本發(fā)明屬于電機(jī)導(dǎo)體繞組技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種混合導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)及具有該繞組結(jié)構(gòu)的電機(jī)及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著氣候惡化和能源短缺的日益嚴(yán)重，可持續(xù)的綠色出行方案受到了環(huán)保人士的極力推崇和政府的大力推廣。相對于傳統(tǒng)燃油汽車，電動汽車因具有零排放或排放小的優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，大力推廣電動汽車已成為國家減輕環(huán)境污染和實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)彎道超車的重要舉措。然而，電動汽車相對于傳統(tǒng)燃油汽車，存在價格較貴、續(xù)航里程低等問題。因此降低電動汽車生產(chǎn)成本，減輕整車重量，提高驅(qū)動系統(tǒng)效率，從而增加續(xù)航里程，對電動汽車的進(jìn)一步發(fā)展和推廣有著重大意義。

驅(qū)動電機(jī)作為電動汽車的“三大電”(電池，電控，電機(jī))之一，其重量、體積和成本必須控制在一定的范圍之內(nèi)，以為電池和汽車內(nèi)部提供更多的空間，從而提高續(xù)航里程和增強(qiáng)乘坐舒適性，并且降低整個系統(tǒng)的成本，提高其在驅(qū)動電機(jī)市場的競爭力。隨著電動汽車銷量的增大，驅(qū)動電機(jī)的市場需求極為旺盛，批量自動化生產(chǎn)驅(qū)動電機(jī)，利用規(guī)模效應(yīng)和自動化技術(shù)降低電機(jī)生產(chǎn)制造成本，成為了各大電機(jī)制造廠商增強(qiáng)其市場競爭力的重要途徑。然而傳統(tǒng)驅(qū)動電機(jī)定子繞組采用漆包線，一個線圈包含多根圓形銅導(dǎo)線，定子需要手工下線，下線時，導(dǎo)線需要通過狹小的定子槽開口，這使得下線工藝時間成本很高，制約著電機(jī)廠商的生產(chǎn)效率和產(chǎn)能。另外，傳統(tǒng)電機(jī)繞組端部較長，端部繞組緊密纏繞在一起，需要增加端部繞組相間與層間絕緣，因此散熱困難，絕緣材料用量大，成本高。而且，傳統(tǒng)繞組采用漆包線，這使得電機(jī)槽滿率不高，銅耗增大并且槽內(nèi)繞組散熱性能變差。另外，傳統(tǒng)電機(jī)繞組端部較長，散熱困難，這些缺點(diǎn)使得采用新的繞組結(jié)構(gòu)、簡化下線技術(shù)成為了一件極為緊迫的事情。

為了解決傳統(tǒng)繞組手工下線困難的問題，矩形銅導(dǎo)體繞組引起了電機(jī)制造商極大的興趣。各大國內(nèi)外整車廠的新款電動汽車也開始大規(guī)模使用矩形銅導(dǎo)體繞組。其由一根根銅導(dǎo)體扭曲成發(fā)夾狀，然后插入或由槽口嵌入定子槽內(nèi)，最后各個銅導(dǎo)體端部按照一定的接線方式端部焊接而形成。其繞組導(dǎo)體布置如圖1所示。這種技術(shù)方案便于自動化下線，可以增大槽滿率，其端部短，使得電機(jī)更為緊湊，另外其繞組等效導(dǎo)熱系數(shù)較大，端部繞組導(dǎo)體之間無接觸或接觸少，因此，端部絕緣用量少，絕緣成本減低，另外，端部導(dǎo)體與空氣的接觸面積及其熱輻射面積大，因此熱性能更好。

