CN115955021A - 定子组件、电机及电驱系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定子组件、电机及电驱系统，定子组件包括：定子铁芯，具有多个齿槽；定子绕组，由多个导体元件形成，所述导体元件的一部分平行于所述定子铁芯的轴线方向设置于齿槽内且在径向上依次排列从而形成不同的层，定子绕组在轴向上位于齿槽之外的两端分别被称为第一端和第二端，导体元件包括第一构件和第二构件，第一构件具有两个直线部、用于连接两个直线部的连接部以及两个弯折部，连接部位于所述第一端，弯折部位于第二端，且两个直线部位于相邻的层；第二构件具有直线部和分别位于直线部两侧的两个弯折部。根据本发明的定子绕组，能够在满足电机性能的情况下降低制造的难度，并具有良好的工艺可行性，降低了制造成本。

Description

定子组件、电机及电驱系统

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种定子组件、电机及电驱系统。

背景技术

电机的主要部件包括定子组件和转子组件。对于不使用永磁体的电机而言，定子组件包括定子铁芯和定子绕组，转子组件包括转子和转子绕组。定子绕组位于定子铁芯中，当定子绕组中通过电流时，在定子铁芯中产生磁场。该磁场与转子组件相互作用，从而使转子旋转，将电能转化为机械能。

定子绕组所采用的导体可以选用具有圆形横截面的金属导体或者具有矩形横截面的金属导体。采用具有矩形横截面的金属导体的电机又被称为扁线电机。相比于圆形横截面的金属导体，采用具有矩形横截面的金属导体的定子绕组具有更高的槽满率，由此能够产生更强的磁场，也使得扁线电机具有更优的性能。

扁线电机之前在水电、风电等工业领域有应用。近年来，随着新能源汽车的发展，扁线电机在电动车上的应用也逐渐增多。为了使扁线电机能更好地适应新能源汽车的使用需求，存在对更高性能、制造成本更低的扁线电机的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供如下的方案。

一种定子组件，包括：

定子铁芯，所述定子铁芯具有设置在径向内侧的多个齿槽，

定子绕组，所述定子绕组由多个具有矩形的截面的导体元件形成，所述导体元件的一部分平行于所述定子铁芯的轴线方向设置于所述齿槽内且在径向上依次排列从而形成不同的层，所述定子绕组在轴向上位于齿槽之外的两端分别被称为第一端和第二端，所述多个导体元件在所述第二端被两两焊接在一起，

所述导体元件包括第一构件和第二构件，所述第一构件具有两个直线部、用于连接所述两个直线部的连接部以及两个弯折部，所述连接部位于所述第一端，所述弯折部位于第二端，且所述两个直线部位于相邻的层；

所述第二构件具有直线部和分别位于所述直线部两侧的两个弯折部。

本发明还提出如下改进，其可以单独地或者组合地被应用到上述方案中：

-所述定子绕组还设置有多个引出线，所述引出线由所述第二构件的一部分形成；

-所述第二构件的数量为12，且其中6个第二构件的直线部设置在所述定子绕组的径向最外侧，另外6个第二构件的直线部设置在所述定子绕组的径向最内侧；

-所述第一构件具有不同的跨距；

-所述第一构件具有150个跨距为6的第一构件；

-在150个跨距为6的第一构件中，有36个第一构件的直线部分别位于第1层和第2层，有36个第一构件的直线部分别位于第3层和第4层，有6个第一构件的直线部分别位于第4层和第5层，有36个第一构件的直线部分别位于第5层和第6层，有36个第一构件的直线部分别位于第7层和第8层；

-所述第一构件具有24个跨距为5的第一构件；

-在24个跨距为5的第一构件中，有6个第一构件的直线部分别位于第1层和第2层，有6个第一构件的直线部分别位于第3层和第4层，有6个第一构件的直线部分别位于第5层和第6层，有6个第一构件的直线部分别位于第7层和第8层；

-所述第一构件具有12个跨距为7的第一构件；

-在12个跨距为7的第一构件中，有6个第一构件的直线部分别位于第2层和第3层，有6个第一构件的直线部分别位于第6层和第7层；

本发明还提出一种电机，包括上述的定子组件。

本发明还提出一种电驱系统，包括逆变器和减速器中的至少一者，以及上述的电机。

由上可知，本发明针对构成电机的定子绕组的导体元件的类型、数量以及布置方式进行了限定。根据本发明的定子绕组，能够在满足电机性能的情况下降低制造的难度，并具有良好的工艺可行性，降低了制造成本。

