一种兼容平行齿和平行槽的电机定子结构

本发明涉及电机定子结构，尤其涉及一种兼容平行齿和平行槽的电机定子结构。

背景技术：

1、随着新能源汽车、电动航空和高速驱动系统对电机功率密度和效率要求不断提高，矩形截面扁线绕组因槽满率高、端部长度短、绕组排列规整、导热路径明确等优点得到广泛应用。与传统圆线绕组相比，扁线绕组能够在有限定子槽空间内布置更高比例铜导体，从而降低绕组直流电阻并提高电机转矩输出能力。

2、在高速和高电频工况下，靠近气隙和槽口区域的扁线更容易受到齿槽漏磁、空间谐波磁场、端部漏磁、集肤效应和邻近效应影响。由于矩形截面扁线宽度和厚度较大，其内部容易形成较大的等效涡流回路，导致槽口侧扁线的交流附加损耗、涡流损耗和局部发热通常明显高于槽底侧扁线。

3、现有槽内直接冷却方案能够通过扁线之间、扁线与槽壁之间或绕组与铁芯之间的冷却油路缩短传热路径，但其流道形态往往由定子槽型和导体排列被动决定，未必与绕组热源分布相匹配。

4、如图1所示，在平行齿结构中，定子齿沿径向近似等宽，有利于提高槽面积和槽内铜导体布置空间，当在左右绕组之间设置冷却流道时，等规格扁线容易使流道形成槽口侧较窄、槽底侧较宽的倒梯形或近似倒梯形截面。然而，该结构造成槽口侧强热源区域通流面积、局部湿周和有效换热边界不足，而槽底侧热源相对较弱却获得较大通流面积，形成冷却能力与热源分布不匹配的问题。

5、如图2所示，在平行槽结构中，冷却流道较容易形成矩形或近似矩形截面，有利于获得较均匀的流速分布和换热边界。然而，单纯平行槽可能导致相邻定子齿齿部宽度分布不合理、齿部面积利用不足或局部磁密偏高，进而限制高转矩密度电机的进一步提升。

6、因此，亟需一种新的电机定子结构，在平行齿结构中将原倒梯形冷却流道优化为矩形或近似矩形流道，在平行槽结构中通过梯形槽或局部梯形槽提高齿部面积利用率，并在相同冷却流量和相近最高温升条件下提高电机热受限输出转矩。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，用以解决平行齿结构中槽口区域发热严重但倒梯形中部流道槽口侧冷却液通流能力不足的问题，以及平行槽结构中流道较均匀但槽有效面积和齿部面积利用率不足的问题的问题。

2、一方面，本发明实施例提供一种兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，包括定子铁芯和扁线绕组，所述定子铁芯具有定子槽；所述扁线绕组包括多个第一扁线和多个第二扁线，多个所述第一扁线和多个所述第二扁线均沿所述定子铁芯的径向对称布置于所述定子槽内，所述第一扁线靠近所述定子槽的槽口设置，所述第二扁线远离所述定子槽的槽口设置，所述第一扁线的宽度小于所述第二扁线的宽度，多个所述第一扁线之间以及多个所述第二扁线之间形成双锥体或矩形的冷却流道。

3、进一步地，所述定子铁芯包括定子轭和多个定子齿，多个所述定子齿的一端与所述定子轭连接，任意相邻两个所述定子齿之间形成所述定子槽。

4、进一步地，所述定子齿的两侧壁平行设置，所述冷却流道呈双锥体。

5、进一步地，所述定子槽具有沿所述定子铁芯径向方向延伸的中心线，多个所述第一扁线到所述中心线的距离沿所述定子铁芯的径向方向依次增大，多个所述第二扁线到所述中心线的距离沿所述定子铁芯的径向方向依次增大。

6、进一步地，所述定子槽的两侧壁平行设置，所述冷却流道呈矩形。

7、进一步地，所述定子槽具有沿所述定子铁芯径向方向延伸的中心线，多个所述第一扁线以及多个所述第二扁线到所述中心线的距离均相等。

8、进一步地，还包括设于所述定子槽内的保护层。

9、进一步地，所述保护层包括包裹多个所述第一扁线以及多个所述第二扁线外部的绕组绝缘层。

10、进一步地，所述保护层包括设于相邻两个所述第一扁线之间、相邻两个所述第二扁线之间以及所述第一扁线和所述第二扁线之间的槽内注漆层。

11、进一步地，所述保护层包括设于所述定子槽内壁的槽壁绝缘层。

12、与现有技术相比：

13、1、从热管理角度看，槽口侧扁线靠近气隙，是典型强热源区域。本发明通过槽口侧窄薄第一扁线释放流道空间，使中部的冷却流道形成矩形或近似矩形截面，从而提高槽口侧冷却介质通流面积和局部换热能力。

14、2、从电磁损耗角度看，第一扁线的截面厚度或宽度减小后，其在交变磁场中的等效涡流回路尺寸减小，能够降低槽口侧交流附加损耗；第二扁线布置在槽底侧，受高频漏磁影响相对较弱，因此可以采用较大导体截面积降低直流电阻和直流铜耗。

15、3、从结构转矩提升角度看，传统等规格扁线结构往往受槽口热点限制，难以继续提高整体电流等级。本发明通过降低槽口热点、提高槽底侧导体截面积并改善流道换热均匀性，使电机在不增加冷却流量的情况下获得更高热裕度。该热裕度可用于提高允许相电流、提高热受限持续转矩，或者在相同转矩下降低最高温升和改善可靠性。

1.一种兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，其特征在于，所述定子铁芯包括定子轭和多个定子齿，多个所述定子齿的一端与所述定子轭连接，任意相邻两个所述定子齿之间形成所述定子槽。

3.根据权利要求2所述的兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，其特征在于，所述定子齿的两侧壁平行设置，所述冷却流道呈双锥体。

4.根据权利要求3所述的兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，其特征在于，所述定子槽具有沿所述定子铁芯径向方向延伸的中心线，多个所述第一扁线到所述中心线的距离沿所述定子铁芯的径向方向依次增大，多个所述第二扁线到所述中心线的距离沿所述定子铁芯的径向方向依次增大。

5.根据权利要求2所述的兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，其特征在于，所述定子槽的两侧壁平行设置，所述冷却流道呈矩形。

6.根据权利要求5所述的兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，其特征在于，所述定子槽具有沿所述定子铁芯径向方向延伸的中心线，多个所述第一扁线以及多个所述第二扁线到所述中心线的距离均相等。

7.根据权利要求1所述的兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，其特征在于，还包括设于所述定子槽内的保护层。

8.根据权利要求7所述的兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，其特征在于，所述保护层包括包裹多个所述第一扁线以及多个所述第二扁线外部的绕组绝缘层。

9.根据权利要求7所述的兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，其特征在于，所述保护层包括设于相邻两个所述第一扁线之间、相邻两个所述第二扁线之间以及所述第一扁线和所述第二扁线之间的槽内注漆层。

10.根据权利要求7所述的兼容平行齿和平行槽的电机定子结构，其特征在于，所述保护层包括设于所述定子槽内壁的槽壁绝缘层。