CN116155001A - 定子总成及具有其的电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种定子总成及具有其的电机系统。定子总成包括：定子铁芯，定子铁芯具有轴向贯通的定子槽，定子槽为多个，多个定子槽沿定子铁芯的周向均匀地设置；绕组总成，绕组总成至少包括槽内利兹线和端部扁线，槽内利兹线穿设于定子槽内，端部扁线为两个，槽内利兹线的两端分别与一个端部扁线连接；汇流排，汇流排与其中一个端部扁线连接。应用本发明的技术方案，由于利兹线自身结构特性，采用槽内利兹线能够有效降低绕组总成的集肤效应，从而降低定子总成的交流铜耗，提升电机功率密度和效率，槽内利兹线的两端与端部扁线进行连接，使得绕组总成的端部成型效果较好，改善了绕组端部工艺难度和高度。

Description

定子总成及具有其的电机系统

技术领域

本发明涉及电机设计技术领域，具体而言，涉及一种定子总成及具有其的电机系统。

背景技术

当前电动汽车的驱动电机以扁线电机为主，为了不断提高电机效率和功率，扁线电机的扁线绕组层数已经发展为六层、八层、甚至十层的方案，导致绕组绕线跨线方式极为复杂，极大地增加了端部绕组的工艺难度和制造成本。并且导体内部的电流分布不均匀，电流会集中在导体的表面，即出现绕组的集肤效应，等效于导线的截面减小，电阻增大。随着电机向高速化的方向发展，电机频率也越来越高，集肤效应愈加明显，会导致绕组的损耗增加，降低电机的效率。

针对上述扁线绕组的集肤效应引起扁线电机效率降低的技术问题，目前尚未提出有效解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种定子总成及具有其的电机系统，以解决现有技术中的扁线绕组的集肤效应引起扁线电机效率降低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种定子总成，包括：定子铁芯，定子铁芯具有轴向贯通的定子槽，定子槽为多个，多个定子槽沿定子铁芯的周向均匀地设置；绕组总成，绕组总成至少包括槽内利兹线和端部扁线，槽内利兹线穿设于定子槽内，端部扁线为两个，槽内利兹线的两端分别与一个端部扁线连接；汇流排，汇流排与其中一个端部扁线连接。

进一步地，每一定子槽内设置两层槽内利兹线，两层槽内利兹线沿定子铁芯的径向方向具有间隙地设置。

进一步地，定子槽的截面为梯形，和/或，槽内利兹线的横截面为梯形。

进一步地，槽内利兹线与端部扁线焊接。

进一步地，槽内利兹线的长度方向与端部扁线的长度方向相垂直地设置。

进一步地，位于同一槽内利兹线的两端的两个端部扁线朝向关于槽内利兹线的几何中心对称地设置。

进一步地，槽内利兹线由多股圆线相互缠绕而成，多股圆线之间设置有绝缘漆膜，和/或，多个槽内利兹线之间设置有绝缘漆膜。

进一步地，绕组总成为三相连续波绕组。

进一步地，定子铁芯具有72个定子槽，绕组总成的极距为9，至少部分的绕组总成的节距小于极距，至少部分的绕组总成的节距等于极距，至少部分的绕组总成的节距大于极距。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机系统，电机系统具有定子总成和转子总成，定子总成为上述的定子总成。

应用本发明的技术方案，由于利兹线自身结构特性，采用槽内利兹线能够有效降低绕组总成的集肤效应，从而降低定子总成的交流铜耗，提升电机功率密度和效率，槽内利兹线的两端与端部扁线进行连接，使得绕组总成的端部成型效果较好，改善了绕组端部工艺难度和高度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的定子总成的第一实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的定子总成的第二实施例的结构示意图；

图3示出了根据本发明的定子总成的第三实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的定子总成的第四实施例的结构示意图；