本发明的其他特征和优点将在下文结合附图进行详细说明。

附图说明

参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：

图1示出了本发明的定子组件的立体视图。

图2示出了定子铁芯的轴向视图。

图3示出了用于形成定子绕组的一种导体元件的示意图。

图4示出了用于形成定子绕组的另一种导体元件的示意图。

图5(a)示出了定子绕组的剖视图。

图5(b)示出了图5(a)中的右侧圆圈内的放大视图。

图6(a)、图6(b)从两个不同的角度示出了定子绕组的整体结构示意图。

图7示出了两路并联且采用星形连接的定子三相绕组示意图。

图8(a)示出了定子组件的一部分的俯视图。

图8(b)示出了第一构件在定子铁芯中的布置示意图。

图8(c)示出了第一构件的尺寸参数。

图9示出定子组件的第一端的局部视图。

图10(a)示出了第二构件在定子铁芯中的布置示意图。

图10(b)示出了第二构件的尺寸参数。

所有附图都只是示意性的，而且并不一定按比例绘制，此外它们仅示出为了阐明本发明而必需的那些部分，其他部分被省略或仅仅提及。即，除附图中所示出的部件外，本发明还可以包括其他部件。

在附图中，相同的和/或功能相同的技术特征采用相同或相似的附图标记。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解和实现本发明。但是，对所属技术领域的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不局限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面所述的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用，而不应看作是权利要求的特征或限定，除非在权利要求中明确提出。

在以下描述中可能使用的关于方位的说明，比如“上”、“下”、“内”、“外”、“径向”、“轴向”等，除非具有明确说明，仅为了方便描述，而无欲对发明技术方案形成任何限定。此外，在下文中使用了例如“第一”、“第二”等术语来描述本申请的元件，这些术语仅用于区分各个元件，而无欲限制这些元件的本质、序列、顺序或数目。

图1示出了本发明的定子的立体视图。从图1中可以看出，定子组件100包括定子铁芯110和定子绕组120。定子铁芯110大致呈圆筒形，在其径向内部容纳有未图示的转子组件。定子绕组120容纳在定子铁芯110上所开设的槽中。

作为一种可选的实施方式，定子铁芯110可以由多个硅钢片叠置而成。为此，可以通过焊接的方式来将多个硅钢片连接到一起。当然，也可以通过其他的方式来将多个硅钢片连接到一起。

图2示出了定子铁芯110的轴向视图。从图2中可以看出，定子铁芯110具有定子本体111，在定子本体111的径向内侧设置有多个定子齿112，在相邻的两个定子齿112之间形成用于容纳定子绕组120的一部分的齿槽113。优选地，多个定子齿112在周向上均匀排布。相应地，多个齿槽113也在周向上均匀排布。齿槽113的数量可以根据需要设置。如图2所示，在本发明中，定子齿槽113的数量设置为48个，并且图2中用数字对各个齿槽进行了编号。

不同于采用具有圆形截面的导体的电机，扁线电机的定子绕组120所采用的导体具有矩形截面，一般是沿轴向从定子铁芯110的齿槽113中插入。为此，可以采用不同形式的导体元件来形成定子绕组120。图2中示出了在齿槽中的导体元件的矩形截面，由于采用了矩形截面，因此可以看到各个导体元件彼此紧密排列。因此，相比于圆形截面的导体，采用矩形截面能够提高槽满率，从而提高电机性能。

图3示出了用于形成定子绕组的一种元件的示意图。从图3中可以看出，该导体元件整体上呈U形。具体地，该导体元件具有两个直线部U-1、两个弯折部U-2以及连接两个直线部U-1的连接部U-3。在初始状态下，该导体元件仅包括两个直线部以及连接该直线部的连接部U-3。在制作定子绕组时，两个直线部分别从轴向被插入到不同的齿槽113中。插入就位后，两个直线部在轴向上位于齿槽113外部的一端被弯折，从而形成两个弯折部U-2，未被弯折的部分则成为图3中所示的直线部U-1。为描述方便，本文中也将图3示出的元件称为第一构件。

图4示出了用于形成定子绕组的另一种导体元件的示意图。在初始状态下，该导体元件是一个具有一定长度的直线导体。在形成定子绕组时，该直线导体从轴向被插入到齿槽113中，随后可以将在轴向上位于齿槽113的外部的部分弯折，从而形成图4所示的两个弯折部I-2，未被弯折的部分则成为图4所示的直线部I-1。为描述方便，本文中也将图4示出的导体元件称为第二构件。

