CN116404787A - 一种扁线电机的波绕组结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种扁线电机的波绕组结构，包括定子铁芯，所述定子铁芯具有沿着周向均匀设置的多个槽；所述绕组的一端节距设置为相等的节距，所述绕组的另一端节距设置为不等的节距；将绕组不等节距的另一端预先成型并交替插入槽中，将绕组相等节距的一端扭转焊接，且将绕组的一端相等节距设置为y，另一端不等节距分别设置为y‑1和y+1，使得线圈交替绕在同一极相组下的不同槽位内，形成不等距的S型波绕组，解决了因波绕在同极相组同槽位带来的相位差问题，均衡了各支路相位差，且插线工艺简单，制造成本低。

Description

一种扁线电机的波绕组结构
技术领域
本发明涉及电机绕组领域，具体涉及一种扁线电机的波绕组结构。
背景技术
新能源汽车电机的扁线化发展迅速，扁线电机有利于提高电机槽满率，提升电机功率密度，目前扁线电机的槽满率能达到60%-70%；扁线电机的扁铜线形状规则，在定子槽内紧密贴合，导热效率更高，可以有效提高电机的散热能力，进一步提升峰值和持续性能。
扁线波绕线型的成型方式一般包括有U-Pin 、I-pin、及连续的Wave-Pin形式等；其中U-pin形式是将一段预先成型插入槽中，另一端扭成蛙脚形式，然后焊接在一起的波形绕组；而I-pin形式是将铜线直接插入槽中，两端都扭成蛙脚形式，两端再焊接在一起的波形绕组； Wave-pin连续波绕组则是将扁铜线一次性成型为连续的S型，卷线后径向压入定子铁芯槽内。
现有的I-pin、Wave-pin形式波形绕组中，线圈元件都位于同层同极相槽位中，会导致不同支路存在相位差，而带来额外的环流损耗和谐波分量，大大降低了电机性能。同时I-pin绕组还存在焊点过多，失效风险较高的缺陷，Wave-pin绕组也会有工艺成本高、制作困难的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺陷与不足，本发明提供了一种扁线电机的波绕组结构。
本发明提供的技术方案如下：
一种扁线电机的波绕组结构，包括
定子铁芯，所述定子铁芯具有沿着周向均匀设置的多个槽；
节段，每个所述节段由2N层扁线构成，且每个节段被容纳于对应的一个所述槽中，N为正整数；
以及绕组，所述绕组穿过多个所述节段的各层并配置于所述定子铁芯的周向；
其中，所述绕组包括U、V、W三相波绕组及多条并联支路；
所述绕组的一端设置为相等的节距，所述绕组的另一端设置为不等的节距。
作为本发明的进一步优选实施方式，所述绕组线型选用带蛙脚结构的U-pin形式。
作为本发明的进一步优选实施方式，将所述绕组不等节距的一端预先成型并交替插入槽中。
作为本发明的进一步优选实施方式，将所述绕组相等节距的一端扭转焊接。
作为本发明的进一步优选实施方式，U-pin形式的绕组元件的两端分别分布于一个节段的第2n-1层和另一节段的第2n层扁线中，n为正整数。
作为本发明的进一步优选实施方式，U-pin形式的绕组元件的中部还设置有连接一个节段的第2n层扁线和另一节段的第2n+1层扁线的衔接跨层线圈。
作为本发明的进一步优选实施方式，衔接跨层线圈设置于所述绕组不等节距的一端。
作为本发明的进一步优选实施方式，衔接跨层线圈的节距与绕组的一端不等节距中的较大节距相等。
作为本发明的进一步优选实施方式，并联支路数量a为每极每相槽数q的整数倍，a，q均为正整数。
作为本发明的进一步优选实施方式，所述绕组的一端相等节距设置为y，所述绕组的另一端不等节距分别设置为y-1和y+1，y为大于1的正整数。
本发明相对于现有技术取得的有益效果为：
1）本发明提供一种扁线电机的波绕组结构，绕组线型采用带蛙脚结构的U-Pin形式，将绕组不等节距的另一端预先成型并交替插入槽中，将绕组相等节距的一端扭转焊接，且将绕组的一端相等节距设置为y，另一端不等节距分别设置为y-1和y+1，使得线圈交替绕在同一极相组下的不同槽位内，形成不等距的S型波绕组，解决了因波绕在同极相组同槽位带来的相位差问题，均衡了各支路相位差，且插线工艺简单，制造成本低。