图5示出了图4中A部分的放大示意图；

图6示出了根据本发明的绕组总成的三相线的实施例的绕线示意图；

图7示出了根据本发明的绕组总成的A相线的实施例的绕线示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、绕组总成；11、槽内利兹线；12、端部扁线；

2、定子铁芯；21、定子槽；

3、汇流排。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图7所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种定子总成。

定子总成包括定子铁芯2、绕组总成1和汇流排3，定子铁芯2具有轴向贯通的定子槽21，定子槽21为多个，多个定子槽21沿定子铁芯2的周向均匀地设置；绕组总成1至少包括槽内利兹线11和端部扁线12，槽内利兹线11穿设于定子槽21内，端部扁线12为两个，槽内利兹线11的两端分别与一个端部扁线12连接；汇流排3与其中一个端部扁线12连接。

应用本实施例的技术方案，由于利兹线自身结构特性，采用槽内利兹线11能够有效降低绕组总成的集肤效应，从而降低定子总成的交流铜耗，提升电机功率密度和效率，槽内利兹线11的两端与端部扁线12进行连接，使得绕组总成的端部成型效果较好，改善了绕组端部工艺难度和高度。

需要说明的是，利兹线因自身结构特性，材质较软，折弯后不能定型，容易产生回弹，导致绕组端部的成型效果差。相比于现有技术中直接采用利兹线实现定子绕组的设置，本实施例在槽内利兹线11的两端设置端部扁线12，端部扁线12即具有矩形截面的铜线，使得多层利兹线之间通过端部扁线12实现绕线，端部扁线12自身结构相比利兹线更利于加工连接，成型效果更好，使得定子绕组工艺难度和高度降低。

进一步地，每一定子槽21内设置两层槽内利兹线11，两层槽内利兹线11沿定子铁芯2的径向方向具有间隙地设置。两层槽内利兹线11的设置可以有效降低插线工艺难度，将槽内利兹线11沿长度方向插入定子槽21内时，可以避免由于设置多层槽内线带来的工艺复杂问题。

具体地，在本申请的一个示范性实施例中，两层槽内利兹线11沿定子铁芯2的径向方向具有间隙地设置，以使得两个槽内利兹线11分别靠近定子槽21的相对的两个槽壁。

优选地，定子槽21的截面为梯形，和/或，槽内利兹线11的横截面为梯形。将定子槽21的截面设置为梯形，相比于现有技术中截面为矩形的设置，增大了定子槽21内铜的含量，将槽内利兹线11的横截面设置为梯形，可以提升槽满率，提升电机效率。

在本申请的一个示范性实施例中，定子槽21的截面与槽内利兹线11的横截面均为梯形，且，定子槽21的截面的梯形的短边靠近定子铁芯2的几何中心设置，定子槽21的截面的梯形的长边靠近定子铁芯2的截面边缘设置，即是说，定子槽21的截面的梯形的沿径向方向由外向内呈倒梯形。可选地，定子槽21的截面的梯形为等腰梯形，且，定子槽21的截面的梯形的短边与定子铁芯2的内圆型线具有距离地设置，定子槽21的截面的梯形的短边通过一个矩形通道与定子铁芯2的内圆型线连通，矩形通道沿定子铁芯2的周向方向的宽度小于定子槽21的截面的梯形的短边宽度设置。矩形通道的设置可避免定子槽21内的槽内利兹线11沿径向方向脱出。

可选地，槽内利兹线11的横截面的梯形与定子槽21的截面的梯形同比例设置，或者，令槽内利兹线11的横截面的梯形的两腰与对应的定子槽21的截面的梯形两腰之间间隙相同地设置。

结合前述实施例，当每一定子槽21内设置两层槽内利兹线11，两层槽内利兹线11沿定子铁芯2的径向方向具有间隙地设置，且定子槽21的截面与槽内利兹线11的横截面均为梯形时，两个槽内利兹线11的横截面均为倒梯形设置，且，其中一个槽内利兹线11靠近定子槽21的梯形的长边，另一个槽内利兹线11靠近定子槽21的梯形的短边。

