CN110417150A - 一种无环流四支路相绕组、定子及电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无环流四支路相绕组、定子及电机，无环流四支路相绕组包括由偶数个组合线圈连接一圈而成的线圈组，组合线圈包括支脚的偏转弯折方向相反的第一类偏U形导体和第二类偏U形导体，每个支路包括一个节距为Y的线圈组，在周向相邻槽位上设置的两个支路中，均具有一对在径向上相对设置的节距为Y+1的第一类偏U形导体和节距为Y‑1的第一类偏U形导体；一个支路上节距为Y+1的第一类偏U形导体与另一支路上节距为Y‑1的第一类偏U形导体位于周向相邻的槽位内。本发明的无环流四支路相绕组、定子及电机具有结构设计巧妙，电路跨接距离短，有利于减少跨接导体，降低无用铜的用量，绕组的接线方便，有利于降低生产难度和环流影响等优点。

Description

一种无环流四支路相绕组、定子及电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别的涉及一种无环流四支路相绕组、定子及电机。

背景技术

电机(包括电动机和发电机)是根据电磁感应原理将电能转换为机械能(或将机械能转换为电能) 的一种装置，可作为各种电器如家用电器、各种机械如电动车、电动汽车的动力来源或发电装置。电机根据其工作电源的种类可分为直流电机和交流电机，而交流电机又可分为单相电机和多相电机(如三相电机等)。电机包括定子和转子，在定子的定子铁芯槽内设置有绕组。

现有的电机绕组形式有波绕组和叠绕组两种，对于采用扁铜线或矩形截面铜线的分段发卡绕组电机，使用叠绕组会造成叠绕线圈之间的跨接导体过多，增加了无效铜的使用量，因此这一类电机通常使用波绕组。

然而，此类电机在现有技术中仍然存在电路跨接距离长、无效铜用量大，绕组的接线设计困难，不利于系列化设计等缺陷，如中国专利CN101490933B公开的分段发卡式绕组，该专利的绕组中每个相绕组的最长跨接导体具有6个槽跨距，星点连接导体具有16个槽跨距，三相电源引出线之间具有8个槽跨距。再如，中国专利CN103650296B中公开的一种电机定子，该专利采用了在焊接侧进行电路跨接和电源引出的形式，其跨接导体超过8个槽跨距，星点连接导体超过12个槽跨距。又如，中国专利 CN10339834B中公开的一种电机定子，其最长跨接导体超过9个槽跨距，星点连接导体超过12个槽跨距。同时，在四支路相绕组中，由于电流方向相同的两个相绕组始终相差一个槽位的机械角，使得二者之间具有电势差，从而形成环流，严重影响电机的效率，因此，需要在解决上述问题的同时，还需要解决四支路相绕组的环流问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种结构设计巧妙，电路跨接距离短，有利于减少跨接导体，降低无用铜的用量，绕组的接线方便，有利于降低生产难度和环流影响的无环流四支路相绕组、定子及电机。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种无环流四支路相绕组，其特征在于，包括用于安装在定子铁芯槽内的线圈组，所述线圈组由M 个组合线圈依次连接而成，M等于相绕组的磁极对数，且为偶数；所述组合线圈包括第一类偏U形导体和第二类偏U形导体，所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体均包括整体呈U型弯折的发卡主体，所述发卡主体包括两个相互平行设置的支腿部和连接在两个支腿部一端的头部，两个所述支腿部的另一端各设置有一个支脚，位于同一发卡主体上的两个支脚在发卡主体的宽度方向上朝向同一侧偏转弯折；所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体的支腿部在厚度方向上的投影相互重叠，且所述第一类偏U形导体的支脚与第二类偏U形导体的支脚的偏转弯折方向相反，使所述第一类偏U形导体中朝外偏转弯折的支脚和第二类偏U形导体中朝外偏转弯折的支脚相互背离，且所述第一类偏U形导体中朝向中部偏转弯折的支脚和第二类偏U形导体中朝向中部偏转弯折的支脚相贴近并连接，形成所述组合线圈；

每个支路包括一个线圈组，在周向相邻槽位上设置的两个支路中，均具有一对节距为Y+1的第一类偏U形导体和节距为Y-1的第一类偏U形导体，且两个支路中其余的第一类偏U形导体和所有的第二类偏U形导体的节距均为Y；同一支路上，节距为Y+1的第一类偏U形导体和节距为Y-1的第一类偏U形导体分别位于同一径向上相对的两个位置处，且一个支路上节距为Y+1的第一类偏U形导体与另一个支路上节距为Y-1的第一类偏U形导体位于周向相邻的槽位内；

同一支路上，节距为Y+1的第一类偏U形导体上向外偏转弯折的支脚所在的支腿部相对其所在组合线圈向外偏出一个槽位，节距为Y-1的第一类偏U形导体上向外偏转弯折的支脚所在的支腿部相对其所在组合线圈向内偏入一个槽位。

由于电流方向相同的两个支路通常是在周向相邻槽位内设置，使得两个支路之间始终存在360/Z°的机械角，Z为总槽数，从而使两个支路之间具有电势差而形成环流，采用上述结构，在两个支路的径向方向设置一对节距为Y+1的第一类偏U形导体和节距为Y-1的第一类偏U形导体，相比于所有节距均一致的第一类偏U形导体和第二类偏U形导体构成的支路，可以使支路上一半的组合线圈保持原位置，而另一半组合线圈沿顺时针或逆时针移动一个槽距。而两个支路上位于同一侧的组合线圈向相向方向各移动一个槽距，使得两个支路上组合线圈的位置关系呈轴对称布置，无论顺时针方向还是逆时针方向，两个支路上的组合线圈中有一半相差+360/Z°机械角，另一半相差-360/Z°机械角，从而可以避免两个支路之间产生电势差而形成环流。同时，该中结构中相连接的支脚位于同一槽内，无需采用跨接导体，就可以直接将二者焊接相连，减少无用铜的使用量，使导体的连接更加简单，便于制造；此外，此种设置方式对于定子铁芯尺寸相同的同系列定子而言，即使极对数、每槽导体数产生变化，依然能够保证相绕组的跨接位置集中在同一接线端，进一步保证星点连接导体和电源引出导体的集中布置，避免接线之间的相互缠绕且保证简洁性，有利于实现定子的系列化设计。

