CN115276291B - 一种定子绕组、定子、电机及其用途、车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定子绕组，旨在优化绕组端部的连接结构，缩小电机的体积和重量；还提供了一种定子、电机及其用途、车辆其技术方案：一种定子绕组，包括设置在定子槽中的线圈，多个所述线圈构成三相绕组，所述三相绕组采用星形接法；所述线圈的节距为1；所述三相绕组为分数槽绕组，且每相绕组的实际并联支路数和理论最大并联支路数均为2，属于电机技术领域。

Description

一种定子绕组、定子、电机及其用途、车辆

技术领域

本发明属于电机技术领域，更具体而言，涉及一种定子绕组、定子、电机及其用途、车辆。

背景技术

电动助力自行车是健康运动自行车，目前该类自行车的动力来源除了人力踩踏外，还有电池、永磁无刷电机及其驱动控制器和减速系统组成的电动助力部分。电机是电池电能转化成动力机械能的关键源头，其工作效率等关键性能指标直接影响车的续行时间和路程。

市面上在此领域常见的电机绕组大部分采用三角形接法，三角形接法不但不能从理论上削弱最低3次整数谐波电势，而且还会在绕组中叠加，形成环流，增加了电机电磁噪音和发热附加损耗，降低了电机的效率。

个别电机厂商考虑了谐波电势的影响，采用了星形接法，但是现有的星形接法中，绕组线圈的连接方式存在弊端，在星点焊接处会形成高点，需要更多的端部空间，造成电机体积大、重量大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种定子绕组，旨在优化绕组端部的连接结构，缩小电机的体积和重量；还提供了一种定子、电机及其用途、车辆。

根据本发明的第一方面，提供了一种定子绕组，包括设置在定子槽中的线圈，多个所述线圈构成三相绕组，所述三相绕组采用星形接法；所述线圈的节距为1；所述三相绕组为分数槽绕组，且每相绕组的实际并联支路数和理论最大并联支路数均为2；

所述定子槽数为18，极数为16；三相绕组每相的引出线和三相绕组的星点接线分别处于相差180°的半圆上且互不交叉。

一种定子，包括定子铁心和定子绕组，所述定子绕组如上所述，所述定子槽设置在所述定子铁心上。

一种电机，包括如上所述的定子。

如上所述的电机用作电动助力自行车的助力电机。

一种车辆，所述车辆为电动助力自行车，所述电动助力自行车的助力电机如上所述。

本发明上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

本发明中的三相绕组为星形接法，从理论上彻底消除了3的奇数倍谐波电势对电机性能的危害，电磁噪音得到改善，提高了电机效率；

且线圈的节距为1，三相绕组不产生作用力且只起连接作用的端部最短，用铜量减少，电机体积减小，重量变轻；

加上每相绕组的实际并联支路数和理论最大并联支路数均为2，那么三相绕组的端接点可处于同一平面内且不用分层连接，绕组端部低，体积可以进一步缩小，电机重量更轻。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1是本发明实施例1的三相绕组的矢量星形图；

图2是本发明实施例1的三相绕组的星形接法图；

图3是本发明实施例2的三相绕组的矢量星形图；

图4是本发明实施例2的三相绕组的星形接法图；

图5是本发明实施例3的三相绕组的矢量星形图；

图6是本发明实施例3的三相绕组的星形接法图；

图7是本发明对比例1的三相绕组的矢量星形图；

图8是本发明对比例1的三相绕组的星形接法图；

图9是本发明对比例2的三相绕组的矢量星形图；

图10是本发明对比例2的三相绕组的星形接法图；

图11是本发明对比例3的三相绕组的星形接法图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方案。

实施例1

根据本发明的第一方面，提供了一种定子绕组，包括设置在定子槽中的线圈，多个线圈构成三相绕组；

本实施例中，三相绕组采用星形接法；

在三相对称绕组中，若采用三角形接法，根据三角函数理论，则3次和3的奇数倍谐波刚好相互形成同相位叠加，这样电机绕组中就出现了3的奇数倍短路谐波电势，从而形成环流，引起附加损耗和电磁噪音，电机效率降低，性能变差；

采用星形接法，则在三相绕组中3的奇数倍谐波合成电势刚好等于零，这样从理论上彻底消除了3的奇数倍谐波电势对电机性能的危害，电磁噪音得到改善，提高了电机效率。

本实施例中，线圈的节距为1；

线圈的节距y＝1，即线圈的两根有效边之间所跨的定子槽数为1，这样三相绕组不产生作用力且只起连接作用的端部最短，用铜量减少；另外，处于同一定子槽中的不同元件端部不发生交叉，层间绝缘安排方便，甚至可以省掉；电机体积减小，重量变轻，成本降低；

