本发明设计了一种可抑制顶匝及其附近线圈涡流损耗和温升的电机定子绕组。该定子绕组可以是中空矩形导绕组、中空矩形导体与实心矩形导体混合绕组、散线导体与实心矩形导体混合绕组或表面开槽的实心矩形导体绕组。既抑制了顶匝及其附近导体涡流损耗和温升，又具有矩形导体槽满率、效率高的优点。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供一种抑制顶匝线圈涡流损耗和温升的电机定子绕组，所述的中空矩形导体绕组，电机定子绕组全部为中空矩形导体绕制而成，便于自动化生产加工和装配。

所述的中空矩形导体绕组空腔内可通入冷却液、冷却气体或填充绝缘等材料。

优选地，所述的中空矩形导体绕组空腔内填充的冷却液(如氟化液等)，沸点应选用80℃-100℃，且常温常压下为液态，当导体温度达到冷却液沸点温度后，空腔内冷却液气化吸收热量，当冷却液气化后膨胀，扩散至端部冷却，冷却后再次凝结为液态回流至槽内有效导体段空腔内，以此相变方式将热量从定子槽内快速传导至定子端部。

所述的中空矩形导体和实心矩形导体混合绕组，电机的定子绕组中既含有中空矩形导体，也包括矩形实心导体。

优选地，所述的中空矩形导体主要分布于定子槽内靠近气隙的顶匝及其附近位置，可布置一层或若干层中空矩形导体。

所述的中空矩形导体与所述的实心矩形导体通过电机端部连结构成一匝完整线圈。

所述的中空矩形导体可表面轴向开槽、对定子槽内有效导体段分段处理或空腔内填充冷却液(如氟化液等)，亦或是上述三种处理方式任一或全部组合。