CN115765253A - 定子、扁线电机、动力总成和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种定子、扁线电机、动力总成和车辆。该定子包括：定子铁芯设有z个定子槽；定子绕组中每一相绕组包括多条并联支路，每一并联支路包括连接的多个发卡线圈；第一发卡线圈的跨距为y，第一发卡线圈的两支脚分别位于第2t‑1槽层和第2t槽层；第二发卡线圈的跨距为y‑1，第二发卡线圈的两支脚分别位于第2t槽层和第2t+1槽层；第三发卡线圈的跨距为y+1，第三发卡线圈的两支脚分别位于第2t槽层和第2t+1槽层；第四发卡线圈的跨距为y‑1，第四发卡线圈的两支脚均位于第n槽层；第五发卡线圈的跨距为y+1，第五发卡线圈的两支脚均位于第n槽层。通过上述方式，本申请提供的定子能够较少种类的发卡线圈实现扁线电机中定子的绕组布线，利于降低制作成本。

Description

定子、扁线电机、动力总成和车辆

本申请要求于2022年07月07日提交的申请号为202210803290.8，且发明名称为“一种定子组件、电机及车辆”的在先专利申请的优先权，其通过引用方式全部并入本申请。

技术领域

本申请涉及扁线电机技术领域，特别是涉及定子、扁线电机、动力总成和车辆。

背景技术

随着新能源电动汽车的蓬勃发展，驱动电机作为新能源汽车的动力提供单元，对其性能的要求也愈发严苛。从电机的技术发展来看，电机高功率密度化和小型化的发展趋势使得采用扁线绕组的电机成为必然的选择。相较于传统的圆线绕组电机，扁线绕组电机得益于高铜满率，可利于电机绕组散热、能够提高绕组的耐压能力以及降低绕组端部长度，由此具有损耗低、效率高、功率密度高、散热性能好、噪音低等优点。

然而随之而来的技术问题是：扁线设计柔性差，扁线线圈在定子槽内的排布以及绕组进出线的连接方式设计不当会使得扁线线圈种类繁多，导致生产装配困难、工装模具成本增加。

发明内容

本申请主要提供一种定子、扁线电机、动力总成和车辆，以解决扁线电机中由于发卡线圈的线型种类多导致的生产工艺复杂和制造成本高的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种扁线电机的定子。该定子包括：定子铁芯，所述定子铁芯的内壁沿其周向均布有z个定子槽；定子绕组，包括沿所述定子铁芯的周向依次呈周期排列设置的三相绕组，每一相绕组包括多条并联支路，所述多条并联支路在周向上旋转对称，每一所述并联支路包括用连接线连接的多个发卡线圈，每个所述定子槽内均设有n层所述发卡线圈的扁线导体，n为奇数；所述发卡线圈包括第一发卡线圈、第二发卡线圈、第三发卡线圈、第四发卡线圈和第五发卡线圈，所述第四发卡线圈和所述第五发卡线圈位于同相绕组中的不同并联支路上；其中，所述第一发卡线圈的跨距为y个所述定子槽，所述第一发卡线圈的第一支脚和第二支脚分别位于第2t-1槽层和第2t槽层，其中y＝z/2p，p为所述扁线电机的对极数，t≤(n-1)/2；所述第二发卡线圈的跨距为y-1个所述定子槽，所述第二发卡线圈的第一支脚和第二支脚分别位于第2t槽层和第2t+1槽层；所述第三发卡线圈的跨距为y+1个所述定子槽，所述第三发卡线圈的第一支脚和第二支脚分别位于第2t槽层和第2t+1槽层；所述第四发卡线圈的跨距为y-1个所述定子槽，所述第四发卡线圈的第一支脚和第二支脚均位于第n槽层；所述第五发卡线圈的跨距为y+1个所述定子槽，所述第五发卡线圈的第一支脚和第二支脚均位于第n槽层。

在一些实施例中，分布在相同槽层编号的所述第一发卡线圈共2p-2个，分布在同一槽层编号的所述第一发卡线圈每隔一个所述第一发卡线圈后两两之间通过所述第一发卡线圈的焊接端焊接连接。

在一些实施例中，每一相绕组包括两条并联支路。

在一些实施例中，每一所述并联支路的发卡线圈在不同定子槽中遍历n个槽层。

在一些实施例中，所述发卡线圈包括第一支脚、第二支脚、连接段、第一弯折段和第二弯折段，所述第一支脚和所述第二支脚平行设置并分别插设于不同定子槽的槽层，所述连接段连接于所述第一支脚和所述第二支脚的一端，所述第一弯折段连接于所述第一支脚的另一端，所述第二弯折段连接于所述第二支脚的另一端，且所述第一弯折段和所述第二弯折段还均连接有焊接端。

