CN108768033B - 电机的扁线定子绕组结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机的扁线定子绕组结构，包括具有多个定子槽的定子铁芯和采用扁线在所述定子铁芯上绕制的各相绕组，每相所述绕组包括至少一个绕组单元，每个所述绕组单元包括第一U形线圈和第二U形线圈。在部分或全部所述第二U形线圈中，所有的所述第二U形线圈沿所述定子铁芯的周向方向依次连续设置，且一个所述第二U形线圈处于一个所述第一U形线圈的内侧，以形成一第一子单元。主要是在保证槽中导体按相带划分不变的前提下，解决现有技术中用量最多的跨距不同的线圈配比悬殊的问题，并能改善非焊接侧端部线圈之间空间紧张的问题。

Description

电机的扁线定子绕组结构

技术领域

本发明涉及电机结构领域，特别是涉及一种电机的扁线定子绕组结构。

背景技术

现有技术中低压电机定子绕组一般由漆包圆铜线绕制成线圈后，按照一定规律下线到定子槽中制成，其特点决定了电机的槽满率较低且端部尺寸太大，限制了电机效率和功率密度的提升。随着扁线绝缘技术的发展，扁线自身的耐压水平不断提高，原来用于48V汽车发电机的扁线绕组技术逐渐开始用于电压等级为几百伏的新能源汽车的驱动电机领域。

为改善电势波形，电机一般设计为分布式绕组，即每极每相槽数q≥2，这样每个相带的每对极下有q个线圈。在现有的扁线绕组结构中，每个线圈的上下层边跨定子槽数相等，仅在需要避免闭合时人为的短距(或长距)一个(或数个)定子槽。这样的绕组结构中，不论是从定子的插入侧或者焊接侧出线，除去引出线及跳线等异形线，剩下两到三种主要的线圈形式，这些主要的线圈中其中一种数量最多，另外一种或两种数量很少，这几种线圈所用数量比例相差悬殊。如要实现60槽、极对数5、每槽导体数4层的绕组结构，每条支路含有标准“U”形线圈18个：其中跨6个定子槽的有16个，跨5个定子槽的有2 个，两者比例为8：1。由于扁线绕组需要用设备预制成型，这样带来一个问题：在制作线圈时需要制作较多的工装或者配置较多的设备去制作所需数量较多的线圈，造成某条产线生产吃紧而另外的产线却闲置的情况发生。

而且，扁铜线从直线段成型为“U”形线圈的过程中，在线圈的顶部折弯处至少需要两次弯折，扁铜线绝缘层会有损伤。现有技术的绕线方式，线圈非焊接端绕组端部长度一致，每个线圈在端部互相“叠压”排列，导致线圈端部空间紧张，电机长期运行过程中会存在由于绝缘破坏而短路的风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电机的至少一个缺陷，提供一种电机的扁线定子绕组结构，主要是在保证槽中导体按相带划分不变的前提下，解决现有技术中用量最多的跨距不同的线圈配比悬殊的问题，并能改善非焊接侧端部线圈之间空间紧张的问题。

为此本发明提出了一种电机的扁线定子绕组结构，包括具有多个定子槽的定子铁芯和采用扁线在所述定子铁芯上绕制的各相绕组，每极每相槽数为2；

每相所述绕组包括至少一个绕组单元，每个所述绕组单元包括多个沿所述定子铁芯的周向方向依次设置的第一U形线圈和多个沿所述定子铁芯的周向方向均布的第二U形线圈；且在每个所述绕组单元中，所述第二U形线圈的数量比所述第一U形线圈的数量多1；其中

在部分或全部所述第二U形线圈中，所有的所述第二U形线圈沿所述定子铁芯的周向方向依次连续设置，且一个所述第二U形线圈处于一个所述第一U 形线圈的内侧，以形成一第一子单元；

每两个相邻的所述第一子单元中，采用波绕的接线方式使一个所述第一子单元的所述第二U形线圈的一个有效边与另一所述所述第一子单元的所述第一 U形线圈的一个有效边经焊接于其上的第一端接部分电连接，使一个所述第一子单元的所述第一U形线圈的一个有效边与另一所述所述第一子单元的所述第二U形线圈的一个有效边经焊接于其上的第二端接部分电连接；