图5(a)示出了定子绕组的剖视图，图5(b)示出了图5(a)中的右侧圆圈内的放大视图。从图5(a)中可以清楚地看出导体元件在齿槽内的排列结构，以及弯折部的弯折状况。从图5(b)中则可以清楚地看出依次排列的8根导体为了保证绝缘性，在导体与齿槽之间还设置有绝缘部件。绝缘部件可以是绝缘纸。

作为本发明的一个方面，定子绕组采用短距绕组。也就是说，在同一个齿槽内的8个导体元件属于不同的相。

图6(a)从一个角度示出了定子绕组的整体结构示意图，图6(b)从另一个角度示出了定子绕组的整体结构示意图。定子绕组120由上文所述的多个第一构件和多个第二构件共同构成。如图6(a)和6(b)所示，整个定子绕组120的轴向中部位置对应于第一构件或第二构件的直线部。在图6(a)和6(b)所示的定子绕组120的下部，示出了第一构件或第二构件的弯折部。由于各个弯折部被焊接，因此将该端称为焊接端122。相应地，具有第一构件的连接部的一端则被称为皇冠端121。在本文中，也将皇冠端121称作第一端，将焊接端122称为第二端。

此外，定子绕组120还设置有多个引出线123，用于作为U、V、W三相线的出线端。引出线123可以设置在皇冠端121处。引出线可以采用第二构件形成。

从图6(a)中可以看出，在本发明的定子绕组中，引出线123共设置有12个，并且这12个引出线均位于定子绕组的最内层或最外层，且最内层设置有6个引出线，最外层设置有6个引出线。

此外，作为一种优选的实施方式，这12个引出线在定子绕组的圆周方向上位于同一个半圆内。更优选地，这12个引出线在圆周方向上所占据的圆弧——将在圆周方向上位于最外侧的两个引出线作为圆弧的端点——对应的圆心角小于150°。更优选地，这12个引出线在圆周方向上所占据的圆弧对应的圆心角小于120°。通过这种绕组设置方式，可以相应地减小与这12个引出线相连的汇流排组件的尺寸，从而有利于降低汇流排的制造成本，并使整个电机的结构更紧凑。

图7示出了定子绕组的示例性接线结构。从图7中可以看出，定子绕组采用星形连接，且每一相采用两路并联的结构。为此，为了使三相电路中的两个支路之间连接，从而形成星形连接，设置有6个引出线。为了给三相电路中每相的两个支路供电，设置有6个引出线。引出线的位置如图6(a)所示。

图8(a)示出了定子组件的一部分的俯视图，图8(b)示出了第一构件在定子铁芯中的布置示意图，图8(c)以俯视图示出了第一构件的尺寸参数。从图8(b)中可以看出，对于第一构件，其两个直线部分别位于两个不同的齿槽中。在此，将定子绕组的在齿槽中的两条有效边之间所跨占的槽数称为跨距。例如，在图8(b)中，两个第一构件的两个直线部分别位于36槽和43槽以及42槽和1槽，则这两个第一构件的跨距都是7。

作为本发明的一个重要改进，根据本发明的定子绕组，在所有的第一构件中，第一构件的两个直线部所处的层都不相同，但是相邻。例如，在图8(b)中，左侧的第一构件的两个直线部分别位于36槽第3层和43槽第2层，第2层和第3层不是同一层，但是为相邻的层；右侧的第一构件的两个直线部则分别位于42槽第3层和1槽第2层。通过使得第一构件的两个直线部位于相邻的层，能够特别有利于定子绕组的制造。因为在将第一构件按照需要进行制作时，需要将连接部进行一定程度的扭曲，从而使得直线部能够位于不同的层中。如果同一个第一构件的两个直线部所处的层相差较大，例如分别位于第1层和第8层，则会导致对连接部的扭曲程度较大，可能会造成对连接部的损坏，降低定子绕组的绝缘性能。同时，由于使得所有的第一构件的两个直线部所处的层相差都为一，既能最大程度地减小连接部的扭曲程度，也使得第一构件的尺寸变化不大，能够统一地进行制造。

