CN114142644A - 一种电机定子绕组结构、电机及车辆 - Google Patents

一种电机定子绕组结构、电机及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机定子绕组结构，包括电机定子和U相绕组接线，所述电机定子为N槽M极、H条支路、绕组层数为W，其中N、M、W、H均为自然数；从第一层开始，每相邻两层的采用一种U型线圈；作为起始和结尾的槽内均采用单根线圈。该电机包括上述电机定子绕组结构；该车辆包括上述电机。本发明具有结构简单紧凑、制作方便等优点。

Description

一种电机定子绕组结构、电机及车辆
技术领域
本发明主要涉及到电机技术领域，特指一种电机定子绕组结构、电机及车辆。
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。
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，提供功率/转矩密度。
但是，扁线绕组也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 偶数层。由于层数较多，需要线型也较多，同时还可能出现支路不对称现象。
发卡电机绕组排布及连接方式是设计的难点之一，现有技术的发卡线圈排布 方式一般存在以下几个问题：
1)存在种类较多的异型线圈，导致排布方式复杂；
2)存在较多的异型线圈，异型线圈的存在将增加线圈制造难度，不利于批 量化生产；
3)出线端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，且 圆周方向范围较大，这将导致绕组圆周方向和端部高度的空间尺寸增加；
4)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；
5)焊接端制造工艺复杂，存在其它焊接线型等。
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 供一种结构简单紧凑、制作方便的电机定子绕组结构，并进一步提供包括该电 机定子绕组结构的电机及车辆。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种电机定子绕组结构，包括电机定子和U相绕组接线，其特征在于，所 述电机定子为N槽M极、H条支路、绕组层数为W，其中N、M、W、H均为自然 数；从第一层开始，每相邻两层的采用一种U型线圈；作为起始和结尾的槽内 均采用单根线圈。
作为本发明的进一步改进：所述U型线圈包括普通叠绕U型线圈和跨层叠 绕U型线圈，所述跨层叠绕U型线圈用来满足跨层叠绕的需求。
作为本发明的进一步改进：所述U型线圈还包括位于电机定子中段处的同 心U型线圈，所述同心U型线圈为同层线圈。
作为本发明的进一步改进：所述U型线圈的连接顺序从第1层和第2层， 过渡到第3层和第4层、进而过渡到第5层和第6层、以此类推，最后两层通 过同心U型线圈连接，实现同层跨接；以此类推，再依次顺序连接至第1层。
作为本发明的进一步改进：所述支路的第一个线圈上层边与起始层焊接相 连，下层边与下层线圈的上层边通过扭头焊接相连，以此类推。
作为本发明的进一步改进：所述电机定子有若干个中性点，若干个中性点 通过铜母排进行连接。
本发明进一步提供一种电机，其包括上述的定子绕组结构。
本发明进一步提供一种车辆，其包括上述的电机。
作为本发明的进一步改进：
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的电机定子绕组结构、电机及车辆，结构简单紧凑、制作方便， 其设计了一套新的绕组排布和连线方式，通过采用U型线圈，在门形端出线， 减少了线型、且异形线少，从而降低了制作工艺复杂程度，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。
2、本发明的电机定子绕组结构、电机及车辆，绕组均是由U型线圈组成， U型线圈跨距均相同，从而取消异性线圈和跨接线圈，线型较少，便于批量生产。 整体上来看，本发明的走线方式可同时满足多条支路的要求，拓展后各支路也 完全对称，达到支路拓展目的。
3、本发明绕组排布方式简单、线型较少、中性点采用简单的汇流排连接， 降低端部高度、同时各个支路在层上与槽上皆对称。
附图说明
图1是本发明电机定子绕组结构的结构示意图。
图2是本发明电机定子绕组结构的线圈布局结构示意图。
图3是本发明在具体应用实例1中的U相绕组排布示意图。
图4是本发明在具体应用实例1中叠绕U型线圈的结构示意图。
图5是本发明在具体应用实例1中同心U型线圈的结构示意图。
图6是本发明在具体应用实例1中单根线的结构示意图。
图7是本发明在具体应用实例2中电机定子的结构示意图。
图8是本发明在具体应用实例2中U相绕组接线示意图。
图9是本发明在具体应用实例2中跨层线圈采用同心U型线圈的示意图。
图10是本发明在具体应用实例2中绕组排布示意图。
