CN112510877A - 一种定子组件和电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种定子组件及电机，定子组件包括定子铁芯及M相定子绕组，定子铁芯具有N个槽，定子绕组由多个发卡线圈在槽内绕成L层，每一相定子绕组包括两个子绕组，每一子绕组具有多个发卡线圈，多个发卡线圈分布在N个槽的L个不同层中，每一子绕组的多个发卡线圈包括位于第一层的第一发卡线圈、位于第L层的第二发卡线圈、及位于第一层和第L层之间的中间发卡线圈；两个所述子绕组的第一发卡线圈为短距发卡线圈，两个所述子绕组的第二发卡线圈为长距发卡线圈；两个子绕组的中间发卡线圈的总数相同，中间发卡线圈的节距类型相同，在各节距类型的分布相同。实现了各子绕组反电势、电阻及电感相同以及提高绕组的装配效率。

Description

一种定子组件和电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种定子组件和电机。

背景技术

新能源汽车驱动电机的峰值功率密度的目标为4kW/kg，但是目 前电机的峰值功率密度在3.2-3.3kW/kg，还有较大提升空间。为实现 功率密度的提升，扁线电机是未来车用驱动电机发展方向，与圆线电 机相比，扁线电机槽满率更高，绕组端部更短，功率密度更大、散热 能力更强，特别适合车用驱动电机小型化、轻量化的应用需求。

然而，现有的扁线电机比圆线电机集肤效应严重以及装配效率不高，为 削弱集肤效应，扁线电机通常会增加槽内导体层数，减小扁线厚度。随着扁 线层数增加，绕组连接方式随之增加，不合理的连接方式会带来绕组电感不 平衡，进而产生绕组环流，增加绕组附加铜耗以及导致扁线绕组装配不便。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种定子组件和电机，旨在使定子绕组的各并 联的子绕的组的反电势、电阻及电感相同，且通过各并联子绕组的电流也相 同，避免由于并联子绕组之间的环流产生的附加损耗，以提高电机效率并降 低绕组温升的同时，改善NVH性能以及提升装配效率。

为实现上述目的，本发明提出一种定子组件，用于转子极数为2p的M相 电机，包括定子铁芯及M相定子绕组，所述定子铁芯的内周缘具有N个间隔 设置并沿所述定子铁芯径向延伸的槽，所述M相定子绕组由多个发卡线圈在 所述槽内绕制成L层，所述槽沿所述定子铁芯径向方向依次设置为第一层至 第L层，所述M为正整数，所述L为大于等于4的偶数，

每一相所述定子绕组包括两个并联或串联的子绕组，每一所述子绕组具 有多个所述发卡线圈，每一所述子绕组的所述多个发卡线圈分布在所述N个 槽的L个不同层中，以使得每一所述子绕组的多个所述发卡线圈包括位于所 述槽的第一层的第一发卡线圈、位于所述槽的第L层的第二发卡线圈、以及 位于所述槽的第一层和第L层之间的中间发卡线圈；

其中，两个所述子绕组的第一发卡线圈为短距发卡线圈，两个所述子绕 组的第二发卡线圈为长距发卡线圈；

两个所述子绕组的所述中间发卡线圈的总数量相同，且两个所述子绕组 的中间发卡线圈对应的节距类型相同，且在各节距类型的分布也相同。

可选地，在所述槽的第一层中，分布在所述两个子绕组上的所述短距发 卡线圈两两成对设置，且两个所述短距发卡线圈间隔一个槽设置；和/或，

在所述槽的第L层中，分布在所述两个子绕组上的所述长距发卡线圈两 两成对设置，且两个所述长距发卡线圈交叉一个槽设置。

可选地，所述中间发卡线圈包括整距发卡线圈，所述整距发卡线圈的节 距为N/(2P)；或者，

所述中间发卡线圈包括长距发卡线圈和短距发卡线圈，所述长距发卡线 圈的节距为N/(2P)+1，所述短距发卡线圈的节距为N/(2P)-1。

可选地，所述发卡线圈包括两个并行设置的直线段及连接两个所述直线 段的连接段，所述L＝6，所述多个中间发卡线圈包括：

第一中间发卡线圈，分布于所述槽的第二层和第三层，所述第一中间发 卡线圈的两个直线段分别位于所述槽的第二层和第三层；以及，

第二中间发卡线圈，分布于所述槽的第四层和第五层，所述第二中间发 卡线圈的两个直线段分别位于所述槽的第四层和第五层，两个所述子绕组的 所述第一中间发卡线圈的总数量相等，所述第二中间发卡线圈的总数量也相 等。

可选地，所述第一中间发卡线圈和所述第二中间发卡线圈均为整距发卡 线圈，所述第一中间发卡线圈的整距发卡线圈为第一整距发卡线圈，所述第 二中间发卡线圈的整距发卡线圈为第二整距发卡线圈，两个所述子绕组的所 述第一整距发卡线圈的总数量相等，所述第二整距发卡线圈的总数量也相等。

可选地，两个所述子绕组的所述第一中间发卡线圈其中之一为长距发卡 线圈，其中另一为短距发卡线圈，且分布在所述两个子绕组上的所述长距发 卡线圈和所述短距发卡线圈两两成对设置，所述长距发卡线圈套设在所述短 距发卡线圈外；

两个所述子绕组的第二中间发卡线圈其中之一对应为长距发卡线圈，其 中另一为短距发卡线圈，且分布在所述两个子绕组上的所述长距发卡线圈和 所述短距发卡线圈两两成对设置，所述长距发卡线圈套设在所述短距发卡线 圈外。

