CN117595549A - 一种扁线多股联结连续波绕组结构 - Google Patents

Abstract

一种扁线多股联结连续波绕组结构，连续波绕组整体为多层S型波绕线圈，包含常规端、异线端以及连接其所述常规端与所述异线端之间的槽内线圈，每一层波绕线圈均从槽口到槽底沿径向方向上均匀排列在槽中；每个槽中的每一层波绕线圈连接另一槽中同层波绕线圈，也就是相连两个槽中波绕线圈在圆周方向上进行同层连接，在径向方向上无距离差，且每个槽中的每一层波绕线圈均由四根股线并绕而成，相连两个槽中同层波绕线圈的四根股线采用X型联结式连接。本发明既能消除焊点，又能够降低高频下较大涡流损耗，同时，还能有效缓解环流损耗的产生。

Description

一种扁线多股联结连续波绕组结构

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体提供一种扁线多股联结连续波绕组结构。

背景技术

由于新能源汽车驱动电机高功率密度、小型化等严苛要求，因此在提升槽满率从而提高驱动电机功率密度方面，扁线电机无疑更具优势，由此扁线电机无疑是未来驱动电机的主要发展对象。

扁线电机的电枢绕组基本采用波绕组排布，无论采用Hair-pin还是I-pin/X-pin成型，虽然具有更高的槽满率优势，但是均需要大量焊点保持线圈间的电气连接，焊点多就意味要面临着工艺复杂、焊接过程飞屑等问题并且绕组端部跨层连接弯折漆包线时，还易使绝缘失效，从而威胁电机可靠性和一致性。

当扁线绕组排列在定子的各定子槽时，多焊点不仅会带来工艺复杂的问题，还会导致自动化成型和焊接设备昂贵等问题，因此目前的并联支路数基本小于等于2，但当并联支路数增加时，又会带来新的焊接点多、结构布线复杂等问题。

如今的扁线连续波绕组，一方面由于扁铜线自身的集肤效应，在高频工况下会产生较大的涡流损耗，从而导致定子绕组铜耗增加，对电机效率及功率密度造成了严重的影响；另一方面针对降低扁线绕组涡流损耗技术方面，大多采用分股的方式降低损耗，但传统的分股连接会因股线间漏磁不同，而产生新的环流损耗的问题。以上几方面原因严重限制了电机可靠性和功率密度的进一步提高。

发明内容

本发明为克服现有技术，提供一种各并联支路对称且由多根股线并绕制成的扁线多股联结连续波绕组结构。以克服传统扁线电机工艺复杂、焊点多导致自动化生产困难，而且传统的扁线连续波绕组具有较大涡流损耗等问题。

本发明技术方案如下：

一种扁线多股联结连续波绕组结构，所述连续波绕组整体为多层S型波绕线圈，包含常规端、异线端以及连接其所述常规端与所述异线端之间的槽内线圈，每一层波绕线圈均从槽口到槽底沿径向方向上均匀排列在槽中；

每个槽中的每一层波绕线圈连接另一槽中同层波绕线圈，也就是相连两个槽中波绕线圈在圆周方向上进行同层连接，在径向方向上无距离差，且每个槽中的每一层波绕线圈均由四根股线并绕而成，相连两个槽中同层波绕线圈的四根股线采用X型联结式连接。

此种设置的目的在于：波绕线圈同层连接在结构工艺上可以使连续波绕组端部结构简单，使三相绕组下线前整体绕制的工艺更简便；同时同层连接能够有效抵消线圈中的漏电感。扁线连续波绕组结构的三相波绕组整体成型完成后，在轴向方向放入定子铁芯中，再沿径向方向压进定子槽内。

在上述扁线连续波绕组的技术方案中，每相每层的一个槽波绕线圈于电机径向方向上延伸一段距离再连接向另一槽波绕线圈，每层波绕线圈在径向方向上延伸长度不同，每相每层波绕线圈径向方向之间相差的空间为其余两相每层波绕线圈所在的位置。

在上述扁线连续波绕组的技术方案中，每相每层波绕线圈的四根并绕股线连接其对应的相同层另一个槽波绕线圈的四根并绕股线时，股线之间采用X型联结形式进行联结。

如此设置的效果是：采用四根股线并绕而成波绕线圈虽然能够显著降低扁线中的涡流损耗，但同时也会由于股线线上由漏磁所感应的电动势不同而产生环流损耗，通过X型多股联结就能起到既显著降低涡流损耗的同时减小股线中的环流损耗的作用。