进一步的，所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体的两个支腿部均在其发卡主体的厚度方向上错位设置，所述第二类偏U形导体在所述第一类偏U形导体的厚度方向上位于所述第一类偏U形导体的两支腿部之间，且所述第二类偏U形导体的头部包覆在所述第一类偏U形导体的头部内。

此种结构能够使得定子铁芯槽的插入侧的导体布局更加简单、整洁、合理且空间占用小。

进一步的，所述组合线圈还包括整体呈环形的O形导体，所述O形导体包括整体呈U型弯折的发卡主体，所述发卡主体包括两个相互平行设置的支腿部和连接在两个支腿部一端的头部，两个所述支腿部的另一端各设置有一个支脚，两个所述支脚在发卡主体的宽度方向上朝向中部偏转弯折，并在发卡主体的厚度方向上错位间隔设置；所述O形导体在所述第一类偏U形导体的厚度方向上位于所述第一类偏U 形导体的两支腿部之间，并与第二类偏U形导体层叠布置，形成所述O形导体的两个支脚分别与厚度方向上相邻的其他支脚相连，且所述第一类偏U形导体中朝外偏转弯折的支脚和第二类偏U形导体中朝外偏转弯折的支脚相互背离的所述组合线圈。

进一步的，位于同一槽位处的支腿部在径向上由外向内分为第一层导体、第二层导体、第三层导体和第四层导体；所述第一类偏U形导体的两个支腿部分别为各自所在槽位的第一层导体和第四层导体，所述第二类偏U形导体的两个支腿部分别为各自所在槽位的第二层导体和第三层导体。

进一步的，位于同一槽位处的支腿部在径向上由外向内分为第一层导体、第二层导体……第A层导体，A为大于4的偶数；所述第一类偏U形导体的两个支腿部分别为各自所在槽位的第一层导体和第A 层导体，所述第二类偏U形导体的两个支腿部分别为各自所在槽位的第二层导体和第三层导体或者第 (A-1)层导体和第(A-2)层导体，所述O形导体的支腿部分别为各自所在槽位的第2n层导体和第 2n+1层导体或者第A-2n层导体和第A-2n+1层导体，2≦n≦A/2-1。

进一步的，所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体的支脚均具有平行于支腿部设置的连接脚，且相连接的两个连接脚在径向上相邻设置；所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体的头部为具有顶端的V形或弧形，所述头部的两侧及两支腿部由所述V形或弧形的顶端沿径向前后错位设置；所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体均由扁铜线或矩形截面铜线弯折而成。

进一步的，所述第一类偏U形导体、第二类偏U形导体以及O形导体的支脚均具有平行于支腿部设置的连接脚，且相连接的两个连接脚在径向上相邻设置；所述第一类偏U形导体、第二类偏U形导体以及O形导体的头部为具有顶端的V形或弧形，所述头部的两侧及两支腿部由所述V形或弧形的顶端沿径向前后错位设置；所述第一类偏U形导体、第二类偏U形导体以及O形导体均由扁铜线或矩形截面铜线弯折而成。

一种定子，其特征在于，包括定子铁芯和三相安装在所述定子铁芯上的如上所述的无环流四支路相绕组，三相所述无环流四支路相绕组的一端连接有电源引出导体，另一端通过星点连接导体相互连接。

一种电机，其特征在于，包括如上所述的定子。

综上所述，本发明的无环流四支路相绕组、定子及电机具有结构设计巧妙，电路跨接距离短，有利于减少跨接导体，降低无用铜的用量，绕组的接线方便，有利于降低生产难度和环流影响等优点。

附图说明

图1为第一类偏U形导体的结构示意图。

图2为第二类偏U形导体的结构示意图。

图3为实施例1中的组合线圈的结构示意图。

图4为实施例1中具有一个节距为Y+1的第一类偏U形导体的线圈组的结构示意图。

图5为实施例1中具有一个节距为Y-1的第一类偏U形导体的线圈组的结构示意图。

图6为图4和图5中线圈组的组合结构示意图(实线为图4的线圈组，虚线为图5的线圈组)。

图7为图6中C部分的放大结构示意图。

图8为实施例1中相绕组的结构示意图。

图9为实施例1中相绕组中一相电源引出导体的连接结构示意图。

图10为图9中D部分的放大结构示意图。

图11为实施例1中相绕组中三相电源引出导体和星点连接导体的连接结构示意图。

图12为图11中E部分的放大结构示意图。

图13为实施例1中的定子的结构示意图。

图14为实施例1中的组合线圈在定子铁芯槽内的导体层布置图(连接侧)。

图15为实施例1中的组合线圈在定子铁芯槽内的导体层布置图(插入侧)。

图16为O形导体的结构示意图。

图17为实施例2中的组合线圈的结构示意图。

图18为实施例2中具有一个节距为Y+1的第一类偏U形导体的线圈组的结构示意图。

图19为实施例2中具有一个节距为Y-1的第一类偏U形导体的线圈组的结构示意图。

图20为图18和图19中线圈组的组合结构示意图(实线为图16的线圈组，虚线为图17的线圈组)。

图21为图20中F部分的放大结构示意图。

图22为实施例2中相绕组的结构示意图。

图23为实施例2中相绕组中一相电源引出导体的连接结构示意图。

图24为图23中G部分的放大结构示意图。

图25为实施例2中相绕组中三相电源引出导体和星点连接导体的连接结构示意图。

图26为图25中H部分的放大结构示意图。

图27为实施例2中的定子的结构示意图。

图28为实施例2中的组合线圈在定子铁芯槽内的导体层布置图(连接侧)。

图29为实施例2中的组合线圈在定子铁芯槽内的导体层布置图(插入侧)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例1(如图1～图15)

