CN215300307U - 扁线绕组结构及包括其的定子及电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种扁线绕组结构及包括其的定子及电机,所述扁线绕组结构布设在定子铁芯中,且所述定子铁芯的齿部开设有多个线槽,每个所述线槽设有多个径向排列且为偶数个的安装位以用于容纳多根所述扁线线圈导体的插脚,其中所述扁线绕组结构包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组,且每一相绕组均包括四个并联支路,所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组均为双层绕组结构;在绕所述定子铁芯绕线的一圈中,每个所述并联支路自一个线槽的上层引入,自另一线槽的下层引出,且同一相绕组的两个不同并联支路在所述线槽内交叠形成所述双层绕组结构。本实用新型所涉及的电机具有较好的扭矩输出性能和较高的功率因素。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动汽车中的电机领域,特别是涉及一种扁线绕组结构及包括其的定子及电机。
背景技术
随着电动汽车技术的发展,其对于驱动电机的运行性能要求越来越高。作为电动汽车的关键部件,驱动电机的输出性能直接影响整机的高效运行。
目前的扁线电机相较于传统的圆线电机,其具有槽满率较高,温度性能好以及高效区较宽的优点,其绕组一般由若干方形导体以焊接方式连接而成,且电机定子铁芯槽内方形导体数一般为2根、4根或8根,并联支路数一般为1路或者2路。
现有技术中的一种四路并联式扁线电机绕组结构,其在一定直流母线电压平台下,通过增加定子铁芯每槽导体数来减小导体高速集肤效应,改善扁线电机高速工况的温升性能,拓宽了电机方案设计阶段绕组匝数和并联支路数的选择空间,有利于优化电机设计方案,以更好地满足电机性能和温升要求。但是,该类型的绕组结构为单层布置,电机绕线端部高度较高,铜耗相对较高,不符合目前电动汽车对驱动电机的高性能要求。
因此,亟待一种双层扁线绕组结构,使得电机具有较好的扭矩输出性能和较高的功率因素。
实用新型内容
本实用新型提供了一种扁线绕组结构及包括其的定子及电机,用于提高现有扁线绕组电机扭矩输出性能和功率因素低的问题。
为了解决上述技术问题,本实用新型的第一方面提供一种扁线绕组结构,布设在定子铁芯中,且所述定子铁芯的齿部开设有多个线槽,每个所述线槽设有多个径向排列且为偶数个的安装位以用于容纳多根所述扁线线圈导体的插脚,其特征在于:所述扁线绕组结构包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组,且每一相绕组均包括四个并联支路,所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组均为双层绕组结构;在绕所述定子铁芯绕线的一圈中,每个所述并联支路自一个线槽的上层引入,自另一线槽的下层引出,且同一相绕组的两个不同并联支路在所述线槽内交叠形成所述双层绕组结构。
优选地,所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的各个并联支路均由跨距为6个线槽或者跨距为7个线槽的扁线线圈导体交替连接而成,以避免不同并联支路间产生循环电流。
优选地,每一所述并联支路绕所述定子铁心的圈数为n,其中:当n为偶数时,每一所述并联支路的第1至和至n圈自一个线槽的上层引入,并跨6个线槽从另一线槽的下层引出;每一所述并联支路的第至圈自一个线槽的上层引入,并跨7个线槽从另一线槽的下层引出;当n为奇数时,每一所述并联支路的第1至和至n圈自一个线槽的上层引入,并跨6个线槽从另一线槽的下层引出;每一所述并联支路的第至或至圈,自一个线槽的上层引入,并跨7个线槽从另一线槽的下层引出。
优选地,每一所述线槽设置有12个用于容纳所述扁线线圈导体的安装位,穿过所述每一个线槽12个安装位的扁线线圈导体分别属于至少两个并联支路。
本实用新型的第二方面提供了一种定子,包括定子铁芯和如上所述的扁线绕组结构;所述定子铁芯轴向一端为绕组发卡端,轴向另一端为绕组焊接端;所述扁线绕组结构布置在开设有多个线槽的所述定子铁芯内,所述扁线线圈导体插入所述线槽内以完成所述扁线绕组结构的布置。
优选地,所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组均分别包括第一并联支路、第二并联支路、第三并联支路以及第四并联支路,三相绕组引出线和星点线的相对位置如下:所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的各个并联支路的输入引线端在所述绕组发卡端的排列依次为第一相绕组的第一并联支路、第一相绕组的第二并联支路、第二相绕组的第一并联支路、第二相绕组的第二并联支路、第三相绕组的第一并联支路、第三相绕组的第二并联支路、第一相绕组的第三并联支路、第一相绕组的第四并联支路、第二相绕组的第三并联支路、第二相绕组的第四并联支路、第三相绕组的第三并联支路以及第三相绕组的第四并联支路。
