CN114899968A - 一种定子绕组和电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定子绕组和电机，定子绕组包括定子铁芯和至少两条支路绕组，定子铁芯中开设有Z个周向分布的定子槽，定子槽沿定子铁芯的径向从内而外依次设置为第一层至第N层，N为大于等于4的偶数，每条支路绕组都包括数个串接在定子槽中的线圈，使定子槽的每一层中都插接有数个线圈，定子槽第一层和/或第N层中的线圈都按单整距线圈、单短距线圈、单整距线圈和单长距线圈的规律有序循环，定子槽其余层中的线圈都为组合线圈。本申请中，将定子槽的第一层和/或第N层中的线圈都设置为以单整距线圈、单短距线圈、单整距线圈和单长距线圈为一组的循环结构，可以有效的平衡支路之间的电感和电阻，避免支路间产生环流。

Description

一种定子绕组和电机

技术领域

本发明涉及车用电机技术领域，特别是涉及一种定子绕组、以及包含有该定子绕组的电机。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，车用永磁同步电机正逐步趋向高功率密度、高速化。目前，提升功率密度方式有很多，而扁线电机是最常用的方式之一。扁线电机中的扁线定子随着高压和高速化的进程，需要扁线定子在设计过程中减小环流和交流铜耗，降低绕组温升，从而可使电机体积减小，来提升电机功率密度。多层扁线电机方案设计可以有效的降低电机高速时的交流铜耗。而层数的增加，加上并联支路数的改变，将会出现不同的绕组方式，如何避免支路间的环流，将是一个重要的关键技术。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种定子绕组，能够有效避免支路间的环流。

为实现上述目的，本发明提供一种定子绕组，包括定子铁芯和至少两条支路绕组，所述定子铁芯中开设有Z个周向分布的定子槽，所述定子槽沿定子铁芯的径向从内而外依次设置为第一层至第N层，N为大于等于4的偶数，每条支路绕组都包括数个串接在定子槽中的线圈，使定子槽的每一层中都插接有数个线圈，所述定子槽第一层和/或第N层中的线圈都按单整距线圈、单短距线圈、单整距线圈和单长距线圈的规律有序循环，所述定子槽其余层中的线圈都为组合线圈。

进一步地，所述单整距线圈、单短距线圈和单长距线圈为U型线圈；

所述U型线圈为一体式结构，该一体式结构的U型线圈的两端串接在定子槽的同一层中；或者，所述U型线圈由两个I型线圈焊接而成；或者，所述U型线圈为由两个跨层U型线圈焊接而成后的一部分，所述跨层U型线圈的两端串接在定子槽的相邻两层中。

进一步地，所述单整距线圈的节距为(Z/2p)，所述单短距线圈的节距为(Z/2p)-1，所述单长距线圈的节距为(Z/2p)+1，p为电机的极对数。

进一步地，所述组合线圈为组合同心线圈，所述组合同心线圈包括数个对应各支路绕组且同中心轴线的线圈。

进一步地，所述支路绕组有两条，所述组合同心线圈有两个线圈；所有中间层的组合同心线圈都包括第一长距线圈、以及位于第一长距线圈内周侧的第一短距线圈，所述第一长距线圈的节距为(Z/2p)+1，所述第一短距线圈的节距为(Z/2p)-1，p为电机的极对数。

进一步地，所述支路绕组有两条，所述组合同心线圈有两个线圈；每一层中间层的数个组合同心线圈相同；一部分中间层的组合同心线圈都包括第一长距线圈、以及位于第一长距线圈内周侧的第一短距线圈，所述第一长距线圈的节距为(Z/2p)+1，所述第一短距线圈的节距为(Z/2p)-1；其余部分中间层的组合同心线圈都包括第二长距线圈、以及位于第二长距线圈内周侧的第二短距线圈，所述第二长距线圈的节距为(Z/2p)，所述第二短距线圈的节距为(Z/2p)-2；p为电机的极对数。

进一步地，所述组合线圈为组合整距线圈，所述组合整距线圈包括数个对应各支路绕组且叠绕的单整距线圈。

进一步地，每条支路绕组的输入线和引出线都分布在定子槽的第N层、或第N-1层、或第N-2层。

本发明还提供一种电机，所述电机中配置有如上所述的定子绕组。

如上所述，本发明涉及的定子绕组和电机，具有以下有益效果：

本申请中，将定子槽的第一层/或第N层中的线圈都设置为以单整距线圈、单短距线圈、单整距线圈和单长距线圈为一组的循环结构，可以有效的平衡支路之间的电感和电阻，使各支路的电流分配相同，避免支路间产生环流。

