CN107482815A - 一种绕组电机的定子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绕组电机的定子，包括定子芯体和定子绕组，所述定子芯体具有以预定距离隔开的48个矩形定子槽，所述定子绕组由发夹和发针组合形成，所述发夹和发针按照预定布置方式插入所述定子槽中并经过弯曲过程而相互按照一定规律焊接连接形成所述定子绕组，所述发夹和所述发针的横截面形状为方形，所述发夹和所述发针沿所述定子芯体的径向在所述定子芯体的定子槽中形成按照定子径向方向从外到内依次排列的第1层到第4层。本发明能够解决发电机性能和体积之间的矛盾问题，减少发电机定子绕组端部的高度，减少发电机的整体体积，增加绕组槽满率，提高发电机性能。

Description

一种绕组电机的定子

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车用交流发电机，具体涉及一种具有结构紧凑且高性能发电机的绕组电机的定子。

背景技术

随着新能源汽车技术的快速发展，对于交流发电机的性能要求越来越高，性能的增加必然会导致发电机体积的增加，但是新能源汽车特别是轻混车辆发动机室的空间尺寸十分有限，导致发电机的性能和体积的矛盾日益突出。

同时，发电机根据定子线圈绕组方案可以分类为分布绕组发电机和集中绕组发电机。分布绕组发电机按照定子绕组的截面形状可以分为圆形线圈和方形线圈。与圆形线圈现比，方形线圈可以有效的提高发电机的槽满率，降低发电机的铜耗从而提高发电机的效率，同时可以降低电机定子绕组的端部高度，从而节省电机的体积。然而，与圆形线圈相比，方形线圈在线圈绕制和下线方面存在困难，难以使用手工或机械下线。

专利文献1(CN200780022091.7)和专利文献2(CN201510789339.9)公开了一种多套分段发夹式绕组，采用方形线圈进行电机绕组的绕制，但是它们公开的连接方式复杂，不利于生产；专利文献3(CN201110358151.0)和专利文献4(CN201510312428.4)分别公开了一种定子芯体的方形线圈的绕线方法，但是其分别针对108槽、120槽和126槽的电机，对于48槽的电机并不适用，容易造成电机的反电势过高，存在用于48V系统无法高速发电等问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种绕组电机的定子，其目的在于解决目前发电机性能和体积之间的矛盾问题，减少发电机定子绕组端部的高度，减少发电机的整体体积，增加绕组槽满率，提高发电机性能。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种绕组电机的定子，所述定子包括中空圆筒形定子芯体和定子线圈，所述定子芯体具有形成在定子芯体的径向内表面中并且在所述定子芯体的周向方向上隔开的多个轴向贯通的定子槽；所述定子线圈由发夹和发针组合形成，所述发夹和发针按照预定布置方式插入所述定子槽中并经过弯曲过程而相互按照一定规律焊接连接形成所述定子线圈，所述发夹和所述发针部分的容纳在所述定子槽中从而具有从定子芯体的一对轴向端面分别突出的一对线圈端部部分，对应定子出线的一端称为出线端，另一端称为自由端，所述发夹和所述发针的横截面形状为方形，所述发夹和所述发针沿所述定子芯体的径向在所述定子芯体的定子槽中形成按照定子芯体径向方向从外到内依次排列的第1层到第4层；其中，所述定子线圈在自由端焊接并涂覆绝缘材料，并在自由端形成两圈焊点，形成的焊点在定子自由端周向均匀排列，并且自由端焊点部的轴向突出高度基本一致；所述定子线圈在出线端形成两圈形状规则的凸起，所述凸起在出线端周向均匀排列，凸起的轴向突出高度基本一致。

可选地，所述定子芯体在周向方向等间隔开设有48个矩形的定子槽，所应用的发电机为8极；所述定子线圈连接形成定子绕组，所述定子绕组实现为三相绕组结构，所述三相绕组结构的每极每相槽数q＝2，并联的路数为2，槽距为5或6。