在一些实施例中，所述第一弯折段和所述第二弯折段的折弯方向平行或呈对称设置。

在一些实施例中，所述三相绕组的所有引出线和中线点集中分布在不同定子槽的第一槽层。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种扁线电机。所述扁线电机包括转子和如上述的定子，所述转子设于所述定子铁芯的内壁所围设形成的空间内。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种动力总成。所述动力总成包括减速器和如上述的扁线电机，所述扁线电机与所述减速器传动连接。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种车辆。所述车辆包括如上述的动力总成。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请公开了一种定子、扁线电机、动力总成和车辆。通过限定定子铁芯中定子槽的槽层数为奇数层，结合限定每相绕组中发卡线圈的类型，使得能够以较少种类的发卡线圈实现扁线电机中定子的绕组布线，扩宽了扁线电机绕组设计的方式，且减小了扁线电机中定子的制造模具，以降低制作成本，和简化制作工艺，有效地提高加工制造效率，且在该扁线电机正常运行时可避免发生环流，减小了电机铜损，提升了电机效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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获得其他的附图，其中：

图1是本申请提供的扁线电机的定子一实施例的结构示意图；

图2是如图1所示定子中定子铁芯的结构示意图；

图3是如图1所示定子中发卡线圈的一种结构示意图；

图4是如图1所示定子中发卡线圈的另一种结构示意图；

图5是本申请提供的定子槽数为48且槽层数为7时U相绕组的绕线示意图；

图6为如图5实施例中的U相绕组的两并联支路的连接示意图。

具体实施方式

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

本申请实施例中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

为方便理解，以下先对本申请中出现的专业名词作如下解释说明。

定子：是指电机中静止不动的部分，其作用在于产生旋转磁场。

转子：是指电机中的旋转部件，作用在于实现电能与机械能的转换。

跨距：是指电机绕组中同一元件的两个元件边在电枢表面所跨的距离，通常用定子铁芯上开设的定子槽的数量来表示。

参阅图1和图2，图1是本申请提供的扁线电机的定子一实施例的结构示意图，图2是如图1所示定子中定子铁芯的结构示意图。

本申请实施例提供一种扁线电机，该扁线电机包括转子和定子，转子设于该定子的定子铁芯内壁所围设形成的空间内，转子的对极数为p，转子的极数为2p，定子包括m相绕组，该扁线电机的每极每相槽数q＝z/(2pm)，q可以为2等，该扁线电机的槽极配合可以是6极54槽或8极72槽等，本申请对此不作具体限制。

如图1所示，该扁线电机的定子包括定子铁芯10和定子绕组20。

如图2所示，该定子铁芯10的内壁沿其周向开设有均布的多个定子槽11，定子槽11的数量为3的倍数，例如定子槽11的数量可以为48、54或72，且任一定子槽11在定子铁芯10的轴线方向延伸，并沿定子铁芯10的轴线方向贯通定子铁芯10的内壁，定子槽11还沿定子铁芯10的径向划分为n层，定子槽11的每一槽层均设有扁线导体。

定子绕组20包括沿定子铁芯10的周向依次呈周期排列的三相绕组，三相绕组分别为U相绕组、V相绕组和W相绕组。其中每一相绕组包括多条并联支路，多条并联支路在周向上旋转对称；例如，每一相绕组包括两条并联支路，该两条并联支路在定子铁芯10的周向上旋转对称。

通过限定每项绕组中多条并联支路在周向上旋转对称，则使得每相绕组中多个并联支路的磁场分布相同，电势平衡，因而避免了并联支路间产生的环流，从而可大幅减小高频下的附加交流铜耗，提高高速运行时的扁线电机效率，并避免了绕组局部过温，延长了扁线电机的寿命。

本实施例中，定子由相位相差120度电角度的三相绕组和定子铁芯10构成，定子绕组20的结构在定子铁芯10中，每一相绕组包括2个并联支路，且2个并联支路以定子铁芯10的中心轴作为旋转轴，在同相绕组中的2条并联支路旋转对称。当该定子应用到扁线电机中时，该中心轴也可以是指扁线电机中转子的转子中心线。旋转对称可以是同相绕组中某一并联支路移动一定数量的定子槽后，而与该同相绕组中其他并联支路相重合。