图11是本发明在具体应用实例3中绕组排布示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：如图1-图3所示，本发明的电机定子绕组结构，包括电机定子 和U相绕组接线，所述电机定子为N槽M极、第一支路、第二支路、绕组层数 为W，其中N、M、W均为自然数；所述第一支路为A-a，即A0-A(M-1)和a0-a(M-1)， 所述第二支路为B-b，即B0-B(M-1)和b0-b(M-1)；从第一层开始，每相邻两 层的采用一种U型线圈；作为起始和结尾的A0、B0和a(M-1)、b(M-1)均采用 单根线圈。
在具体应用实例中，所述U型线圈包括普通叠绕U型线圈和跨层叠绕U型 线圈，所述跨层叠绕U型线圈与普通叠绕U型线圈的差异主要在于规格、尺寸 有所差异，所述跨层叠绕U型线圈能够满足跨层叠绕的需求。所述普通叠绕U 型线圈和跨层叠绕U型线圈根据不同层数上槽点连接的实际需要来选择。
在具体应用实例中，所述U型线圈还包括位于电机定子中段处的同心U型 线圈，所述同心U型线圈为同层线圈。
在具体应用实例中，所述U型线圈的连接顺序从第1层和第2层，过渡到 第3层和第4层、进而过渡到第5层和第6层、以此类推，最后两层通过同心U 型线圈连接，实现同层跨接；以此类推，再依次顺序连接至第1层。
在具体应用实例中，所述第一支路的a1-A2线圈上层边与A0焊接相连，下 层边与a3-A4线圈的上层边通过扭头焊接相连，a3-A4线圈下层边与a5-A6线圈 上层边焊接相连，A5-a6线圈下层边与A7-a8线圈上层边焊接相连，以此类推。
可以理解，所述第二支路的结构与第一支路基本相同，即，所述第二支路 的b1-B2线圈上层边与B0焊接相连，下层边与b3-B4线圈的上层边通过扭头 焊接相连，b3-B4线圈下层边与b5-B6线圈上层边焊接相连，B5-b6线圈下 层边与B7-b8线圈上层边焊接相连，以此类推。
在具体应用实例中，所述电机定子有若干个中性点，中性点连线采用单个 铜排焊接，结构简单且不高于焊接端高度，减少了绕组端部高度。
在本发明中，绕组均是由U型线圈组成，取消异性线圈和跨接线圈，线型 较少，便于批量生产。整体上来看，本发明的走线方式可同时满足多条支路的 要求，拓展后各支路也完全对称，达到支路拓展目的。
在一个具体应用实例中，本发明以48槽8极支路数为2、绕组层数8层，从槽 口到槽底线圈层数从1-8依次增加的电机为例，电机定子和U相绕组接线图，分 别如图1、图2和图3所示。具体的结构为：
支路1：A-a，支路2：B-b；第一层与第二层均为第一种U型线圈，第三、四 层均为第二种U型线圈，第五层、六层均为第三种U型线圈，第七层、八层为均 第四种U型线圈。其中，第一种U型线圈、第二种U型线圈、第三种U型线圈和第 四种U型线圈均为图4所示的普通叠绕U型线圈，只是参数、规格、尺寸有所差异。
以本应用为例，a1-A2和b1-B2共同组成第一种叠绕U型线圈，a9-A10和 b9-B10共同组成第二种叠绕U型线圈。a17-A18和b17-B18共同组成第三种叠绕U 型线圈。a25-26和b25-B26共同组成第四种叠绕U型线圈。
而a7-A8、b7-B8和a55-A56、b55-B56共同组成第五种叠绕U型线圈，a15-A16、 b15-B16和a47-A48、b47-B48共同组成第六种叠绕U型线圈，a23-A24、b23-B24 和a39-A40、b39-B40共同组成第七种叠绕U型线圈，其中第五种叠绕U型线圈、 第六种叠绕U型线圈和第七种叠绕U型线圈均为跨层叠绕U型线圈，只是参数、规 格、尺寸有所差异。
A31-A32、b31-B32共同组成一种为同层线圈，所述同层线圈采用同心U型 线圈，如图5所示。
A0、B0与a63、b63都是单根线圈，如图6所示。
在该实施例中，第一支路的a1-A2线圈上层边与A0焊接相连，下层边与 a3-A4线圈的上层边通过扭头焊接相连，a3-A4线圈下层边与a5-A6线圈上层边 焊接相连，A5-a6线圈下层边与A7-a8线圈上层边焊接相连，以此类推第二支路。
在该实施例中，线圈连接顺序从第1层和第2层，过渡到第3层和第4层、 进而过渡到第5层和第6层、最后在第7层和第8层通过同心U型线圈，实现 同层跨接，再依次顺序连接至第1层。
在该实施例中，电机定子有6个中心点通过铜母排进行连接，结构简单且 高度不会超过焊接端高度。
本发明进一步提供一种电机，其包括上述的定子绕组结构。
本发明进一步提供一种车辆，其包括上述的电机。
实施例2：如图7和图8所示为本实例的电机定子和U相绕组接线图，本实例 以48槽8极支路数为4的电机为例，从槽口到槽底线圈层数从1-8依次增加的电机 为例。支路1：A-a，支路2：B-b；支路3：C-c，支路4：D-d；第一层、二层均 为第一种U型线圈，第三、四层为第二种U型线圈，第五层、六层为第三种U型线 圈，第七层、八层为第四种U型线圈。例如a1-A2、b1-B2和c29-C30、d29-D30是 第一种叠绕U型线圈。a9-A10、b9-B10和c21-C22、d21-D22共同组成第二种叠绕 U型线圈。a17-A18、b17-B18和c13-C14、d13-D14共同组成第三种叠绕U型线圈。 a25-26、b25-B26和c1-C2、d1-D2共同组成第四种叠绕U型线圈示。a7-A8、b7-B8 和c23-C24、d23-D24共同组成第五种叠绕U型线圈为跨层线圈。a23-A24、b23-B24 和c7-C8、c7-C8共同组成第六种叠绕U型线圈为跨层线圈。