附图说明
图1为本发明三相波绕组的整体绕组结构示意图。
图2为本发明节段各层扁线的结构示意图。
图3为本发明波绕组结构的并联支路结构示意图。
图4为本发明波绕组结构的U相绕线示意图。
图5为本发明波绕组结构的U相第一支路绕线示意图。
图6为本发明波绕组结构的U相第一支路绕线的部分结构放大图。
图7为本发明波绕组结构的U相第二支路绕线示意图。
图8为本发明波绕组结构的U相第三支路绕线示意图。
图9为本发明波绕组结构的U相第四支路绕线示意图。
图10为本发明波绕组结构的V相绕线示意图。
图11为本发明波绕组结构的V相第一支路绕线示意图。
图12为本发明波绕组结构的V相第二支路绕线示意图。
图13为本发明波绕组结构的V相第三支路绕线示意图。
图14为本发明波绕组结构的V相第四支路绕线示意图。
图15为本发明波绕组结构的W相绕线示意图。
图16为本发明波绕组结构的W相第一支路绕线示意图。
图17为本发明波绕组结构的W相第二支路绕线示意图。
图18为本发明波绕组结构的W相第三支路绕线示意图。
图19为本发明波绕组结构的W相第四支路绕线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[第一实施例]
为便于解释说明，本实施例选用48槽铁芯8极8层扁线4并联支路，绕线端不等节距为5和7，相等节距为6，每相每支路串联导体数为32的波绕组结构。
如图1-19所示为本发明第一实施例提供一种扁线电机的波绕组结构，包括
定子铁芯，所述定子铁芯具有沿着周向均匀设置的多个槽；在该实施例中，槽的数量设置为48，每极每相槽数q即为2；
节段，每个所述节段由2N层扁线构成，且每个节段被容纳于对应的一个所述槽中，N为正整数；如图2所示，在本实施例中N取值为4，因此每个节段包含8层扁线，每个槽用于容置对应层扁线；
以及绕组，所述绕组穿过多个所述节段的各层并配置于所述定子铁芯的周向；作为本实施例的优选，如图4所示，所述绕组线型选用带蛙脚结构的U-pin形式。
其中，所述绕组包括U、V、W三相波绕组及多条并联支路；在本实施例中，并联支路数量a设置为4条；且满足并联支路数量a为每极每相槽数q的整数倍，a，q均为正整数，在本市实施中，a为4，q为2。
本实施例相对于现有技术的突出贡献在于：
所述绕组的一端B节距设置为相等的节距，所述绕组的另一端A节距设置为不等的节距。作为优选，在本实施例中，将绕组不等节距的另一端A预先成型并交替插入槽中，将绕组相等节距的一端B扭转焊接。且作为进一步的优选，绕组的一端B相等节距设置为y，绕组的另一端A不等节距分别设置为y-1和y+1，y为大于1的正整数，在本实施例中，y取值为6，即绕组的一端B设置为相等节距6，另一端A设置为不等节距5和7，即如图6所示，绕组的一端B的绕组元件的两端跨过相等的6个节距，而绕组的另一端A的绕组元件的两端分别跨过不等的5个或7个节距。作为本实施例的优选，绕组的另一端A的两种不等节距的线圈元件交替出现，即5个节距的线圈元件和7个节距的线圈元件交替连接，实现在一个支路下的相邻极相组的不同槽位内递进连接，均衡了支路相位差。
作为优选，如图U-pin形式的绕组元件的两端分别分布于一个节段的第2n-1层和另一节段的第2n层扁线中，n为正整数。在本实施例中，n取1，2，3，4中的任意一个整数，即如图6所示，假设线圈由U1绕入，而由X1绕出，n取1时，绕组元件的一端A1分布于节段19的第2层扁线中，另一端A2分布于另一节段14的第1层扁线中；同理，n取3时，绕组元件的一端A1分布于节段19的第6层扁线中，另一端A2分布于另一节段14的第5层扁线中。实现了绕组元件在小层之间的递进跨越，即1层→2层、3层→4层、5层→6层、7层→8层。
如图6所示，U-pin形式的绕组元件的中部设置有连接一个节段的第2n层扁线和另一节段的第2n+1层扁线的衔接跨层线圈，以使波绕组在跨层中连续绕制下去；在本实施例中，n取1,2,3中的任意一个整数；