一种电机，包括定子，如图13所示，所述定子包括定子铁芯8和三相安装在所述定子铁芯8上的四支路相绕组，各相绕组上的四个并联支路的一端连接有电源引出导体6，另一端通过星点连接导体7相互连接。

所述定子铁芯8包括整体呈圆筒形的主体，在所述定子铁芯8的内圈沿周向设置有多个沿径向朝内开口的定子铁芯槽，所述定子铁芯槽的一端为插入侧，另一端为连接侧，本实施例中，如图13所示，朝上的一端为连接侧，朝下的一端为插入侧。在所述定子铁芯槽内设置有三相所述无环流四支路相绕组，每一相所述无环流四支路相绕组包括四个并联支路，如图6所示，每个并联支路包括一个线圈组5，如图 4和图5所示，每一个线圈组5由M个组合线圈4沿定子铁芯8圆周方向依次连接而成，M等于相绕组的磁极对数，且为偶数。

在本实施例中，如图1～3所示，所述组合线圈4包括第一类偏U形导体1(如图1)和第二类偏U 形导体2(如图2)，所述第一类偏U形导体1和第二类偏U形导体2均包括整体呈U型弯折的发卡主体，所述发卡主体包括两个相互平行设置的支腿部Ⅰ和连接在两个支腿部Ⅰ一端的头部Ⅱ，两个所述支腿部Ⅰ的另一端各设置有一个支脚Ⅲ，位于同一发卡主体上的两个支脚Ⅲ在发卡主体的宽度方向上朝向同一侧偏转弯折；所述第一类偏U形导体1和第二类偏U形导体2在发卡主体的厚度方向上的投影相互重叠，且所述第一类偏U形导体1的支脚Ⅲ与第二类偏U形导体2的支脚Ⅲ的偏转弯折方向相反，使所述第一类偏U形导体1中朝外偏转弯折的支脚Ⅲ和第二类偏U形导体2中朝外偏转弯折的支脚Ⅲ相互背离，且所述第一类偏U形导体1中朝向中部偏转弯折的支脚Ⅲ和第二类偏U形导体2中朝向中部偏转弯折的支脚Ⅲ相贴近并连接，形成所述组合线圈4(如图3)。

如图1和图2所示，所述第一类偏U形导体1和第二类偏U形导体2的头部Ⅱ为具有顶端的V形，所述头部Ⅱ的两侧及两支腿部Ⅰ由所述V形的顶端沿线圈组的径向前后错位设置，亦即沿各自发卡主体的厚度方向前后错位，所述第二类偏U形导体2在所述第一类偏U形导体1的厚度方向上位于所述第一类偏U形导体1的两支腿部Ⅰ之间，如图3所示，且所述第二类偏U形导体2的头部Ⅱ包覆在所述第一类偏U形导体1的头部Ⅱ内。

具体实施时，还可以将其头部Ⅱ设置成弧形。所述第一类偏U形导体1和第二类偏U形导体2均由矩形截面铜线弯折而成。

在周向相邻槽位上设置的两个并联支路(亦即线圈组5)中，均具有一对成对设置的节距为Y+1的第一类偏U形导体1和节距为Y-1的第一类偏U形导体1，且两个支路中其余的第一类偏U形导体1和所有的第二类偏U形导体2的节距均为Y；同一支路上，节距为Y+1的第一类偏U形导体1和节距为 Y-1的第一类偏U形导体1分别位于同一径向上相对的两个位置处，且一个支路上节距为Y+1的第一类偏U形导体1所在的组合线圈4与另一个支路上节距为Y-1的第一类偏U形导体1所在的组合线圈4位于周向相邻的槽位内，如图4～图6所示，其中，图6中用实线表示的线圈组为图4中的线圈组，用虚线表示的线圈组为图5中的线圈组，图4、图5和图6的视角完全一致。

从图4的A-1和A-2处的圆圈部分可以看出，二者位于径向上相对的两个位置上，其中A-1的圆圈处设置有一个节距为Y-1的第一类偏U形导体1，使得其支脚部向内偏入一个槽位，即节距为Y-1的第一类偏U形导体1上向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在的支腿部Ⅰ相对其所在组合线圈4中的第二类偏U形导体 2向内偏入一个槽位。而在A-2的圆圈处设置一个节距为Y+1的第一类偏U形导体1，使得其支脚部向外偏出一个槽位，即节距为Y+1的第一类偏U形导体1上向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在的支腿部Ⅰ相对其所在组合线圈4中的第二类偏U形导体2向外偏出一个槽位。

同理，从图5中两个B-1处的圆圈部分可以看出，二者位于径向上相对的两个位置上，其中靠内侧的B-1与图4中A-1的位置相对应，二者所在的组合线圈位于周向相邻的槽位内；而靠外侧的B-1与图4 中的A-2的位置相对应，二者所在的组合线圈也位于周向相邻的槽位内。在靠内侧的B-1的圆圈处设置一个节距为Y+1的第一类偏U形导体1，使得其支脚部向外偏出一个槽位，即节距为Y+1的第一类偏U 形导体1上向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在的支腿部Ⅰ相对其所在组合线圈4中的第二类偏U形导体2向外偏出一个槽位。而在靠外侧的B-1的圆圈处设置有一个节距为Y-1的第一类偏U形导体1，使得其支脚部向内偏入一个槽位，即节距为Y-1的第一类偏U形导体1上向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在的支腿部Ⅰ相对其所在组合线圈4中的第二类偏U形导体2向内偏入一个槽位。