可选地，所述L＝4，所述发卡线圈包括两个并行设置的直线段及连接两 个所述直线段的连接段，所述多个中间发卡线圈包括：

整距发卡线圈，分布于所述槽的第二层和第三层，所述整距发卡线圈的 两个直线段分别位于所述槽的第二层和第三层，两个所述子绕组的所述整距 发卡线圈的总数量相等。

可选地，所述L＝4，所述发卡线圈包括两个并行设置的直线段及连接两 个所述直线段的连接段，所述中间发卡线圈包括：

第三中间发卡线圈，分布于所述槽的第二层和第三层，所述第三中间发 卡线圈的两个直线段分别位于所述槽的第二层和第三层，两个所述子绕组的 所述第三中间发卡线圈的总数量相等；

两个所述子绕组的所述第三中间发卡线圈其中之一为长距发卡线圈，其 中另一为短距发卡线圈，且分布在所述两个子绕组上的所述长距发卡线圈和 所述短距发卡线圈两两成对设置，所述长距发卡线圈套设在所述短距发卡线 圈外。

可选地，每一所述子绕组的电压引出线和中性线引出线同时位于所述槽 的第一层或第L层；或者，

每一所述子绕组的电压引出线和中性线引出线分别位于所述槽的第二层 和第三层；或者，

每一所述子绕组的电压引出线和中性线引出线分别位于所述槽的第二层 和第一层；或者，

所述发卡线圈包括U型发卡线圈和I型发卡线圈；或者，

所述M相定子绕组的各相之间星形连接或三角形连接。

本发明进一步提出一种电机，其特征在于，包括如上所述的定子组件。

本发明的技术方案中，设计一种定子组件，定子铁心的每个槽中分布L (L为大于等于4的偶数)层导体，两个子绕组串联或并联，通过每一子绕组 分别包括分设于槽的第一层和第L层的长距发卡线圈和短距发卡线圈，以及 中间发卡线圈，两个子绕组的中间发卡线圈的总数量相同，中间发卡线圈对 应的节距类型相同，且在各节距类型的分布也相同，使得两个子绕组在槽中 的位置相对应，进而使得两个子绕组的反电势、电阻及电感相同，且通过两 个子绕组的电流也相同，如此，一方面避免了两个子绕组间产生的环流，从 而大幅减小高频下的附加交流铜耗，提高高速运行时的电机效率，并避免了 绕组局部过温，延长了电机的寿命，另一方面，抑制了电机的电磁噪音，改 善了NVH性能；以及通过减少了制造模具数量，降低成本，提高加工制造效 率；每一个子绕组的电压引出线和中性线引出线的位置不做限制，可根据需 要灵活设置，便于提高焊接装配效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的 附图。

图1为本发明提供的电机一实施例的示意图；

图2为图1所示的A的放大图；

图3为图1所示的M相定子绕组各相连接的第一实施例的连接示意图；

图4为图1所示的M相定子绕组各相连接的第二实施例的连接示意图；

图5为图2所示的发卡线圈的第一实施例的结构示意图；

图6为图2所示的发卡线圈的第二实施例的结构示意图；

图7为图2所示的发卡线圈的第三实施例的结构示意图；

图8为图2所示的发卡线圈的第四实施例的结构示意图；

图9为图1所示的沿B-B截面的剖视图的第一实施例；

图10为图1所示的沿B-B截面的剖视图的第二实施例；

图11为图1所示的沿B-B截面的剖视图的第三实施例；

图12为图1所示的沿B-B截面的剖视图的第四实施例；

图13为图1所示的沿B-B截面的剖视图的第五实施例。

附图标号说明：

1	转子组件	17	第一I型发卡线圈
				2	定子组件	18	第一I型发卡线圈上端部
3	槽	19	第一I型发卡线圈直线段
				4	定子绕组	20	第一I型发卡线圈下端部
5	定子铁芯	21	第二U型发卡线圈
				6	定子齿	22	第二U型发卡线圈连接段
7	转轴	231	第二U型发卡线圈左端部
				8	发卡线圈	232	第二U型发卡线圈右端部
12	第一U型发卡线圈	24	第二U型发卡线圈节距
				13	第一U型发卡线圈连接段	25	第二U型发卡线圈直线段
141	第一U型发卡线圈左端部	26	第二I型发卡线圈
				142	第一U型发卡线圈右端部	27	第二I型发卡线圈上端部
15	第一U型发卡线圈节距	28	第二I型发卡线圈直线段
				16	第一U型发卡线圈直线段	29	第二I型发卡线圈下端部

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步 说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、 前、后、外、内……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附 图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生 改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、 “第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者 隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以 明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义， 包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同 时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须 是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保 护范围之内。

现有的扁线电机比圆线电机集肤效应严重，为削弱集肤效应，扁线电机 通常会增加槽内导体层数，减小扁线厚度。随着扁线层数增加，绕组连接方 式随之增加，不合理的连接方式会带来绕组电感不平衡，进而产生绕组环流， 增加绕组附加铜耗。

鉴于此，本发明提出一种定子组件和电机，旨在使定子绕组的各并联的 子绕组的反电势、电阻及电感相同，且通过各并联子绕组的电流也相同，避 免由于并联子绕组之间的环流产生的附加损耗，以提高电机效率并降低绕组 温升，改善NVH性能。