若线圈的节距y≥2，三相绕组的端部用铜量增加，线圈在端部必发生迭压交叉，电机体积增大，重量增加，成本增高，所以本实施例中线圈的节距为1。

本实施例中，三相绕组为分数槽绕组，其每相绕组的实际并联支路数和理论最大并联支路数均为2；

永磁无刷电机的定子槽数和转子磁极数设计搭配必须遵循三相绕组对称理论，常见的设计采用分数槽绕组，也就是每极每相槽数是分数；

即q＝Z/(2pm)＝b+c/d，其中q为每级每相槽数，Z为定子槽数，p为极对数，2p就是极数，m为绕组相数，本实施例中，m为3，b是整数，c/d为最简分数；

根据电机学理论，分数槽绕组三相对称条件是同时满足d/m不为整数、2p/d为整数；

每相绕组的理论最大并联支路数为a_max，a_max＝2p/d；每相绕组的实际并联支路数为a；

每相绕组的实际并联支路数可以小于理论最大并联支路数，但是必须是理论最大并联支路数的约数，也就是说，a_max/a为整数。

本实施例中，三相绕组的定子槽数为12，极数为10，根据计算，其每相绕组的理论最大并联支路数为2，那么其实际并联支路数为1或2；

无论理论最大并联支路数为多少，当其实际并联支路数为1时，都会面临一样的问题，那就是单支路需要通过较大的线电流，这样子每相绕组单根漆包线就比较粗，绕线设备很难支持，需要多股漆包线并绕，且绕线速度缓慢，生产效率低；

采用实际并联支路数为2，参考图1和图2，图1是该三相绕组的矢量星形图，图2是该三相绕组的星形接法图；A-X、B-Y、C-Z分别代表三相；

在A-X中，1线圈的电流方向为逆时针，12线圈的电流方向为顺时针，6线圈的电流方向为逆时针，7线圈的电流方向为顺时针，1线圈与12线圈连接、12线圈与7线圈连接、7线圈与6线圈连接、6线圈与1线圈连接；1线圈与12线圈之间、6线圈与7线圈之间分别形成两条并联支路；

同理，在B-Y中，2线圈的电流方向为逆时针，3线圈的电流方向为顺时针，9线圈的电流方向为逆时针，8线圈的电流方向为顺时针，2线圈与3线圈连接、3线圈与8线圈连接、8线圈与9线圈连接、9线圈与2线圈连接；2线圈与3线圈之间、8线圈与9线圈之间分别形成两条并联支路；

同理，在C-Z中，5线圈的电流方向为逆时针，4线圈的电流方向为顺时针，10线圈的电流方向为逆时针，11线圈的电流方向为顺时针，5线圈与4线圈连接、4线圈与11线圈连接、11线圈与10线圈连接、10线圈与5线圈连接；4线圈与5线圈之间、10线圈与11线圈之间分别形成两条并联支路；

根据图2可以看出，其星点端接线和三相电源引出线的位置非常分明，用一条假想线MN来标识，星点端接线和三相电源引出线位于假想线MN的两边，三相引出线的各相绕组的并联接线也互不交叉；也就是说，三相绕组的端接点可处于同一平面内且不用分层连接，尤其是星点，只需要一个导线或导电片在同一平面即可解决连接问题；这样子电机的结构简单，绕组端部低，体积可以有效缩小，电机重量更轻。

基于与上述实施例同一发明构思，还提供了一种定子，包括定子铁心和如上所述的定子绕组，定子槽设置在所述定子铁心上。

基于与上述实施例同一发明构思，还提供了一种电机，包括如上所述的定子，电机也就具备上述的定子绕组，电机的体积小，重量轻。

需要说明的是，本实施例的电机是用作电动助力自行车的助力电机，在电动助力自行车中，电机的功率不需要很大，一般是几百瓦，但是其对电机的体积和重量有较高要求，电机的体积要小，重量要轻，才方便设置在车体上；采用本发明所提出的定子绕组的电机，在提高电机效率的同时，电机的体积更小，重量更轻，在电动助力自行车的应用上更具优势。

基于与上述实施例同一发明构思，还提供了一种车辆，所述车辆为电动助力自行车，所述电动助力自行车的助力电机如上所述。

实施例2

与实施例1大体相同，不同的地方在于：三相绕组的定子槽数为12，极数为14，根据计算，其每相绕组的理论最大并联支路数为2，那么其实际并联支路数为1或2；

采用实际并联支路数为2，参考图3和图4，图3是该三相绕组的矢量星形图，图4是该三相绕组的星形接法图；A-X、B-Y、C-Z分别代表三相；

在A-X中，1线圈的电流方向为顺时针，2线圈的电流方向为逆时针，8线圈的电流方向为逆时针，7线圈的电流方向为顺时针，1线圈与2线圈连接、2线圈与7线圈连接、7线圈与8线圈连接、8线圈与1线圈连接；1线圈与2线圈之间、7线圈与8线圈之间分别形成两条并联支路；