其中，定子中每相绕组中并联支路可以采用星形方式或三角形方式接线，其中每相绕组由2条并联支路构成。

每一并联支路包括用连接线连接的多个发卡线圈21，每个定子槽11内均设有n层发卡线圈21的扁线导体，n为奇数。发卡线圈21由扁线导体形成，扁线导体的横截面呈矩形，其插设于定子槽11上。

参阅图3和图4，图3是如图1所示定子中发卡线圈的一种结构示意图，图4是如图1所示定子中发卡线圈的另一种结构示意图。

发卡线圈21包括第一支脚211、第二支脚212、连接段213、第一弯折段214和第二弯折段215，第一支脚211和第二支脚212平行设置并分别插设于不同定子槽11的槽层，连接段213连接于第一支脚211和第二支脚212的一端，连接段213可以呈U型或V型，第一弯折段214连接于第一支脚211的另一端，第二弯折段215连接于第二支脚212的另一端，且第一弯折段214和第二弯折段215还均连接有焊接端216，同一并联支路中相邻发卡线圈之间通过连接线连接焊接端216导通。

其中，发卡线圈21的节距为其第一支脚211和第二支脚212所跨过的定子槽数。第一支脚211和第二支脚212大致设置于定子槽11内，连接段213位于定子槽11外且设置于定子铁芯10的一端面，第一弯折段214、第二弯折段215及焊接端216位于定子槽11外且设置于定子铁芯10的另一端面。

在一种实施例中，可将发卡线圈21插设于定子槽11后再对发卡线圈21进行折弯以形成第一弯折段214和第二弯折段215，其中发卡线圈21插设于定子槽11后，其连接段213形成定子绕组20的插线部，焊接端216形成定子绕组20的焊接部。

如图4所示，部分发卡线圈21的第一弯折段214和第二弯折段215的折弯方向平行，用于换向绕制；如图3所示，其余发卡线圈21的第一弯折段214和第二弯折段215的折弯方向呈对称设置，用于同相绕制。

本申请中，任一定子槽11内均设有n层发卡线圈21，即定子槽11的每一槽层均设有一发卡线圈21的第一支脚211或第二支脚212，每一并联支路的发卡线圈21在不同定子槽11中遍历n个槽层，从而可消除每相绕组中多个并联支路因在定子槽中的位置引起的电势相位差。

在一实施例中，同一定子槽11内的发卡线圈21同相，因而相同定子槽11内的不同层的第一支脚211或第二支脚212之间不需要相间绝缘纸，可降低扁线电机的绝缘成本。

其中，发卡线圈21的类型包括第一发卡线圈、第二发卡线圈、第三发卡线圈、第四发卡线圈和第五发卡线圈，每一相绕组均包括该五种类型的发卡线圈，且第四发卡线圈和第五发卡线圈位于同相绕组中的不同并联支路上。

本实施例中，每一相绕组包括2条并联支路，则同相绕组中其第一并联支路可以包括有第一发卡线圈、第二发卡线圈、第三发卡线圈和第五发卡线圈，其第二并联支路可以包括有第一发卡线圈、第二发卡线圈、第三发卡线圈和第四发卡线圈。

第一发卡线圈的跨距为y个定子槽，第一发卡线圈的第一支脚211和第二支脚212分别位于第2t-1槽层和第2t槽层，其中y＝z/2p，p为扁线电机的对极数，t≤(n-1)/2，y和t均为正整数；分布在相同槽层编号的第一发卡线圈共2p-2个，分布在同一槽层编号的第一发卡线圈每隔一个第一发卡线圈后两两之间通过第一发卡线圈的焊接端焊接连接。

第二发卡线圈的跨距为y-1个定子槽，第二发卡线圈的第一支脚和第二支脚分别位于第2t槽层和第2t+1槽层；第三发卡线圈的跨距为y+1个定子槽，第三发卡线圈的第一支脚和第二支脚分别位于第2t槽层和第2t+1槽层；第四发卡线圈的跨距为y-1个定子槽，第四发卡线圈的两直线段均位于第n槽层；第五发卡线圈的跨距为y+1个定子槽，第五发卡线圈的两直线段均位于第n槽层。

例如，第一发卡线圈的跨距为6个定子槽11，则第二发卡线圈的跨距为5个定子槽11，第三发卡线圈的跨距为7个定子槽11，第四发卡线圈的跨距为5个定子槽11，第五发卡线圈的跨距为7个定子槽11。