具体地，槽内利兹线11与端部扁线12焊接。焊接方式可使得槽内利兹线11与端部扁线12的连接更牢固，避免槽内利兹线11与端部扁线12在运行过程中发生脱落，影响定子总成及电机系统的正常运行。如图1所示，图中P处即为槽内利兹线11与端部扁线12的焊接点。

优选地，位于槽内利兹线11两端的两个端部扁线12大小尺寸完全一致地设置。

进一步地，槽内利兹线11的长度方向与端部扁线12的长度方向相垂直地设置。这样设置可降低定子总成的轴向长度，减小定子总成体积。

具体地，在本申请的实施例中，端部扁线12的长度方向为水平方向，槽内利兹线11的长度方向为竖直方向。

进一步地，位于同一槽内利兹线11的两端的两个端部扁线12朝向关于槽内利兹线11的几何中心对称地设置。这样设置使得槽内利兹线11的两端平衡较好，槽内利兹线11受力平均、避免槽内利兹线11发生左右偏移。

具体地，如图6和图7所示，在本申请的实施例中，位于同一槽内利兹线11的两端的两个端部扁线12朝向相反且与下一个线圈连接，例如，其中一端的端部扁线12朝向槽内利兹线11的左侧，另一端的端部扁线12朝向槽内利兹线11的右侧。

具体地，槽内利兹线11由多股圆线相互缠绕而成，多股圆线之间设置有绝缘漆膜，和/或，多个槽内利兹线11之间设置有绝缘漆膜。槽内利兹线11由多股圆线相互缠绕而成，多股圆线绞合换位，以降低运行过程中的集肤效应。绝缘漆膜的设置可避免多股圆线之间、多个槽内利兹线11之间的电流互相影响，干扰电机运行。

进一步地，绕组总成1为三相连续波绕组。波绕组的方式可使得绕组总成1的绕线更简洁，避免接线排列杂乱的问题，波绕组方式更适用于极对数较多的定子总成。

如图6和图7所示，在本申请的实施例中，绕组总成1为三相连续波绕组，包括A相、B相和C相，每相一条支路，绕组总成1的每个线圈由槽内利兹线11和端部扁线12焊接相连，每相绕组沿绕线方向分别绕六圈。

具体地，定子铁芯2具有72个定子槽21，绕组总成1的极距为9，至少部分的绕组总成1的节距小于极距，至少部分的绕组总成1的节距等于极距，至少部分的绕组总成1的节距大于极距。这样设置使得绕组总成1同时具有短距、长距和整距跨线方式。绕组总成1的节距具有多种设置方式，可以节省用铜量的同时，确保电机效率。

结合前述实施例，绕组总成1为三相连续波绕组，且定子槽21的个数为72，具有4对极。如图6所示，沿所述绕组总成1的绕线方向，每组线圈的节距分别为7槽、8槽、9槽、10槽和11槽，呈对称分布，每组线圈的端部扁线12呈同心设置；绕组总成1中，仅出线端之间有异层跨线，其跨线方式为第2层跨到9槽之后的第1层，其余均为同层跨线，跨线方式为：间隔7槽的第1层跨第1层、第2层跨第2层；间隔8槽的第1层跨第1层、第2层跨第2层；间隔9槽的第1层跨第1层、第2层跨第2层；间隔10槽的第1层跨第1层、第2层跨第2层；间隔11槽的第1层跨第1层、第2层跨第2层。