然而，矩形導(dǎo)體繞組導(dǎo)體截面積大，在電機(jī)高速運(yùn)行時，會產(chǎn)生很大的交流銅耗，特別在定子槽口位置處，交流銅耗會更大，這會降低電機(jī)效率，而且可能會引起繞組的局部過熱和絕緣損壞。另外，相比于傳統(tǒng)漆包線繞組，電機(jī)雖然槽滿率增大，但是銅的用量更多，由于銅的密度很大，價格也較貴，電機(jī)的重量和成本因此也會上升。因此，怎樣在使用矩形銅導(dǎo)體繞組的同時，降低其高速交流銅耗，成為了繞組設(shè)計(jì)的一個挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種混合導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)及具有該繞組結(jié)構(gòu)的電機(jī)，其繞組采用低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體組合的方式，綜合了導(dǎo)體電阻率高降低直流銅耗和導(dǎo)體電阻率抑制交流損耗的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供一種混合導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)，其特征在于，該導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)包括：低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體，所述低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體分別彎折成發(fā)夾狀后，插入或嵌入定子槽中；

其中，所述低電阻率導(dǎo)體的設(shè)置于所述定子的槽口處，所述高電阻率導(dǎo)體設(shè)置于所述定子的槽底處；以及

端部接線環(huán)，用于實(shí)現(xiàn)所述低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體端部的固定連接，從而形成混合導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述端部接線環(huán)包括端板、中性點(diǎn)連接環(huán)和三相繞組連接環(huán)，其中，所述中性點(diǎn)連接環(huán)和三相繞組連接環(huán)固定在端板的開槽中。

進(jìn)一步地，所述三相繞組連接環(huán)上設(shè)有端部接頭，用于作為所述高電阻率導(dǎo)體和低電阻率三相繞組連接環(huán)的過渡接頭，防止其產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

優(yōu)選地，所述定子槽中可插入多層低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體，其中一層所述低電阻率導(dǎo)體設(shè)置于所述定子的槽口處，其他各層所述低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體可交替設(shè)置，也可相鄰設(shè)置。

優(yōu)選地，所述低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體為四層。

優(yōu)選地，所述低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體為六層。

優(yōu)選地，所述定子槽內(nèi)布置兩層所述低電阻率導(dǎo)體、四層所述高電阻率導(dǎo)體。

優(yōu)選地，所述定子槽內(nèi)布置四層所述低電阻率導(dǎo)體、兩層所述高電阻率導(dǎo)體。

按照本發(fā)明的另一個方面，提供一種電機(jī)，該電機(jī)包括所述的混合導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)。

按照本發(fā)明的另一個方面，提供一種電動汽車，包括所述的電機(jī)。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明的混合導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)，繞組采用低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體組合的方式，綜合了導(dǎo)體電阻率高降低直流銅耗和導(dǎo)體電阻率抑制交流損耗的優(yōu)點(diǎn)。

(2)電機(jī)一個定子槽內(nèi)布置多層低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體，其中上層靠近槽口的導(dǎo)體為低電阻率導(dǎo)體，以抑制槽口處較大的交流損耗。

(3)采用多層低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體組合的方式，可以對低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體的截面面積進(jìn)行優(yōu)化，找到最佳的兩者截面面積配合比，從而從整體上降低繞組交流損耗、成本及重量。

(4)為了避免低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體連接時的電化學(xué)腐蝕問題，以及繞組端部接線復(fù)雜困難的問題，提出了一種具有過渡接頭的端部接線環(huán)，該接線方法避免了低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體的直接接觸，并且簡化了端部接線的工藝。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中普通矩形銅導(dǎo)線繞組結(jié)構(gòu)示意圖(一個槽四層導(dǎo)體)；

圖2為本發(fā)明實(shí)施中的一種電機(jī)混合導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)示意圖(一個槽四層導(dǎo)體)；

圖3為本發(fā)明實(shí)施中的一種電機(jī)混合導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)示意圖(一個槽四層導(dǎo)體)；

圖4為本發(fā)明實(shí)施中的一種電機(jī)混合導(dǎo)體繞組涉及的單根導(dǎo)體及定子鐵心結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施中的一種電機(jī)混合導(dǎo)體繞組涉及的混合矩形導(dǎo)體繞組三維圖(一個槽四層導(dǎo)體)；