同一相的多条并联支路均在不同定子槽中遍历n个槽层，且各相绕组所占的定子槽11在定子圆周上旋转对称，本实施例中，各相绕组的旋转槽数为6，由此这同一相的两条支路完全对称，在扁线电机正常运行时不会发生环流，减小了电机铜损，提升了电机效率。

其中，三相绕组的所有引出线和中性点集中分布在不同定子槽11的第一槽层，通过集中并联支路的引出线和中性点位置，从而可减小绕组在轴向和径向的空间，降低扁线电机的制造难度。

举例说明，定子铁芯10中定子槽11的数量为48，每一定子槽11中槽层数n为7。定子绕组分为U相、V相和W相，每一相绕组设置的并联支路的数量均为2个。

参阅图5和图6，图5是本申请提供的定子槽数为48且槽层数为7时U相绕组的绕线示意图，图6为如图5实施例中的U相绕组的两并联支路的连接示意图。其中，实线代表插线端的接线方式，虚线代表焊接端的接线方式，U1、U2可以作为电压引出线也可以作为中性点引出线，X1、X2可以作为电压引出线也可以作为中性点引出线。

下面结合图5和图6，分别对本实施例中U相绕组中第一并列支路、第二并列支路和第三并列支路做详细说明。

其中，编号i(j)表示第i槽中的第j槽层，例如1(1)表示第1槽的第1槽层，7(2)表示第7槽的第2槽层。

如图5所示，U相绕组的第一并联支路其串联连接经过的槽号为：1(1)→7(2)→13(1)→19(2)→25(1)→31(2)→37(1)→43(2)→2(3)→8(4)→14(3)→20(4)→26(3)→32(4)→38(3)→44(4)→1(5)→7(6)→13(5)→19(6)→25(5)→31(6)→37(5)→43(6)→2(7)→7(7)→14(7)→19(7)→26(7)→31(7)→38(7)→43(7)→38(6)→32(5)→26(6)→20(5)→14(6)→8(5)→1(4)→43(3)→37(4)→31(3)→25(4)→19(3)→13(4)→7(3)→2(2)→44(1)→38(2)→32(1)→26(2)→20(1)→14(2)→8(1)。

其中，从编号44(4)至1(5)、7(3)至2(2)、43(7)至38(6)为第二发卡线圈，且从43(7)至38(6)发卡线圈的第一弯折段214和第二弯折段215的折弯方向平行，该并联支路通过该发卡线圈开始换向绕制。

从编号43(2)至2(3)、43(6)至2(7)、8(5)至1(4)为第三发卡线圈。

从编号7(7)至14(7)、19(7)至26(7)、31(7)至38(7)为第五发卡线圈。

该并联支路中其余发卡线圈均为第一发卡线圈。

1(1)为该U相绕组中第一并联支路的引出线的编号，8(1)为该U相绕组中第一并联支路的中性点的编号。

如图5所示，U相绕组的第二并联支路其串联连接经过的槽号为：2(1)→8(2)→14(1)→20(2)→26(1)→32(2)→38(1)→44(2)→1(3)→7(4)→13(3)→19(4)→25(3)→31(4)→37(3)→43(4)→2(5)→8(6)→14(5)→20(6)→26(5)→32(6)→38(5)→44(6)→1(7)→8(7)→13(7)→20(7)→25(7)→32(7)→37(7)→44(7)→37(6)→31(5)→25(6)→19(5)→13(6)→7(5)→2(4)→44(3)→38(4)→32(3)→26(4)→20(3)→14(4)→8(3)→1(2)→43(1)→37(2)→31(1)→25(2)→19(1)→13(2)→7(1)。

其中，从编号44(2)至1(3)、44(6)至1(7)、7(5)至2(4)为第二发卡线圈。

从编号43(4)至2(5)、8(3)至1(2)、44(7)至37(6)为第三发卡线圈，且从44(7)至37(6)发卡线圈的第一弯折段214和第二弯折段215的折弯方向平行，该并联支路通过该发卡线圈开始换向绕制。

从编号8(7)至13(7)、20(7)至25(7)、32(7)至37(7)为第四发卡线圈。

该并联支路中其余发卡线圈21均为第一发卡线圈。

2(1)为该U相绕组中第二并联支路的引出线的编号，7(1)为该U相绕组中第二并联支路的中性点的编号。

U相绕组、V相绕组和W相绕组对称均匀分布在定子铁芯10的圆周上，本实施例中，V相绕组和W相绕组可以由U相绕组通过沿定子铁芯10的圆周方向旋转2个或4个定子槽11得到，在此不再赘述V相绕组和W相绕组的绕线方式。