进一步地，所述连续波绕组的绕组层数为P，P为偶数，每个槽与其相连的另一个槽之间具有三种节距，分别为整节距数y、短节距数y₁和长节距数y₂，所述极距为T，其中，N、T和y均为大于等于1的自然数，其满足以下关系：

P＝2N；

y＝T；

y₁＝T-1；

y_2＝T+1。

本方案中将所述扁线连续波绕组整体分为上层(分为一层、二层和三层)、下层(分为四层、五层和六层)两个部分，每一个槽与其相连的另一个槽之间具有三种节距，分别为整节距数y、短节距数y₁和长节距数y₂，所述极距为T，其中上层和下层线圈连接处，即异线端第N层和第N+1层的波绕线圈连接处设置有跳位绕线部，在所述跳位绕线部处每相导线节距为y₂形式的排列，且所述异线端每层波绕线圈中还设置有交叉绕线部，在所述交叉绕线部处，每相连续波绕组内的线圈节距采用y形式排列；

上述中，N、T和y均为大于等于1的自然数。

所述的扁线连续波绕组的异线端布置有交叉绕线部和跳位绕线部，常规端均为每层波绕线按对应节距跨槽绕制。

异线端设计能够平衡上下层扁线连续波绕组磁动势与相位差，削弱了绕组中的各次谐波分量，能够实现短距的效果。

在上述扁线连续波绕组的技术方案中，所述扁线连续波绕组每相每层波绕线圈均采用同种节距变化排列。

此种设置的效果是：便于简化连续波绕组的成型工艺，使其能够更好地适应现有的绕组自动化成型设备。

在所设立的交叉绕线部处使两并联支路交换节距排列，以此达到各并联支路对称并均匀分布，对于电机转矩脉动所带来的噪音问题有所缓解。

在上述扁线连续波绕组的技术方案中，

所述扁线连续波绕组当并联支路数为2时，两个并联支路先采用y₁、y₂节距排列，经过交叉绕线部后，两个并联支路变为y₂、y₁节距排列，此种排列方式使的S层波绕线圈在圆周方向上同层连接，每一并联支路轴向方向上延伸高度不同。

例如并联支路一与另一并联支路二在每层交叉绕线部前采用y₁、y₂节距进行排列，经过交叉绕线部后，并联支路一与另一并联支路二则采用y₂、y₁节距进行排列。以此种排列方式使S层波绕线圈在圆周方向上同层连接，每一并联支路轴向方向上延伸高度不同。

此种方式设置的目的在于：不同并联支路交换节距绕制能节省端部空间，三相连续波绕组之间相互叠加在一起使连续波绕组端部结构更加紧密，更好的利用端部空间。

在上述扁线连续波绕组的技术方案中，所述扁线连续波绕组当并联支路数为3时，当一并联支路的每层波绕线圈采用y₁、y₂两种节距中的一种节距数排列时，其相邻的另一并联支路采用y节距进行排列，剩余的并联支路采用y₁、y₂两种节距中的一种节距进行排列，经过交叉绕线部后，采用y₁、y₂节距排列的两并联支路交换节距进行排列，采用y节距的并联支路保持不变，此种排列方式使的S层波绕线圈在圆周方向上同层连接，每一个并联支路轴向方向上延伸高度不同。

进一步地，所述扁线连续波绕组结构的每相波绕组导线彼此并联，所述并联形式采用星形连接或三角形连接。该种技术方案中，所述扁线连续波绕组中的并联支路数量为2个或3个。

进一步地，所述扁线连续波绕组的每相波绕线圈组内的导线均为完整的四根导线，所述的多层S型波绕线圈内均未出现焊点。

进一步地，所述多层扁线连续波绕组的每相每层波绕线圈均采用同种节距变化排列。此种设置的目的在于：便于简化连续波绕组的成型工艺，使其能够更好地适应现有的绕组自动化成型设备。