附图说明

图1为本申请中定子绕组的结构示意图。

图2本申请中定子槽的结构示意图。

图3为本申请中一相绕组整距方案的展开示意图。

图4为本申请中一相绕组短距方案的展开示意图。

图5a至图5c依次为本申请中单短距线圈、单整距线圈和单长距线圈的结构示意图。

图6为本申请中组合同心线圈的结构示意图。

图7为本申请中组合整距线圈的结构示意图。

图8为本申请中I型线圈构成线圈的示意图。

图9为本申请中U型线圈构成线圈的示意图。

元件标号说明

10 定子铁芯

11 定子槽

20 单整距线圈

30 单短距线圈

40 单长距线圈

50 组合同心线圈

51 第一长距线圈

52 第一短距线圈

53 第二长距线圈

54 第二短距线圈

60 组合整距线圈

70 I型线圈

80 跨层U型线圈

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本申请提供一种定子绕组、以及包含有该定子绕组的电机，电机的极对数p为4，该定子绕组和具有该定子绕组的电机用于新能源车。

如图1和图2所示，本申请涉及的定子绕组包括定子铁芯10和至少两条支路绕组，定子铁芯10中开设有Z个周向分布的定子槽11，定子槽11沿定子铁芯10的径向从内而外依次设置为第一层至第N层，N为大于等于4的偶数。如图3和图4所示，每条支路绕组都包括数个串接在定子槽11中的线圈，从而使定子槽11的每一层中都插接有数个线圈。本实施例中，Z＝48，即定子槽11有48个；N＝8，即定子槽11有八层，定子槽11的第一层为最内层，定子槽11的第八层为最外层，定子槽11的第二层至第七层为中间层，中间层也即分布在第一层和第N层之间。

定子槽11每一层的数个线圈构成一层绕组，则定子槽11中设置有八层绕组。设在定子槽11中的八层绕组的数个线圈的节距有所不同。根据节距大小将线圈定义为短距线圈、整距线圈和长距线圈；其中，短距线圈如图5a所示，其节距为(Z/2p)-1＝5；整距线圈如图5b所示，其节距为(Z/2p)＝6；长距线圈如图5c所示，其节距为(Z/2p)+1＝7。

特别地，本申请中，如图3或图4所示，定子槽11第一层和/或第八层中的线圈都按单整距线圈20、单短距线圈30、单整距线圈20和单长距线圈40的规律有序循环，或者说，靠近定子铁芯10内周的第一层绕组的数个线圈、以及靠近定子铁芯10外周的第八层绕组的数个线圈都是以单整距线圈20、单短距线圈30、单整距线圈20和单长距线圈40为一组的循环结构。基于此：可以仅定子槽11第一层中的线圈按单整距线圈20、单短距线圈30、单整距线圈20和单长距线圈40的规律有序循环；或者，可以仅定子槽11第八层中的线圈按单整距线圈20、单短距线圈30、单整距线圈20和单长距线圈40的规律有序循环；或者，定子槽第一层和第八层中的线圈都按单整距线圈20、单短距线圈30、单整距线圈20和单长距线圈40的规律有序循环。本实施例中，定子槽第一层和第八层中的线圈都按单整距线圈20、单短距线圈30、单整距线圈20和单长距线圈40的规律有序循环。其中，单整距线圈20是指单个整距线圈，则单整距线圈20的节距为(Z/2p)＝6；单短距线圈30是指单个短距线圈，则单短距线圈30的节距为(Z/2p)-1＝5；单长距线圈40是指单个长距线圈，则单长距线圈40的节距为(Z/2p)+1＝7。如此，定子槽11第一层和第八层的数个线圈中，单整距线圈20的数量为单短距线圈30和单长距线圈40的数量之和。而定子槽11中间层中的线圈都为组合线圈，组合线圈由数个对应各支路绕组的线圈组合而成。

