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CN111371223A - 一种定子绕组、具有其的定子、电机和车辆 - Google Patents

一种定子绕组、具有其的定子、电机和车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种定子绕组、定子、电机及车辆，定子绕组包括多组绕组支路，每组绕组支路包括两个并联的支路，各支路均包括在铁芯槽上依次布置且相互串联的线圈；每组绕组支路中的两个支路之间的线圈布置在相邻铁芯槽内，且各支路中包括一个节距为y+1和一个节距为y‑1的线圈，其它线圈的节距均为y；每组绕组支路中的一个支路中节距为y+1的线圈与另一个支路中节距为y‑1的线圈布置在相邻铁芯槽内，且均位于铁芯槽的槽底最底层；每组绕组支路中的一个支路中节距为y‑1的线圈与另一个支路中节距为y+1的线圈布置在相邻铁芯槽内，且均位于铁芯槽的槽口最外层。本发明具有保证各支路对称、结构简单紧凑、装配简单且电机体积小等优点。

Description

一种定子绕组、具有其的定子、电机和车辆
技术领域
本发明主要涉及电机技术领域，特指一种定子绕组、具有其的定子、电机和车辆。
背景技术
随着新能源汽车技术的快速发展，驱动电机作为电动汽车的关键执行部件之一，其性能要求越来越高。目前高速化、轻量化、高效率已经成为驱动电机发展趋势，对电机的功率密度、高效区、散热能力有着更高的要求。
其中定子绕组可分为圆线和扁线，与圆线绕组相比，扁线绕组可以有效的提高电机槽满率，降低电机铜耗从而提供电机效率，同时还可以减小电机绕组端部高度，从而减小电机体积，提高功率/转矩密度。但扁线绕组存在固有的集肤效应现象，特别是高速电机，集肤效应较为明显。为降低集肤效应，一般会增加定子槽内导体数，如4层、6层、8层等。由于各个并联支路的导体分布于定子槽内径的不同位置，若各支路不对称，会导致反电势、电阻、电感存在较大差异，从而形成环流，增加附加损耗和降低效率，同时引起电机绕组局部过温，降低电机使用寿命。
发卡电机绕组排布及连接方式该种电机设计的难点之一，现有技术的发卡线圈排布方式一般存在以下几个问题：
1)存在发卡线圈种类较多，排布方式复杂；需要大量的汇流条和汇流排以连接各相绕组的支路和中心点，这将导致绕组端部高度，使得电机轴向长度增加；
2)存在较多的异型线圈，异性线圈的存在将增加线圈制造难度，不利于批量化生产；
3)存在绕组支路不对称的问题，这将会导致反电势、电阻、电感等存在差异，导致电机性能下降，导致绕组环流，增加电机附加损耗，引起电机局部过热。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种支路对称的定子绕组、定子、电机和车辆。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种定子绕组，包括多相相绕组，各所述相绕组包括多组并联的绕组支路，每组绕组支路包括两个并联的支路，各所述支路均包括多个在定子铁芯的周向铁芯槽上依次布置且相互串联的线圈，每组绕组支路中的两个所述支路之间的线圈布置在相邻铁芯槽内，且各所述支路中均包括一个节距为y+1的线圈和一个节距为y-1的线圈，其它所述线圈的节距均为y；每组绕组支路中的其中一个支路中节距为y+1的线圈与另一个支路中节距为y-1的线圈布置在相邻铁芯槽内，且均位于铁芯槽的槽底最底层；每组绕组支路中的其中一个支路中节距为y-1的线圈与另一个支路中节距为y+1的线圈布置在相邻铁芯槽内，且均位于铁芯槽的槽口最外层。
作为上述技术方案的进一步改进：
位于槽底最底层的节距为y-1的线圈位于所述节距为y+1的线圈的内侧，两线圈之间同心布置；位于槽口最外层的节距为y-1的线圈位于所述节距为y+1的线圈的内侧，两线圈之间同心布置。
节距为y+1的线圈和节距为y-1的线圈均包括第一线圈主体和第一弯折部，所述第一线圈主体包括两根相互平行布置的第一支杆和连接两根第一支杆一端的第一头部，所述第一弯折部位于两根第一支杆的另一端以形成焊接端，所述第一弯折部沿所述第一线圈主体的宽度方向的一侧弯折，其中位于槽底最底层线圈的第一弯折部与位于槽口最外层线圈的第一弯折部的弯折方向相反。