可选地，两个发针和/或发夹中的一个具有从所述定子槽中的某一层引出的端部部分，而另一个具有从所述定子槽中的不同层引出的端部部分，两个发针和/或发夹的端部部分在定子芯体的自由端焊接相连并形成连接部，并且两个发针和/或发夹的端部部分的距离为5槽距或者6槽距。

可选地，所述发夹包括大发夹和小发夹；所述定子线圈每相包含2个由所述发夹形成的出线端，2个由所述发夹形成的中性点，26个跨距为6槽距的大发夹和4个跨距为5槽距的小发夹。

可选地，所述连接部轴向的安置所述在定子线圈端部的外部并轴向突出，且基本上不从线圈端部部分径向突出。

可选地，所述发夹形成为U形或V形，具有一对沿长度方向延伸的自由部与所述自由部连接的弯曲形成的头部，所述发针形成为直线形，包括一个直线部和与所述直线部连接的弯曲部。

可选地，所述发夹和发针由材质为铜、铝或者铜铝混合物中的任一材质制成的电导体形成。

可选地，所述定子槽的开口宽度小于等于1.5mm

可选地，所述发夹和发针的芯体尺寸和定子槽的尺寸满足如下关系：芯体长度≤(定子槽长度-1.4mm)/4；芯体宽度≤定子槽宽度-0.6mm。

本发明的有益效果是：本发明提供的绕组电机的定子的绕组线圈，由于采用方形线圈放置在矩形槽内，相较于圆形线圈，其导体间、导体与槽的气隙和导线绝缘面积大大减少，其纯铜槽满率可以提高到64％到75％，从而降低电机的铜耗，提高电机的效率。该发电机的绕组线圈，相较于圆形线圈分布绕组，其端部尺寸可以减少30％左右，且其连接和出线更加具有规律性，可以减少绕组绕线错误，生产过程也十分容易排查绕组错误。进一步，可以在减少发电机体积的同时提高发电机的性能，同时，由于其端部尺寸的减少，绕组线圈的用铜量可减少，进一步可以降低电机的成本。

附图说明

图1为本发明的绕组电机的定子的定子芯体的结构示意图；

图2(a)为本发明的绕组电机的定子的定子芯体的截面示意图；

图2(b)为本发明的绕组电机的定子的定子芯体的截面的局部放大图；

图3为本发明的绕组电机的定子中使用的发夹的结构示意图；

图4为本发明的绕组电机的定子中使用的发针的结构示意图；

图5为本发明的绕组电机的定子中使用的发夹弯曲的结构示意图；

图6为本发明的实施例的绕组电机的定子的定子绕组的绕组分布图；

图7为本发明的实施例的绕组电机的定子的立体图；

图8为本发明实施例的绕组电机的定子的自由端的局部放大图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本发明的绕组电机的定子的定子芯体的结构示意图；图2(a)为本发明的绕组电机的定子的定子芯体的截面示意图；图2(b)为本发明的绕组电机的定子的定子芯体的截面的局部放大图；图3为本发明的绕组电机的定子中使用的发夹的结构示意图；图4为本发明的绕组电机的定子中使用的发针的结构示意图；图5为本发明的绕组电机的定子中使用的发夹弯曲的结构示意图；图6为本发明的实施例的绕组电机的定子的定子绕组的绕组分布图；图7为本发明的实施例的绕组电机的定子的立体图；图8为本发明实施例的绕组电机的定子的自由端的局部放大图。

本发明提供的绕组电机的定子包括中空圆筒形定子芯体1和形成在所述定子芯体1上的定子线圈。如图1所示，定子芯体1具有形成在定子芯体的径向内表面中并且在定子芯体的周向方向上隔开的多个轴向贯通的矩形的定子槽11。在一示例中，定子芯体在其周向方向等间隔开有48个矩形槽，矩形槽的长度沿定子芯体的径向方向延伸。虽未图示，但在定子芯体1的径向内侧可匹配转子总成。本发明中所涉及发电机，其转子总成为圆环状铁芯，内部配置一定数量和形状的永磁体。所涉及的发电机转子极对数为4，定转子总成发生电磁作用而旋转，形成8极48槽发电机。如图2(a)所示，可在定子芯体1中选定任意一槽为第1槽，第1槽到第48槽可以顺时针方向排列，或第1槽到第48槽可以逆时针方向排列，本发明的实施例为顺时针方向排列。

