CN116094222A - 一种三相三支路连续波绕绕组及电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相三支路连续波绕绕组，采用连续波绕方式绕线，与发卡式绕组相比，具有成型后端部无需焊接，从而达到更好的清洁度；该电枢绕组为沿定子槽径向进线，相对于轴向进线，具有更简单紧凑的绕组结构，工艺制造性好，便于实现自动化制造，该绕组的三条并联支路电势平衡，能够避免产生环流而增加的附加损耗，改善电机效率，本发明还提供了具有上述绕组的电机。

Description

一种三相三支路连续波绕绕组及电机

技术领域

本发明涉及交流电机结构设计技术领域，具体涉及三相三支路连续波绕绕组及电机。

背景技术

由于扁线电机能显著提高电机的槽满率和电机效率，越来越多的扁线电机应用于新能源汽车驱动系统, 现有的使用扁线的电机多采用发卡式绕组，即将多个发卡线圈按照一定的排布方式，穿进定子铁芯的槽内，形成所需的单相电机或多相电机的绕组，该绕组方式存在焊点过多，焊接质量难以控制，工艺制造性差，实现自动化生产成本较高的问题。

发卡式绕组结构在绕线过程中需要频繁扭头和焊接，同时绕线后还需要后焊工序，电机绕组过程中的清洁度无法保证。

发明内容

基于上述表述，本发明提供了一种三相三支路连续波绕绕组，以解决现有技术中发卡式绕组需要频繁扭头和焊接且绕线后还需要后焊工序，电机绕组清洁度无法保证的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种三相三支路连续波绕绕组，其包括定子和线圈；

所述定子为环状且内侧具有9N个定子槽，N为电极数；

所述线圈采用三相并联的方式绕设所述定子槽上，线圈沿定子槽径向卡入槽中，每个定子槽中的线圈层数为6，所述三相为U相、V相和W相，每一相绕组具有3个支路；

在U向绕组中，每个支路的扁线按照电流流向的顺序依次穿绕在定子槽的第1层至第6层，3支路穿绕在定子上的起始点依次间隔一个槽位，同一相的3个支路在定子上形成N个跨距为9、宽度为3的同相区；

其中，每个支路的扁线在同一层的两个相邻的定子槽之间的跨距为9，每一支路扁线穿绕所述定子槽的位置以第三层和第四层的分界线对称分为两个半区，任一支路在一个半区内对应一个同相区的不同层的扁线位于三个不同的定子槽中；

V相绕组相对U相绕组顺着槽位增大方向旋转3个槽位得到；

W相绕组相对U相绕组顺着槽位增大方向旋转6个槽位得到。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

本申请提供的一种三相三支路连续波绕绕组，采用连续波绕方式绕线，与发卡式绕组相比，具有成型后端部无需焊接，从而达到更好的清洁度；该电枢绕组为沿定子槽径向进线，相对于轴向进线，具有更简单紧凑的绕组结构，工艺制造性好，便于实现自动化制造，且由于本申请提供的连续波绕绕组同一相的3个支路在定子上形成N个跨距为9、宽度为3的同相区，每一支路扁线穿绕所述定子槽的位置以第三层和第四层的分界线对称分为两个半区，且每个支路上在一个半区内对应一个同相区的不同层的扁线位于三个不同的定子槽中，使得绕组的三条并联支路电势平衡，能够避免产生环流而增加的附加损耗，改善电机效率。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，在U相的第一支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为9+j、9+k、9、9-k、9-j，在第二支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为9+m、9+n、9、9-n、9-m，在第三支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为9+p、9+q、9、9-q、9-p，其中，j、k、m、n、p、q均为-2至2之间不为零的整数，j+m+p=0，k+n+q=0，且满足， ，。

进一步的，在U相的第一支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为11、8、9、10、7，在第二支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为8、11、9、7、10，在第三支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为8、8、9、10、10。