本申请将定子槽11的第一层和第N层中的线圈都设置为以单整距线圈20、单短距线圈30、单整距线圈20和单长距线圈40为一组的循环结构，可以有效的平衡支路之间的电感和电阻，使各支路的电流分配相同，避免支路间产生环流，降低绕组温升，可使电机做小，并提升电机功率密度。

优选地，每条支路绕组的输入线和引出线都分布在定子槽11的第八层、或第七层、或第六层，即靠定子铁芯10的外周设置，且越靠外越优，容易接线。

进一步地，组合线圈的形式有两种：组合同心线圈50和组合整距线圈60。其中，如图6所示，组合同心线圈50包括数个对应各支路绕组且同中心轴线的线圈。如图7所示，组合整距线圈60包括数个对应各支路绕组且叠绕的单整距线圈20。本实施例中，支路绕组有两条；基于此，组合同心线圈50由两个同中心轴线的线圈构成；组合整距线圈60由两个叠绕的单整距线圈20构成。

进一步地，本申请中绕组方案有两种：图3示出的一相绕组整距方案、以及图4示出的一相绕组短距方案，并且，这两个绕组方案中定子槽11中间层中插接的线圈都为组合同心线圈50。图3示出的一相绕组整距方案中，同一定子槽11内不同层导体均为同一相；基于此，所有中间层的组合同心线圈50的结构相同，都包括第一长距线圈51、以及位于第一长距线圈51内周侧的第一短距线圈52；其中，第一长距线圈51即为长距线圈，则第一长距线圈51的节距为(Z/2p)+1＝7；第一短距线圈52即为短距线圈，则第一短距线圈52的节距为(Z/2p)-1＝5。图4示出的一相绕组短距方案中，同一定子槽11内不同层导体可为不同相；基于此，每一层中间层的数个组合同心线圈50相同；但是，一部分中间层的组合同心线圈50都包括第一长距线圈51、以及位于第一长距线圈51内周侧的第一短距线圈52，第一长距线圈51的节距为(Z/2p)+1＝7，第一短距线圈52的节距为(Z/2p)-1＝5；而其余部分中间层的组合同心线圈50都包括第二长距线圈53、以及位于第二长距线圈53内周侧的第二短距线圈54，第二长距线圈53的节距为(Z/2p)＝6，第二短距线圈54的节距为(Z/2p)-2＝4，则由第二长距线圈53和第二短距线圈54构成的组合同心线圈50的跨距减少。下述对一相绕组整距方案和一相绕组短距方案展开叙述，并将48个定子槽11依次标号为1号至48号。

一相绕组整距方案：如图3所示，最上面一层为定子槽11的第一层，最下面一层为定子槽11的第八层。其中一条支路绕组按串接方向依次为从第一层的37号输入、第二层从43号跨距至第三层2号、第四层从8号跨距至第五层13号、第六层从19号跨距至第七层26号、第八层从32号跨距至第八层26号、第七层从20号跨距至第六层13号、第五层从7号跨距至第四层2号、第三层从44号跨距至第二层37号、第一层从31号跨距至第一层26号、第二层从32号跨距至第三层37号、第四层从43号跨距至第五层2号、第六层从8号跨距至第七层13号、第八层从19号跨距至第八层13号、第七层从7号跨距至第六层2号、第五层从44号跨距至第四层37号、第三层从31号跨距至第二层26号、第一层从20号跨距至第一层13号、第二层从19号跨距至第三层26号、第四层从32号跨距至第五层37号、第六层从43号跨距至第七层2号、第八层从8号跨距至第八层2号、第七层从44号跨距至第六层37号、第五层从31号跨距至第四层26号、第三层从20号跨距至第二层13号、第一层从7号跨距至第一层2号、第二层从8号跨距至第三层13号、第四层从19号跨距至第五层26号、第六层从32号跨距至第七层37号、第八层从43号跨距至第八层37号、第七层从31号跨距至第六层26号、第五层从20号跨距至第四层13号、第三层从7号跨距至第二层2号、以及从第一层的44号引出。