本发明相比现有技术的有益效果为：

1、本发明所提供的扁线多股联结连续波绕组采用了扁铜线从头到尾连续绕制的方案，在嵌入定子前就已成型，几乎消除了焊点，此焊点数量取决于扁铜线长度，在扁铜线长度足够的前提下，本发明的扁线多股联结连续波绕组能够实现零焊点，即便考虑实际加工与成型工艺，需在绕制成型一套连续波绕组时增加一个或几个焊点，也可显著降低焊点数量，显著提升电机可靠性。

2、本发明采用多股联结结构，多根并绕股线构成的每层波绕线圈能够有效削弱传统扁线连续波绕组由于集肤效应所带来的大量涡流损耗，并且针对由于分股联结所导致的各股线间不等电势差引起的环流损耗的问题，采用各并绕股线间交叉联结的结构进行联结，能够有效降低多股联结引起的环流损耗，整体上对于削弱扁线绕组交流损耗具有显著效果。

3、异线端的第N层和第N+1层连接处设置了跳位绕线部，能够平衡上下层扁线连续波绕组磁动势与相位差，削弱了绕组中的各次谐波分量，能够实现短距的效果。各并联支路还采用y₁、y₂两种节距依次交替排列，具体是在所设立的交叉绕线部处使两并联支路交换节距排列，各并联支路径向方向上为同一长度，轴向方向上为不同高度，能够有效节约径向方向上连续波绕组端部宽度，且每波绕线圈从槽口伸出时均沿径向方向向电机外侧延伸一段长度再连接其对应槽的波绕线圈，能够减小漏磁对于绕组端部的影响。同时还能达到各并联支路对称并均匀分布，对于电机转矩脉动所带来的噪音问题有所缓解。

综上，本发明既能消除焊点，又能够降低高频下较大涡流损耗，还能有效缓解环流损耗的产生。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明:

附图说明

图1为本发明的扁线多股联结连续波绕组结构示意图；

图中槽虚线框分别表示常规端和异线端；

图2为实施例以三相线中的A相波绕线圈两条支路布线的示意图；

图3为图2中Ⅰ处的交叉绕线部绕线放大图；

图4为图2中Ⅱ处的跳位绕线部绕线放大图；

图5为图2中Ⅲ处常规端绕线放大图；

图6为本发明的扁线多股联结连续波绕组结构的A相A1支路单层波绕线圈多股联结结构图；

图7为本发明的扁线多股联结连续波绕组结构中X型联结示意图。

具体实施方式

首先需要说明，为了统一表述，本发明中三相绕组均采用ABC相进行表述。

并且为了更加清晰地表述本发明地绕线路径，在图1至图4所涉及到的波绕线圈组均为A相波绕线圈的绕制，全部附图中均不涉及B相和C相的波绕线圈组，B相波绕线圈组和C相波绕线圈组与A相波绕线圈组的绕线方式相同，区别仅在于进线端和出线端所在槽号位置不同，例如，如图2所示，A相两条并联支路共两根导线进线端的槽号分别记为1槽、2槽，B相可以是3槽、4槽，C相可以是5槽、6槽。不再一一列举。

实施例1

参照图1至图5，本实施例以48槽8极，每槽6根导线为例进行说明，每极每相槽数为2，每槽导体数为6，A相绕组展开图如2至图5所示，此时扁线多股联结连续波绕组结构的绕制层数P＝2N＝6，即N＝3，A相波绕线圈组极距T为6，整节距数y＝6，短节距数y₁＝5、长节距数y₂＝7。

实施例2

结合图2可知，本实施例对A相绕线方式说明，A相绕线组通过A1、A2两根导线进行绕制，其进线端为图2中六层的A1、A2标注的位置，出线端为图2中一层的A1’、A2’标注的位置，进线端出线端都集中在异线端一侧，且进线端和出线端加上槽内导体整体就形成了多层S形波绕组，在每层S形波绕线圈中设置有交叉绕线部和跳位绕线部。跳位绕线部的设计能平衡上下层扁线连续波绕组磁动势与相位差，削弱了绕组中的各次谐波分量，能够实现了短距的效果；交叉绕线部处使两并联支路交换节距排列，以此达到各并联支路对称并均匀分布，对于电机转矩脉动所带来的噪音问题有所缓解。