每个所述绕组单元还包括两个导条，两个所述导条设置于未形成所述第一子单元的所述第二U形线圈的两侧，以形成一第二子单元；

采用波绕的接线方式，使所述第二子单元的所述第二U形线圈的每个有效边与其相邻的所述第一子单元的所述第一U形线圈的一个有效边经焊接于其上的第三端接部分电连接，使所述第二子单元的每个所述导条与其相邻的所述第一子单元的所述第二U形线圈的一个有效边经焊接于其上的第四端接部分电连接；而且，所述第一端接部分、所述第二端接部分、所述第三端接部分和所述第四端接部分的跨距相同。

进一步地，每相所述绕组包括第一绕组单元和第二绕组单元，所述第一绕组单元和所述第二绕组单元使用相同的所述定子槽。

进一步地，每相所述绕组还包括第三绕组单元和第四绕组单元，所述第三绕组单元和所述第四绕组单元使用相同的所述定子槽；且

所述第三绕组单元使用的一半所述定子槽与所述第一绕组单元使用的一半所述定子槽相同。

进一步地，所述第一绕组单元与所述第三绕组单元串联，所述第三绕组单元与所述第四绕组单元串联，所述第四绕组单元与所述第二绕组单元串联。

进一步地，所述第一绕组单元和所述第二绕组单元使用的所述定子槽布置成多组，每组具有两个所述定子槽；在每组所述定子槽中，所述第一绕组单元均处于所述第二绕组单元的内侧或外侧；在每相邻的两组所述定子槽中，在一组所述定子槽中，所述第一绕组单元处于第二绕组单元的内侧，在另一组所述定子槽中，所述第一绕组单元处于第二绕组单元的外侧。

进一步地，每个所述第一U形线圈的跨距与每个所述第二U形线圈的跨距之间的差值为2；

每个所述导条所在的所述定子槽挨着第二子单元的所述第二U形线圈所在的所述定子槽。

进一步地，所述定子槽为60个；第一U形线圈为4个，且所述第一U形线圈的跨距为7；所述第二U形线圈为5个，且所述第二U形线圈的跨距为5。

进一步地，每个所述定子槽的开口朝向所述定子铁芯的中心。

本发明的电机的扁线定子绕组结构中，特别是针对每极每相槽数为2的电机，由于每个绕组单元具有多个第一子单元，第一子单元的特殊布置形式和安装位置，使得定子槽中导体的按相带的划分不变，电机性能有所保证。而且，定子槽中所用数量最多的几种线圈，其数量比例基本均分，在设计设备产能时完全消除了某条产线生产吃紧而另外的产线却闲置的情况发生，极大的提高了生产效率。端接部分采用焊接连接的方式，跨距一致，端接部分生产方便，焊接方便，可很好地提高生产效率，节省成本。进一步地，线圈端部非焊接侧各相之间空间距离增大，防止因绝缘破坏而短路的风险，降低了故障发生的概率。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的扁线定子绕组结构的示意性结构图；

图2至图4分别是图1所示扁线定子绕组结构中U、V、W等各相绕组的示意性结构图；

图5是图1所示扁线定子绕组结构另一视角的示意性结构图；

图6是图1所示扁线定子绕组结构的示意性剖面图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的扁线定子绕组结构的示意性结构图。如图 1所示并参考图2至图6，本发明实施例提供了一种电机的扁线定子绕组结构。该扁线定子绕组结构可包括具有多个定子槽的定子铁芯40和采用扁线在定子铁芯40上绕制的各相绕组50。扁线可为扁铜线、方铜线等。一般情况下可在定子铁芯40上绕制三相绕组，例如U相、V相和W相。每相绕组包括至少一个绕组单元。当绕组单元为多个时，两个绕组之间可串联也可并联；进一步地，也可使部分绕组单元串联或并联形成单元组，然后单元组再进行串联或并联。

每极每相槽数可为2。每个绕组单元可包括多个沿定子铁芯40的周向方向依次设置的第一U形线圈10和多个沿定子铁芯40的周向方向均布的第二U形线圈20。在每个绕组单元中，第二U形线圈20的数量比第一U形线圈10的数量多1。

在部分或全部第二U形线圈20中，所有的第二U形线圈20沿定子铁芯 40的周向方向依次连续设置，且一个第二U形线圈20处于一个第一U形线圈 10的内侧，以形成一第一子单元。也就是说，在每个第一子单元中，第二U形线圈20的跨距小于第一U形线圈10，例如，每个第一U形线圈10的跨距与每个第二U形线圈20的跨距之间的差值为2。