进一步的，当N=8时，沿周向将定子展开后按照1-72的顺序对定子槽编号，沿定子槽槽底至槽口的方向对层数按照a-f编号，定义xy为第x定子槽的第y层，x∈[1，72]，y∈[a，f]，U1+为U相上第一支路电流的初始流入点，U1-为U相上第一支路电流的最终流出点，U向第一支路U1+至U1-的绕组连接线路为：

1a→10a→19a→28a→37a→46a→55a→64a→3b→12b→21b→30b→39b→48b→57b→66b→2c→11c→20c→29c→38c→47c→56c→65c→2d→11d→20d→29d→38d→47d→56d→65d→3e→12e→21e→30e→39e→48e→57e→66e→1f→10f→19f→28f→37f→46f→55f→64f。

进一步的，当N=6时，沿周向将定子展开后按照1-54的顺序对定子槽编号，沿定子槽槽底至槽口的方向对层数按照a-f编号，定义xy为第x定子槽的第y层，x∈[1，54]，y∈[a，f]，U1+为U相上第一支路电流的初始流入点，U1-为U相上第一支路电流的最终流出点，U向第一支路U1+至U1-的绕组连接线路为：

1a→10a→19a→28a→37a→46a→3b→12b→21b→30b→39b→48b→2c→11c→20c→29c→38c→47c→2d→11d→20d→29d→38d→47d→3e→12e→21e→30e→39e→48e→1f→10f→19f→28f→37f→46f。

本申请还提供了一种电机，其包括转子和如上所述的三相三支路连续波绕绕组，所述转子可相对于所述定子在所述定子的环形内部旋转。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种三相三支路连续波绕绕组中单根扁线的波绕示意图；

图2为本发明实施例提供的一种三相三支路连续波绕绕组中单相三支路扁线的波绕示意图；

图3为本发明实施例中定子槽内扁线层数分布图；

图4为本发明实施例中U相第一支路的绕组连接路线示意图；

图5为本发明实施例中U相第二支路的绕组连接路线示意图；

图6为本发明实施例中U相第三支路的绕组连接路线示意图；

图7为本发明实施例中U相三支路的绕组连接路线示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90°或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

本申请提供了一种三相三支路连续波绕绕组，其包括定子和线圈；

所述定子为环状且内侧具有9N个定子槽，N为电极数。

电极成对出现，故N为偶数，一般取6或者8，当N=8时，定子具有72个定子槽，故也称为72槽8极扁线绕组；当N=6时，定子具有54个定子槽，也称为54槽6极扁线绕组。

其中线圈10采用三相并联的方式绕设所述定子槽上，线圈10沿定子槽径向卡入槽中，单根连续波绕及单相三支路连续波绕示意如图1和2所示，定子槽中的线圈层数为6，三相为U相、V相和W相，每一相绕组具有3个支路。

在U向绕组中，每个支路的扁线按照电流流向的顺序依次穿绕在定子槽的第1层至第6层，所示，即每一支路的扁线在同一层沿定子周向绕完之后，再跨层进入下一层， 3支路穿绕在定子上的起始点依次间隔一个槽位，同一相的3个支路在定子上形成8个跨距为9、宽度为3的同相区，即同一相的3个支路位于24个槽中，三相绕满72个槽。

本申请实施例中绕组的绕设基本要求为：每个支路的扁线在同一层的两个相邻的定子槽之间的跨距为9，由于相邻的同相区之间的跨距也为9，因此每一支路的扁线在同一层的所有同相区中是处于相同的相对位置的，即如果该绕组的某个支路的第一层在第一个同相区中位于该同相区的第一个槽位，那么该支路的第一层在剩下的8个同相区中均位于对应同相区中的第一个槽位。

每一支路扁线穿绕所述定子槽的位置以第三层和第四层的分界线对称分为两个半区。以第三层和第四层的分界线为轴对称中线，每一支路扁线穿绕所述定子槽的位置可以分为上半区和下半区。

任一支路在一个半区内对应一个同相区的不同层的扁线位于三个不同的定子槽中，已知同相区中具有三个依次设置的槽位，每个半区对应定子槽的三个层，一个同相区的一个半区形成一个3层×3槽的结构，上述表达的含义为该绕组的某个支路的三个层在某个同相区中分别位于该同相区的三个槽位中。