图1为本发明提供的电机一实施例的示意图；图2为图1所示的A的放大图； 图3为图1所示的M相定子绕组各相连接的第一实施例的连接示意图；图4为图1 所示的M相定子绕组各相连接的第二实施例的连接示意图；图5为图2所示的发 卡线圈的第一实施例的结构示意图；图6为图2所示的发卡线圈的第二实施例 的结构示意图；图7为图2所示的发卡线圈的第三实施例的结构示意图；图8为 图2所示的发卡线圈的第四实施例的结构示意图；图9为图1所示的沿B-B截面 的剖视图的第一实施例；图10为图1所示的沿B-B截面的剖视图的第二实施例； 图11为图1所示的沿B-B截面的剖视图的第三实施例；图12为图1所示的沿B-B截面的剖视图的第四实施例；图13为图1所示的沿B-B截面的剖视图的第五实 施例。

如图1-2所示，本发明实施例提供的电机，为三相电机，即M＝3，由圆环 状的转子组件1和圆环状的定子组件2构成：转子组件1包括由硅钢片冲叠而成 的转子铁芯和转轴7，转子极数为8，即P＝4，各种转子磁路结构均可应用于本 发明高密度发卡式定子，如表贴式转子、内置径向式转子(I型)、内置切向 式转子(Spoke型)、多层磁钢转子、混合磁路转子(“V”、“V+I”、“V+V”等) 以及Halbach阵列(海尔贝克阵列)等转子结构。

定子组件2包括定子铁芯5及M相定子绕组4，定子铁芯的内周缘具有 N个间隔设置并沿所述定子铁芯径向延伸的槽3，M相定子绕组为缠绕在定子 铁芯上的三相定子线圈4。每个槽3在相邻的一对定子齿6之间形成，槽口成 半闭口；三相定子线圈4分别布置在各槽3中且每个槽3中的线圈沿电机的 径向由内向外排布为L层，L为大于等于4的偶数。在本发明实施例中，N＝48， L＝6或4，以L＝6为例，请参照图2，沿定子铁芯径向由外向内依次设置为第 一层至第6层，其中，每一层是一个发卡线圈8的直线段，关于发卡线圈， 下文详述。

需要说明的是，在本发明实施例中，三相定子线圈的每一相包括两个串 联或并联的子绕组，两个子绕组串联即为一个支路，两个并联即为两个支路， 以下实施例总仅以并联两支路为例进行说明，一个支路的实施例未进行图示； 本发明对三相之间的连接方式不做限制，在本发明的一个实施例中，请参照 图3，三相连接方式为星形连接，具体地，三相分别为U相、V相和W相， U相包括两个并联的子绕组U1和U2，V相包括两个并联的子绕组V1和V2， W相包括两个并联的子绕组W1和W2，三相一端连接在一起构成一个节点N。

而在本发明的另一个实施例中，请参照图4，同样地，三相分别为U相、 V相和W相，U相包括两个并联的子绕组U1和U2，V相包括两个并联的子 绕组V1和V2，W相包括两个并联的子绕组W1和W2，每一相的末端与后 续相的前端相连，然后再从三个连接点引出端线。

本发明提出的定子组件，用于转子极数为2p的M相电机，包括定子铁芯 及M相定子绕组，定子铁芯的内周缘具有N个间隔设置并沿定子铁芯径向延 伸的槽，M相定子绕组由多个发卡线圈在槽内绕制成L层，M为正整数，L 为大于等于4的偶数，在本发明实施例中，P＝4，M＝3，N＝48，L＝4或6。

每一相定子绕组包括两个子绕组，如三相分别为U相、V相和W相，U 相包括两个并联或串联的子绕组U1和U2，V相包括两个并联的子绕组V1 和V2，W相包括两个并联的子绕组W1和W2，每一子绕组具有多个发卡线 圈，每一子绕组的多个发卡线圈分布在N个槽的L个不同层中，以使得每一 子绕组的多个发卡线圈包括位于槽的第一层的第一发卡线圈、位于槽的第L 层的第二发卡线圈、以及位于槽的第一层和第L层之间的中间发卡线圈；其 中，两个子绕组的第一发卡线圈为短距发卡线圈，两个子绕组的第二发卡线 圈为长距发卡线圈；两个子绕组的中间发卡线圈的总数量相同，且两个子绕 组的中间发卡线圈对应的节距类型相同，且在各节距类型的分布也相同。

本发明的技术方案中，设计一种定子组件，定子铁心的每个槽中分布L (L为大于等于4的偶数)层导体，两个子绕组串联或并联，通过两个子绕组 的第一发卡线圈为短距发卡线圈，两个子绕组的第二发卡线圈为长距发卡线 圈，实现了的第一层和第L层的发卡线圈相对应，两个子绕组的中间发卡线 圈的总数量相同，中间发卡线圈对应的节距类型相同，且在各节距类型的分 布也相同，使得两个子绕组在槽中的位置相对应，进而使得两个子绕组的反 电势、电阻及电感相同，且通过两个子绕组的电流也相同，如此，一方面避 免了两个子绕组间产生的环流，从而大幅减小高频下的附加交流铜耗，提高 高速运行时的电机效率，并避免了绕组局部过温，延长了电机的寿命，另一 方面，抑制了电机的电磁噪音，改善了NVH性能，使得电机更加适用于高速 场合，而不必增加逆变器容量。

在本发明实施例中，采用每一子绕组的多个发卡线圈分布在N个槽的L 个不同层中，发卡线圈相互连接，形成子绕组，请参照图5至图8，发卡线圈 按照其形状可以分为U型发卡线圈和I型发卡线圈。