圖6為本發(fā)明實(shí)施中的一種電機(jī)混合導(dǎo)體繞組涉及的混合矩形導(dǎo)體繞組三維圖(一個槽六層導(dǎo)體，二層鋁導(dǎo)體)；

圖7為本發(fā)明實(shí)施中的一種電機(jī)混合導(dǎo)體繞組涉及的混合矩形導(dǎo)體繞組三維圖(一個槽六層導(dǎo)體，二層鋁導(dǎo)體)；

圖8為本發(fā)明實(shí)施中的一種電機(jī)混合導(dǎo)體繞組涉及的混合矩形導(dǎo)體繞組三維圖(一個槽六層導(dǎo)體，二層鋁導(dǎo)體)；

圖9為本發(fā)明實(shí)施中的一種電機(jī)混合導(dǎo)體繞組涉及的混合矩形導(dǎo)體繞組三維圖(一個槽六層導(dǎo)體，二層鋁導(dǎo)體)；

圖10為本發(fā)明實(shí)施中的一種電機(jī)混合導(dǎo)體繞組端部接線環(huán)(一個槽四層導(dǎo)體)。

所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-定子槽1、2-定子槽2、3-矩形銅導(dǎo)體、4-矩形鋁導(dǎo)體、5-定子鐵心、6-導(dǎo)體、7-端部接頭、8-端部引出線、9-端板、10-中心點(diǎn)接線環(huán)、11-A相接線環(huán)、12-B相接線環(huán)、13-C相接線環(huán)、14-三相引出線板。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖2為本發(fā)明實(shí)施中的一種電機(jī)混合導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)示意圖(一個槽四層導(dǎo)體)。如圖2所示，混合導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)由銅矩形導(dǎo)體和鋁矩形導(dǎo)體組成，其中鋁矩形導(dǎo)體置于定子槽口處，以減小產(chǎn)生的交流損耗。如圖2所示，以一個槽內(nèi)布置4層導(dǎo)體為例來說明導(dǎo)體排布方式和下線工藝。一根矩形導(dǎo)體先彎折成發(fā)夾狀，然后形成的兩個導(dǎo)體邊分別插入兩個布置了槽絕緣的定子槽中。

如圖2所示，其中鋁矩形導(dǎo)體的一個導(dǎo)體邊為一個定子槽中的第一層導(dǎo)體，另一個導(dǎo)體邊為另一個定子槽的第三層導(dǎo)體，銅矩形導(dǎo)體的一個導(dǎo)體邊為一個定子槽中的第二層導(dǎo)體，另一個導(dǎo)體邊為另一個定子槽的第四層導(dǎo)體。

圖3為本發(fā)明實(shí)施中的一種電機(jī)混合導(dǎo)體繞組結(jié)構(gòu)示意圖(一個槽四層導(dǎo)體)。如圖3所示，其中鋁矩形導(dǎo)體的一個導(dǎo)體邊為定子槽1中的第一層導(dǎo)體，另一個導(dǎo)體邊為定子槽2中的第二層導(dǎo)體，銅矩形導(dǎo)體的一個導(dǎo)體邊為定子槽1中的第三層導(dǎo)體，另一個導(dǎo)體邊為定子槽2中的第四層導(dǎo)體。

所有導(dǎo)體沿定子圓周插入后，端部再進(jìn)行扭曲和連接，其三維圖如圖4所示，繞組端部形成兩層，內(nèi)層為鋁導(dǎo)體繞組，外層為銅導(dǎo)體繞組。由于銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體電阻率的不同及其重量和成本的差異，可以對銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體的截面面積進(jìn)行優(yōu)化，以提高電機(jī)整體效率、降低繞組成本和重量。

為了進(jìn)一步降低交流損耗或者增大繞組匝數(shù)，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，可以在一個槽內(nèi)布置多層導(dǎo)體。一個槽內(nèi)有六層導(dǎo)體時，槽內(nèi)繞組的布置有四種情況，分別如圖6、圖7、圖8和圖9所示。圖6中，一個槽內(nèi)只有二層矩形鋁導(dǎo)體，圖7中，一個槽內(nèi)有四層鋁導(dǎo)體，圖8中，一個槽內(nèi)只有二層矩形鋁導(dǎo)體，圖9中，一個槽內(nèi)有二層鋁導(dǎo)體。其他更多繞組層數(shù)的情況，將會出現(xiàn)更多的類似的繞組導(dǎo)體排布方案，這里不一一列出。