所述第一头部呈V形或者圆弧状。
节距为y的线圈均包括第二线圈主体和第二弯折部，所述第二线圈主体包括两根相互平行布置的第二支杆和连接两根第二支杆一端的第二头部，所述第二弯折部位于两根第二支杆的另一端以形成焊接端，两根第二支杆上的第二弯折部均沿所述线圈主体的宽度方向，且于远离第二线圈主体的方向弯折。
所述第二头部呈V形或者圆弧状。
各所述线圈的中性点通过铜母排进行连接，其高度不超过所述线圈焊接端的高度。
其中相绕组包括一组绕组支路，绕组支路中的其中一个支路包括线圈A1-a2、A3-a4、A5-a6、A7-a8，另一个支路包括线圈B1-b2、B3-b4、B5-b6、B7-b8；线圈A1-a2、B1-b2均位于铁芯槽内槽底沿槽口方向上的第1层，A1-a2的节距为y-1，B1-b2的节距为y+1；
A3-a4、B3-b4的节距均为y，其上层边位于铁芯槽的第2层，下层边位于铁芯槽的第3层；
A5-a6、B5-b6的节距均为y，其上层边位于铁芯槽的第4层，下层边位于铁芯槽的第5层；
A7-a8、B7-b8的上层边和下层边位于铁芯槽的第6层；
A1-a2在焊接端与A3-a4连接，A3-a4线圈在焊接端与A5-a6连接，A5-a6在焊接端与A7-a8连接，以此类推；
线圈连接顺序从第1层依次到第6层，再从第6层依次到第1层，如此循环往复。
本发明还公开了一种定子，包括定子铁芯和如上所述的定子绕组，所述定子铁芯周向方向上设置有多个铁芯槽，所述定子绕组中的相绕组布置在所述铁芯槽内。
本发明进一步公开了一种电机，包括如上所述的定子。
本发明还公开了一种车辆，包括如上所述的电机。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的定子绕组、定子、电机以及车辆，在每个绕组支路的各个支路中均包括节距为y+1的线圈和一个节距为y-1的线圈，通过不同节距线圈进行换位，消除不同支路之间的相位差，保证每条支路完全对称，从而提高电机性能。
本发明的定子绕组、定子、电机以及车辆，各线圈的形状均采用统一的U形或V形，取消异性线圈和跨接线圈，从而便于装配以及批量生产。
本发明的定子绕组、定子、电机以及车辆，各线圈的中性点通过单个铜母排进行焊接，其高度不超过线圈焊接端的高度，不仅结构简单，而且减少绕组端部高度，从而减少电机体积。
附图说明
图1为本发明定子绕组在实施例的结构图。
图2为本发明U相绕组在实施例的排布图。
图3为本发明中第一层线圈的结构示意图。
图4为本发明中第二层和第三层线圈在实施例的结构示意图。
图5为本发明中第四层和第五层线圈在实施例的结构示意图。
图6为本发明中第六层线圈在实施例的结构示意图。
图7为本发明中的定子在实施例的结构示意图。
图中标号表示：1、第一线圈；11、第一线圈主体；111、第一支杆；112、第一头部；12、第一弯折部；2、第二线圈；21、第二线圈主体；211、第二支杆；212、第二头部；22、第二弯折部；3、铜母排；4、定子铁芯。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1～6所示，本实施例的定子绕组，包括多相相绕组，各相绕组包括多组绕组支路，每组绕组支路均包括两个并联的支路，各支路均包括多个在周向铁芯槽上依次布置且相互串联的线圈，每组绕组支路中的两个支路之间的线圈布置在相邻铁芯槽内，每组绕组支路中的各支路中均包括一个节距为y+1的线圈和一个节距为y-1的线圈，其它线圈的节距均为y，具体地，每组绕组支路中的其中一个支路中的节距为y+1的线圈和另一个支路中的节距为y-1的线圈均位于铁芯槽的槽底最底层(从槽底至槽口方向的第一层)，且布置在相邻铁芯槽内；每组绕组支路中的其中一个支路中的节距为y-1的线圈和另一个支路中的节距为y+1的线圈均位于铁芯槽的槽口最外层(从槽底至槽口方向的最后一层)，且布置在相邻铁芯槽内。
本发明的定子绕组，在每组绕组支路中的每个支路中均包括节距为y+1的线圈和一个节距为y-1的线圈，通过不同节距线圈进行换位，消除不同支路之间的相位差，保证每条支路完全对称，避免因支路不对称而引起的电机性能下降，绕组环流，电机附加损耗增加、电机局部过热的问题，从而提高电机性能。