图5为U型发卡线圈的一个实施例，第一U型发卡线圈12，第一U型 发卡线圈12包括两个第一U型发卡线圈直线段16、连接两个第一U型发卡 线圈直线段16的第一U型发卡线圈连接段13、第一U型发卡线圈左端部141 及第一U型发卡线圈右端部142，整体呈U型。两第一U型发卡线圈直线段 16分别插入两个槽3的相邻层中，第一U型发卡线圈左端部141及第一U型 发卡线圈右端部142分别向相反的方向弯折，在定子铁芯5插入侧的相反侧 通过焊接使第一U型发卡线圈12与其他发卡线圈端部进行连接。

图6为U型发卡线圈的另一个实施例，第二U型发卡线圈21，第二U 型发卡线圈21包括两个第二U型发卡线圈直线段25、连接两个第二U型发 卡线圈直线段25的第二U型发卡线圈连接段22、第二U型发卡线圈左端部 231及第二U型发卡线圈右端部232，整体呈U型。两第二U型发卡线圈直 线段25分别插入两个槽3的相同层中，第二U型发卡线圈左端部231及第二U型发卡线圈右端部232分别向相同的方向弯折，在定子铁芯5插入侧的相 反侧通过焊接使第一U型发卡线圈12与其他发卡线圈端部进行连接。

图7为I型发卡线圈的一个实施例，第一I型发卡线圈17，第一I型发卡 线圈17包括一个第一I型发卡线圈直线段19，第一I型发卡线圈上端部18、 第一I型发卡线圈直线段下端部20，整体呈I型。第一I型发卡线圈直线段 19插入槽3的某一层中，第一I型发卡线圈上端部18、第一I型发卡线圈直 线段下端部20分别向相反的方向弯折，在定子铁芯5插入侧的相反侧通过焊 接使第一I型发卡线圈直线段下端部20与其他发卡线圈端部进行连接。

图8为I型发卡线圈的另一个实施例，第二I型发卡线圈26，第二I型发 卡线圈26包括一个第二I型发卡线圈直线段28，第二I型发卡线圈上端部27、 第二I型发卡线圈下端部29，整体呈I型。第二I型发卡线圈直线段28插入 槽3的某一层中，第二I型发卡线圈上端部27、第二I型发卡线圈下端部29 分别向相同的方向弯折，在定子铁芯5插入侧的相反侧通过焊接使第一I型发 卡线圈直线段下端部20与其他发卡线圈端部进行连接，在本发明实施例中， I型发卡线圈位于线圈端部的位置，与引出线连接。

需要说明的是，在图5和图6中，标号15和24分别为第一U型发卡线 圈节距和第二U型发卡线圈节距，表示发卡线圈两个直线段之间的距离，即 发卡线圈跨的槽的数量——节距，在上述定子组件中，每相定子绕组的每一 子绕组内包含三种节距的线圈，即节距是N/(2P)的整距发卡线圈，节距是 N/(2P)+1的长距发卡线圈，节距是N/(2P)-1的短距发卡线圈。本发明实施例 中两个子绕组的中间发卡线圈的总数量相同，中间发卡线圈对应的节距类型 相同，且在各节距类型的分布也相同，表示两个子绕组的中间发卡线圈使用 的发卡线圈的数量、节距类型以及分布都相同，通过以上布置，可实现在同 一转子磁极下相邻槽之间的切换，消除由于一个槽距形成的相位差。

此外，在本发明实施例中，请参照图9至图12，优选地，在槽的第一层 中，分布在两个子绕组上的短距发卡线圈两两成对设置，且两个短距发卡线 圈间隔一个槽设置。

类似地，在槽的第L层中，分布在两个子绕组上的长距发卡线圈两两成 对设置，且两个长距发卡线圈交叉一个槽设置。

对于中间发卡线圈的形式，本发明不做限制，只要能实现两个子绕组的 中间发卡线圈的总数量相同，中间发卡线圈对应的节距类型相同，且在各节 距类型的分布也相同均可，优选地，中间发卡线圈可以包括整距发卡线圈； 中间发卡线圈也可以包括长距发卡线圈和短距发卡线圈。

以L＝6为例，分别说明上述中间发卡线圈的分布情况，多个中间发卡线 圈包括：

第一中间发卡线圈，分布于槽的第二层和第三层，第一中间发卡线圈的 两个直线段分别位于槽的第二层和第三层；以及，

第二中间发卡线圈，分布于槽的第四层和第五层，第二中间发卡线圈的 两个直线段分别位于槽的第四层和第五层，两个子绕组的第一中间发卡线圈 的总数量相等，第二中间发卡线圈的总数量也相等。

在本发明的中间发卡线圈的第一实施例中，即中间发卡线圈包括长距发 卡线圈和短距发卡线圈的情况下，请参照图9，两个子绕组的第一中间发卡线 圈其中之一为长距发卡线圈，其中另一为短距发卡线圈，且分布在两个子绕 组上的长距发卡线圈和短距发卡线圈两两成对设置，长距发卡线圈套设在短 距发卡线圈外；两个子绕组的第二中间发卡线圈其中之一对应为长距发卡线 圈，其中另一为短距发卡线圈，且分布在两个子绕组上的长距发卡线圈和短 距发卡线圈两两成对设置，长距发卡线圈套设在短距发卡线圈外。

具体地，以U相为例，请参照图9，在定子铁芯5的内周缘形成48个间 隔设置并沿定子铁芯径向延伸的槽，即N＝48，图9所示的附图标记1、2、 3……47、48表示槽的编号。