定子线圈由放置在定子槽上的多个电线构成。放置在每个定子槽内的电线按照定子径向方向形成从外到内可依次为第1层、第2层、第3层、第4层，如图2(b)所示，即定子槽形成为4层结构。电线部分的容纳在定子芯的定子槽中从而具有从定子芯体的一对轴向端面分别突出的一对线圈端部部分，对应定子出线的一端称为出线端，另一端称为自由端。定子线圈在自由端焊接并涂覆绝缘材料，其在自由端形成两圈焊点，形成的焊点在定子自由端周向均匀排列，自由端焊点侧的轴向突出高度基本一致。此外，定子线圈在出线端形成两圈形状规则的凸起，所述凸起在出线端周向均匀排列，凸起的轴向突出高度基本一致。

电线按照的一定规律连接形成定子线圈，定子线圈可实现为三相绕组结构，定子线圈的每极每相槽数q＝2。在本发明中，形成定子绕组的电线可包括发夹2和发针3，定子绕组可通过组合发夹和发针来形成。通过在定子芯体1的定子槽11上插入多个发夹2和发针3，结合于定子槽11内的发夹2和发针3经过弯曲过程而相互按照一定规律焊接连接，从而形成定子绕组。可通过控制发夹2和发针3的数目、槽距以及连接方式，可将定子绕组实现为3相2路并联的5/6槽距的全槽距绕组结构，随后将详细介绍。

以下，参考图3至图5对本发明使用的发夹2和发针3进行介绍。

如图3所示，各个发夹2可全部形成为U形或V形。发夹2用于形成定子绕组，发夹2的芯体可由铜或铝等电导体形成，外层有绝缘漆皮。发夹2具备一对腿部21和连接该一对腿部的头部22，一对腿部21分别沿长度方向延伸形成，相互之间保持预定的间隔位置。头部22可形成为具有一定预定扭曲程度的形态。在将发夹2插入定子槽进行加工时，将各个腿部21以一定预定扭曲程度进行加工，将腿部21扭曲成直线部、折弯部212和焊接部213，如图5所示，以便折弯部212能够分别插入不同的定子槽11内的不同层的相对应的位置。每个发夹2均形成为一端封闭、一端开口的结构。

如图4所示，各个发针3形成为直线形，为直线形导体，包括直线部和弯曲部。发针3用于形成定子绕组，发针3的芯体由铜或铝等电导体形成，外层有绝缘漆皮。发针3的弯曲部形成为具有一定预定扭曲程度的形态。发针3均形成为两端开口的结构。

另外，发夹2和发针3的截面一致并可形成为具有四边形态的截面的方形导体，如图2(b)所示。发夹2和发针3的线圈芯体和定子槽之间满足以下尺寸关系：芯体长度≤(定子槽长度-1.4mm)/4；芯体宽度≤定子槽宽度-0.6mm。这样，采用这样的方形导体发针可显著提高定子芯体的定子槽111的槽满率，从而降低损耗，提高电机效率。

以下对本发明的各实施例进行介绍。

在本发明的实施例中，提供一种3相2路并联的5/6槽距的全槽距绕组结构。在该实施例中，三相绕组的每相绕组由30个发夹2和4个发针3构成，其中2个发针3为出线端接线发针，2个发针3为中性点端接线发针，26个发夹2的自由端的间隔位置为6个槽距，4个发夹2的自由端的间隔位置为5个槽距，为便于区分，将自由端的间隔位置为6个槽距的发夹称作大发夹，将自由端的间隔位置为5个槽距的发夹称作小发夹。在本实施例中，如果选定一个定子槽作为参考槽，则构成电机的U相出线端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差0个槽距的槽的第1层和相差14个槽距的槽的第4层，构成电机的V相出线端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差4个槽距的槽的第1层和相差18个槽距的槽的第4层，构成电机的W相出线端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差8个槽距的槽的第1层和相差22个槽距的槽的第4层；构成电机U相中性点端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差8个槽距的槽的第4层和相差6个槽距的槽的第1层，构成电机V相中性点端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差12个槽距的槽的第4层和相差10个槽距的槽的第1层，构成电机W相中性点端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差16个槽距的槽的第4层和相差14个槽距的槽的第1层。

