CN116368714B - 电机的定子和电机 - Google Patents

Abstract

一种电机的定子，包括定子铁芯和缠绕到定子铁芯的多相绕组，绕组的导线在定子铁芯的周向上呈波浪形地连续地缠绕，缠绕的层数为2N，绕组的相数为S，每相绕组的极数为2P，定子铁芯形成有4×S×P个槽，每相每极的绕组包括两个导线组，每个导线组包括2根在相邻的槽内并行地缠绕的导线，导线组在缠绕过程中的节距包括正常节距和跳线节距，正常节距包括交替出现的第一节距和第二节距，第一节距为y+1，第二节距为y‑1，跳线节距包括第三节距和第四节距，第三节距为y，第四节距为y‑2，每个导线组在同一层内每间隔P‑1个正常节距使用一个跳线节距，跳线节距使得同一个导线组内的两个导线在沿周向的缠绕方向上换位。本发明还提供一种电机。

Description

电机的定子和电机

技术领域

本发明涉及电机领域，且特别地涉及电机的定子和电机。

背景技术

中国专利公开CN111446797A公开了一种扁线连续波绕组，其使用短节距的错位和跳位绕线方式，使扁线型的导线构成连续的波形绕组。

然而，这种绕线方式对于多层绕线会形成绕组在定子铁芯的周向上不平均的分布，例如，在该专利公开的图2所示的绕线方式中，导线A1在一层和二层的缠绕过程中均绕入槽1，而当缠绕至三层和四层时，导线A1不绕入槽1、而是绕入槽2。这会使得一层和二层的交流电阻不同于三层和四层的交流电阻，进而会引起铜损以及不均匀的发热。

发明内容

本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种电机的定子和电机。

根据本发明的第一方面，提供一种电机的定子，包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组包括缠绕到所述定子铁芯的多相绕组，所述绕组的导线在所述定子铁芯的周向上呈波浪形地连续地缠绕，缠绕的层数为2N，所述绕组的相数为S，每相绕组的极数为2P，N、S和P均为正整数，其中，

所述定子铁芯形成有4×S×P个槽，每相每极的绕组包括两个导线组，每个所述导线组包括2根在相邻的所述槽内并行地缠绕的所述导线，

所述导线组在缠绕过程中的节距包括正常节距和跳线节距，所述正常节距包括交替出现的第一节距和第二节距，所述第一节距为y+1，所述第二节距为y-1，所述跳线节距包括第三节距和第四节距，所述第三节距为y，所述第四节距为y-2，y为大于2的正整数，

每个所述导线组在同一层内每间隔P-1个所述正常节距使用一个所述跳线节距，所述跳线节距使得同一个导线组内的两个导线在沿所述周向的缠绕方向上换位。

在至少一个实施方式中，每个所述导线组在除第N层和第N+1层以外的任意相邻层的交界处的两个所述正常节距之间使用一个所述跳线节距，使得同一个导线组内的两个导线在沿所述周向的缠绕方向上换位。

在至少一个实施方式中，每个所述导线组在任意相邻层的交界处的两个所述正常节距之间使用一个所述跳线节距，使得同一个导线组内的两个导线在沿所述周向的缠绕方向上换位。

在至少一个实施方式中，在沿所述周向的缠绕方向上，位于所述缠绕方向的前方的所述槽内的所述导线使用的所述跳线节距为所述第四节距，位于所述缠绕方向的后方的所述槽内的所述导线使用的所述跳线节距为所述第三节距。

在至少一个实施方式中，y等于极距。

在至少一个实施方式中，所述相数的值S等于3。

在至少一个实施方式中，所述极数为8，P＝4。

在至少一个实施方式中，所述层数为4，N＝2。

在至少一个实施方式中，每根所述导线在缠绕路径上为完整的导线而不出现中间连接点。

在至少一个实施方式中，所述导线为扁线。

根据本发明的第二方面，提供一种电机，包括定子，其特征在于，所述定子为根据本发明所述的定子。

根据本发明的电机的定子绕线均匀，磁势的谐波成分少，交流电阻平衡。

根据本发明的定子和电机可靠性高，且可以提供较大的功率密度。

附图说明

图1至图3分别示出了根据本发明的一个实施方式的三相绕组的缠绕方式的示意图。

图4示出了根据本发明的另一个实施方式的其中一相绕组的缠绕方式的示意图。

附图标记说明：

C周向；L1第一层；L2第二层；L3第三层；L4第四层。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

以三相电机(即相数S＝3)为例，结合图1至图4说明根据本发明的电机和电机的定子。

定子包括定子铁芯和定子绕组。在本实施方式中，定子铁芯形成有48个槽，图中示出了这48个槽在周向C上展开的示意图。定子绕组形成的极数2P为8，即极对数P＝4。每相每极所对应的槽数为2。

根据绕组的基础知识，上述绕组所对应的极距y＝6。本发明使用短距法绕制绕组，使部分的节距小于极距，并且在绕制过程中，使用正常节距结合跳线节距的绕制方法，使得导线在各层分布均匀，并且使得磁势的谐波成分较少。