实施例3

常规绕线时两并联支路分别采用y₁、y₂节距连接，在经过交叉绕线部后，两并联支路交换节距进行连接，默认上文所述的绕制节距均为常规端导体所跨槽数。如图2和图5所示，图5为图2中Ⅲ处的放大图，为常规端绕线方式，每层A1支路在交叉绕线部前的常规端绕制节距为y₂，异线端绕制节距为y₁，即上层A1支路导线通过的槽分别为1→8→13→20；在经过交叉绕线部后每层A1支路在常规端的绕制节距变为了y₁，异线端绕制节距变为y₂，即上层A1支路导线在交叉绕线部后所通过的槽分别为26→31→38→43；

A2支路在Ⅲ处的绕制规律也同理，每层A2支路在交叉绕线部前的常规端绕制节距为y₁，异线端绕制节距为y₂，即上层A2支路导线通过的槽分别为2→7→14→19；在经过交叉绕线部后每层A2支路在常规端的绕制节距变为了y₂，异线端绕制节距变为y₁，即上层A2支路导线在交叉绕线部后所通过的槽分别为25→32→37→44。

实施例4

交叉绕线部处两根导线的节距均为y＝6，如图2和图3所示，图2中框出的位置即为交叉绕线部，以图2中Ⅰ处为例进行说明，上层A1支路导线通过的槽分别为20→26，即节距变为6，同理上层A2支路导线所通过的槽分别为19→25，两并联支路两根导线从一长一短两节距共同绕制到通过交叉绕线部，完成交叉绕线交换节距，之后又恢复一长一短两节距交替共同绕制，上层A1支路导线通过的槽分别为26→31的节距变为5，A2支路的导线通过的槽分别为25→32的节距变为7。

实施例5

跳位绕线部的节距y₂＝7，如图2和图4所示，A1、A2两根导线在第N层处共同进行一次跳位，图2中II处的位置即为跳位绕线部，通过图2和图4能够清晰的看到跳位的导线所通过的槽，A1支路导线通过的槽分别为43→2→9，从43槽到2槽的节距为y₂＝7，从而完成跳位，之后继续恢复y₁、y₂交换节距绕制。同理，A2支路导线通过的槽分别为44→3→8，A相绕线组的两根导线均在三层和四层的连接处进行跳位，即节距为y₂＝7的跳位，之后恢复正常绕制。

实施例6

除跳位绕线部外，每层S型波绕线圈连接下一层S型波绕线圈的衔接处的跨层绕线与交叉绕线部相同，均采用y＝6节距进行跨层绕制，如图2所示第1层至第2层衔接处、第2层至第3层衔接处、第4层至第5层衔接处、第5层至第6层衔接处即为y＝6节距的跨层绕制，上层波绕线圈跨层的槽号相同，下层波绕线圈跨层槽号也相同，以上层波绕线圈为例，A1支路导线通过的槽分别为43→1→8，同理，A2支路导线通过的槽分别为44→2→7，在每层与下一层衔接处跨层绕制后，恢复正常绕制。

实施例7

通过交叉绕线部的设计，平衡绕组的相位差，并且采用各并联支路不同节距，各支路波绕线圈径向延伸长度相同，轴向延伸高度不同的方式，扩充了并联支路数，相较于现有扁线Hair-pin、I-pin、X-pin且并联支路数低的扁线绕组，能够通过连续波绕的设计，避免焊点的产生且扩充了并联支路数，达到更高功率的目标。

并且跳位绕线部的设计能够将绕组分为上下两层，使绕组磁势分布达到短距的效果，削弱了谐波分量，使电机转矩脉动更小，输出特性更加优异。

本发明未尽事宜为公知技术。

实施例8

本发明中的多股联结连续波绕组的X形联结结构示意图如图7所示，每层波绕线圈由四根股线并绕而成，以A相一支路中的1号槽为例，将1号槽中的扁线绕组从一层到六层分别命名为1-1-1…1-6-4，1-1-1的含义为：第一个1代表1号槽，第二个1是1号槽里第一层的意思，第三个1是第一根股线，其8号槽同理，所有命名的标记含义相同。以虚线框出的六层为例，1号槽六层的股线1连接至8号槽六层的股线2，即1-6-1连接至8-6-2，其余股线同理为1-6-2连接至8-6-1、1-6-3连接至8-6-4、1-6-4连接至8-6-3。