如图7所示，以A相绕组连接方式为例，A相绕组先后经过：第19槽第1层、第12槽第1层、第1槽第1层、第66槽第1层、第55槽第1层、第48槽第1层、第37槽第1层、第30槽第1层、第20槽第1层、第11槽第1层、第2槽第1层、第65槽第1层、第56槽第1层、第47槽第1层、第38槽第1层、第29槽第1层、第21槽第1层、第10槽第1层、第3槽第1层、第64槽第1层、第57槽第1层、第46槽第1层、第39槽第1层、第28槽第1层、第19槽第2层、第12槽第2层、第1槽第2层、第66槽第2层、第55槽第2层、第48槽第2层、第37槽第2层、第30槽第2层、第20槽第2层、第11槽第2层、第2槽第2层、第65槽第2层、第56槽第2层、第47槽第2层、第38槽第2层、第29槽第2层、第21槽第2层、第10槽第2层、第3槽第2层、第64槽第2层、第57槽第2层、第46槽第2层、第39槽第2层、第28槽第2层，出线。

上述实施例中的定子总成具有以下有益效果：

1)通过定子槽21内使用槽内利兹线11，能够有效降低绕组总成1的集肤效应，从而降低绕组的交流铜耗，提升电机功率密度和效率；

2)端部采用端部扁线12的形式与槽内利兹线11进行连接，改善了绕组端部工艺难度和高度。

本实施例有效解决扁线绕组的集肤效应强造成的高铜耗问题，同时提升电机功率密度和效率、改善现阶段6层、8层发卡绕组的端部工艺难度问题。

根据本申请的另一具体实施例，提供了一种电机系统，电机系统具有定子总成和转子总成，定子总成为上述实施例中的定子总成。

根据本申请的另一具体实施例，提供了一种车辆，车辆具有电机系统，电机系统具有电机系统具有定子总成和转子总成，定子总成为上述实施例中的定子总成。车辆可以为电动汽车、混动汽车、新能源汽车等多种类型的车辆。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种定子总成，其特征在于，包括：

定子铁芯(2)，所述定子铁芯(2)具有轴向贯通的定子槽(21)，所述定子槽(21)为多个，多个所述定子槽(21)沿所述定子铁芯(2)的周向均匀地设置；

绕组总成(1)，所述绕组总成(1)至少包括槽内利兹线(11)和端部扁线(12)，所述槽内利兹线(11)穿设于所述定子槽(21)内，所述端部扁线(12)为两个，所述槽内利兹线(11)的两端分别与一个所述端部扁线(12)连接；

汇流排(3)，所述汇流排(3)与其中一个所述端部扁线(12)连接。

2.根据权利要求1所述的定子总成，其特征在于，每一所述定子槽(21)内设置两层所述槽内利兹线(11)，两层所述槽内利兹线(11)沿所述定子铁芯(2)的径向方向具有间隙地设置。

3.根据权利要求1或2所述的定子总成，其特征在于，所述定子槽(21)的截面为梯形，和/或，所述槽内利兹线(11)的横截面为梯形。

4.根据权利要求1所述的定子总成，其特征在于，所述槽内利兹线(11)与所述端部扁线(12)焊接。

5.根据权利要求1所述的定子总成，其特征在于，所述槽内利兹线(11)的长度方向与所述端部扁线(12)的长度方向相垂直地设置。

6.根据权利要求1或5所述的定子总成，其特征在于，位于同一所述槽内利兹线(11)的两端的两个所述端部扁线(12)朝向关于所述槽内利兹线(11)的几何中心对称地设置。

7.根据权利要求1所述的定子总成，其特征在于，所述槽内利兹线(11)由多股圆线相互缠绕而成，多股所述圆线之间设置有绝缘漆膜，和/或，多个所述槽内利兹线(11)之间设置有绝缘漆膜。

8.根据权利要求1所述的定子总成，其特征在于，所述绕组总成(1)为三相连续波绕组。

9.根据权利要求1或8所述的定子总成，其特征在于，所述定子铁芯(2)具有72个所述定子槽(21)，所述绕组总成(1)的极距为9，至少部分的所述绕组总成(1)的节距小于所述极距，至少部分的所述绕组总成(1)的节距等于所述极距，至少部分的所述绕组总成(1)的节距大于所述极距。

10.一种电机系统，所述电机系统具有定子总成和转子总成，其特征在于，所述定子总成为权利要求1-9任一项所述的定子总成。

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