图1至图3分别示出了根据本发明的一个实施方式的各相(U相、V相和W相)绕组的缠绕示意图。每相绕组包括4根导线，这4根导线形成两个导线组，每个导线组具有2根导线。每个导线组内的电流流向相同，每相两个导线组内的电流流向相反，图中位于导线下方的箭头示出了该导线内电流的流向。每一相绕组的绕制规律是相同的，只是各相绕组的起始绕制槽不同，使得各相绕组使用不同的槽。

首先参照图1，以其中一相绕组(例如U相绕组)为例，介绍根据本发明的绕组的绕制规律。

图1是将48个槽沿定子铁芯的周向C展开的示意图。图中每个数字序号紧挨的竖线代表一个槽，为方便示意，展开位置处的槽在展开图的首尾均显示一次(即重复显示一次)。

在本实施方式中，每相导线在定子铁芯的径向上缠绕4层，分别为第一层L1、第二层L2、第三层L3和第四层L4。值得说明的是，在每层内由于需要设置供电流反向流动的两组导线(对应图中每个槽内既有用实线表示的导线也有用虚线表示的导线)，因此实际上，每层内还具有两个导线层，即本实施方式中的每个槽内在径向上叠放有8根导线，只是为表述方便，本文中将它们分为上述4个导线层。

图中，导线A1和导线A2为一个导线组，导线A3和导线A4为另一个导线组。每个导线组内的2根导线在每一步的绕制过程中都是并行的、绕入相邻的两个槽。由于上述两个导线组的绕制规律是相同的，因此接下来仅以导线A1和导线A2所形成的导线组为例进行介绍。

从第一层L1开始观察，导线A1和导线A2分别从槽1和槽2绕入，沿箭头d1所指的方向在定子铁芯的周向C上前进，在前进至图中最右侧的槽32后，转到图中最左侧的槽32进行观察，导线沿箭头d2所指的方向在定子铁芯的周向C上继续前进。当导线在定子铁芯的周向C上绕满一周过后，转到第二层L2绕制。之后可以沿用上述观察方式观察导线在后续层的走向。

导线在缠绕过程中的节距包括正常节距和跳线节距。在本实施方式中，在每一层内，每3个正常节距之后使用一次跳线节距；在相邻层之间，导线在跨层的那一步使用跳线节距，即在前一层的末端的正常节距与后一层的始端的正常节距之间使用一次跳线节距。

每次跳线节距的使用使得一个导线组内的两根导线在沿周向C的缠绕方向上更换位置，即，例如在使用跳线节距之前，在沿周向C的缠绕方向上(即图中箭头d1、d2所指的方向)，每步按正常节距绕制的导线在相邻的槽内满足：导线A2在前、导线A1在后，经历一次跳线节距之后，变成导线A1在前、导线A2在后。

具体地，正常节距分为第一节距和第二节距，本实施方式中的极距y＝6，第一节距为7(即y+1)，第二节距为5(即y-1)。

跳线节距分为第三节距和第四节距，第三节距为6(即y)，第四节距为4(即y-2)。

使用正常节距时，第一节距和第二节距交替使用。使用跳线节距时，位于缠绕方向前方的导线使用第四节距、位于缠绕方向后方的导线使用第三节距，使得跳线缠绕过后，两根导线在缠绕方向上的前后位置互换。

以导线A1和导线A2分别从第一层的槽1和槽2开始缠绕为例进行详细介绍。

导线A1在第一层L1绕制过程中绕入的槽依次为：1→8→13→20→26→33→38→45，使用的节距分别为：7(8-1)、5(13-8)、7(20-13)、6(26-20)、7(33-26)、5(38-33)、7(45-38)。其中，节距6为层内使用的跳线节距(第三节距)。

之后，导线A1从第一层L1的槽45绕到第二层L2的槽1，并在第二层L2内继续绕制，绕入的槽依次为：45(L1)→1(L2)→8→13→20→26→33→38→45，使用的节距分别为：4、7、5、7、6、7、5、7。其中，节距4为层间使用的跳线节距(第四节距)，节距6为层内使用的跳线节距(第三节距)。

导线A2在第一层L1绕制过程中绕入的槽依次为2→9→14→21→25→32→37→44，使用的节距分别为7、5、7、4、7、5、7。其中，节距4为层间使用的跳线节距(第四节距)。

之后，导线A2从第一层L1的槽44绕到第二层L2的槽2，并在第二层L2内继续绕制，绕入的槽依次为：44(L1)→2(L2)→9→14→21→25→32→37→44，使用的节距分别为：6、7、5、7、4、7、5、7。其中，节距4为层间使用的跳线节距(第四节距)，节距6为层间使用的跳线节距(第三节距)。

值得说明的是，在本实施方式中，对于总层数为2N的绕组，在第N层和第N+1层的交界处(或者说在第N层和第N+1层之间)不使用跳线节距。对应图1，N＝2，在第二层L2和第三层L3之间不使用跳线节距。

