CN116722673B - 定子、电机和车辆 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种定子、电机和车辆，用于解决定子槽中导体排布方式无法有效削弱气隙磁场的5、7次谐波的技术问题。定子包括：铁芯，内壁沿周向间隔设置多个定子槽；以及绕组，包括至少两相线圈，各相线圈通过定子槽绕设至铁芯，线圈在定子槽内限定出多个导体层；其中，多个定子槽包括多个第一类定子槽，第一类定子槽包括第一穿线区和第二穿线区，第一穿线区包括第一子区域和第二子区域，第二穿线区包括第三子区域和第四子区域，第一子区域、第二子区域、第三子区域和第四子区域沿铁芯的径向依次排布；第一子区域和第三子区域容置同一相性的导体层，第二子区域和第四子区域容置同一相性的导体层，第一子区域与第二子区域容置不同相性的导体层。
Description
技术领域
本公开涉及电机技术领域，具体地，涉及一种定子、电机和车辆。
背景技术
在电动机负载系统上，五次谐波和七次谐波可产生六次谐波频率的机械振荡。机械振荡是由振动的扭矩引起的，而扭矩的振荡则是由谐波电流和基波频率磁场所造成，如果机械谐振频率与电气励磁频率重合，会发生共振进而产生很高的机械应力，导致机械损坏的危险。
相关技术中，由于定子结构限制，导致定子的绕组的异相导体通过同一定子槽的数目相同，仅适用于整距电机。尤其是，针对于q=3槽的永磁电机，气隙磁场的5、7次谐波削除不好，不能很好地起到短距削除5、7次的作用，导致电机的扭矩波动不稳定。
发明内容
本公开的目的是提供一种定子、电机和车辆，以解决定子槽中导体排布方式无法有效削弱气隙磁场的5、7次谐波的技术问题。
为了实现上述目的，本公开提供一种定子，包括：铁芯，内壁沿周向间隔设置多个定子槽，以及绕组，包括至少两相线圈，各相所述线圈通过所述定子槽绕设至所述铁芯，且所述线圈在所述定子槽内限定出多个导体层；其中，所述多个定子槽包括多个第一类定子槽，所述第一类定子槽包括第一穿线区和第二穿线区，所述第一穿线区包括第一子区域和第二子区域，所述第二穿线区包括第三子区域和第四子区域，所述第一子区域、所述第二子区域、所述第三子区域和所述第四子区域沿所述铁芯的径向依次排布；所述第一子区域和所述第三子区域容置同一相性的所述导体层，所述第二子区域和所述第四子区域容置同一相性的所述导体层，且所述第一子区域和所述第三子区域容置的所述导体层与所述第二子区域和所述第四子区域容置的所述导体层相性不同。
通过上述技术方案，本公开提供的定子中，至少部分的定子槽内容纳有相性不同的线圈的导体层，从而在定子槽内形成不对称的短距排布方式，可以很好地削除气隙磁场5、7次谐波，从而稳定电机的扭矩波动，使得电机的动力输出更为稳定。
可选地，所述第一子区域和所述第二子区域所容置的所述导体层的总层数与所述第三子区域和所述第四子区域所容置的所述导体层总层数不同。
可选地，单个的所述定子槽所容置的所述导体的层数m≥5，所述定子的每极每相槽数q≥2。
可选地，所述多个定子槽还包括多个第二类定子槽；所述第二类定子槽内形成有第三穿线区，所述第三穿线区所容置的所述导体层相性一致；沿所述铁芯的周向，相邻两个所述第二类定子槽之间设置有多个所述第一类定子槽。
可选地，在同一个所述第一类定子槽中，所述第一子区域的所述导体层的相性与相邻两个所述第二类定子槽中的一个的所述导体层的相性一致，所述第二子区域的所述导体层的相性与相邻两个所述第二类定子槽中的另一个的所述导体层的相性一致。
可选地，m为5、6、7、8中的一者，q=3。
可选地，当m为5时，所述绕组包括A相线圈、B相线圈以及C相线圈；单极的所述绕组沿所述铁芯的周向的排列方式为：BAABA、ABBAB、BBBBB、CBBCB、BCCBC、CCCCC、ACCAC、CAACA、AAAAA。
可选地，当m为6时，所述绕组包括A相线圈、B相线圈以及C相线圈；单极的所述绕组沿所述铁芯的周向的排列方式为：BAABAA、ABBABB、BBBBBB、CBBCBB、BCCBCC、CCCCCC、ACCACC、CAACAA、AAAAAA。