请参考图9中U相第1套绕组U1，包括分布在第1层、第2层、第4层、 第6层、第5层、第3层的线圈组U11、U12、U14、U16、U15、U13，共计 24个串联线圈，每个线圈组各包含4个线圈。第1套绕组U1引出线U1+位 于第1层，中性线引出线U1-位于第1层。第1套绕组U1包括插入第1层1 号槽的I型发卡线圈111，插入第2层7号槽及第3层14号槽的线圈121，插 入第4层20号槽及第5层25号槽的线圈141，插入第6层31号槽及第6层 38号槽的线圈161，插入第5层32号槽及第4层25号槽的线圈151，插入第 3层19号槽及第2层14号槽的线圈131，插入第1层8号槽及第1层13号 槽的线圈112，插入第2层19号槽及第3层26号槽的线圈122，插入第4层32号槽及第5层37号槽的线圈142，插入第6层43号槽及第6层2号槽的 线圈162，插入第5层44号槽及第4层37号槽的线圈152，插入第3层31 号槽及第2层26号槽的线圈132，插入第1层20号槽及第1层25号槽的线 圈113，插入第2层31号槽及第3层38号槽的线圈123，插入第4层44号槽及第5层1号槽的线圈143，插入第6层7号槽及第6层14号槽的线圈163， 插入第5层8号槽及第4层1号槽的线圈153，插入第3层43号槽及第2层 38号槽的线圈133，插入第1层32号槽及第1层37号槽的线圈114，插入第 2层43号槽及第3层2号槽的线圈124，插入第4层8号槽及第5层13号槽 的线圈144，插入第6层19号槽及第6层26号槽的线圈164，插入第5层20 号槽及第4层13号槽的线圈154，插入第3层7号槽及第2层2号槽的线圈 134，插入第1层44号槽的I形线圈115。各个I型线圈及U型线圈通过线圈 端部焊接连在一起，串联构成绕组U1

请参考图9中U相第2套绕组U2，包括分布在第1层、第2层、第4层、 第6层、第5层、第3层的线圈组U21、U22、U24、U26、U25、U23，共计 24个串联线圈，每个线圈组各包含4个线圈。第2套绕组U2引出线U2+位 于第1层，中性线引出线U2-位于第1层。第2套绕组U2包括插入第1层2 号槽的I型发卡线圈211，插入第2层8号槽及第3层13号槽的线圈221，插 入第4层19号槽及第5层26号槽的线圈241，插入第6层32号槽及第6层 25号槽的线圈261，插入第5层19号槽及第4层14号槽的线圈251，插入第 3层8号槽及第2层1号槽的线圈231，插入第1层43号槽及第1层38号槽 的线圈212，插入第2层44号槽及第3层1号槽的线圈222，插入第4层7 号槽及第5层14号槽的线圈242，插入第6层20号槽及第6层13号槽的线 圈262，插入第5层7号槽及第4层2号槽的线圈252，插入第3层44号槽 及第2层37号槽的线圈232，插入第1层31号槽及第1层26号槽的线圈213， 插入第2层32号槽及第3层37号槽的线圈223，插入第4层43号槽及第5 层2号槽的线圈243，插入第6层8号槽及第6层1号槽的线圈263，插入第 5层43号槽及第4层38号槽的线圈253，插入第3层32号槽及第2层25号 槽的线圈233，插入第1层19号槽及第1层14号槽的线圈214，插入第2层 20号槽及第3层25号槽的线圈224，插入第4层31号槽及第5层38号槽的 线圈244，插入第6层44号槽及第6层37号槽的线圈264，插入第5层31 号槽及第4层26号槽的线圈254，插入第3层20号槽及第2层13号槽的线 圈234，插入第1层7号槽的I形线圈215。各个I型线圈及U型线圈通过线 圈端部焊接连在一起，串联构成绕组U2。

上述端部焊接可采用单端焊接、双端焊接或连续波绕(无焊接)。

上述实施例中，两个子绕组的中间发卡线圈中，长距发卡线圈的总数量 相等，短距发卡线圈的总数量也相等。由于两个子绕组的第一层和第L层的 长距发卡线圈的总数量相等，短距发卡线圈的总数量也相等，因此两个子绕 组的长距发卡线圈的总数量相等，短距发卡线圈的总数量也相等，使得两个 子绕组在槽中的位置相对应，进而使得两个子绕组的反电势、电阻及电感相 同，且通过两个子绕组的电流也相同。

本发明对于每一个子绕组的电压引出线和中性线引出线的位置不做限 制，本实施例中，每一子绕组的电压引出线和中性线引出线同时位于槽的第 一层，如U1的电压引出线U1+中性线引出线U1-都在第一层，而在其他实施 例中，显然，每一子绕组的电压引出线和中性线引出线同时位于槽的第L层， 便于接线。

此外，在中间发卡线圈的第二实施例中，请参照图10，在另一实施例中， 每一子绕组的电压引出线和中性线引出线分别位于槽的第二层和第三层。即 电压引出线U1+位于第3层14号槽，中性线引出线U1-位于第2层7号槽， 电压引出线U2+位于第3层13号槽，中性线引出线U2-位于第2层8号槽。

在中间发卡线圈的第五实施例中，请参照图13，每一子绕组的电压引出 线和中性线引出线分别位于槽的第二层和第一层。

类似地，U相第3种进出线连接方式，电压引出线U1+位于第5层26号 槽，中性线引出线U1-位于第4层19号槽，电压引出线U2+位于第5层25 号槽，中性线引出线U2-位于第4层20号槽。