优选地,所述第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组的出线端通过汇流母排连接。
优选地,每个所述线槽内容纳有10根或10根以上的偶数数量的扁线线圈导体。
优选地,所述定子铁芯的线槽数量为48个。
本实用新型的第三方面提供了一种扁线电机,包括如上所述的定子以及一转子,所述转子同轴设置于所述定子内。
上述的扁线绕组结构,其三相绕组均为双层绕组结构,相较于现有电机的单层绕组结构,其槽满率较高,使得电机具有较小的铜耗,可以使电机在低速下能有较好的扭矩输出性能和较高的功率因素;并且该扁线绕组采用双层绕组结构能使电机端部变低和铜耗减小,提高电机整体效率区间。
附图说明
图1是本实用新型实施例中的扁线绕组结构的3D装配正向示意图;
图2是本实用新型实施例中的扁线绕组结构的3D装配轴向示意图;
图3是本实用新型实施例中的其中一个并联支路的排布走线图;
图4是本实用新型实施例中的单相绕组排布走线结构示意图;
图5是本实用新型实施例中的部分绕组示意图。
图中,
1、定子铁芯,2、扁线线圈导体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型,但不用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”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实用新型和简化描述,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实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,应当理解的是,本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语,这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本实用新型范围的情况下,“第一”信息也可以被称为“第二”信息,类似的,“第二”信息也可以被称为“第一”信息。需要说明的是,本方案附图仅为原则性系统图,并没有全部表现出本实用新型的所有零部件,在本系统中增加零部件,其核心原理仍与本方案相同。
结合图1和图2,本实用新型实施例提供了一种扁线绕组结构,其布设在定子铁芯1中,且定子铁芯1的齿部开设有多个线槽,每个线槽设有多个径向排列的安装位以用于容纳多根扁线线圈导体2的插脚;其中扁线绕组结构包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组,且每一相绕组均包括四个并联支路,第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组均为双层绕组结构;在绕定子铁芯绕线的一圈中,每个并联支路自一个线槽的上层引入,自另一线槽的下层引出,且同一相绕组的两个不同并联支路在所述线槽内交叠形成所述双层绕组结构。
为了叙述方便,将线槽中的安装位按照靠近定子铁芯的圆心方向进行升序式排序,并记为第1层、第2层、第3层、第4层……;线槽按周向顺序标记为第1线槽、第2线槽、第3线槽、第4线槽……。其中,双层绕组结构指的是同一相绕组的两个不同并联支路在线槽内交叠形成双层绕组结构。
例如,穿过第1线槽的第1层和第2层的两个并联支路在绕组结构中相互叠绕,具体是指穿过第1线槽中第1层的扁线线圈导体连接到第M(M不等于1)线槽中的第2层的扁线线圈导体,穿过第1线槽中第2层的扁线线圈导体连接到第M线槽中的第1层的扁线线圈导体;接着穿过第M线槽中第2层的扁线线圈导体连接到第L(L不等于M)线槽中第1层的扁线线圈导体,穿过第M线槽中第1层的扁线线圈导体连接到第L线槽中第2层的扁线线圈导体……依次按照以上顺序和规律连接直到走完定子铁芯上所有槽位的第1层和第2层。同一线槽中的第3层的扁线线圈导体和第4层的扁线线圈导体的连接方式与第1层的扁线线圈导体和第2层的扁线线圈导体的连接方式一样,同一线槽中的第5层的扁线线圈导体和第6层的扁线线圈导体的连接方式与第1层的扁线线圈导体和第2层的扁线线圈导体的连接方式也一样,以此类推。