具体的，在U相的第一支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为9+j、9+k、9、9-k、9-j，在第二支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为9+m、9+n、9、9-n、9-m，在第三支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为9+p、9+q、9、9-q、9-p，其中，j、k、m、n、p、q均为-2至2之间不为零的整数，j+m+p=0，k+n+q=0，且满足， ，。

其中，在定子槽的周向展开图中，j为正数，即表示第二层的每一个同相区中，扁线相对于第一层右移，j为负数，即表示第二层扁线位于相对于第一层左移，k、m、n、p、q同理，不再赘述。

以U相的第一支路为例，第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为9+j、9+k、9、9-k、9-j，刚好构成以9为中点两侧互补的数列关系，使得第一支路的扁线穿绕所述定子槽的位置以第三层和第四层的分界线对称分布，U相的第二和第三支路同理，不再赘述。

其中，j+m+p=0，表示在U相的三条支路中，第二层的每一个同相区中，扁线相对于第一层左右平移的差距相互抵消，从而使得三条支路的扁线分布在同相区的三个不同的槽中，k+n+q=0同理，不再赘述。

即为|j+k|≤2且j+k≠0，其中-2≤j+k≤2确保在第一层至第三层的扁线位置平移不会大于两个槽位，且第一层和第三层不会位于同一个槽位。

根据上述限制，在j、k、m、n、p、q取值不同，本申请可以有如下12种绕组绕设方式：

第一种，若j=-2，k=m=p=1，当n=1时，q=-2，此时第一支路跨层时跨距为7、10、9、8、11，第二支路跨层时跨距为10、10、9、8、8，第三支路跨层时跨距为10、7、9、11、8。

第二种，若j=-2，k=m=p=1，当n=-2时，q=1，此时第一支路跨层时跨距为7、10、9、8、11，第二支路跨层时跨距为10、7、9、11、8，第三支路跨层时跨距为10、10、9、8、8。

第三种，若j=-1且k=-1，当m=-1时，n=2，p=2，q=-1，此时第一支路跨层时跨距为8、8、9、10、10，第二支路跨层时跨距为8、11、9、7、10，第三支路跨层时跨距为11、8、9、10、7。

第四种，若j=-1且k=-1，当m=2时，n=p=-1，q=2，此时第一支路跨层时跨距为8、8、9、10、10，第二支路跨层时跨距为11、8、9、10、7第三支路跨层时跨距为8、11、9、7、10。

第五种，若j=-1且k=2，当m=2时，n=p=q=-1，此时第一支路跨层时跨距为8、11、9、7、10，第二支路跨层时跨距为11、8、9、10、7，第三支路跨层时跨距为8、8、9、10、10。

第六种，若j=-1且k=2，当m=-1时，n=q=-1，p=2，此时第一支路跨层时跨距为8、11、9、7、10，第二支路跨层时跨距为8、8、9、10、10，第三支路跨层时跨距为11、8、9、10、7。

j=1和j=-1时的推导情形类似，j=2与j=-2的推导情形类似，合计一共12种绕设方式。

具体的，取j=2，k=m=p=q=-1，n=2，构成本申请一种具体的实施例，可知，在U相的第一支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距分别为11、8、9、10、7，在第二支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为8、11、9、7、10，在第三支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为8、8、9、10、10。

下面对本申请实施例中发夹的具体排布方式加以说明；如图3和图4所示，在72槽8极扁线绕组中，沿左右方向将定子槽沿周向展开后按照1-72的顺序编号，位于图4中第一行位置，沿定子槽槽底至槽口（图中从上至下）的方向对层数按照a-f编号，位于图4中第一列位置。

定义xy为第x定子槽的第y层，x∈[1，72]，y∈[a，f]，U1+为U相上第一支路电流的初始流入点，U1-为U相上第一支路电流的最终流出点。

如图4所示，AA表示U向第一支路，图中数字1-48表示电流流过槽内的先后顺序，即AA1为U向第一支路开始流入的位置也就是U1+，AA48为该支路电流最后流出的位置也就是U1-，也是中性线引出端。