在本实施例中，选定编号为2的第2定子操作作为参考槽，则各线圈的具体连接方式为：参考图2(a)，将定子槽沿顺时针进行编号为1-48，但并不局限于此，也可逆时针进行编号。将一个发针3从定子芯体1的出线端插入，该发针3的直线部位于定子芯体1的第2定子槽的第1层111位置，直线部的自由端从定子芯体1的自由端伸出，将直线部的自由端沿着定子芯体1的圆周方向进行弯曲加工，弯曲后发针3的自由端位于第47定子槽的第1层的圆周方向的中点位置，即发针3的自由端沿着定子芯体1的圆周方向弯曲3个槽的程度，该发针3为U相绕组两个并联支路的一个出线端。

将1个大发夹2从定子芯体1的出线端插入，该大发夹2的两个腿部21分别位于第44定子槽的第2层112位置和第38定子槽的第1层111位置，其两个直线部从定子芯体1的自由端伸出，将腿部21的直线部沿着定子芯体1的圆周方向进行弯曲加工，如图5所示，其两个直线部的弯曲方向相反，弯曲后大发夹2的自由端分别位于第47定子槽第的2层112的圆周方向的中点位置和第35定子槽的第1层的圆周方向的中点位置。按照图6的顺序分别插入并弯曲两个腿部分别位于第32定子槽的第2层112位置和第26定子槽的第1层111位置的大发夹2、两个腿部分别位于第20定子槽的第2层112位置和第14定子槽的第1层111位置的大发夹2后，将1个小发夹2从定子芯体1的出线端插入，该小发夹2的两个腿部21分别位于第8定子槽的第2层112位置和第3定子槽的第1层111位置，其两个直线部从定子芯体1的自由端伸出，将腿部21的直线部沿着定子芯体1的圆周方向进行弯曲加工，其两个直线部的弯曲方向相反，弯曲后大发夹2的自由端分别位于第11定子槽第的2层112的圆周方向的中点位置和第48定子槽的第1层的圆周方向的中点位置。

如此，按照图6中绕组连接的方式将其余的发夹2和发针3依次放置并弯曲，最终形成如图7所示的形态。则相应的，构成电机的U相出线端的发针3分别位于定子芯体1的第2槽的第1层和定子芯体1的第16槽的第4层，构成电机的V相出线端的发针3分别位于定子芯体1的第6槽的第1层和定子芯体1的第20槽的第4层，构成电机的W相出线端的发针3分别位于定子芯体1的第10槽的第1层和定子芯体1的第24槽的第四层，构成电机U相中性点端的发针3分别位于定子芯体1的第10槽的第4层和定子芯体1的第8槽的第1层，构成电机V相中性点端的发针3分别位于定子芯体1的第14槽的第4层和定子芯体1的第2槽的第1层，构成电机W相中性点端的发针3分别位于定子芯体1的第18槽的第4层和定子芯体1的第16槽的第1层。最终，U、V、W三相绕组在定子槽内的分布和出线位置如图8所示。