需要说明的是，本发明的每一相定子绕组包括两个子绕组，两个子绕组 可以是串联形成一路，也可以是并联形成两路，串联时，将U1-引出线与U2+ 引出线相互连接，因此U相引出线为U1+和U2-，实现了一路的情况，结构 简单，灵活性强。

进一步地，由于定子组件为圆环形，发卡线圈在不同槽中分布实质上是 跨越不同的半径，那么，发卡线圈在不同位置时两个直线段之间的距离会不 同，也即分布于第二层和第三层之间的长距发卡线圈和分布于第四层和第五 层之间的长距发卡线圈的两个直线段之间的距离是不同的；分布于第二层和 第三层之间的短距发卡线圈和分布于第四层和第五层之间的短距发卡线圈的 两个直线段之间的距离是不同的。

在本发明实施例中，第一中间发卡线圈包括第一长距发卡线圈和第一短 距发卡线圈，第二中间发卡线圈包括第二长距发卡线圈和第二短距发卡线圈， 第一长距发卡线圈及第二长距发卡线圈均为长距发卡线圈，第一短距发卡线 圈及第二短距发卡线圈均为短距发卡线圈，两个子绕组的第一长距发卡线圈、 第一短距发卡线圈、第二长距发卡线圈及第二短距发卡线圈的总数量均相等。 也即在本发明中，中间层使用(N-2)/2种长距发卡线圈及(N-2)/2种短距 发卡线圈，即在本实施例中中间层使用两种长距发卡线圈和两种短距发卡线 圈，能够进一步消除两个子绕组之间的差异，实现两个子绕组的反电势、电 阻及电感相同。

在本发明的中间发卡线圈的第三实施例中，即中间发卡线圈包括整距发 卡线圈的情况下，请参照图11，第一中间发卡线圈和第二中间发卡线圈均为 整距发卡线圈，两个子绕组的整距发卡线圈的总数量相等。

具体地，以U相为例，在定子铁芯5的内周缘形成48个间隔设置并沿定 子铁芯径向延伸的槽，即N＝48，图11所示的附图标记1、2、3……47、48 表示槽的编号。

请参照图11，第1套绕组U1包括线圈组U11、U12、U14、U16、U15、 U13；第2套绕组U2包括线圈组U21、U22、U24、U26、U25、U23。U相 第1套子绕组U1引出线U1+位于第1层，中性线引出线U1-位于第1层。第 1套绕组U1包括发卡线圈111，线圈121，线圈141，线圈161，线圈151， 线圈131，线圈112，线圈122，线圈142，线圈162，线圈152，线圈132， 线圈113，线圈123，线圈143，线圈163，线圈153，线圈133，线圈114， 线圈124，线圈144，线圈164，线圈154，线圈134，线圈115。各个I型线 圈及U型线圈通过线圈端部焊接连在一起，串联构成绕组U1。

参考图11中U相第2套子绕组U2引出线U2+位于第1层，中性线引出 线U2-位于第1层。第2套绕组U2包括发卡线圈211，线圈221，线圈241， 线圈261，线圈251，线圈231，线圈212，线圈222，线圈242，线圈262， 线圈252，线圈232，线圈213，线圈223，线圈243，线圈263，线圈253， 线圈233，线圈214，线圈224，线圈244，线圈264，线圈254，线圈234， 线圈215。各个I型线圈及U型线圈通过线圈端部焊接连在一起，串联构成绕 组U2。

上述实施例中，两个子绕组的中间发卡线圈中，整距发卡线圈的总数量 相等。由于两个子绕组的第一层和第L层的长距发卡线圈的总数量相等，短 距发卡线圈的总数量也相等，因此两个子绕组的发卡线圈的总数量相等，实 现了两个子绕组的发卡线圈的总数量相同，对应的节距类型相同，且在各节 距类型的分布也相同，使得两个子绕组在槽中的位置相对应，进而使得两个 子绕组的反电势、电阻及电感相同，且通过两个子绕组的电流也相同。此外， 由于中间层的发卡线圈都为整距发卡线圈，减少了使用的U型发卡线圈的节距类型，减少了制造模具数量，降低成本，提高加工制造效率。

进一步地，由于定子组件为圆环形，发卡线圈在不同槽中分布实质上是 跨越不同的半径，那么，整距发卡线圈在不同位置时两个直线段之间的距离 会不同，也即分布于第二层和第三层之间的整距发卡线圈和分布于第四层和 第五层之间的整距发卡线圈的两个直线段之间的距离是不同的。

在本实施例中，第一中间发卡线圈的整距发卡线圈为第一整距发卡线圈， 第二中间发卡线圈的整距发卡线圈为第二整距发卡线圈，两个子绕组的第一 整距发卡线圈的总数量相等，第二整距发卡线圈的总数量也相等。也即在本 发明中，中间层使用(N-2)/2种整距发卡线圈，即在本实施例中中间层使用 两种整距发卡线圈，能够进一步消除两个子绕组之间的差异，实现两个子绕 组的反电势、电阻及电感相同。

在本发明中间发卡线圈的第四实施例中，请参照图12，L＝4，多个中间 发卡线圈包括：整距发卡线圈，分布于槽的第二层和第三层，整距发卡线圈 的两个直线段分别位于槽的第二层和第三层，两个子绕组的整距发卡线圈的 总数量相等。

具体地，以U相为例，请参照图12，在定子铁芯5的内周缘形成48个 间隔设置并沿定子铁芯径向延伸的槽，即N＝48，图12所示的附图标记1、2、 3……47、48表示槽的编号。