实施例9

本实施例扁线多股联结连续波绕组结构，对X型联结的联结形式进行有限元仿真，仿真计算结果如表1所示，采用多股联结连续波绕组的绕组铜耗相较于原扁线绕组在基频工况下降低18.6％的绕组铜耗，其在高频工况下相较于原扁线绕组能够降低45.2％的绕组铜耗，由此可以看出采用多股联结连续波绕组相较原电机传统扁线发卡绕组能够有效降低交流损耗，在高频工况下的降损效果更为显著。

表1、采用扁线多股联结连续波绕组结构前后绕组铜耗对比

例如，在一种可替换的实施方式中，N和y的取值显然可以根据实际需要灵活选取，相应地跳位绕线部和交叉绕线部的结构设计可以相应地调整以适应不同的电机设计使用，但这些方案均为本发明的简单变形与延伸，这些设计并不偏离本发明的设计原理。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (10)

1.一种扁线多股联结连续波绕组结构，所述连续波绕组整体为多层S型波绕线圈，其特征在于：包含常规端、异线端以及连接其所述常规端与所述异线端之间的槽内线圈，每一层波绕线圈均从槽口到槽底沿径向方向上均匀排列在槽中；

每个槽中的每一层波绕线圈连接另一槽中对应的同层波绕线圈，在径向方向上无距离差，且每个槽中的每一层波绕线圈均由四根股线并绕而成，两个相连槽中同层波绕线圈的四根股线采用X型联结式连接。

2.根据权利要求1所述一种扁线多股联结连续波绕组结构，其特征在于：所述连续波绕组的绕组层数为P，P为偶数，每个槽与其相连的另一个槽之间具有三种节距，分别为整节距数y、短节距数y₁和长节距数y₂，所述极距为T，其中，N、T和y均为大于等于1的自然数，其满足以下关系：

P＝2N；

y＝T；

y₁＝T-1；

y_2＝T+1。

3.根据权利要求1所述一种扁线多股联结连续波绕组结构，其特征在于：所述的扁线连续波绕组的异线端布置有交叉绕线部和跳位绕线部，常规端均为每层波绕线按对应节距跨槽绕制。

4.根据权利要求1或3所述一种扁线多股联结连续波绕组结构，其特征在于：所述异线端的第N层和第N+1层的波绕线圈连接处设置有跳位绕线部，在所述跳位绕线部处每相导线节距采用y₂形式排列，且所述异线端的每层波绕线圈中还设置有交叉绕线部，在所述交叉绕线部处，每相连续波绕组内的线圈节距采用y形式排列。

5.根据权利要求1所述一种扁线多股联结连续波绕组结构，其特征在于：所述扁线连续波绕组当并联支路数为2时，两个并联支路先采用y₁、y₂节距排列，经过交叉绕线部后，两个并联支路变为y₂、y₁节距排列，此种排列方式使的S层波绕线圈在圆周方向上同层连接，每一个并联支路轴向方向上延伸高度不同。

6.根据权利要求1所述一种扁线多股联结连续波绕组结构，其特征在于：所述扁线连续波绕组当并联支路数为3时，当一个并联支路的每层波绕线圈采用y₁、y₂两种节距中的一种节距数排列时，其相邻的另一个并联支路采用y节距进行排列，剩余的并联支路采用y₁、y₂两种节距中的一种节距进行排列，经过交叉绕线部后，采用y₁、y₂节距排列的两并联支路交换节距进行排列，采用y节距的并联支路保持不变，此种排列方式使的S层波绕线圈在圆周方向上同层连接，每一个并联支路轴向方向上延伸高度不同。

7.根据权利要求1所述一种扁线多股联结连续波绕组结构，其特征在于：所述扁线连续波绕组结构的每相波绕组导线彼此并联，所述并联形式采用星形连接或三角形连接。

8.根据权利要求1所述一种扁线多股联结连续波绕组结构，其特征在于：所述扁线连续波绕组并联支路数量为2个或3个。

9.根据权利要求1所述一种扁线多股联结连续波绕组结构，其特征在于：所述扁线连续波绕组的每相波绕线圈组内的导线均为完整的四根导线，所述的多层S型波绕线圈内均未出现焊点。

10.根据权利要求1所述一种扁线多股联结连续波绕组结构，其特征在于：所述多层扁线连续波绕组的每相每层波绕线圈均采用同种节距变化排列。