同理，在B-Y中，5线圈的电流方向为逆时针，6线圈的电流方向为顺时针，12线圈的电流方向为顺时针，11线圈的电流方向为逆时针，5线圈与6线圈连接、6线圈与11线圈连接、11线圈与12线圈连接、12线圈与5线圈连接；5线圈与6线圈之间、11线圈与12线圈之间分别形成两条并联支路；

同理，在C-Z中，3线圈的电流方向为逆时针，4线圈的电流方向为顺时针，10线圈的电流方向为逆时针，9线圈的电流方向为顺时针，3线圈与4线圈连接、4线圈与9线圈连接、9线圈与10线圈连接、10线圈与3线圈连接；3线圈与4线圈之间、9线圈与10线圈之间分别形成两条并联支路；

根据图4可以看出，其星点端接线和三相电源引出线的位置非常分明，用一条假想线MN来标识，星点端接线和三相电源引出线位于假想线MN的两边，三相引出线的各相绕组的并联接线也互不交叉。

实施例3

与实施例1大体相同，不同的地方在于：三相绕组的定子槽数为18，极数为16，根据计算，其每相绕组的理论最大并联支路数为2，那么其实际并联支路数为1或2；

采用实际并联支路数为2，参考图5和图6，图5是该三相绕组的矢量星形图，图6是该三相绕组的星形接法图；A-X、B-Y、C-Z分别代表三相；

在A-X中，1线圈的电流方向为顺时针，2线圈的电流方向为逆时针，18线圈的电流方向为逆时针，9线圈的电流方向为逆时针，10线圈的电流方向为顺时针，11线圈的电流方向为逆时针，1线圈与2线圈连接、2线圈与9线圈连接、9线圈与10线圈连接、10线圈与11线圈连接、11线圈与18线圈连接、18线圈与1线圈连接；1线圈与18线圈之间、9线圈与10线圈之间分别形成两条并联支路；

同理，在B-Y中，3线圈的电流方向为逆时针，4线圈的电流方向为顺时针，5线圈的电流方向为逆时针，12线圈的电流方向为逆时针，13线圈的电流方向为顺时针，14线圈的电流方向为逆时针，3线圈与4线圈连接、4线圈与5线圈连接、5线圈与12线圈连接、12线圈与13线圈连接、13线圈与14线圈连接、14线圈与3线圈连接；3线圈与4线圈之间、12线圈与13线圈之间分别形成两条并联支路；

同理，在C-Z中，6线圈的电流方向为逆时针，7线圈的电流方向为顺时针，8线圈的电流方向为逆时针，15线圈的电流方向为逆时针，16线圈的电流方向为顺时针，17线圈的电流方向为逆时针，6线圈与7线圈连接、7线圈与8线圈连接、8线圈与15线圈连接、15线圈与16线圈连接、16线圈与17线圈连接，17线圈与6线圈连接；6线圈与7线圈之间、15线圈与16线圈之间分别形成两条并联支路；

根据图6可以看出，其星点端接线和三相电源引出线的位置非常分明，用一条假想线MN来标识，星点端接线和三相电源引出线位于假想线MN的两边，三相引出线的各相绕组的并联接线也互不交叉。

对比例1

与实施例1大体相同，不同的地方在于：三相绕组的定子槽数为9，极数为6，根据计算，其每相绕组的理论最大并联支路数为3，那么其实际并联支路数为1或3；

采用实际并联支路数为3，参考图7和图8，图7是该三相绕组的矢量星形图，图8是该三相绕组的星形接法图；A-X、B-Y、C-Z分别代表三相；

根据图8可以看出，同一相的线圈是周向均布的，绕组引线端接线出现隔槽隔相的情况，也就是每相并联点和三相形成的星点都不相邻，无法用一条假想线MN进行划分，这就出现了交叉或者分层排布。因此，要么造成绕组端部高，要么需要分层或专门的隔离印制或注塑件和导电片等才能实现引出，这样，端部尺寸大，电机体积和重量都比较大，结构复杂，材料成本和工艺成本增大。

对比例2

与实施例1大体相同，不同的地方在于：三相绕组的定子槽数为12，极数为8，根据计算，其每相绕组的理论最大并联支路数为4，那么其实际并联支路数为1、2或4；

采用实际并联支路数为2，参考图9和图10，图9是该三相绕组的矢量星形图，图10是该三相绕组的星形接法图；A-X、B-Y、C-Z分别代表三相；

根据图10可以看出，同一相的线圈是周向均布的，绕组引线端接线出现隔槽隔相的情况，也就是每相并联点和三相形成的星点都不相邻，无法用一条假想线MN进行划分，出现了交叉或者分层排布。