从图8(a)所示的俯视图可以看出，每个第一构件的连接部又可以分为两个子部分，这两个子部分分别与两个直线部连接，而这两个子部分则通过扭转部连接。由于扭转部的设置，使得两个子部分能够分别位于不同层所在的圆周上。例如，对于一个第一构件，其两个直线部分别位于第m层和第m+1层，则相应地，与位于第m层的直线部连接的子部分的俯视图呈弧形，该弧形位于由48个齿槽中所有第m层的导体元件限定的圆上，而与位于第m+1层的直线部连接的子部分的俯视图同样呈弧形，该弧形位于由48个齿槽中所有第m+1层的导体元件限定的圆上。

图8(c)以俯视图示出了第一构件的尺寸参数。其中，两个直线部在圆周方向上限定了角度α，其数值等于两个直线部所处槽对应或跨占的圆心角。即，如果两个直线部分别位于36槽和43槽，则α＝360°×(7÷48)。距离L为过两个直线部的平行线之间的距离。此外，如上一段所描述的那样，两个子部分分别位于半径不同的圆上，两个半径分别用R1和R2表示。相应地，与位于径向靠内层中的直线部连接的子部分的半径小于与位于径向靠外层中的直线部连接的子部分的半径。以上参数的测量起止点都是导体元件的截面中心点。

对于全部的第一构件，α的值仅由第一构件的两个直线部所处的槽的位置决定。L的值则由两个直线部所处的槽的位置、所处层的位置共同确定。R1和R2的值则由两个直线部所处的层的位置确定。

作为本发明的一个优选实施方式，对于在处于径向靠外侧的一个或者多个层，每个第一构件的R1和R2要大于其所连接的直线部所处层所在圆的半径。也就是说，对于在处于径向靠外侧的一个或者多个层，其子连接部要比如上对图8(c)中的参数所限定的位置在径向上更加向外。这种结构设计实际上使得沿定子组件的轴线观看，第一端相比于定子绕组位于齿槽中的部分在径向上的尺寸更大。由此，这在第一端形成一种相比于中间部分向外扩大的结构，增大了第一端的各部分之间的间隙，有利于提高定子绕组的绝缘性能。

由上可知，对于采用矩形截面的电机而言，为了形成定子绕组，可以采用多个第一构件来制造，也可以采用多个第二构件来制造，还可以采取不同数量的第一构件和第二构件共同形成定子绕组。导体元件的选择直接影响到定子绕组的制造难易程度和成本，并且也会相应地影响电机的性能。如何选择导体元件的类型、数量以及其布置方式，是扁线电机的一个重要研究方向。

为此，根据本发明的一个优选实施例，为了制造定子绕组，采用如下的导体元件来形成定子绕组，其中包括：

150个跨距为6的第一构件；具体地，有36个第一构件的直线部分别位于第1层和第2层，有36个第一构件的直线部分别位于第3层和第4层，有6个第一构件的直线部分别位于第4层和第5层，有36个第一构件的直线部分别位于第5层和第6层，有36个第一构件的直线部分别位于第7层和第8层；

24个跨距为5的第一构件；具体地，有6个第一构件的直线部分别位于第1层和第2层，有6个第一构件的直线部分别位于第3层和第4层，有6个第一构件的直线部分别位于第5层和第6层，有6个第一构件的直线部分别位于第7层和第8层；以及

12个跨距为7的第一构件；具体地，有6个第一构件的直线部分别位于第2层和第3层，有6个第一构件的直线部分别位于第6层和第7层。

图9示出定子组件的第一端的局部视图。从图9中除了可以看出12个引出线之外，还可以看出第一构件的扭转部所处的高度并不相同。具体地，不同跨距的第一构件的扭转部的顶端处于不同的高度。作为一种优选的设计方式，跨距大的导体元件的连接部的顶端高度会相应地高，跨距小的导体元件的连接部的顶端高度则相应地低。这种设计还能够避免不同跨距的导体元件之间的干涉，能够更加有利于制造。

图10(a)示出了第二构件在定子铁芯中的布置示意图。第二构件的一端用于形成引出线，且引出线的延伸方向平行于定子铁芯的轴线方向。如前所述，由于引出线均位于第1层或第8层，则第二构件也都位于第1层或第8层。相应地，本发明共使用12个第二构件，其中6个的直线部位于第1层，6个的直线部位于第8层。

图10(b)以俯视图示出了第二构件的尺寸参数。其中，直线部与引出线在圆周方向上限定的角度为β。根据本发明的一个优选实施方式，规定全部12个第二构件的β为22.5°。距离d为过两个直线部的平行线之间的距离。此外，如之前对第一构件所描述的那样，第二构件的直线部与引出线之间的连接部位于过其直线部所在层的圆上，该圆半径分别用r表示。以上参数的测量起止点都是导体元件的截面中心点。