如图3和图6所示，本实施例中，节距为y+1的线圈和节距为y-1的线圈称为第一线圈1，第一线圈1均包括第一线圈主体11和第一弯折部12，第一线圈主体11包括两根相互平行布置的第一支杆111和连接两根第一支杆111一端的第一头部112，第一弯折部12位于两根第一支杆111的另一端以形成焊接端，第一弯折部12沿第一线圈主体11的宽度方向的一侧弯折，其中位于槽底最底层线圈的第一弯折部12与位于槽口最外层线圈的第一弯折部12的弯折方向相反。如图3所示，其中位于槽底最底层的节距为y-1的线圈位于节距为y+1的线圈的内侧，两线圈之间同心布置，且对应的第一弯折部12均朝左侧弯折。如图6所示，位于槽口最外层的节距为y-1的线圈位于节距为y+1的线圈的内侧，两线圈之间同心布置，且对应的第一弯折部12均朝右侧弯折。
如图4和图5所示，本实施例中，节距为y的线圈称为第二线圈2，第二线圈2均包括第二线圈主体21和第二弯折部22，第二线圈主体21包括两根相互平行布置的第二支杆211和连接两根第二支杆211一端的第二头部212，第二弯折部22位于两根第二支杆211的另一端以形成焊接端，两根第二支杆211上的第二弯折部22均沿线圈的宽度方向，且于远离第二线圈主体21的方向弯折。
本实施例中，第一头部112和第二头部212均呈V形或者圆弧状。其中头部为V型的线圈称为V型线圈，头部为圆弧状的线圈称为U型线圈。在本实施例中，各线圈可以采用U型线圈或者V型线圈，由于各线圈均采用同一形状，取消异性线圈和跨接线圈，从而便于装配以及批量生产。当然，在其它实施例中，也可以采用U型线圈与V型线圈相结合的方式。
本实施例中，各线圈的中性点(如图2中的a48和b48)通过单个铜母排3进行焊接，其高度不超过线圈焊接端的高度，不仅结构简单，而且减少绕组端部高度，从而减少电机体积。
具体地，以48槽8极支路数为2的电机为例，从槽底到槽口线圈层数依次增加，即第一层至第六层(在其它实施例中，也可以设置为两层、四层、八层等更多层)，U相绕组接线图如图2所示；
其中相绕组中的其中一个支路包括线圈A1-a2、A3-a4、A5-a6、A7-a8，另一个支路包括线圈B1-b2、B3-b4、B5-b6、B7-b8；
其中一个支路线圈的连接形式为A-a，另一个支路中线圈的连接方式为B-b；
第一层与第六层均为同心U型线圈、第二层至第五层为V型线圈。
例如A1-a2和B1-b2共同组成同心U型线圈，A3-a4和B3-b4分别为V型线圈，A5-a6和B5-b6分别为V型线圈，A7-a8和B7-b8共同组成同心U型线圈；
其中线圈A1-a2、B1-b2均位于铁芯槽的第1层，A1-a2的节距为5，B1-b2的节距为7，形状如图3所示；
A3-a4、B3-b4的节距均为6，其上层边位于铁芯槽的第2层，下层边位于铁芯槽的第3层，形状如图4所示；
A5-a6、B5-b6的节距均为6，其上层边位于铁芯槽的第4层，下层边位于铁芯槽的第5层，形状如图5所示；
A7-a8、B7-b8的上层边和下层边位于铁芯槽的第6层，其中A7-a8的节距为7，B7-b8的节距为5，对应的形状如图6所示；
A1-a2在焊接端与A3-a4连接，A3-a4线圈在焊接端与A5-a6连接，A5-a6在焊接端与A7-a8连接，以此类推；
线圈连接顺序从第1层依次到第6层，再从第6层依次到第1层，如此循环往复。
本发明的定子绕组，通过采用U型线圈和V型线圈相结合的方式，减少线型、无异形线，降低制作工艺复杂程度，便于生产，并且可消除各支路不对称引起的一系列问题，同时简化汇流排结构，结构紧凑。
如图7所示，本发明还公开了一种定子，包括定子铁芯4和如上所述的定子绕组，定子铁芯4周向方向上设置有多个铁芯槽，定子绕组中的相绕组布置在铁芯槽内。本发明的定子包括如上所述的定子绕组，同样具有如上定子绕组所述的优点。
本发明进一步公开了一种电机，包括如上所述的定子。本发明的电机同样包括如上所述的定子绕组，同样具有如上定子绕组所述的优点，而且整体结构简单、体积小、工作稳定性高。