当U1+位置为1a时，其U向第一支路U1+至U1-的绕组连接线路为：

1a→10a→19a→28a→37a→46a→55a→64a→3b→12b→21b→30b→39b→48b→57b→66b→2c→11c→20c→29c→38c→47c→56c→65c→2d→11d→20d→29d→38d→47d→56d→65d→3e→12e→21e→30e→39e→48e→57e→66e→1f→10f→19f→28f→37f→46f→55f→64f。

即电流从a层1号槽流入，为第一个同相区第1号槽位，在a层上按跨距9绕制直至到达a层64槽，在a层共有8个接入点；然后跨层并跨11个槽后到达b层3号槽，相对于上一层在槽位上右移2个槽位，为第一个同相区第3号槽位，在b层上按跨距9绕制直至到达b层66槽，然后跨层并跨8个槽位后到达c层2号槽，相对于上一层在槽位上左移1个槽位，为第一个同相区第2号槽位，然后在c层绕制完后跨层并跨9个槽位到达d层2号槽，相对于上一层在槽位上没有平移，为第一个同相区第2号槽位，继续在d层绕制完后跨层并跨10个槽位到达e层3号槽，相对于上一层在槽位上右移一个槽位，为第一个同相区第2号槽位，继续在e层绕制完后跨层并跨10个槽位到达f层1号槽，相对于上一层在槽位上左移2个槽位，为第一个同相区第2号槽位，在f层绕制完后从64f流出，即完U相第一支路的绕制。

U相第二支路和第三支路分别从a层2号槽和a层3号槽流入，并按照上述同层跨距和跨层跨距的要求绕制。

如图5所示，U相第二支路从a层2号槽流入，从65f流出，其详细连接路线不再赘述。

如图6所示，U相第三支路从a层3号槽流入，从66f流出，其详细连接路线不再赘述。

然后将U相3条支路的电流流出端用中性连接线连接，即完成U相绕组的绕制，U相的绕组连接图如图7所示。

V相绕组相对U相绕组顺着槽位增大方向旋转3个槽位得到；W相绕组相对U相绕组顺着槽位增大方向旋转6个槽位得到，其详细连接路线不再赘述，至此即完成了整个72槽8极连续波绕扁线绕组的绕制。

可以理解的是，由于定子槽的排布为环形，本实施例中规定的电流流出点所在槽位在不同的展开方式下存在不同的槽数标记，本领域技术人员根据本申请实施例所给出的绕制方式，从不同槽数接入电流或者在每个槽内叠加不同层数导体均可能得到不同的绕组连接线路组合，因此，本申请所公开的实际为电流从任一定子槽的a层流入时开始绕制的绕组连接线路，对于仅仅改变定子槽的电流流入点或者改变每槽导体数而得到不同绕制线路，均为本申请的保护范围。

上述为72槽8极扁线绕组的绕制实例，本申请提供的绕制结构同样适合其他的三相三支路扁线绕组，如当N=6时，54槽6极扁线绕组在上述72槽8极扁线绕组的基础上直接删除2极18槽即可，其U相第一支路的连接线路为：

1a→10a→19a→28a→37a→46a→3b→12b→21b→30b→39b→48b→2c→11c→20c→29c→38c→47c→2d→11d→20d→29d→38d→47d→3e→12e→21e→30e→39e→48e→1f→10f→19f→28f→37f→46f。

本申请提供的三相三支路连续波绕绕组，采用连续波绕方式绕线，与发卡式绕组相比，具有成型后端部无需焊接，从而达到更好的清洁度；该电枢绕组为沿定子槽径向进线，相对于轴向进线，具有更简单紧凑的绕组结构，工艺制造性好，便于实现自动化制造。