可选地，当m为7时，所述绕组包括A相线圈、B相线圈以及C相线圈；单极的所述绕组沿所述铁芯的周向的排列方式为：BAAABAA、ABBBABB、BBBBBBB、CBBBCBB、BCCCBCC、CCCCCCC、ACCCACC、CAAACAA、AAAAAAA。
可选地，当m为8时，所述绕组包括A相线圈、B相线圈以及C相线圈；单极的所述绕组沿所述铁芯的周向的排列方式为：BAAABAAA、ABBBABBB、BBBBBBBB、CBBBCBBB、BCCCBCCC、CCCCCCCC、ACCCACCC、CAAACAAA、AAAAAAAA。
可选地，所述第一穿线区和所述第二穿线区中分别设置有一个第一绝缘纸，所述第一穿线区的所述第一绝缘纸限定出所述第一子区域和所述第二子区域，所述第二穿线区的所述第一绝缘纸限定出所述第三子区域和所述第四子区域。
可选地，所述第三穿线区中设置有两个所述第一绝缘纸，两个所述第一绝缘纸沿所述铁芯的径向排布。
可选地，所述第一绝缘纸为B形绝缘纸或S形绝缘纸。
可选地，所述第二类定子槽内设置有一个第二绝缘纸。
可选地，所述第二绝缘纸为O形绝缘纸。
在上述技术方案的基础上，本公开还提供一种电机，包括上述技术方案中的定子。
通过上述技术方案，本公开提供的电机具有扭矩波动稳定，动力输出平稳的效果。
在上述技术方案的基础上，本公开还提供一种车辆，包括上述技术方案中的电机。
通过上述技术方案，本公开提供的车辆具有动力输出平稳的效果。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1为本申请的一种优选实施方式的定子沿其轴线方向的视图，此定子的每极每相槽数q=3，单个定子槽所容置的导体层的层数m=6，且此定子的定子槽均设置第一绝缘纸；
图2为图1中的定子的单极的绕组排布示意图；
图3为本申请的一种优选实施方式的定子沿其轴线方向的视图，此定子的每极每相槽数q=3，单个定子槽所容置的导体层的层数m=5，且此定子的定子槽均设置第一绝缘纸；
图4为图3中的定子的单极的绕组排布示意图；
图5为S形绝缘纸的结构示意图。
附图标记说明
1-铁芯，10-定子槽，100-第一类定子槽，110-第一穿线区，111-第一子区域，112-第二子区域，120-第二穿线区，121-第三子区域，122-第四子区域，200-第二类定子槽，210-第三穿线区，
2-绕组，21-线圈，20-导体层，
3-第一绝缘纸。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相对于相应零部件自身轮廓的内、外。本公开中使用的术语“第一”“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
根据本公开的具体实施方式，提供一种定子，参考图1至图4所示，该定子包括铁芯1以及绕组2。其中，铁芯1的内壁可以沿周向间隔设置多个定子槽10，绕组2可以包括至少两相线圈21，各相线圈21通过定子槽10绕设至铁芯1，且线圈21在定子槽10内限定出多个导体层20。
多个定子槽10可以包括多个第一类定子槽100，第一类定子槽100可以包括第一穿线区110和第二穿线区120，第一穿线区110可以包括第一子区域111和第二子区域112，第二穿线区120可以包括第三子区域121和第四子区域122，第一子区域111、第二子区域112、第三子区域121和第四子区域122可以沿铁芯1的径向依次排布。其中，第一子区域111和第三子区域121可以容置同一相性的导体层20，第二子区域112和第四子区域122可以容置同一相性的导体层20，且第一子区域111和第三子区域121容置的导体层20可以与第二子区域112和第四子区域122容置的导体层20相性不同。