a15-A16、b15-B16和c15-C16、d15-D16共同组成第一种同心U型线圈为跨 层线圈，如图9所示。A0、B0、a31、b31与C0、D0、c31、d31都是单根线。支 路1的a1-A2线圈上层边与A0焊接相连，下层边与a3-A4线圈的上层边通过焊 接相连，a3-A4线圈下层边与a5-A6线圈上层边焊接相连，A5-a6线圈下层边与 A7-a8线圈上层边焊接相连，以此类推支路2、3、4。其中支路1、2线圈连接 顺序从第1层和第2层，过渡到第3层和第4层、进而过渡到第5层和第6层、最后在第7层和第8层。支路3、4线圈连接顺序为第8层和第7层、过渡连接 到6层和5层，进一步过渡连接到第4层和第3层，最后在第二层和第一层。 电机的中心点、引出线均位于电机的最内层和最外层。
对于实施例2，将a31、b31与C0、D0替换为图5的同心线圈，此时支路数 为2，实现了支路拓展，拓展后各支路依然完全对称，绕组排布图如图10所示。
实施例3：对于可拓展支路数的绕组排布，同样可适用于其它的绕组层数。
如图11所示，以48槽8极支路数为4、绕组层数6，从槽口到槽底线圈层数从 1-6依次增加的电机为例，支路1：A-a，支路2：B-b；支路3：C-c，支路4：D-d； 第一层、二层均为第一种U型线圈，第三、四层为第二种U型线圈，第五层、六 层为第三种U型线圈。例如a1-A2、b1-B2和c21-C22、d21-D22是第一种叠绕U型 线圈。a9-A10、b9-B10和c13-C14、d13-D14共同组成第二种叠绕U型线圈。 a17-A18、b17-B18和c5-C6、d6-D6共同组成第三种叠绕U型线圈。a7-A8、b7-B8 和c15-C16、d15-D16共同组成第五种叠绕U型线圈为跨层线圈。a15-A16、b15-B16 和c7-C8、c7-C8共同组成第六种叠绕U型线圈为跨层线圈。
a11-A12、b11-B12和c11-C12、d11-D12共同组成第一种同心U型线圈为跨 层线圈。A0、B0、a23、b23与C0、D0、c23、d23都是单根线。支路1的a1-A2 线圈上层边与A0焊接相连，下层边与a3-A4线圈的上层边通过焊接相连，a3-A4 线圈下层边与a5-A6线圈上层边焊接相连，A5-a6线圈下层边与A7-a8线圈上层 边焊接相连，以此类推支路2、3、4。其中支路1、2线圈连接顺序从第1层和 第2层，进而过渡到第3层和第4层、最后在第5层和第6层。支路3、4线圈 连接顺序为第6层和第5层，进一步过渡连接到第4层和第3层，最后在第2 层和第1层。电机的中心点、引出线均位于电机的最内层和最外层。
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，例如U、V、W三相绕组引出线的相对位置之间的变化，引出线之间的 星型、三角形连接方式，各条支路绕组的出线端亦可位于定子外圆区域，对中 心点连接方式的变化，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电机定子绕组结构，包括电机定子和U相绕组接线，其特征在于，所述电机定子为N槽M极、H条支路、绕组层数为W，其中N、M、W、H均为自然数；从第一层开始，每相邻两层的采用一种U型线圈；作为起始和结尾的槽内均采用单根线圈。
2.根据权利要求1所述的电机定子绕组结构，其特征在于，所述U型线圈包括普通叠绕U型线圈和跨层叠绕U型线圈，所述跨层叠绕U型线圈用来满足跨层叠绕的需求。
3.根据权利要求1所述的电机定子绕组结构，其特征在于，所述U型线圈还包括位于电机定子中段处的同心U型线圈，所述同心U型线圈为同层线圈。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的电机定子绕组结构，其特征在于，所述U型线圈的连接顺序从第1层和第2层，过渡到第3层和第4层、进而过渡到第5层和第6层、以此类推，最后两层通过同心U型线圈连接，实现同层跨接；以此类推，再依次顺序连接至第1层。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的电机定子绕组结构，其特征在于，所述支路的第一个线圈上层边与起始层焊接相连，下层边与下层线圈的上层边通过扭头焊接相连，以此类推。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的电机定子绕组结构，其特征在于，所述电机定子有若干个中性点，若干个中性点通过铜母排进行连接。
7.一种电机，其特征在于，包括上述权利要求1-6中任意一项的定子绕组结构。
8.一种车辆，其特征在于，包括上述权利要求7的电机。
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