以圖6為例說明其導(dǎo)體的布置形式，其他層數(shù)的布置形式類似，如圖6所示，鋁導(dǎo)體的一個導(dǎo)體邊為一個定子槽1中的第一層導(dǎo)體，另一個導(dǎo)體邊為定子槽2中的第四層導(dǎo)體，銅導(dǎo)體的一個導(dǎo)體邊為定子槽1中的第二層導(dǎo)體，另一個導(dǎo)體邊為定子槽2中的第五層導(dǎo)體，鋁導(dǎo)體的一個導(dǎo)體邊為一個定子槽1中的第三層導(dǎo)體，另一個導(dǎo)體邊為定子槽2中的第六層導(dǎo)體。

為了避免由于銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體連接時，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕而損壞連接接頭，并且簡化中性點(diǎn)、端部接線和引出線的結(jié)構(gòu)和連接工藝，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，提出一種針對此類混合矩形繞組的端部接線環(huán)。如圖7所示，端部接線環(huán)由端板、四個接線環(huán)及三相引出線板組成，四個接線環(huán)分別為中性點(diǎn)連接環(huán)和三相繞組連接環(huán)，并且四個接線環(huán)可以固定在端板上開出的槽中。由于接線環(huán)為銅材，需要在鋁導(dǎo)體和接線環(huán)連接的位置以及銅導(dǎo)體與鋁導(dǎo)體之間布置銅鋁導(dǎo)體過渡接頭(如圖7所示)，或者采用鋁上鍍銅、銅上鍍錫、壓接法、閃光焊、摩擦焊、釬焊及履銅鋁板等方式來連接，以避免銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體之間的電化學(xué)腐蝕，提高電機(jī)的可靠性。

本發(fā)明提出的混合矩形導(dǎo)體繞組，其由多種材料性質(zhì)的導(dǎo)體混合組成，以兩種導(dǎo)體銅矩形導(dǎo)體和鋁矩形導(dǎo)體為例，其中鋁矩形導(dǎo)體置于定子槽口處，以減小導(dǎo)體中產(chǎn)生的交流損耗，降低槽口導(dǎo)體局部過熱而引起絕緣損壞的風(fēng)險(xiǎn)。并且由于采用鋁導(dǎo)體，其繞組成本和重量可以分別下降36％和35％以上。提出的新的驅(qū)動電機(jī)繞組上述優(yōu)勢將會有效降低電動汽車整車重量、成本和能耗，從而提高電動汽車的續(xù)航里程，提高其市場競爭力。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，優(yōu)選實(shí)施例中以低電阻率的銅和高電阻率的鋁為例來說明發(fā)明方案，當(dāng)一個槽內(nèi)導(dǎo)體數(shù)較多時，可以使用多種電阻率導(dǎo)體組合的方式，并不局限于僅使用兩種電阻率的銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體，還可以是多種電阻率的導(dǎo)體配合使用，具體的導(dǎo)體種類根據(jù)實(shí)際需要確定。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，實(shí)施例中給出了效果較優(yōu)的銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體的層數(shù)，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例中給出的銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體的層數(shù)，可以取實(shí)施例中的四層、六層，還可以取八層、十層、十二層等，具體的銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體的層數(shù)根據(jù)實(shí)際需要確定。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，實(shí)施例中給出了效果較優(yōu)的銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體的布置形式，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例中給出的銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體的布置形式，所述定子槽中可插入多層低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體，其中一層所述低電阻率導(dǎo)體設(shè)置于所述定子的槽口處，其他各層所述低電阻率導(dǎo)體和高電阻率導(dǎo)體可交替設(shè)置，也可相鄰設(shè)置，具體銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體的布置形式根據(jù)實(shí)際需要確定。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。