通过上述技术方案，本公开提供的定子中，至少部分的定子槽10内容纳有相性不同的线圈21的导体层20，从而在定子槽10内形成不对称的短距排布方式，可以很好地削除气隙磁场5、7次谐波，从而稳定电机的扭矩波动，使得电机的动力输出更为稳定。
为了进一步削除气隙磁场5、7次谐波，第一子区域111和第二子区域112所容置的导体层20的总层数可以与第三子区域121和第四子区域122所容置的导体层20总层数不同，以进一步提高定子槽10内各相导体层20排布的不对称性，从而进一步削除气隙磁场5、7次谐波。
参考图1至图4所示，本申请具体实施方式中的定子可应用于8极72槽的电机中。故而，参考图2和图4所示，定子的单极包括三组定子槽10，每组定子槽10数量为3（即该定子的每极每相槽数q=3）。在单组的定子槽10中，定子槽10包括两个第一类定子槽100和一个第二类定子槽200。由图2和图4可知，第一类定子槽100内形成有第一穿线区110和第二穿线区120，而在第二类定子槽200内形成有第三穿线区210，第二类定子槽200内的多个导体层20均设于第三穿线区210内，且第三穿线区210内所容置的导体层20相性一致。此外，沿铁芯1的周向，相邻两个第二类定子槽200之间可以设置有多个第一类定子槽100。
每组的定子槽10内的区域划分，便于各相线圈21在定子槽10内形成不对称的短距排布，从而稳定电机的扭矩波动。具体地，单个的定子槽10所容置的导体层20的层数m≥5，定子的每极每相槽数q≥2。
具体到如何对绕组2进行排布，以构成短距电机，参考以下内容。
详细地说，以定子的每极每相槽数q=3的三相电机的绕组2为例。绕组2包括三相的线圈21，分别为A相线圈、B相线圈以及C相线圈。
参考图3和图4以及下表1，当单个的定子槽10所容置的导体层20的层数m为5时，单极的绕组2沿铁芯1的周向的排列方式可以为：BAABA、ABBAB、BBBBB、CBBCB、BCCBC、CCCCC、ACCAC、CAACA、AAAAA。
表1（m=5，q=3）
参考表4，当单个的定子槽10所容置的导体层20的层数m为8时，单极的绕组2沿铁芯1的周向的排列方式可以为：BAAABAAA、ABBBABBB、BBBBBBBB、CBBBCBBB、BCCCBCCC、CCCCCCCC、ACCCACCC、CAAACAAA、AAAAAAAA。
表2（m=6，q=3）
参考表3，当单个的定子槽10所容置的导体层20的层数m为7时，单极的绕组2沿铁芯1的周向的排列方式可以为：BAAABAA、ABBBABB、BBBBBBB、CBBBCBB、BCCCBCC、CCCCCCC、ACCCACC、CAAACAA、AAAAAAA。
表3（m=7，q=3）
参考表4，当单个的定子槽10所容置的导体层20的层数m为8时，单极的绕组2沿铁芯1的周向的排列方式可以为：BAAABAAA、ABBBABBB、BBBBBBBB、CBBBCBBB、BCCCBCCC、CCCCCCCC、ACCCACCC、CAAACAAA、AAAAAAAA。
表4（m=8，q=3）
此外，沿铁芯1的周向，以第二类定子槽200的线圈21为基准，其两侧的同相的导体层20的层数逐渐递减（如表4中第一组定子槽10和第二组定子槽10内的B相线圈的导体层数量的变化），便于绕组2的绕线布置。
进一步的，由上述的各个绕组2的排列方式可知，第三穿线区210容纳同一相性的多个导体层20。沿铁芯1的周向，在同一个第一类定子槽100中，第一子区域111的导体层20的相性可以与相邻两个第二类定子槽200中的一个的导体层20的相性一致，同理，第二子区域112的导体层20的相性可以与相邻两个第二类定子槽200中的另一个的导体层20的相性一致。换句话说，以表4的绕组排列方式为例，第一组定子槽10和第二组定子槽10的第二类定子槽200分别容纳B相的导体层20和C相的导体层20。