采用上述结构，在两个支路的径向方向设置一对节距为Y+1的第一类偏U形导体1和节距为Y-1的第一类偏U形导体1，相比于所有节距均一致的第一类偏U形导体1和第二类偏U形导体2构成的支路，可以使支路上一半的组合线圈4保持原位置，而另一半组合线圈4沿顺时针或逆时针移动一个槽距。而两个支路上位于同一侧且在相邻槽位上的组合线圈4向相向方向各移动一个槽距，使得该侧相邻槽位上的两个组合线圈4的位置关系互相调换，进而使得两个支路上组合线圈4的位置关系呈轴对称布置，无论顺时针方向还是逆时针方向，两个支路上相邻槽位的组合线圈4中有一半相差+360/Z°机械角，另一半相差-360/Z°机械角，从而可以避免两个支路之间产生电势差而形成环流。同时，该种结构中相连接的支脚Ⅲ位于同一槽内，无需采用跨接导体，就可以直接将二者焊接相连，减少无用铜的使用量，使导体的连接更加简单，便于制造；此外，此种设置方式对于定子铁芯8尺寸相同的同系列定子而言，即使极对数、每槽导体数产生变化，依然能够保证相绕组的跨接位置集中在同一接线端，进一步保证星点连接导体和电源引出导体的集中布置，避免接线之间的相互缠绕且保证简洁性，有利于实现定子的系列化设计。

图14和图15分别示出了组合线圈4在正面(连接侧)和背面(插入侧)的导体层布置方式，图14 中用虚线表示的第一类偏U形导体1的节距为Y+1，从图中可以看出，其向外偏转弯折的支脚所在支腿部Ⅰ相对于同一组合线圈上的第二类偏U形导体2的支脚部向外偏出一个槽位。图15中的第一类偏U 形导体1的节距为Y-1，从图中可以看出，其一侧的支脚部Ⅰ相对于同一组合线圈上的第二类偏U形导体2的支脚部向内偏入一个槽位。进一步的，为便于说明，将位于同一槽位处的支腿部Ⅰ在径向上由外向内分为第一层导体L1、第二层导体L2、第三层导体L3和第四层导体L4；所述第一类偏U形导体1 的两个支腿部Ⅰ分别为各自所在槽位的第一层导体L1和第四层导体L4，所述第二类偏U形导体2的两个支腿部Ⅰ分别为各自所在槽位的第二层导体L2和第三层导体L4。

在具体使用过程中，上述组合线圈4的径向上可以采用如下四种布置方式：

第一种：将第一类偏U形导体1的向外偏折的支脚Ⅲ设为第一层导体L1且沿圆周顺时针方向伸出，将第二类偏U形导体2的向外偏折的支脚Ⅲ设为第二层导体L2且沿圆周逆时针方向伸出，将第二类偏U 形导体2的向内偏折的支脚Ⅲ设为第三层导体L3，将第一类偏U形导体1的向内偏折的支脚Ⅲ设为第四层导体L4且与第三层导体连接，此处一般采用焊接。

第二种：将第一类偏U形导体1的向外偏折的支脚Ⅲ设为第一层导体L1且沿圆周逆时针方向伸出，将第二类偏U形导体2的向外偏折的支脚Ⅲ设为第二层导体L2且沿圆周顺时针方向伸出，将第二类偏U 形导体2的向内偏折的支脚Ⅲ设为第三层导体L3，将第一类偏U形导体1的向内偏折的支脚Ⅲ设为第四层导体L4且与第三层导体连接。

第三种：将第一类偏U形导体1的向外偏折的支脚Ⅲ设为第四层导体L4且沿圆周顺时针方向伸出，将第二类偏U形导体2的向外偏折的支脚Ⅲ设为第三层导体L3且沿圆周逆时针方向伸出，将第二类偏U 形导体2的向内偏折的支脚Ⅲ设为第二层导体L2，将第一类偏U形导体1的向内偏折的支脚Ⅲ设为第一层导体L1且与第二层导体连接。

第四种：将第一类偏U形导体1的向外偏折的支脚Ⅲ设为第四层导体L4且沿圆周顺时针方向伸出，将第二类偏U形导体2的向外偏折的支脚Ⅲ设为第三层导体L3且沿圆周逆时针方向伸出，将第二类偏U 形导体2的向内偏折的支脚Ⅲ设为第二层导体L2，将第一类偏U形导体1的向内偏折的支脚Ⅲ设为第一层导体L1且与第二层导体连接。

其中，顺时针和逆时针的方向是以定子铁芯8的连接侧为正面进行判断，向内是指向U形导体两支腿部Ⅰ之间，向外是指向U形导体两只腿部之外。

另外，为了便于接线和连接，所述第一类偏U形导体1和第二类偏U形导体2的支脚Ⅲ均具有平行于支腿部Ⅰ设置的连接脚Ⅳ，且相连接的两个连接脚Ⅳ在径向上相邻设置。

本实施例中的定子采用第一种方式，且在本实施例中，所述定子的极对数P＝4，每 极每相槽数Q＝2，定子铁芯槽数Z＝48槽，每槽导体数A＝4，节距Y＝6，并联支路数R＝4。