由于本申请提供的连续波绕绕组同一相的3个支路在定子上形成极数数目的跨距为9、宽度为3的同相区，每一支路扁线穿绕所述定子槽的位置以第三层和第四层的分界线对称分为两个半区，且每个支路上在一个半区内对应一个同相区的不同层的扁线位于三个不同的定子槽中，使得绕组的三条并联支路电势平衡，能够避免产生环流而增加的附加损耗，不存在环流问题，改善电机效率，其工艺制造性好，适合批量化生产，为电机定子产品提供了理论基础。

本申请实施例提供的三相三支路连续波绕绕组可应用在电机中，只需要在定子中部装入可转动的转子结构即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三相三支路连续波绕绕组，其特征在于，包括定子和线圈；

所述定子为环状且内侧具有9N个定子槽，N为电极数；

所述线圈采用三相并联的方式绕设所述定子槽上，线圈沿定子槽径向卡入槽中，每个定子槽中的线圈层数为6，所述三相为U相、V相和W相，每一相绕组具有3个支路；

在U向绕组中，每个支路的扁线按照电流流向的顺序依次穿绕在定子槽的第1层至第6层，3支路穿绕在定子上的起始点依次间隔一个槽位，同一相的3个支路在定子上形成N个跨距为9、宽度为3的同相区；

其中，每个支路的扁线在同一层的两个相邻的定子槽之间的跨距为9，每一支路扁线穿绕所述定子槽的位置以第三层和第四层的分界线对称分为两个半区，任一支路在一个半区内对应一个同相区的不同层的扁线位于三个不同的定子槽中；

V相绕组相对U相绕组顺着槽位增大方向旋转3个槽位得到；

W相绕组相对U相绕组顺着槽位增大方向旋转6个槽位得到。

2.根据权利要求1所述的三相三支路连续波绕绕组，其特征在于，在U相的第一支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为9+j、9+k、9、9-k、9-j，在第二支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为9+m、9+n、9、9-n、9-m，在第三支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为9+p、9+q、9、9-q、9-p，其中，j、k、m、n、p、q均为-2至2之间不为零的整数，j+m+p=0，k+n+q=0，且满足，，。

3.根据权利要求2所述的三相三支路连续波绕绕组，其特征在于，在U相的第一支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为11、8、9、10、7，在第二支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为8、11、9、7、10，在第三支路中，从第1层至第6层扁线跨层时两个定子槽的跨距为8、8、9、10、10。

4.根据权利要求3所述的三相三支路连续波绕绕组，其特征在于，当N=8时，沿周向将定子展开后按照1-72的顺序对定子槽编号，沿定子槽槽底至槽口的方向对层数按照a-f编号，定义xy为第x定子槽的第y层，x∈[1，72]，y∈[a，f]，U1+为U相上第一支路电流的初始流入点，U1-为U相上第一支路电流的最终流出点，U向第一支路U1+至U1-的绕组连接线路为：

1a→10a→19a→28a→37a→46a→55a→64a→3b→12b→21b→30b→39b→48b→57b→66b→2c→11c→20c→29c→38c→47c→56c→65c→2d→11d→20d→29d→38d→47d→56d→65d→3e→12e→21e→30e→39e→48e→57e→66e→1f→10f→19f→28f→37f→46f→55f→64f。

5.根据权利要求3所述的三相三支路连续波绕绕组，其特征在于，当N=6时，沿周向将定子展开后按照1-54的顺序对定子槽编号，沿定子槽槽底至槽口的方向对层数按照a-f编号，定义xy为第x定子槽的第y层，x∈[1，54]，y∈[a，f]，U1+为U相上第一支路电流的初始流入点，U1-为U相上第一支路电流的最终流出点，U向第一支路U1+至U1-的绕组连接线路为：

1a→10a→19a→28a→37a→46a→3b→12b→21b→30b→39b→48b→2c→11c→20c→29c→38c→47c→2d→11d→20d→29d→38d→47d→3e→12e→21e→30e→39e→48e→1f→10f→19f→28f→37f→46f。

6.一种电机，其特征在于，包括转子和如权利要求1-5任一项所述的三相三支路连续波绕绕组，所述转子可相对于所述定子在所述定子的环形内部旋转。

Images