如图6所示，n取1时，绕组元件的一端A3分布于节段8的第2层扁线中，另一端A4分布于另一节段1的第3层扁线中；同理，n取3时，绕组元件的一端A3分布于节段8的第6层扁线中，另一端A4分布于另一节段1的第7层扁线中。作为优选，衔接跨层线圈设置于所述绕组不等节距的一端；且衔接跨层线圈的节距与绕组的一端不等节距中的较大节距相等，即本实施例中衔接跨层线圈的节距也为7，但其两端连接的节段与绕组的一端不等节距中的较大节距并不相同，即通过衔接跨层线圈实现绕组元件在大层之间的递进跨越，即2层→3层、4层→5层、6层→7层；通过小层递进线圈和大层递进线圈，使得绕组在不同槽内不同层内的连续波绕进行下去，最终实现了不等距的S型波绕组，解决了因波绕在同极相组同槽位带来的相位差问题。
如图4-5，7-9所示，本实施例中的绕组的U相绕线路径满足：
第一支路串联路径为：1-1→43-2→38-1→32-2→25-1→19-2→14-1→8-2→1-3→43-4→38-3→32-4→25-3→19-4→14-3→8-4→1-5→43-6→38-5→32-6→25-5→19-6→14-5→8-6→1-7→43-8→38-7→32-8→25-7→19-8→14-7→8-8；
第二支路串联路径为：2-1→44-2→37-1→31-2→26-1→20-2→13-1→7-2→2-3→44-4→37-3→31-4→26-3→20-4→13-3→7-4→2-5→44-6→37-5→31-6→26-5→20-6→13-5→7-6→2-7→44-8→37-7→31-8→26-7→20-8→13-7→7-8；
第三支路串联路径为：1-8→7-7→14-8→20-7→25-8→31-7→38-8→44-7→1-6→7-5→14-6→20-5→25-6→31-5→38-6→44-5→1-4→7-3→14-4→20-3→25-4→31-3→38-4→44-3→1-2→7-1→14-2→20-1→25-2→31-1→38-2→44-1；
第四支路串联路径为：2-8→8-7→13-8→19-7→26-8→32-7→37-8→43-7→2-6→8-5→13-6→19-5→26-6→32-5→37-6→43-5→2-4→8-3→13-4→19-3→26-4→32-3→37-4→43-3→2-2→8-1→13-2→19-1→26-2→32-1→37-2→43-1；
如图10-14所示，本实施例中的绕组的V相绕线路径满足：
V相第一支路串联路径为：45-1→39-2→34-1→28-2→21-1→15-2→10-1→4-2→45-3→39-4→34-3→28-4→21-3→15-4→10-3→4-4→45-5→39-6→34-5→28-6→21-5→15-6→10-5→4-6→45-7→39-8→34-7→28-8→21-7→15-8→10-7→4-8；
V相第二支路串联路径为：46-1→40-2→33-1→27-2→22-1→16-2→9-1→3-2→46-3→40-4→33-3→27-4→22-3→16-4→9-3→3-4→46-5→40-6→33-5→27-6→22-5→16-6→9-5→3-6→46-7→40-8→33-7→27-8→22-7→16-8→9-7→3-8；
V相第三支路串联路径为：45-8→3-7→10-8→16-7→21-8→27-7→34-8→40-7→45-6→3-5→10-6→16-5→21-6→27-5→34-6→40-5→45-4→3-3→10-4→16-3→21-4→27-3→34-4→40-3→45-2→3-1→10-2→16-1→21-2→27-1→34-2→40-1；
V相第四支路串联路径为：46-8→4-7→9-8→15-7→22-8→28-7→33-8→39-7→46-6→4-5→9-6→15-5→22-6→28-5→33-6→39-5→46-4→4-3→9-4→15-3→22-4→28-3→33-4→39-3→46-2→4-1→9-2→15-1→22-2→28-1→33-2→39-1；