由于P＝4，在定子铁芯8圆周方向上阵列布置4个组合线圈4，并连接各个组合线圈4的连接脚Ⅳ，构成1个线圈组5，如图4和图5所示。由于Q＝2，在定子圆周方向上排列布置2Q＝4个线圈组5，形成一个相绕组，如图8所示。该实施例采用标准的整数槽绕组，因此4个线圈组5在固定其中某一个的情况下，其它3个线圈组5相对于固定的一个线圈组5在定子铁芯8圆周方向上分别错位360°/Z＝7.5°、 Y*360°/Z＝45°和(Y+1)*360°/Z＝52.5°的机械角。其中，错位360°/Z＝7.5°的线圈组5与固定的线圈组5为一对周向相邻槽位上设置的线圈组5，且二者的电流流向相同；错位Y*360°/Z＝45°的线圈组5和错位(Y+1)*360°/Z＝52.5°的线圈组5为一对周向相邻槽位上设置的线圈组5，且二者的电流流向相同，并与另一组的电流流向相反。

如图6和图7所示，对于上述两个线圈组5(支路)中，由于每个线圈组5(支路)均是由偶数个组合线圈4沿定子铁芯8圆周方向首尾连接一圈形成，在其中一个线圈组5(支路)上，当径向相对位置上设置一对节距为Y+1的第一类偏U形导体1和节距为Y-1的第一类偏U形导体1，节距为Y+1的第一类偏U形导体1的支脚Ⅲ相对所在组合线圈4向外偏出一槽，即顺时针前移一个槽位，使得依次连接在其后的其他组合线圈4均沿顺时针方向前移一个槽位；而节距为Y-1的第一类偏U形导体1的支脚Ⅲ相对所在组合线圈4向内偏入一槽，即逆时针后移一个槽位，刚好与前一个前移一个槽位的组合线圈4相衔接。

另一个线圈组5(支路)上，对应的节距为Y-1的第一类偏U形导体1的支脚Ⅲ相对所在组合线圈4 向内偏入一槽，即逆时针后移一个槽位，使得依次连接在其后的其他组合线圈4均沿逆时针方向后移一个槽位；而对应的节距为Y+1的第一类偏U形导体1的支脚Ⅲ相对所在组合线圈4向外偏出一槽，即顺时针前移一个槽位，刚好与前一个后移一个槽位的组合线圈4相衔接。

这样，如图7所示，在周向上，一个线圈组5(支路)上一半组合线圈4位于相邻槽位上另一线圈组 5(支路)上的组合线圈4的顺时针方向一侧，如图7中右侧的1-1和1-2所指组合线圈位于2-1和2-2所指组合线圈的顺时针方向一侧；另一半组合线圈4位于相邻槽位上另一线圈组5(支路)上的组合线圈4 的逆时针方向一侧，如图7中左侧的1-1和1-2所指组合线圈位于2-1和2-2所指组合线圈的逆时针方向一侧，从而可以避免两个支路之间产生电势差而形成环流。

本实施例中为三相定子绕组，故用3个所述无环流四支路相绕组在定子圆周方向上排列，形成一个三相定子绕组，如图11～图13所示，最后在各个相绕组的接线端设置一根连接3个相绕组的星点连接导体7，实现三相绕组的星点连接。

实施例2(如图1、2、16～图29)

一种电机，包括定子，如图27所示，所述定子包括定子铁芯8和三相安装在所述定子铁芯8上的四支路相绕组，各相绕组上的四个并联支路的一端连接有电源引出导体6，另一端通过星点连接导体7相互连接。

所述定子铁芯8包括整体呈圆筒形的主体，在所述定子铁芯8的内圈沿周向设置有多个沿径向朝内开口的定子铁芯槽，所述定子铁芯槽的一端为插入侧，另一端为连接侧，本实施例中，如图27所示，朝上的一端为连接侧，朝下的一端为插入侧。在所述定子铁芯槽内设置有三相所述无环流四支路相绕组，每一相所述无环流四支路相绕组包括四个并联支路，如图6所示，每个并联支路包括一个线圈组5，如图 18和图19所示，每一个线圈组5由M个组合线圈4沿定子铁芯8圆周方向依次连接而成，M等于相绕组的磁极对数，且为偶数。

本实施例中，所述组合线圈4包括第一类偏U形导体1、第二类偏U形导体2和整体呈环形的O形导体3。其中，如图1和图2所示，所述第一类偏U形导体1和第二类偏U形导体2均包括整体呈U型弯折的发卡主体，所述发卡主体包括两个相互平行设置的支腿部Ⅰ和连接在两个支腿部Ⅰ一端的头部Ⅱ，两个所述支腿部Ⅰ的另一端各设置有一个支脚Ⅲ，位于同一发卡主体上的两个支脚Ⅲ在发卡主体的宽度方向上朝向同一侧偏转弯折。如图16所示，所述O形导体3包括整体呈U型弯折的发卡主体，所述发卡主体包括两个相互平行设置的支腿部Ⅰ和连接在两个支腿部Ⅰ一端的头部Ⅱ，两个所述支腿部Ⅰ的另一端各设置有一个支脚Ⅲ，两个所述支脚Ⅲ在发卡主体的宽度方向上朝向中部偏转弯折，并在发卡主体的厚度方向上错位间隔设置。

所述第一类偏U形导体1和第二类偏U形导体2的两个支腿部Ⅰ均在其发卡主体的厚度方向上错位设置，所述第二类偏U形导体2在所述第一类偏U形导体1的厚度方向上位于所述第一类偏U形导体1 的两支腿部Ⅰ之间，且所述第二类偏U形导体2的头部Ⅱ包覆在所述第一类偏U形导体1的头部Ⅱ内。所述O形导体3在所述第一类偏U形导体1的厚度方向上位于所述第一类偏U形导体1的两支腿部Ⅰ之间，并与第二类偏U形导体2层叠布置，形成所述O形导体3的两个支脚Ⅲ分别与厚度方向上相邻的其他支脚Ⅲ相连，且所述第一类偏U形导体1中朝外偏转弯折的支脚Ⅲ和第二类偏U形导体2中朝外偏转弯折的支脚Ⅲ相互背离的所述组合线圈4，如图17所示。