例如，对于导线A1，其由第二层L2的槽45向第三层L3绕制时，不使用跳线节距，而是仍使用正常节距。由于第二层L2的槽45之前一步使用的节距为第一节距，节距值为7(从第二层L2的槽38绕到槽45)，因此接下来使用正常节距中的第二节距，节距值为5，绕入第三层L3的槽2。

之后在第三层L3内沿用之前的“每3个正常节距之后使用一次跳线节距”的规则。在第三层L3和第四层L4之间，仍使用一次跳线节距。

通过这种绕制方式，根据本发明的绕组的每个导线组在每一层所使用的槽号是固定的、或者说是相同的。例如，对于导线A1和导线A2所构成的导线组，它们在四个层内绕入的槽始终是槽1、2、8、9、13、14、20、21、25、26、32、33、37、38、44和45。

进而推广到每相的绕组，它们也具有上述固定槽号的特点，于是根据本发明的三相绕组在周向C上能保持均匀缠绕，这使得绕组所形成的交流电阻更平衡。

由于图2和图3所示的V相和W相的绕组的绕制方式与U相绕组相仿，本发明对此不再赘述。

可选地，参照图4，在其它可能的实施方式中，在第N层和第N+1层也可以使用跳线节距，即在每两个相邻层之间都使用跳线节距。对于其它两相绕组，也是同样的可以在每两个相邻层之间都使用跳线节距，本发明略去相应的图示。

优选地，根据本发明的绕组的导线使用扁线，更优选为扁铜线。扁线能够使得槽的填满率达到60％以上。

优选地，根据本发明的每相的4根导线中的每根导线均为一根完整的、在缠绕路径上不发生拼接、不具有焊点的导线。这使得绕组的可靠性增强，不容易由于中间焊接点的损坏而导致绕组失效。当然，在实际生产中，考虑到各方面的原因，也可以使用多根导线首尾相连而形成较长的一根导线。

可选地，本发明中每相的4根导线可以是串联的，也可以是并联的，或者可以是混联(串并联)的。三相的绕组可以呈三角形连接，也可以呈星形连接。

应当理解，在每相每极具有2个槽的情况下，本发明对每相的极数、定子铁芯的槽数以及绕组所绕制的层数(需要是偶数)均不作限制。

应当理解，本发明还提供一种包括该定子的电机。

下面简单说明本发明的上述实施方式的部分有益效果。

(i)本发明将正常节距与跳线节距按一定间隔地交替使用，并对于正常节距使用间隔的第一节距和第二节距，这使得绕组在定子铁芯的周向C上的绕制更均匀，交流电阻更平衡。

(ii)跳线节距处的磁势的谐波成分小，电机性能好。

(iii)导线呈波浪形地连续地缠绕，极大降低了焊点数，使得绕组的可靠性增加。

应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。

Claims (11)

1.一种电机的定子，包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组包括缠绕到所述定子铁芯的多相绕组，所述绕组的导线在所述定子铁芯的周向(C)上呈波浪形地连续地缠绕，缠绕的层数为2N，所述绕组的相数为S，每相绕组的极数为2P，N、S和P均为正整数，其中，

所述定子铁芯形成有4×S×P个槽，每相每极的绕组包括两个导线组，每个所述导线组包括2根在相邻的所述槽内并行地缠绕的所述导线，

所述导线组在缠绕过程中的节距包括正常节距和跳线节距，所述正常节距包括交替出现的第一节距和第二节距，所述第一节距为y+1，所述第二节距为y-1，所述跳线节距包括第三节距和第四节距，所述第三节距为y，所述第四节距为y-2，y为大于2的正整数，

每个所述导线组在同一层内每间隔P-1个所述正常节距使用一个所述跳线节距，所述跳线节距使得同一个导线组内的两个导线在沿所述周向(C)的缠绕方向上换位。

2.根据权利要求1所述的电机的定子，其特征在于，每个所述导线组在除第N层和第N+1层以外的任意相邻层的交界处的两个所述正常节距之间使用一个所述跳线节距，使得同一个导线组内的两个导线在沿所述周向(C)的缠绕方向上换位。

3.根据权利要求1所述的电机的定子，其特征在于，每个所述导线组在任意相邻层的交界处的两个所述正常节距之间使用一个所述跳线节距，使得同一个导线组内的两个导线在沿所述周向(C)的缠绕方向上换位。

4.根据权利要求2或3所述的电机的定子，其特征在于，在沿所述周向(C)的缠绕方向上，位于所述缠绕方向的前方的所述槽内的所述导线使用的所述跳线节距为所述第四节距，位于所述缠绕方向的后方的所述槽内的所述导线使用的所述跳线节距为所述第三节距。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机的定子，其特征在于，y等于极距。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机的定子，其特征在于，所述相数的值S等于3。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电机的定子，其特征在于，所述极数为8，P＝4。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电机的定子，其特征在于，所述层数为4，N＝2。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电机的定子，其特征在于，每根所述导线在缠绕路径上为完整的导线而不出现中间连接点。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电机的定子，其特征在于，所述导线为扁线。

11.一种电机，包括定子，其特征在于，所述定子为根据权利要求1至10中任一项所述的定子。