本申请实施例还提供一种动力总成，该动力总成包括减速器和上述的扁线电机。其中，扁线电机和减速器传动连接。具体地，扁线电机的驱动轴与减速器的输入轴可通过联轴器等传动件实现传动连接，以将驱动力自扁线电机输出至减速器。

本申请实施例提供的车辆，包括上述的动力总成，上述的动力总成设置于车辆内，并为车辆提供运行动力。具体地，本实施例中，车辆可具体为以电能进行驱动的新能源车辆。其中，新能源车辆具体可以是混合动力电动车辆、纯电动车辆或燃料电池电动车辆等，也可以是采用超级电容器、飞轮电池或飞轮储能器等高效储能器作为电能来源的车辆。

区别于现有技术的情况，本申请公开了一种定子、扁线电机、动力总成和车辆。通过限定定子铁芯中定子槽的槽层数为奇数层，结合限定每相绕组中发卡线圈的类型，使得能够以较少种类的发卡线圈实现扁线电机中定子的绕组布线，扩宽了扁线电机绕组设计的方式，且减小了扁线电机中定子的制造模具，以降低制作成本，和简化制作工艺，有效地提高加工制造效率，且在该扁线电机正常运行时可避免发生环流，减小了电机铜损，提升了电机效率。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种扁线电机的定子，其特征在于，包括：

定子铁芯，所述定子铁芯的内壁沿其周向均布有z个定子槽；

定子绕组，包括沿所述定子铁芯的周向依次呈周期排列设置的三相绕组，每一相绕组包括多条并联支路，所述多条并联支路在周向上旋转对称，每一所述并联支路包括用连接线连接的多个发卡线圈，每个所述定子槽内均设有n层所述发卡线圈的扁线导体，n为奇数；

所述发卡线圈包括第一发卡线圈、第二发卡线圈、第三发卡线圈、第四发卡线圈和第五发卡线圈，所述第四发卡线圈和所述第五发卡线圈位于同相绕组中的不同并联支路上；

其中，所述第一发卡线圈的跨距为y，所述第一发卡线圈的第一支脚和第二支脚分别位于第2t-1槽层和第2t槽层，其中y＝z/2p，p为所述扁线电机的对极数，t≤(n-1)/2；所述第二发卡线圈的跨距为y-1，所述第二发卡线圈的第一支脚和第二支脚分别位于第2t槽层和第2t+1槽层；所述第三发卡线圈的跨距为y+1，所述第三发卡线圈的第一支脚和第二支脚分别位于第2t槽层和第2t+1槽层；所述第四发卡线圈的跨距为y-1，所述第四发卡线圈的第一支脚和第二支脚均位于第n槽层；所述第五发卡线圈的跨距为y+1，所述第五发卡线圈的第一支脚和第二支脚均位于第n槽层。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，分布在相同槽层编号的所述第一发卡线圈共2p-2个，分布在同一槽层编号的所述第一发卡线圈每隔一个所述第一发卡线圈后两两之间通过所述第一发卡线圈的焊接端焊接连接。

3.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，每一相绕组包括两条并联支路。

4.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，每一所述并联支路的发卡线圈在不同定子槽中遍历n个槽层。

5.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述发卡线圈包括第一支脚、第二支脚、连接段、第一弯折段和第二弯折段，所述第一支脚和所述第二支脚平行设置并分别插设于不同定子槽的槽层，所述连接段连接于所述第一支脚和所述第二支脚的一端，所述第一弯折段连接于所述第一支脚的另一端，所述第二弯折段连接于所述第二支脚的另一端，且所述第一弯折段和所述第二弯折段还均连接有焊接端。

6.根据权利要求5所述的定子，其特征在于，所述第一弯折段和所述第二弯折段的折弯方向平行或呈对称设置。

7.根据权利要求5所述的定子，其特征在于，所述三相绕组的所有引出线和中线点集中分布在不同定子槽的第一槽层。

8.一种扁线电机，其特征在于，包括转子和如权利要求1至7任一项所述的定子，所述转子设于所述定子铁芯的内壁所围设形成的空间内。

9.一种动力总成，其特征在于，包括减速器和如权利要求8所述的扁线电机，所述扁线电机与所述减速器传动连接。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的动力总成。

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