其中另一条支路绕组按串接方向依次为从第一层的38号输入、第二层从44号跨距至第三层1号、第四层从7号跨距至第五层14号、第六层从20号跨距至第七层25号、第八层从31号跨距至第八层38号、第七层从32号跨距至第六层25号、第五层从19号跨距至第四层14号、第三层从8号跨距至第二层1号、第一层从43号跨距至第一层1号、第二层从7号跨距至第三层14号、第四层从20号跨距至第五层25号、第六层从31号跨距至第七层38号、第八层从44号跨距至第八层1号、第七层从43号跨距至第六层38号、第五层从32号跨距至第四层25号、第三层从19号跨距至第二层14号、第一层从8号跨距至第一层14号、第二层从20号跨距至第三层25号、第四层从31号跨距至第五层38号、第六层从44号跨距至第七层1号、第八层从7号跨距至第八层14号、第七层从8号跨距至第六层1号、第五层从43号跨距至第四层38号、第三层从32号跨距至第二层25号、第一层从19号跨距至第一层25号、第二层从31号跨距至第三层38号、第四层从44号跨距至第五层1号、第六层从7号跨距至第七层14号、第八层从20号跨距至第八层25号、第七层从19号跨距至第六层14号、第五层从8号跨距至第四层1号、第三层从43号跨距至第二层38号、以及从第一层的32号引出。

一相绕组短距方案：如图4所示，最上面一层为定子槽11的第一层，最下面一层为定子槽11的第八层。其中一条支路绕组按串接方向依次为从第一层的37号输入、第二层从43号跨距至第三层2号、第四层从8号跨距至第五层12号、第六层从18号跨距至第七层25号、第八层从31号跨距至第八层25号、第七层从19号跨距至第六层12号、第五层从6号跨距至第四层2号、第三层从44号跨距至第二层37号、第一层从31号跨距至第一层26号、第二层从32号跨距至第三层37号、第四层从43号跨距至第五层1号、第六层从7号跨距至第七层12号、第八层从18号跨距至第八层12号、第七层从6号跨距至第六层1号、第五层从43号跨距至第四层37号、第三层从31号跨距至第二层26号、第一层从20号跨距至第一层13号、第二层从19号跨距至第三层26号、第四层从32号跨距至第五层36号、第六层从42号跨距至第七层1号、第八层从7号跨距至第八层1号、第七层从43号跨距至第六层36号、第五层从30号跨距至第四层26号、第三层从20号跨距至第二层13号、第一层从7号跨距至第一层2号、第二层从8号跨距至第三层13号、第四层从19号跨距至第五层25号、第六层从31号跨距至第七层36号、第八层从42号跨距至第八层36号、第七层从30号跨距至第六层25号、第五层从19号跨距至第四层13号、第三层从7号跨距至第二层2号、以及从第一层的44号引出。

其中另一条支路绕组按串接方向依次为从第一层的38号输入、第二层从44号跨距至第三层1号、第四层从7号跨距至第五层13号、第六层从19号跨距至第七层24号、第八层从30号跨距至第八层37号、第七层从31号跨距至第六层24号、第五层从18号跨距至第四层14号、第三层从8号跨距至第二层1号、第一层从43号跨距至第一层1号、第二层从7号跨距至第三层14号、第四层从20号跨距至第五层24号、第六层从30号跨距至第七层37号、第八层从43号跨距至第八层48号、第七层从42号跨距至第六层37号、第五层从31号跨距至第四层25号、第三层从19号跨距至第二层14号、第一层从8号跨距至第一层14号、第二层从20号跨距至第三层25号、第四层从31号跨距至第五层37号、第六层从43号跨距至第七层48号、第八层从6号跨距至第八层13号、第七层从7号跨距至第六层48号、第五层从42号跨距至第四层38号、第三层从32号跨距至第二层25号、第一层从19号跨距至第一层25号、第二层从31号跨距至第三层38号、第四层从44号跨距至第五层48号、第六层从6号跨距至第七层13号、第八层从19号跨距至第八层24号、第七层从18号跨距至第六层13号、第五层从7号跨距至第四层1号、第三层从43号跨距至第二层38号、以及从第一层的32号引出。

图3和图4示出的实施例中，第一层的37号和38号为输入接口；当然，在其他实施例中，可以选用第一层的任意两个相邻的接口作为输入接口。

进一步地，定子槽11第一层和第N层中的单整距线圈20、单短距线圈30和单长距线圈40都为U型线圈，当然，定子槽11中间层中的构成组合同心线圈50的第一长距线圈51、第一短距线圈52、第二长距线圈53和第二短距线圈54、以及构成组合整距线圈60的单整距线圈20也都为U型线圈。本申请中，U型线圈的结构形式有三种：