具体地，请参照图12，每槽中含有导体层数为4层，第1套绕组U1包 括线圈组U11、U12、U14、U13；第2套绕组U2包括线圈组U21、U22、U24、 U23。U相第1套子绕组U1引出线U1+位于第3层，中性线引出线U1-位于 第2层。第1套绕组U1包括发卡线圈131，线圈141，线圈132，线圈111， 线圈121，线圈142，线圈133，线圈112，线圈122，线圈143，线圈134， 线圈113，线圈123，线圈144，线圈135，线圈114，线圈124。各个I型线 圈及U型线圈通过线圈端部焊接连在一起，串联构成绕组U1。

,U相第2套子绕组U2引出线U2+位于第3层，中性线引出线U2-位于第 2层。第2套绕组U2包括发卡线圈231，线圈241，线圈232，线圈211，线 圈221，线圈242，线圈233，线圈212，线圈222，线圈243，线圈234，线 圈213，线圈223，线圈244，线圈235，线圈214，线圈224。各个I型线圈 及U型线圈通过线圈端部焊接连在一起，串联构成绕组U2。

上述实施例中，两个子绕组的中间发卡线圈中，整距发卡线圈的总数量 相等。由于两个子绕组的第一层和第L层的长距发卡线圈的总数量相等，短 距发卡线圈的总数量也相等，因此两个子绕组的发卡线圈的总数量相等，实 现了两个子绕组的发卡线圈的总数量相同，对应的节距类型相同，且在各节 距类型的分布也相同，使得两个子绕组在槽中的位置相对应，进而使得两个 子绕组的反电势、电阻及电感相同，且通过两个子绕组的电流也相同。此外， 由于中间层的发卡线圈都为整距发卡线圈，减少了使用的U型发卡线圈的节距类型，减少了制造模具数量，降低成本，提高加工制造效率。

在本发明中间发卡线圈的第五实施例中，请参照图13，L＝4，多个中间 发卡线圈包括：整距发卡线圈，分布于槽的第二层和第三层，整距发卡线圈 的两个直线段分别位于槽的第二层和第三层，两个子绕组的整距发卡线圈的 总数量相等。

具体地，以U相为例，请参照图13，在定子铁芯5的内周缘形成48个 间隔设置并沿定子铁芯径向延伸的槽，即N＝48，图13所示的附图标记1、2、 3……47、48表示槽的编号。

具体地，请参照图13，每槽中含有导体层数为4层，第1套绕组U1包 括线圈组U11、U12、U14、U13；第2套绕组U2包括线圈组U21、U22、U24、 U23。U相第1套子绕组U1引出线U1+位于第2层，中性线引出线U1-位于 第1层。引出线U1+的轴向位置为U型发卡线圈连接段对面，中性线引出线U1-的轴向位置为U型发卡线圈连接段对面，因此采用本实施例出线方式取消了I型发卡线圈的使用，使线型种类减少，减少了制造模具数量，降低成本， 提高加工制造效率。第1套绕组U1包括发卡线圈121，线圈141，线圈131， 线圈111，线圈122，线圈142，线圈132，线圈112，线圈123，线圈143， 线圈133，线圈113，线圈124，线圈144，线圈134，线圈114。各个U型线 圈通过线圈端部焊接连在一起，串联构成绕组U1。

U相第2套子绕组U2引出线U2+位于第2层，中性线引出线U2-位于第 1层。第2套绕组U2包括发卡线圈221，线圈241，线圈231，线圈211，线 圈222，线圈242，线圈232，线圈212，线圈223，线圈243，线圈233，线 圈213，线圈224，线圈244，线圈234，线圈214。各个U型线圈通过线圈 端部焊接连在一起，串联构成绕组U2。

在本发明中间发卡线圈的第四实施例和第五实施例中，槽的第一层采用 短距发卡线圈，第二层、第三层采用整距发卡线圈，每一相占用相邻2个槽， 如7号槽、8号槽，绕组节距因数为1，可以输出更大转矩，第四层采用长距 发卡线圈，U型发卡线圈为3种，端部高度短，电机体积小。每相并联支路 数为1支路或2支路，当并联支路数为2支路时，由于短距发卡线圈和长距 发卡线圈搭配使用，实现在同一转子磁极下相邻槽之间的切换，消除由于一 个槽距形成的相位差，避免两条支路之间产生环流，避免局部温升过高的现 象。当并联支路数为2支路时，每相串联匝数较低，适用于低电压高电流高 速的应用场合；每相并联支路数为1时，每相串联匝数较高，适用于高电压 低电流低转速的应用场合。

此外，L＝4时，中间发卡线圈还可以是长距发卡线圈和短距发卡线圈，具 体地，中间发卡线圈包括第三中间发卡线圈，第三中间发卡线圈分布于槽的 第二层和第三层，第三中间发卡线圈的两个直线段分别位于所述槽的第二层 和第三层，两个子绕组的所述第三中间发卡线圈的总数量相等；两个子绕组 的第三中间发卡线圈其中之一为长距发卡线圈，其中另一为短距发卡线圈， 且分布在两个子绕组上的长距发卡线圈和短距发卡线圈两两成对设置，长距 发卡线圈套设在所述短距发卡线圈外。