如图1、图2和图16所示，所述第一类偏U形导体1、第二类偏U形导体2和O形导体3的头部Ⅱ均为具有顶端的V形，所述头部Ⅱ的两侧及两支腿部Ⅰ由所述V形的顶端沿径向前后错位设置，亦即在其发卡主体的厚度方向上错位设置。

具体实施时，还可以将其头部Ⅱ设置成弧形。所述第一类偏U形导体1、第二类偏U形导体2和O 形导体3均由矩形截面铜线弯折而成。

在周向相邻槽位上设置的两个并联支路(亦即线圈组5)中，均具有一对节距为Y+1的第一类偏U 形导体1和节距为Y-1的第一类偏U形导体1，且两个支路中其余的第一类偏U形导体1和所有的第二类偏U形导体2的节距均为Y；同一支路上，节距为Y+1的第一类偏U形导体1和节距为Y-1的第一类偏U形导体1分别位于同一径向上相对的两个位置处，且一个支路上节距为Y+1的第一类偏U形导体1 与另一个支路上节距为Y-1的第一类偏U形导体1位于周向相邻的槽位内，如图18、图19和图20所示，其中，图20中用实线表示的线圈组为图18中的线圈组，用虚线表示的线圈组为图19中的线圈组，图图18、图19和图20的视角完全一致。

从图18的A-3和A-4处的圆圈部分可以看出，二者位于径向上相对的两个位置上，其中A-3的圆圈处设置一个节距为Y+1的第一类偏U形导体1，使得其支脚部向外偏出一个槽位，即节距为Y+1的第一类偏U形导体1上向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在的支腿部Ⅰ相对其所在组合线圈4中的第二类偏U形导体 2向外偏出一个槽位。而在A-4的圆圈处设置有一个节距为Y-1的第一类偏U形导体1，使得其支脚部向内偏入一个槽位，即节距为Y-1的第一类偏U形导体1上向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在的支腿部Ⅰ相对其所在组合线圈4中的第二类偏U形导体2向内偏入一个槽位。

同理，在图19中B-3和B-4处的圆圈部分可以看出，二者位于径向上相对的两个位置上，其中B-3 与图18中A-3的位置相对应，二者所在的组合线圈位于周向相邻的槽位内；而B-4与图18中的A-4的位置相对应，二者所在的组合线圈也位于周向相邻的槽位内。在B-3的圆圈处设置有一个节距为Y-1的第一类偏U形导体1，使得其支脚部向内偏入一个槽位，即节距为Y-1的第一类偏U形导体1上向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在的支腿部Ⅰ相对其所在组合线圈4中的第二类偏U形导体2向内偏入一个槽位。而在B-4的圆圈处设置一个节距为Y+1的第一类偏U形导体1，使得其支脚部向外偏出一个槽位，即节距为Y+1的第一类偏U形导体1上向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在的支腿部Ⅰ相对其所在组合线圈4中的第二类偏U形导体2向外偏出一个槽位。

采用上述结构，在两个支路的径向方向设置一对节距为Y+1的第一类偏U形导体1和节距为Y-1的第一类偏U形导体1，相比于所有节距均一致的第一类偏U形导体1和第二类偏U形导体2构成的支路，可以使支路上一半的组合线圈4保持原位置，而另一半组合线圈4沿顺时针或逆时针移动一个槽距。而两个支路上位于同一侧的组合线圈4向相向方向各移动一个槽距，使得该侧相邻槽位上的两个组合线圈4的位置关系互相调换，进而使得两个支路上组合线圈4的位置关系呈轴对称布置，无论顺时针方向还是逆时针方向，两个支路上的组合线圈4中有一半相差+360/Z°机械角，另一半相差-360/Z°机械角，从而可以避免两个支路之间产生电势差而形成环流。同时，该中结构中相连接的支脚Ⅲ位于同一槽内，无需采用跨接导体，就可以直接将二者焊接相连，减少无用铜的使用量，使导体的连接更加简单，便于制造；此外，此种设置方式对于定子铁芯8尺寸相同的同系列定子而言，即使极对数、每槽导体数产生变化，依然能够保证相绕组的跨接位置集中在同一接线端，进一步保证星点连接导体和电源引出导体的集中布置，避免接线之间的相互缠绕且保证简洁性，有利于实现定子的系列化设计。

与实施例1相类似，增加O形导体3的组合线圈4根据第一类偏U形导体1的向外偏折的支脚Ⅲ的伸出方向和槽内的位置不同，具有四种基础布置方式，具体如下：

第一种：将第一类偏U形导体1的向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ设为第一层导体且沿圆周顺时针方向伸出。

第二种：将第一类偏U形导体1的向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ设为第一层导体且沿圆周逆时针方向伸出。

第三种：将第一类偏U形导体1的向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ设为第A层导体且沿圆周顺时针方向伸出。

第四种：将第一类偏U形导体1的向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ设为第A层导体且沿圆周逆时针方向伸出。

其中，顺时针和逆时针的方向是以定子铁芯8的连接侧为正面进行判断，向内是指向U形导体两支腿部Ⅰ之间，向外是指向U形导体两只腿部之外。

而层叠在第一类偏U形导体1内的第二类偏U形导体2和O形导体3，根据其排列组合的顺序不同，具有中组合形式，其中n为第二类偏U形导体2和O形导体3的数量之和，这样，增加O形导体 3的组合线圈4具有种层叠方式。

然而，将第一类偏U形导体1中朝外偏转弯折的支脚Ⅲ和第二类偏U形导体2中朝外偏转弯折的支脚Ⅲ设置为相邻的两层导体，可以使相连接的两个组合线圈4上的支脚Ⅲ相邻近而无需使用跨接导体，因此，在具体实施时，通常采用如下结构：