连接时，可采用波绕的接线方式。具体地，每两个相邻的第一子单元中，采用波绕的接线方式使一个第一子单元的第二U形线圈20的一个有效边与另一第一子单元的第一U形线圈10的一个有效边经焊接于其上的第一端接部分电连接，使一个第一子单元的第一U形线圈10的一个有效边与另一第一子单元的第二U形线圈20的一个有效边经焊接于其上的第二端接部分电连接。

每个绕组单元还包括两个导条30，两个导条30设置于未形成第一子单元的第二U形线圈20的两侧，以形成一第二子单元。采用波绕的接线方式，使第二子单元的第二U形线圈20的每个有效边与其相邻的第一子单元的第一U 形线圈10的一个有效边经焊接于其上的第三端接部分电连接，使第二子单元的每个导条30与其相邻的第一子单元的第二U形线圈20的一个有效边经焊接于其上的第四端接部分电连接。每个导条30可用作引出线、与其他绕组单元串联或并联的连接头等。优选地，每个第一U形线圈10的跨距与每个第二U形线圈20的跨距之间的差值优选为2，每个导条30所在的定子槽可挨着第二子单元的第二U形线圈20所在的定子槽。

设置第一子单元、第二子单元、两个导条30以及特别地连接方式，可使槽中所用数量最多的几种线圈，其数量比例基本均分，且可使焊接于其上的第一端接部分、第二端接部分、第三端接部分和第四端接部分所跨定子槽数一致。端接部分也可称为端扭头。焊接端扭头时所跨定子槽数一致，扭头工装简单且焊点焊接时规律一致，便于实现自动化。

在该实施例中，首先定子槽中导体的按相带的划分可不变，电机性能有所保证。其次，槽中所用数量最多的几种线圈，其数量比例基本均分，在设计设备产能时完全消除了某条产线生产吃紧而另外的产线却闲置的情况发生，极大的提高了生产效率。再次，从电机轴线上看，跨距小的第二U形线圈20位于跨距大的第一U形线圈10内侧(即近于铁芯侧)，这样三相绕组排布后，三相绕组相互之间的空间距离更大，三相绕组的折弯处彼此具有更可靠的安全距离，对于提高电机的可靠性有很大帮助，使得线圈端部非焊接侧各相之间空间距离增大，降低了故障发生的概率。

在本发明的一些实施例中，如图2至图4所示，每相绕组包括第一绕组单元和第二绕组单元，第一绕组单元和第二绕组单元使用相同的定子槽。第一绕组单元和第二绕组单元可构成一个支路。进一步地，每相绕组还可包括第三绕组单元和第四绕组单元，第三绕组单元和第四绕组单元使用相同的定子槽。第三绕组单元和第四绕组单元可构成另一支路。优选地，第三绕组单元使用的一半定子槽与第一绕组单元使用的一半定子槽相同。第三绕组单元使用的另一半定子槽与第一绕组单元使用的另一半定子槽处于共用的定子槽的两侧。

具体地，第一绕组单元与第三绕组单元串联，第三绕组单元与第四绕组单元串联，第四绕组单元与第二绕组单元串联。

在本发明的一些实施例中，定子槽中扁线设置沿定子槽的宽度方向(即定子铁芯40的径向方向)依次设置，构成多层波绕组结构。具体地，第一绕组单元和第二绕组单元使用的定子槽布置成多组，每组具有两个定子槽；在每组定子槽中，第一绕组单元均处于第二绕组单元的内侧或外侧；在每相邻的两组定子槽中，在一组定子槽中，第一绕组单元处于第二绕组单元的内侧，在另一组定子槽中，第一绕组单元处于第二绕组单元的外侧。

在本发明的一些实施例中，每个定子槽的开口朝向定子铁芯40的中心。定子槽为60个，具有5对极，即60槽5对极；第一U形线圈10为4个，且第一U形线圈10的跨距为7；第二U形线圈20为5个，且第二U形线圈20的跨距为5；且每相绕组具有四个绕组单元，即构成四层波绕组结构。这样设置，即可从附图2中也可看出，每相绕组共有36个标准“U”形线圈、2个跨层的异形线、1个同层的异形线及两根引出线用的半线圈。这36个标准“U”形线圈每条支路含有18个：其中跨5个定子槽有10个，即第二U形线圈20为10 个，跨7个定子槽的有8个，即第一U形线圈10为8个，两者比例为5：4，接近于1比1。与背景技术中的现有技术相比，本发明实施例能够最大程度的利用设备产能，使得产线布局更加合理，提高了生产效率。