本发明进一步公开了一种车辆，包括如上所述的电机。本发明的车辆包括如上所述的定子绕组，同样具有如上定子绕组所述的优点。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种定子绕组，包括多相相绕组，其特征在于，各所述相绕组包括多组并联的绕组支路，每组绕组支路包括两个并联的支路，各所述支路均包括多个在定子铁芯的周向铁芯槽上依次布置且相互串联的线圈；每组绕组支路中的两个所述支路之间的线圈布置在相邻铁芯槽内，且各所述支路中均包括一个节距为y+1的线圈和一个节距为y-1的线圈，其它所述线圈的节距均为y；每组绕组支路中的其中一个支路中节距为y+1的线圈与另一个支路中节距为y-1的线圈布置在相邻铁芯槽内，且均位于铁芯槽的槽底最底层；每组绕组支路中的其中一个支路中节距为y-1的线圈与另一个支路中节距为y+1的线圈布置在相邻铁芯槽内，且均位于铁芯槽的槽口最外层。
2.根据权利要求1所述的定子绕组，其特征在于，位于槽底最底层的节距为y-1的线圈位于所述节距为y+1的线圈的内侧，两线圈之间同心布置；位于槽口最外层的节距为y-1的线圈位于所述节距为y+1的线圈的内侧，两线圈之间同心布置。
3.根据权利要求1所述的定子绕组，其特征在于，节距为y+1的线圈和节距为y-1的线圈均包括第一线圈主体(11)和第一弯折部(12)，所述第一线圈主体(11)包括两根相互平行布置的第一支杆(111)和连接两根第一支杆(111)一端的第一头部(112)，所述第一弯折部(12)位于两根第一支杆(111)的另一端以形成焊接端，所述第一弯折部(12)沿所述第一线圈主体(11)的宽度方向的一侧弯折，其中位于槽底最底层线圈的第一弯折部(12)与位于槽口最外层线圈的第一弯折部(12)的弯折方向相反。
4.根据权利要求3所述的定子绕组，其特征在于，所述第一头部(112)呈V形或者圆弧状。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的定子绕组，其特征在于，节距为y的线圈均包括第二线圈主体(21)和第二弯折部(22)，所述第二线圈主体(21)包括两根相互平行布置的第二支杆(211)和连接两根第二支杆(211)一端的第二头部(212)，所述第二弯折部(22)位于两根第二支杆(211)的另一端以形成焊接端，两根第二支杆(211)上的第二弯折部(22)均沿所述第二线圈主体(21)的宽度方向，且于远离第二线圈主体(21)的方向弯折。
6.根据权利要求5所述的定子绕组，其特征在于，所述第二头部(22)呈V形或者圆弧状。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的定子绕组，其特征在于，各所述线圈的中性点通过铜母排(3)进行连接，其高度不超过所述线圈焊接端的高度。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述的定子绕组，其特征在于，所述相绕组包括一组绕组支路，绕组支路中的其中一个支路包括线圈A1-a2、A3-a4、A5-a6、A7-a8，另一个支路包括线圈B1-b2、B3-b4、B5-b6、B7-b8；
线圈A1-a2、B1-b2均位于铁芯槽内槽底沿槽口方向上的第1层，A1-a2的节距为y-1，B1-b2的节距为y+1；
A3-a4、B3-b4的节距均为y，其上层边位于铁芯槽的第2层，下层边位于铁芯槽的第3层；
A5-a6、B5-b6的节距均为y，其上层边位于铁芯槽的第4层，下层边位于铁芯槽的第5层；
A7-a8、B7-b8的上层边和下层边均位于铁芯槽的第6层，A7-a8的节距为y+1，B7-b8的节距为y-1；
A1-a2在焊接端与A3-a4连接，A3-a4线圈在焊接端与A5-a6连接，A5-a6在焊接端与A7-a8连接，以此类推；
线圈连接顺序从第1层依次到第6层，再从第6层依次到第1层，如此循环往复。
9.一种定子，其特征在于，包括定子铁芯(4)和如权利要求1～8中任意一项所述的定子绕组，所述定子铁芯(4)周向方向上设置有多个铁芯槽，所述定子绕组中的相绕组布置在所述铁芯槽内。
10.一种电机，其特征在于，包括如权利要求9所述的定子。
11.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求10所述的电机。
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