而在这两个第二类定子槽200之间的第一类定子槽100容纳的异相的导体层20分别为B相的导体层20和C相的导体层20（即第一组定子槽10的第二类定子槽200容纳的B相导体层20与第二组定子槽10的第一类定子槽100的B相导体层20相性一致，第二组定子槽10的第二类定子槽200容纳的C相导体层20与第二组定子槽10的第一类定子槽100的C相导体层20相性一致），使得绕组2中同相的线圈21的导体层20更为集中，便于排布和绕制。可选地，第一穿线区110和第二穿线区120中分别设置有一个第一绝缘纸3，第一穿线区110的第一绝缘纸3限定出第一子区域111和第二子区域112，第二穿线区120的第一绝缘纸3限定出第三子区域121和第四子区域122。
作为替代方案，本公开的具体实施方式所提供的定子还可用于每极每相槽数q=2的电机上。进一步的，如表5所示的定子的单个定子槽10所容置的导体层20的层数m=5，每极每相槽数q=2。
表5（m=5，q=2）
作为替代方案，本公开的具体实施方式所提供的定子还可用于每极每相槽数q=4的电机上。进一步地，如表6所示，定子的每极每相槽数q=4，单个定子槽10所容置的导体层20的层数m=8。
表6（m=8，q=4）
需要说明的是，在本申请的具体实施方式中，定子槽10内最多仅有两个穿线区，即，部分定子槽10仅包含第一穿线区110和第二穿线区120，以便于各相线圈21的绕线布置。
上述的绕组2的排布方式均可作为构成不对称的短距电机的具体实施方式，但是本申请的技术方案并不限于上述的具体实施方式。
为了便于线圈21所限定出的导体层20在定子槽10内的安装，可以在定子槽10内设置绝缘纸，以使得同相的导体层20分别与定子槽10的内壁以及其它相的导体层20保持绝缘。
作为一种选择，参考图2、图4和图5所示，可以在第一穿线区110和第二穿线区120中分别设置一个第一绝缘纸3，第一绝缘纸3可以为B形绝缘纸或S形绝缘纸。在第一穿线区110内的第一绝缘纸3限定出第一子区域111和第二子区域112，从而使得第一穿线区110内的异相的导体层20之间保持绝缘，在第二穿线区120内的第一绝缘纸3限定出第三子区域121和第四子区域122，从而使得第二穿线区120内的异相的导体层20之间保持绝缘。此外，第三穿线区210中也可以设置有两个第一绝缘纸3，两个第一绝缘纸3可以沿铁芯1的径向排布，并将第三穿线区210分为沿铁芯1的径向排布的四个子区域。
通过在第一类定子槽100和第二类定子槽200中设置结构相同的第一绝缘纸3，可以简化绝缘纸与铁芯1之间的安装工艺，提升定子的安装效率。
具体地，在上述定子的实际制作工序中，可以使定子固定在插纸设备的定位机构上，通过定位机构定位其中一个定子槽10，并插入两张沿铁芯1的径向排布的第一绝缘纸3，此后使用分度旋转机构，对每个定子槽10均插入两张沿铁芯1的径向排布的第一绝缘纸3，直至全部定子槽10中均容纳有两张沿铁芯1的径向排布的第一绝缘纸3。
作为另一种选择，由于第二类定子槽200用于容纳同相的导体层20，而同相的导体层20之间的电压较小，因此，为节省绝缘结构在定子槽10内占用的空间比例，可以在第三穿线区210中设置没有分隔的第二绝缘纸（未示出），以将第二类定子槽200内的同相的导体层20与第二类定子槽200的内壁绝缘。第二绝缘纸可选为O形绝缘纸，其结构简单，槽占用少，此外，O形绝缘纸还能够将同相的导体层20完全包裹，与第二类定子槽200的内壁完全间隔开，绝缘效果好。
具体地，在上述定子的实际制作工序中，可以通过一个插纸设备先将第一绝缘纸3插入第一类定子槽100，再通过另一个插纸设备将第二绝缘纸插入第二类定子槽200。
作为再一种选择，也可以不设置绝缘纸，而是在每个导体层20外设置单独的绝缘结构（如绝缘套），相较于绝缘纸的设置，绝缘材料的用料更多，但是绝缘效果更好。
在上述技术方案的基础上，本公开还提供一种电机，包括上述技术方案中的定子。
通过上述技术方案，本公开提供的电机具有扭矩波动稳定，动力输出平稳的效果。
在上述技术方案的基础上，本公开还提供一种车辆，包括上述技术方案中的电机。