对比例3

与实施例1大体相同，不同的地方在于：三相绕组的定子槽数为12，极数为8，根据计算，其每相绕组的理论最大并联支路数为4，那么其实际并联支路数为1、2或4；

采用实际并联支路数为4，参考图9和图11，图9是该三相绕组的矢量星形图，图11是该三相绕组的星形接法图；A-X、B-Y、C-Z分别代表三相；

根据图11可以看出，同一相的线圈是周向均布的，绕组引线端接线出现隔槽隔相的情况，也就是每相并联点和三相形成的星点都不相邻，无法用一条假想线MN进行划分，出现了交叉或者分层排布。

实施例1-3分别以12槽/10极、12槽/14极、18槽/16极来举例，当三相绕组同时满足：采用星形接法；线圈的节距为1；每相绕组的实际并联支路数和理论最大并联支路数均为2这三个条件时，星点端接线和三相电源引出线的位置非常分明，三相绕组的端接点可处于同一平面内且不用分层连接，尤其是星点，只需要一个导线或导电片在同一平面即可解决连接问题；

而对比例1-3则是以9槽/6极、12槽/8极来举例，当实际并联支路数和理论最大并联支路数均大于2、实际并联支路数为2而理论最大并联支路数大于2的情况，这种情况下，绕组引线端接线出现隔槽隔相的情况，也就是每相并联点和三相形成的星点都不相邻，造成绕组端部高，端部尺寸大；

由此可知，相比传统的电动助力自行车所用的电机，使用本发明所提供的定子绕组的电机其效率更高，体积可以更小，重量更轻，更适合电动助力自行车，减少对电动助力自行车的负担。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种定子绕组，包括设置在定子槽中的线圈，多个所述线圈构成三相绕组，其特征在于，所述三相绕组采用星形接法；所述线圈的节距为1；所述三相绕组为分数槽绕组，其每相绕组的实际并联支路数和理论最大并联支路数均为2；

所述定子槽数为18，极数为16；三相绕组每相的引出线和三相绕组的星点接线分别处于相差180°的半圆上且互不交叉；

所述三相绕组的三相分别为：A-X、B-Y、C-Z；A-X相包括：1线圈、2线圈、9线圈、10线圈、11线圈、18线圈，B-Y相包括：3线圈、4线圈、5线圈、12线圈、13线圈、14线圈，C-Z相包括：6线圈、7线圈、8线圈、15线圈、16线圈、17线圈；

在A-X相中，1线圈的电流方向为顺时针，2线圈的电流方向为逆时针，18线圈的电流方向为逆时针，9线圈的电流方向为逆时针，10线圈的电流方向为顺时针，11线圈的电流方向为逆时针，1线圈与2线圈连接、2线圈与9线圈连接、9线圈与10线圈连接、10线圈与11线圈连接、11线圈与18线圈连接、18线圈与1线圈连接；1线圈与18线圈之间、9线圈与10线圈之间分别形成两条并联支路；

在B-Y相中，3线圈的电流方向为逆时针，4线圈的电流方向为顺时针，5线圈的电流方向为逆时针，12线圈的电流方向为逆时针，13线圈的电流方向为顺时针，14线圈的电流方向为逆时针，3线圈与4线圈连接、4线圈与5线圈连接、5线圈与12线圈连接、12线圈与13线圈连接、13线圈与14线圈连接、14线圈与3线圈连接；3线圈与4线圈之间、12线圈与13线圈之间分别形成两条并联支路；

在C-Z相中，6线圈的电流方向为逆时针，7线圈的电流方向为顺时针，8线圈的电流方向为逆时针，15线圈的电流方向为逆时针，16线圈的电流方向为顺时针，17线圈的电流方向为逆时针，6线圈与7线圈连接、7线圈与8线圈连接、8线圈与15线圈连接、15线圈与16线圈连接、16线圈与17线圈连接，17线圈与6线圈连接；6线圈与7线圈之间、15线圈与16线圈之间分别形成两条并联支路。

2.一种定子，包括定子铁心和定子绕组，其特征在于，所述定子绕组如权利要求1所述，所述定子槽设置在所述定子铁心上。

3.一种电机，其特征在于，包括如权利要求2所述的定子。

4.如权利要求3所述的电机用作电动助力自行车的助力电机。

5.一种车辆，其特征在于，所述车辆为电动助力自行车，所述电动助力自行车的助力电机如权利要求4所述。