一、U型线圈为一体式结构，该一体式结构的U型线圈的两端串接在定子槽11的同一层中。

二、如图7所示，U型线圈由两个I型线圈40焊接而成，每个I型线圈40的两端都为焊接端，通过将两个I型线圈40的端部焊接，可组成第一层和第八层的单长距线圈和单短距线圈20，或组成中间层的线圈。

三、如图8所示，U型线圈为由两个跨层U型线圈50焊接而成后的一部分，跨层U型线圈50的两端都为焊接端，跨层U型线圈50的两端串接在定子槽11的相邻两层中，则构成第一层U型线圈的跨层U型线圈50串接在定子槽11的第一层和第二层中，构成第八层U型线圈的跨层U型线圈50串接在定子槽11的第八层和第七层中。另外，可以减少U型线圈的数量，来减少工艺制作成本。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种定子绕组，包括定子铁芯(10)和至少两条支路绕组，所述定子铁芯(10)中开设有Z个周向分布的定子槽(11)，所述定子槽(11)沿定子铁芯(10)的径向从内而外依次设置为第一层至第N层，N为大于等于4的偶数，每条支路绕组都包括数个串接在定子槽(11)中的线圈，使定子槽(11)的每一层中都插接有数个线圈，其特征在于：所述定子槽(11)第一层和/或第N层中的线圈都按单整距线圈(20)、单短距线圈(30)、单整距线圈(20)和单长距线圈(40)的规律有序循环，所述定子槽(11)其余层中的线圈都为组合线圈。

2.根据权利要求1所述的定子绕组，其特征在于：所述单整距线圈(20)、单短距线圈(30)和单长距线圈(40)为U型线圈；

所述U型线圈为一体式结构，该一体式结构的U型线圈的两端串接在定子槽(11)的同一层中；或者，所述U型线圈由两个I型线圈(40)焊接而成；或者，所述U型线圈为由两个跨层U型线圈(50)焊接而成后的一部分，所述跨层U型线圈(50)的两端串接在定子槽(11)的相邻两层中。

3.根据权利要求1所述的定子绕组，其特征在于：所述单整距线圈(20)的节距为(Z/2p)，所述单短距线圈(30)的节距为(Z/2p)-1，所述单长距线圈(40)的节距为(Z/2p)+1，p为电机的极对数。

4.根据权利要求1所述的定子绕组，其特征在于：所述组合线圈为组合同心线圈(50)，所述组合同心线圈(50)包括数个对应各支路绕组且同中心轴线的线圈。

5.根据权利要求3所述的定子绕组，其特征在于：所述支路绕组有两条，所述组合同心线圈(50)有两个线圈；所有中间层的组合同心线圈(50)都包括第一长距线圈(51)、以及位于第一长距线圈(51)内周侧的第一短距线圈(52)，所述第一长距线圈(51)的节距为(Z/2p)+1，所述第一短距线圈(52)的节距为(Z/2p)-1，p为电机的极对数。

6.根据权利要求3所述的定子绕组，其特征在于：所述支路绕组有两条，所述组合同心线圈(50)有两个线圈；每一层中间层的数个组合同心线圈(50)相同；一部分中间层的组合同心线圈(50)都包括第一长距线圈(51)、以及位于第一长距线圈(51)内周侧的第一短距线圈(52)，所述第一长距线圈(51)的节距为(Z/2p)+1，所述第一短距线圈(52)的节距为(Z/2p)-1；其余部分中间层的组合同心线圈(50)都包括第二长距线圈(53)、以及位于第二长距线圈(53)内周侧的第二短距线圈(54)，所述第二长距线圈(53)的节距为(Z/2p)，所述第二短距线圈(54)的节距为(Z/2p)-2；p为电机的极对数。

7.根据权利要求1所述的定子绕组，其特征在于：所述组合线圈为组合整距线圈(60)，所述组合整距线圈(60)包括数个对应各支路绕组且叠绕的单整距线圈(20)。

8.根据权利要求1所述的定子绕组，其特征在于：每条支路绕组的输入线和引出线都分布在定子槽(11)的第N层、或第N-1层、或第N-2层。

9.一种电机，其特征在于：所述电机中配置有权利要求1-8任一项所述的定子绕组。

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