如图15-19所示，本实施例中的绕组的W相绕线路径满足：
W相第一支路串联路径为：41-1→35-2→30-1→24-2→17-1→11-2→6-1→48-2→41-3→35-4→30-3→24-4→17-3→11-4→6-3→48-4→41-5→35-6→30-5→24-6→17-5→11-6→6-5→48-6→41-7→35-8→30-7→24-8→17-7→11-8→6-7→48-8；
W相第二支路串联路径为：42-1→36-2→29-1→23-2→18-1→12-2→5-1→47-2→42-3→36-4→29-3→23-4→18-3→12-4→5-3→47-4→42-5→36-6→29-5→23-6→18-5→12-6→5-5→47-6→42-7→36-8→29-7→23-8→18-7→12-8→5-7→47-8；
W相第三支路串联路径为：41-8→47-7→6-8→12-7→17-8→23-7→30-8→36-7→41-6→47-5→6-6→12-5→17-6→23-5→30-6→36-5→41-4→47-3→6-4→12-3→17-4→23-3→30-4→36-3→41-2→47-1→6-2→12-1→17-2→23-1→30-2→36-1；
V相第四支路串联路径为：42-8→48-7→5-8→11-7→18-8→24-7→29-8→35-7→42-6→48-5→5-6→11-5→18-6→24-5→29-6→35-5→42-4→48-3→5-4→11-3→18-4→24-3→29-4→35-3→42-2→48-1→5-2→11-1→18-2→24-1→29-2→35-1。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为对本方案的进一步限制。

Claims (10)

1.一种扁线电机的波绕组结构，包括
定子铁芯，所述定子铁芯具有沿着周向均匀设置的多个槽；
节段，每个所述节段由2N层扁线构成，且每个节段被容纳于对应的一个所述槽中，N为正整数；
以及绕组，所述绕组穿过多个所述节段的各层并配置于所述定子铁芯的周向；
其中，所述绕组包括U、V、W三相波绕组及多条并联支路；
其特征在于：
所述绕组的一端设置为相等的节距，所述绕组的另一端设置为不等的节距。
2.根据权利要求1所述的一种扁线电机的波绕组结构，其特征在于：所述绕组线型选用带蛙脚结构的U-pin形式。
3.根据权利要求1所述的一种扁线电机的波绕组结构，其特征在于：将所述绕组不等节距的一端预先成型并交替插入槽中。
4.根据权利要求1所述的一种扁线电机的波绕组结构，其特征在于：将所述绕组相等节距的一端扭转焊接。
5.根据权利要求2所述的一种扁线电机的波绕组结构，其特征在于：U-pin形式的绕组元件的两端分别分布于一个节段的第2n-1层和另一节段的第2n层扁线中，n为正整数。
6.根据权利要求5所述的一种扁线电机的波绕组结构，其特征在于：U-pin形式的绕组元件的中部还设置有连接一个节段的第2n层扁线和另一节段的第2n+1层扁线的衔接跨层线圈。
7.根据权利要求6所述的一种扁线电机的波绕组结构，其特征在于：衔接跨层线圈设置于所述绕组不等节距的一端。
8.根据权利要求6所述的一种扁线电机的波绕组结构，其特征在于：衔接跨层线圈的节距与绕组的一端不等节距中的较大节距相等。
9.根据权利要求1所述的一种扁线电机的波绕组结构，其特征在于：并联支路数量a为每极每相槽数q的整数倍，a，q均为正整数。
10.根据权利要求1所述的一种扁线电机的波绕组结构，其特征在于：所述绕组的一端相等节距设置为y，所述绕组的另一端不等节距分别设置为y-1和y+1，y为大于1的正整数。
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