两个子绕组的第三中间发卡线圈其中之一为长距发卡线圈，其中另一为 短距发卡线圈，且分布在两个子绕组上的长距发卡线圈和短距发卡线圈两两 成对设置，长距发卡线圈套设在所述短距发卡线圈外。也即在本发明中，中 间层使用(N-2)/2种长距发卡线圈及(N-2)/2种短距发卡线圈，即在本实 施例中中间层使用一种长距发卡线圈和一种短距发卡线圈，能够进一步消除 两个子绕组之间的差异，实现两个子绕组的反电势、电阻及电感相同。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构 变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范 围内。

Claims (10)

1.一种定子组件，其特征在于，用于转子极数为2p的M相电机，包括定子铁芯及M相定子绕组，所述定子铁芯的内周缘具有N个间隔设置并沿所述定子铁芯径向延伸的槽，所述M相定子绕组由多个发卡线圈在所述槽内绕制成L层，所述槽沿所述定子铁芯径向方向依次设置为第一层至第L层，所述M为正整数，所述L为大于等于4的偶数，

每一相所述定子绕组包括两个并联或串联的子绕组，每一所述子绕组具有多个所述发卡线圈，每一所述子绕组的所述多个发卡线圈分布在所述N个槽的L个不同层中，以使得每一所述子绕组的多个所述发卡线圈包括位于所述槽的第一层的第一发卡线圈、位于所述槽的第L层的第二发卡线圈、以及位于所述槽的第一层和第L层之间的中间发卡线圈；

其中，两个所述子绕组的第一发卡线圈为短距发卡线圈，两个所述子绕组的第二发卡线圈为长距发卡线圈；

两个所述子绕组的所述中间发卡线圈的总数量相同，且两个所述子绕组的中间发卡线圈对应的节距类型相同，且在各节距类型的分布也相同。

2.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于，在所述槽的第一层中，分布在所述两个子绕组上的所述短距发卡线圈两两成对设置，且两个所述短距发卡线圈间隔一个槽设置；和/或，

在所述槽的第L层中，分布在所述两个子绕组上的所述长距发卡线圈两两成对设置，且两个所述长距发卡线圈交叉一个槽设置。

3.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述中间发卡线圈包括整距发卡线圈，所述整距发卡线圈的节距为N/(2P)；或者，

所述中间发卡线圈包括长距发卡线圈和短距发卡线圈，所述长距发卡线圈的节距为N/(2P)+1，所述短距发卡线圈的节距为N/(2P)-1。

4.如权利要求3所述的定子组件，其特征在于，所述发卡线圈包括两个并行设置的直线段及连接两个所述直线段的连接段，所述L＝6，所述多个中间发卡线圈包括：

第一中间发卡线圈，分布于所述槽的第二层和第三层，所述第一中间发卡线圈的两个直线段分别位于所述槽的第二层和第三层；以及，

第二中间发卡线圈，分布于所述槽的第四层和第五层，所述第二中间发卡线圈的两个直线段分别位于所述槽的第四层和第五层，两个所述子绕组的所述第一中间发卡线圈的总数量相等，所述第二中间发卡线圈的总数量也相等。

5.如权利要求4所述的定子组件，其特征在于，所述第一中间发卡线圈和所述第二中间发卡线圈均为整距发卡线圈，所述第一中间发卡线圈的整距发卡线圈为第一整距发卡线圈，所述第二中间发卡线圈的整距发卡线圈为第二整距发卡线圈，两个所述子绕组的所述第一整距发卡线圈的总数量相等，所述第二整距发卡线圈的总数量也相等。

6.如权利要求4所述的定子组件，其特征在于，两个所述子绕组的所述第一中间发卡线圈其中之一为长距发卡线圈，其中另一为短距发卡线圈，且分布在所述两个子绕组上的所述长距发卡线圈和所述短距发卡线圈两两成对设置，所述长距发卡线圈套设在所述短距发卡线圈外；

两个所述子绕组的第二中间发卡线圈其中之一对应为长距发卡线圈，其中另一为短距发卡线圈，且分布在所述两个子绕组上的所述长距发卡线圈和所述短距发卡线圈两两成对设置，所述长距发卡线圈套设在所述短距发卡线圈外。

7.如权利要求3所述的定子组件，其特征在于，所述L＝4，所述发卡线圈包括两个并行设置的直线段及连接两个所述直线段的连接段，所述多个中间发卡线圈包括：

整距发卡线圈，分布于所述槽的第二层和第三层，所述整距发卡线圈的两个直线段分别位于所述槽的第二层和第三层，两个所述子绕组的所述整距发卡线圈的总数量相等。

8.如权利要求3所述的定子组件，其特征在于，所述L＝4，所述发卡线圈包括两个并行设置的直线段及连接两个所述直线段的连接段，所述中间发卡线圈包括：

第三中间发卡线圈，分布于所述槽的第二层和第三层，所述第三中间发卡线圈的两个直线段分别位于所述槽的第二层和第三层，两个所述子绕组的所述第三中间发卡线圈的总数量相等；

两个所述子绕组的所述第三中间发卡线圈其中之一为长距发卡线圈，其中另一为短距发卡线圈，且分布在所述两个子绕组上的所述长距发卡线圈和所述短距发卡线圈两两成对设置，所述长距发卡线圈套设在所述短距发卡线圈外。

9.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于，每一所述子绕组的电压引出线和中性线引出线同时位于所述槽的第一层或第L层；或者，

每一所述子绕组的电压引出线和中性线引出线分别位于所述槽的第二层和第三层；或者，

每一所述子绕组的电压引出线和中性线引出线分别位于所述槽的第二层和第一层；或者，

所述发卡线圈包括U型发卡线圈和I型发卡线圈；或者，

所述M相定子绕组的各相之间星形连接或三角形连接。

10.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的定子组件。

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