为便于说明，将位于同一槽位处的支腿部Ⅰ在径向上由外向内分为第一层导体、第二层导体……第 A层导体，A为大于4的偶数；所述第一类偏U形导体1的向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ和向内偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ分别为各自所在槽位的第一层导体和第A层导体时，所述第二类偏U形导体2的向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ和向内偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ分别为各自所在槽位的第二层导体和第三层导体，且所述O形导体3的支腿部Ⅰ分别为各自所在槽位的第2n层导体和第 2n+1层导体，2≦n≦A/2-1。所述第一类偏U形导体1的向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ和向内偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ分别为各自所在槽位的第A层导体和第一层导体时，所述第二类偏U形导体 2的向外偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ和向内偏转弯折的支脚Ⅲ所在支腿部Ⅰ分别为各自所在槽位的第 A-1层导体和第A-2层导体，且所述O形导体3的支腿部Ⅰ分别为各自所在槽位的第A-2n层导体和第 A-2n+1层导体，2≦n≦A/2-1。

为了便于接线和连接，所述第一类偏U形导体1和第二类偏U形导体2的支脚Ⅲ均具有平行于支腿部Ⅰ设置的连接脚Ⅳ，且相连接的两个连接脚Ⅳ在径向上相邻设置。

在本实施例中，所述组合线圈4为采用一个第一类偏U形导体1、一个第二类偏U形导体2和两个 O形导体3在第一种基础布置方式的基础上布置而成，具体为，所述第一类偏U形导体1的向外偏折的支脚Ⅲ为第一层导体L1且顺时针伸出；所述第二类偏U形导体2的向外偏折的支脚Ⅲ为第二层导体L2 且逆时针伸出，所述第二类偏U形导体2的向内偏折的支脚Ⅲ为第三层导体L3；紧邻第二类偏U形导体 2的第一个O形导体3的在前的支脚Ⅲ为第四层导体L4且与第三层导体的支脚Ⅲ连接，其在后的支脚Ⅲ为第五层导体L5；紧邻第二类偏U形导体2的第二个O形导体3在前的支脚Ⅲ为第六层导体L6且与第五层导体的支脚Ⅲ连接，其在后的支脚Ⅲ为第七层导体L7；所述第一类偏U形导体1的向内偏折的支脚Ⅲ为第八层导体L8且与第七层导体的支脚Ⅲ连接。其中图28和图29分别示出了该组合线圈4在正面 (连接侧)和反面(插入侧)时的导体层布置方式。

在本实施例中，所述定子的极对数P＝4，每极每相槽数Q＝2，定子铁芯槽数Z＝48 槽，每槽导体数A＝4，节距Y＝6，并联支路数R＝4。

由于P＝4，在定子铁芯8圆周方向上阵列布置4个组合线圈4，并连接各个组合线圈4的连接脚Ⅳ，构成1个线圈组5，如图18和19所示。由于Q＝2，在定子圆周方向上排列布置2Q＝4个线圈组5，形成一个相绕组，如图22所示。该实施例采用标准的整数槽绕组，因此4个线圈组5在固定其中某一个的情况下，其它3个线圈组5相对于固定的一个线圈组5在定子铁芯8圆周方向上分别错位360°/Z＝7.5°、 Y*360°/Z＝45°和(Y+1)*360°/Z＝52.5°的机械角。其中，错位360°/Z＝7.5°的线圈组5与固定的线圈组5为一对周向相邻槽位上设置的线圈组5，且二者的电流流向相同；错位Y*360°/Z＝45°的线圈组 5和错位(Y+1)*360°/Z＝52.5°的线圈组5为一对周向相邻槽位上设置的线圈组5，且二者的电流流向相同，并与另一组的电流流向相反。

如图20和21所示，对于上述两个线圈组5(支路)中，由于每个线圈组5(支路)均是由偶数个组合线圈4沿定子铁芯8圆周方向首尾连接一圈形成，在其中一个线圈组5(支路)上，当径向相对位置上设置一对节距为Y+1的第一类偏U形导体1和节距为Y-1的第一类偏U形导体1，节距为Y+1的第一类偏U形导体1的支脚Ⅲ相对所在组合线圈4向外偏出一槽，即顺时针前移一个槽位，使得依次连接在其后的其他组合线圈4均沿顺时针方向前移一个槽位；而节距为Y-1的第一类偏U形导体1的支脚Ⅲ相对所在组合线圈4向内偏入一槽，即逆时针后移一个槽位，刚好与前一个前移一个槽位的组合线圈4相衔接。

另一个线圈组5(支路)上，对应的节距为Y-1的第一类偏U形导体1的支脚Ⅲ相对所在组合线圈4 向内偏入一槽，即逆时针后移一个槽位，使得依次连接在其后的其他组合线圈4均沿逆时针方向后移一个槽位；而对应的节距为Y+1的第一类偏U形导体1的支脚Ⅲ相对所在组合线圈4向外偏出一槽，即顺时针前移一个槽位，刚好与前一个后移一个槽位的组合线圈4相衔接。

这样，如图21所示，在周向上，一个线圈组5(支路)上一半组合线圈4位于相邻槽位上另一线圈组5(支路)上的组合线圈4的顺时针方向一侧，如图21中左侧的1-1所指组合线圈位于2-1所指组合线圈的顺时针方向一侧；另一半组合线圈4位于相邻槽位上另一线圈组5(支路)上的组合线圈4的逆时针方向一侧，如图7中右侧的1-1和1-2所指组合线圈位于2-1和2-2所指组合线圈的逆时针方向一侧，从而可以避免两个支路之间产生电势差而形成环流。