通过上述技术方案，本公开提供的车辆具有动力输出平稳的效果。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (12)
1. 一种定子，其特征在于，包括：
铁芯，内壁沿周向间隔设置多个定子槽，以及
绕组，包括至少两相线圈，各相所述线圈通过所述定子槽绕设至所述铁芯，且所述线圈在所述定子槽内限定出多个导体层；
其中，所述多个定子槽包括多个第一类定子槽，所述第一类定子槽包括第一穿线区和第二穿线区，所述第一穿线区包括第一子区域和第二子区域，所述第二穿线区包括第三子区域和第四子区域，所述第一子区域、所述第二子区域、所述第三子区域和所述第四子区域沿所述铁芯的径向依次排布；
所述第一子区域和所述第三子区域容置同一相性的所述导体层，所述第二子区域和所述第四子区域容置同一相性的所述导体层，且所述第一子区域和所述第三子区域容置的所述导体层与所述第二子区域和所述第四子区域容置的所述导体层相性不同，所述第一子区域和所述第二子区域所容置的所述导体层的总层数与所述第三子区域和所述第四子区域所容置的所述导体层总层数不同；
所述多个定子槽还包括多个第二类定子槽；所述第二类定子槽内形成有第三穿线区，所述第三穿线区所容置的所述导体层相性一致；
沿所述铁芯的周向，相邻两个所述第二类定子槽之间设置有多个所述第一类定子槽，在同一个所述第一类定子槽中，所述第一子区域的所述导体层的相性与相邻两个所述第二类定子槽中的一个的所述导体层的相性一致，所述第二子区域的所述导体层的相性与相邻两个所述第二类定子槽中的另一个的所述导体层的相性一致。
2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，单个的所述定子槽所容置的所述导体的层数m≥5，所述定子的每极每相槽数q≥2。
3.根据权利要求2所述的定子，其特征在于，m为5、6、7、8中的一者，q=3。
4.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，当m为5时，所述绕组包括A相线圈、B相线圈以及C相线圈；单极的所述绕组沿所述铁芯的周向的排列方式为：BAABA、ABBAB、BBBBB、CBBCB、BCCBC、CCCCC、ACCAC、CAACA、AAAAA。
5.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，当m为7时，所述绕组包括A相线圈、B相线圈以及C相线圈；单极的所述绕组沿所述铁芯的周向的排列方式为：BAAABAA、ABBBABB、BBBBBBB、CBBBCBB、BCCCBCC、CCCCCCC、ACCCACC、CAAACAA、AAAAAAA。
6.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述第一穿线区和所述第二穿线区中分别设置有一个第一绝缘纸，所述第一穿线区的所述第一绝缘纸限定出所述第一子区域和所述第二子区域，所述第二穿线区的所述第一绝缘纸限定出所述第三子区域和所述第四子区域。
7.根据权利要求6所述的定子，其特征在于，所述第三穿线区中设置有两个所述第一绝缘纸，两个所述第一绝缘纸沿所述铁芯的径向排布。
8.根据权利要求6或7所述的定子，其特征在于，所述第一绝缘纸为B形绝缘纸或S形绝缘纸。
9.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述第二类定子槽内设置有一个第二绝缘纸。
10.根据权利要求9所述的定子，其特征在于，所述第二绝缘纸为O形绝缘纸。
11.一种电机，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的定子。
12.一种车辆，其特征在于，包括权利要求11所述的电机。
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