如图7和图8所述，将上述三相出线端分别用端子相连接，将三相两组中性点相连接，最终形成如图7所示的定子芯体立体图。这样，在本实施例中，发针3的分布在编号为2、6、8、10、14、16、18、20、24的定子槽中，大发夹2的两个自由端分别插在槽数相差为6的两个槽的第2层和第1层。如图7所示，在定子芯体1的出线端，发夹2的弯曲部沿着定子芯体1的圆周方向以圆圈或环形连续配置。如图8所示，在定子芯体1的自由端，发夹2和发针3的自由端弯曲后沿着定子芯体1的圆周方向以圆圈或环形连续配置，根据图8所示，可见各发针的自由端在定子芯体的自由端分别沿周向和径向整齐排列，对应电机槽数，在周向为48组，对应定子芯体1的定子槽11层数，在径向为4层。将定子芯体1的自由端的发夹2和发针3的焊接部213分别焊接相连，将径向4层的第1层和第2层的48组焊接部213分别焊接相连，径向4层的第3层和第4层的48组焊接部213分别焊接相连。由于定子芯体1的自由端的发针自由端彼此相对紧密，容易发生电机的绝缘性能下降的问题，为了保证其绝缘性能，在发针的焊接部213焊接完后在其上涂覆绝缘粉末，以保证电机的绝缘性能。同时，在电机的各个发针的弯曲部也需要保持一定的形状以便各个发针之间保持一定的距离，从而保证电机的绝缘性能。

如上所述，在本发明中，形成定子绕组的各个发针相互弯曲连接并在定子芯体的两端分别形成规则的凸起，可以有效的降低电机定子绕组的端部高度。并且发针的头部轴向安置在定子线圈端部的外部并轴向突出，且其基本不从线圈端部部分径向突出。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种绕组电机的定子，其特征在于，所述定子包括中空圆筒形定子芯体和定子线圈，所述定子芯体具有形成在定子芯体的径向内表面中并且在所述定子芯体的周向方向上隔开的多个轴向贯通的定子槽；所述定子线圈由发夹和发针组合形成，所述发夹和发针按照预定布置方式插入所述定子槽中并经过弯曲过程而相互按照一定规律焊接连接形成所述定子线圈，所述发夹和所述发针部分的容纳在所述定子槽中从而具有从定子芯体的一对轴向端面分别突出的一对线圈端部部分，对应定子出线的一端称为出线端，另一端称为自由端，所述发夹和所述发针的横截面形状为方形，所述发夹和所述发针沿所述定子芯体的径向在所述定子芯体的定子槽中形成按照定子芯体径向方向从外到内依次排列的第1层到第4层；

其中，所述定子线圈在自由端焊接并涂覆绝缘材料，并在自由端形成两圈焊点，形成的焊点在定子自由端周向均匀排列，并且自由端焊点部的轴向突出高度基本一致；所述定子线圈在出线端形成两圈形状规则的凸起，所述凸起在出线端周向均匀排列，凸起的轴向突出高度基本一致。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子芯体在周向方向等间隔开设有48个矩形的定子槽，所应用的发电机为8极；所述定子线圈连接形成定子绕组，所述定子绕组实现为三相绕组结构，所述三相绕组结构的每极每相槽数q＝2，并联的路数为2，槽距为5或6。

3.根据权利要求2所述的定子，其特征在于，两个发针和/或发夹中的一个具有从所述定子槽中的某一层引出的端部部分，而另一个具有从所述定子槽中的不同层引出的端部部分，两个发针和/或发夹的端部部分在定子芯体的自由端焊接相连并形成连接部，并且两个发针和/或发夹的端部部分的距离为5槽距或者6槽距。

4.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，所述发夹包括大发夹和小发夹；

所述定子线圈每相包含2个由所述发夹形成的出线端，2个由所述发夹形成的中性点，26个跨距为6槽距的大发夹和4个跨距为5槽距的小发夹。

5.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，所述连接部轴向的安置所述在定子线圈端部的外部并轴向突出，且基本上不从线圈端部部分径向突出。

6.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述发夹形成为U形或V形，具有一对沿长度方向延伸的自由部与所述自由部连接的弯曲形成的头部，所述发针形成为直线形，包括一个直线部和与所述直线部连接的弯曲部。

7.根据权利要求6所述定子，其特征在于，所述发夹和发针由材质为铜、铝或者铜铝混合物中的任一材质制成的电导体形成。

8.根据权利要求6所述的定子，其特征在于，所述定子槽的开口宽度小于等于1.5mm。

9.根据权利要求6所述的定子，其特征在于，所述发夹和发针的芯体尺寸和定子槽的尺寸满足如下关系：芯体长度≤(定子槽长度-1.4mm)/4；芯体宽度≤定子槽宽度-0.6mm。