本实施例中为三相定子绕组，故用3个所述无环流四支路相绕组在定子圆周方向上排列，形成一个三相定子绕组，如图25和图27所示，最后在各个相绕组的接线端设置一根连接3个相绕组的星点连接导体7，实现三相绕组的星点连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无环流四支路相绕组，其特征在于，包括用于安装在定子铁芯槽内的线圈组，所述线圈组由M个组合线圈依次连接而成，M等于相绕组的磁极对数，且为偶数；所述组合线圈包括第一类偏U形导体和第二类偏U形导体，所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体均包括整体呈U型弯折的发卡主体，所述发卡主体包括两个相互平行设置的支腿部和连接在两个支腿部一端的头部，两个所述支腿部的另一端各设置有一个支脚，位于同一发卡主体上的两个支脚在发卡主体的宽度方向上朝向同一侧偏转弯折；所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体的支腿部在厚度方向上的投影相互重叠，且所述第一类偏U形导体的支脚与第二类偏U形导体的支脚的偏转弯折方向相反，使所述第一类偏U形导体中朝外偏转弯折的支脚和第二类偏U形导体中朝外偏转弯折的支脚相互背离，且所述第一类偏U形导体中朝向中部偏转弯折的支脚和第二类偏U形导体中朝向中部偏转弯折的支脚相贴近并连接，形成所述组合线圈；

每个支路包括一个线圈组，在周向相邻槽位上设置的两个支路中，均具有一对节距为Y+1的第一类偏U形导体和节距为Y-1的第一类偏U形导体，且两个支路中其余的第一类偏U形导体和所有的第二类偏U形导体的节距均为Y；同一支路上，节距为Y+1的第一类偏U形导体和节距为Y-1的第一类偏U形导体分别位于同一径向上相对的两个位置处，且一个支路上节距为Y+1的第一类偏U形导体与另一个支路上节距为Y-1的第一类偏U形导体位于周向相邻的槽位内；

同一支路上，节距为Y+1的第一类偏U形导体上向外偏转弯折的支脚所在的支腿部相对其所在组合线圈向外偏出一个槽位，节距为Y-1的第一类偏U形导体上向外偏转弯折的支脚所在的支腿部相对其所在组合线圈向内偏入一个槽位。

2.如权利要求1所述的无环流四支路相绕组，其特征在于，所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体的两个支腿部均在其发卡主体的厚度方向上错位设置，所述第二类偏U形导体在所述第一类偏U形导体的厚度方向上位于所述第一类偏U形导体的两支腿部之间，且所述第二类偏U形导体的头部包覆在所述第一类偏U形导体的头部内。

3.如权利要求2所述的无环流四支路相绕组，其特征在于，所述组合线圈还包括整体呈环形的O形导体，所述O形导体包括整体呈U型弯折的发卡主体，所述发卡主体包括两个相互平行设置的支腿部和连接在两个支腿部一端的头部，两个所述支腿部的另一端各设置有一个支脚，两个所述支脚在发卡主体的宽度方向上朝向中部偏转弯折，并在发卡主体的厚度方向上错位间隔设置；所述O形导体在所述第一类偏U形导体的厚度方向上位于所述第一类偏U形导体的两支腿部之间，并与第二类偏U形导体层叠布置，形成所述O形导体的两个支脚分别与厚度方向上相邻的其他支脚相连，且所述第一类偏U形导体中朝外偏转弯折的支脚和第二类偏U形导体中朝外偏转弯折的支脚相互背离的所述组合线圈。

4.如权利要求2所述的无环流四支路相绕组，其特征在于，位于同一槽位处的支腿部在径向上由外向内分为第一层导体、第二层导体、第三层导体和第四层导体；所述第一类偏U形导体的两个支腿部分别为各自所在槽位的第一层导体和第四层导体，所述第二类偏U形导体的两个支腿部分别为各自所在槽位的第二层导体和第三层导体。

5.如权利要求3所述的无环流四支路相绕组，其特征在于，位于同一槽位处的支腿部在径向上由外向内分为第一层导体、第二层导体……第A层导体，A为大于4的偶数；所述第一类偏U形导体的两个支腿部分别为各自所在槽位的第一层导体和第A层导体，所述第二类偏U形导体的两个支腿部分别为各自所在槽位的第二层导体和第三层导体或者第(A-1)层导体和第(A-2)层导体，所述O形导体的支腿部分别为各自所在槽位的第2n层导体和第2n+1层导体或者第A-2n层导体和第A-2n+1层导体，2≦n≦A/2-1。

6.如权利要求1、2或4所述的无环流四支路相绕组，其特征在于，所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体的支脚均具有平行于支腿部设置的连接脚，且相连接的两个连接脚在径向上相邻设置；所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体的头部为具有顶端的V形或弧形，所述头部的两侧及两支腿部由所述V形或弧形的顶端沿径向前后错位设置；所述第一类偏U形导体和第二类偏U形导体均由扁铜线或矩形截面铜线弯折而成。

7.如权利要求3或5所述的无环流四支路相绕组，其特征在于，所述第一类偏U形导体、第二类偏U形导体以及O形导体的支脚均具有平行于支腿部设置的连接脚，且相连接的两个连接脚在径向上相邻设置；所述第一类偏U形导体、第二类偏U形导体以及O形导体的头部为具有顶端的V形或弧形，所述头部的两侧及两支腿部由所述V形或弧形的顶端沿径向前后错位设置；所述第一类偏U形导体、第二类偏U形导体以及O形导体均由扁铜线或矩形截面铜线弯折而成。

8.一种定子，其特征在于，包括定子铁芯和三相安装在所述定子铁芯上的如上述任一权利要求所述的无环流四支路相绕组，三相所述无环流四支路相绕组的一端连接有电源引出导体，另一端通过星点连接导体相互连接。

9.一种电机，其特征在于，包括如权利要求8所述的定子。