在本发明的一些实施例中，定子槽的数量可为48个，具有4对极；或者定子槽的数量为36个，具有3对极；或者定子槽的数量为72个，具有6对极。相应地，相对于60槽5对极，第一U形线圈和第二U形线圈的数量相应改变即可。

在本发明的一些实施例中，每相绕组还包括第五绕组单元和第六绕组单元。进一步地，第五绕组单元和第六绕组单元可使用相同的定子槽。在本发明的另一些实施例中，每相绕组还进一步包括第七绕组单元和第八绕组单元。进一步地，第七绕组单元和第八绕组单元可使用相同的定子槽。这样设置使得每个定子槽内可具有2个导体、4个导体、6个导体、8个导体等偶数个导体数情形。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (2)

1.一种电机的扁线定子绕组结构，包括具有多个定子槽的定子铁芯和采用扁线在所述定子铁芯上绕制的各相绕组，每极每相槽数为2；其特征在于：

每相所述绕组包括至少一个绕组单元，每个所述绕组单元包括多个沿所述定子铁芯的周向方向依次设置的第一U形线圈和多个沿所述定子铁芯的周向方向均布的第二U形线圈；且在每个所述绕组单元中，所述第二U形线圈的数量比所述第一U形线圈的数量多1；

其中在部分或全部所述第二U形线圈中，所有的所述第二U形线圈沿所述定子铁芯的周向方向依次连续设置，且一个所述第二U形线圈处于一个所述第一U形线圈的内侧，以形成一第一子单元；

每两个相邻的所述第一子单元中，采用波绕的接线方式使一个所述第一子单元的所述第二U形线圈的一个有效边与另一所述所述第一子单元的所述第一U形线圈的一个有效边经焊接于其上的第一端接部分电连接，使一个所述第一子单元的所述第一U形线圈的一个有效边与另一所述所述第一子单元的所述第二U形线圈的一个有效边经焊接于其上的第二端接部分电连接；

每个所述绕组单元还包括两个导条，两个所述导条设置于未形成所述第一子单元的所述第二U形线圈的两侧，以形成一第二子单元；

采用波绕的接线方式，使所述第二子单元的所述第二U形线圈的每个有效边与其相邻的所述第一子单元的所述第一U形线圈的一个有效边经焊接于其上的第三端接部分电连接，使所述第二子单元的每个所述导条与其相邻的所述第一子单元的所述第二U形线圈的一个有效边经焊接于其上的第四端接部分电连接；

所述第一端接部分、所述第二端接部分、所述第三端接部分和所述第四端接部分的跨距相同；

每相所述绕组包括第一绕组单元和第二绕组单元，所述第一绕组单元和所述第二绕组单元使用相同的所述定子槽；

每相所述绕组还包括第三绕组单元和第四绕组单元，所述第三绕组单元和所述第四绕组单元使用相同的所述定子槽；

所述第三绕组单元使用的一半所述定子槽与所述第一绕组单元使用的一半所述定子槽相同；

所述第一绕组单元与所述第三绕组单元串联，所述第三绕组单元与所述第四绕组单元串联，所述第四绕组单元与所述第二绕组单元串联；

所述第一绕组单元和所述第二绕组单元使用的所述定子槽布置成多组，每组具有两个所述定子槽；在每组所述定子槽中，所述第一绕组单元均处于所述第二绕组单元的内侧或外侧；在每相邻的两组所述定子槽中，在一组所述定子槽中，所述第一绕组单元处于第二绕组单元的内侧，在另一组所述定子槽中，所述第一绕组单元处于第二绕组单元的外侧；

每个所述第一U形线圈的跨距与每个所述第二U形线圈的跨距之间的差值为2；

每个所述导条所在的所述定子槽挨着第二子单元的所述第二U形线圈所在的所述定子槽；

所述定子槽为60个；第一U形线圈为4个，且所述第一U形线圈的跨距为7；所述第二U形线圈为5个，且所述第二U形线圈的跨距为5。

2.根据权利要求1所述的扁线定子绕组结构，其特征在于，

每个所述定子槽的开口朝向所述定子铁芯的中心。