第二构件的另一端形成焊接端，焊接端具有焊接部分，即图4所示的位于下方的连接部I-2之后的部分。焊接端的焊接部分同样平行于定子铁芯的轴线方向。焊接端同样可以用图10(b)所示的参数表示，且全部12个第二构件的β也优选为22.5°，由此可以使得第二构件的制造更加简单。

以上对本发明的定子组件的结构进行了详细的说明。根据以上说明可知，本发明提出了一种具体的定子绕组结构，对所采用的导体元件的结构和数量进行了明确限定。根据本发明的定子绕组，通过对导体元件的类型、位置、数量进行恰当的选择，使得定子绕组的制造具有良好的工艺可行性，适合全自动化生产线体进行冲压、插线、扭头、焊接、滴漆等工艺，并且定子组件具有良好的NVH性能表现，定子绕组的空间尺寸紧凑，压缩了驱动电机整机轮廓尺寸。

本发明提出的电机可以应用到各种类型的电驱动车辆中。例如，可以应用到仅有蓄电池提供电能的纯电动车辆中，也可以应用到设置有除电机外还包括其他类型的动力源的混合动力车辆中，其他类型的动力源例如可以是化石燃料发动机、氢气发动机等。

以上已经对本发明的结构进行了详细的描述。本领域技术人员知晓，所描述的很多细节仅仅是示例性的而非限制性的。即，只要能实现其相应的功能即可，而并不一定要采用上文所述的具体的形状、结构等特征。

参考以上的示意性实施例已经对本发明做出了清楚、完整的说明，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，通过对所公开的技术方案的修改可以设想各种其它的实施例。这些实施例应当被理解成落在本发明的基于权利要求和其任何等同技术方案所确定的范围之内。

Claims (10)

1.一种定子组件，其特征在于，包括：

定子铁芯，所述定子铁芯具有设置在径向内侧的多个齿槽，

定子绕组，所述定子绕组由具有矩形的截面的多个导体元件形成，所述导体元件的一部分平行于所述定子铁芯的轴线方向设置于所述齿槽内且在径向上依次排列从而形成不同的层，所述定子绕组在轴向上位于齿槽之外的两端分别被称为第一端和第二端，所述多个导体元件在所述第二端被两两焊接在一起，

所述多个导体元件包括多个第一构件和多个第二构件，每个第一构件具有两个直线部、用于连接所述两个直线部的连接部以及两个弯折部，所述连接部位于所述第一端，所述弯折部自相应的直线部延伸出并位于第二端，且所述两个直线部位于不同齿槽内的相邻的层；

每个第二构件具有直线部和分别位于所述直线部两侧的两个弯折部。

2.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，

所述第二构件的数量为12，且其中6个第二构件的直线部设置在所述定子绕组的径向最外侧，另外6个第二构件的直线部设置在所述定子绕组的径向最内侧。

3.根据权利要求1或2所述的定子组件，其特征在于，

所述多个第一构件包括150个跨距为6的第一构件。

4.根据权利要求3所述的定子组件，其特征在于，

在150个跨距为6的第一构件中，有36个第一构件的直线部分别位于第1层和第2层，有36个第一构件的直线部分别位于第3层和第4层，有6个第一构件的直线部分别位于第4层和第5层，有36个第一构件的直线部分别位于第5层和第6层，有36个第一构件的直线部分别位于第7层和第8层。

5.根据权利要求1或2所述的定子组件，其特征在于，

所述多个第一构件包括24个跨距为5的第一构件。

6.根据权利要求5所述的定子组件，其特征在于，

在24个跨距为5的第一构件中，有6个第一构件的直线部分别位于第1层和第2层，有6个第一构件的直线部分别位于第3层和第4层，有6个第一构件的直线部分别位于第5层和第6层，有6个第一构件的直线部分别位于第7层和第8层。

7.根据权利要求1或2所述的定子组件，其特征在于，

所述多个第一构件包括12个跨距为7的第一构件。

8.根据权利要求7所述的定子组件，其特征在于，

在12个跨距为7的第一构件中，有6个第一构件的直线部分别位于第2层和第3层，有6个第一构件的直线部分别位于第6层和第7层。

9.一种电机，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的定子组件。

10.一种电驱系统，其特征在于，包括逆变器和减速器中的至少一者，所述电驱系统还包括根据权利要求9所述的电机。

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