值得注意的是,当第2层的扁线线圈导体按照周向顺序走完接近一圈后,第2层的扁线线圈导体会连接下一个待连接线槽中第3层的扁线线圈导体;当第4层的扁线线圈导体按照周向顺序走完接近一圈后,第4层的扁线线圈导体会连接下一个待连接线槽中的第5层的扁线线圈导体;当第6层的扁线线圈导体按照周向顺序走完接近一圈后,第6层的扁线线圈导体会连接下一个待连接线槽中的第7层的扁线线圈导体;后面的以此类推,以确保形成完整的电路回路。
另外,以上所述的扁线线圈导体均为发卡线圈,其具备一个折弯部和两个插脚。在连接的过程中,所有扁线线圈导体从定子铁芯的一端插入,其中每个扁线线圈导体的两个插脚插入所要插入的两个线槽中的安装位中。需要相互连接的两个扁线线圈导体通过插脚折弯相互连接,例如第二插脚插入第7线槽第2层的第一扁线线圈导体和第一插脚插入第13线槽第1层的第二扁线线圈导体的连接方式为:第一扁线线圈导体的第二插脚和第二扁线线圈导体的第一插脚分别弯折相抵接并通过焊接连接,以确保形成完整的电路回路。
本实用新型实施例第一方面提供的一种扁线绕组结构,由于其三相绕组均为双层绕组结构,相较于现有电机的单层绕组结构,其槽满率较高,使得电机具有较小的铜耗,可以使电机在低速下能有较好的扭矩输出性能和较高的功率因素;并且该扁线绕组采用双层扁线绕组结构能使电机端部变低和铜耗减小,提高电机整体效率区间。
进一步地,第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组的各个并联支路均由跨距为6个线槽或者跨距为7个线槽的扁线线圈导体交替连接而成,以避免不同并联支路间产生循环电流,即上述中的第1线槽和第M线槽相差6个线槽或者7个线槽,第M线槽和第L线槽相差6个线槽或者7个线槽,具体线槽数量可根据实际的槽位以及连接情况进行确定。
具体地,线槽中的安装位按照靠近定子铁芯的圆心方向进行升序式排序,其穿过中间序数的扁线线圈导体按照跨距为7个线槽的方式进行跨线,穿过其余序数的扁线线圈导体则按照跨距为6个线槽的方式进行跨线;
具体地,如果假定每一条并联支路绕定子铁心的圈数为n,则:
即如果每一个线槽设有12个安装位,则穿过某一线槽第6层和穿过下一待连接线槽第7层的扁线线圈导体(从线槽序数高的线槽连接到线槽序数低的线槽的扁线线圈导体),需要跨越7个线槽进行连接,其余情况都是按照跨越6个线槽进行连接。同样地,如果每一个线槽设有10个安装位,则穿过某一线槽第5层和穿过下一待连接线槽第6层的扁线线圈导体(从线槽序数高的线槽连接到线槽序数低的线槽的扁线线圈导体),需要跨越7个线槽进行连接,其余情况都是按照跨越6个线槽进行连接。优选地,当该定子铁芯设有48个线槽时,由于该扁线绕组结构一共有三相绕组,每个绕组一共有4个并联支路,因此跨距为7个线槽的方式在每一相绕组出现4次,三相绕组共出现12次。
需要注意的是,每一线槽设置的用于容纳扁线线圈导体的12个安装位,穿过该12个安装位的扁线线圈导体分别属于至少两个并联支路。
本实用新型实施例第二方面提供的一种定子,其包括定子铁芯1和如上所述的扁线绕组结构;定子铁芯1轴向一端为绕组发卡端,轴向的另一端为绕组焊接端;扁线绕组结构布置在开设有多个线槽的定子铁芯1内,扁线线圈导体插入线槽内以完成扁线绕组结构的布置。
进一步地,结合图5。第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组均分布包括第一并联支路、第二并联支路、第三并联支路以及第四并联支路,三相绕组引出线和星点线的相对位置如下:第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组的各个并联支路的输入引线端在绕组发卡端的排列依次为第一相绕组的第一并联支路、第一相绕组的第二并联支路、第二相绕组的第一并联支路、第二相绕组的第二并联支路、第三相绕组的第一并联支路、第三相绕组的第二并联支路、第一相绕组的第三并联支路、第一相绕组的第四并联支路、第二相绕组的第三并联支路、第二相绕组的第四并联支路、第三相绕组的第三并联支路以及第三相绕组的第四并联支路。
值得注意的是,上述绕组结构分布是本实用新型优选实施例的一种,按照本优选实施例改进的其他相似绕组结构,例如顺序依次修改为第一相绕组的第一并联支路、第一绕组的第二并联支路、第三相绕组的第三并联支路、第三相绕组的第四并联支路、第二相绕组的第一并联支路、第二相绕组的第二并联支路、第一相绕组的第三并联支路、第一相绕组的第四并联支路、第三相绕组的第一并联支路、第三相绕组的第二并联支路、第二相绕组的第三并联支路,以及第二相绕组的第四并联支路;
或者,顺序依次修改为第一相绕组的第一并联支路、第二并联支路、第三并联支路和第四并联支路;第三相绕组的的第一并联支路、第二并联支路、第三并联支路和第四并联支路;以及第二相绕组的第一并联支路、第二并联支路、第三并联支路和第四并联支路的连接方式由于与本实用新型实施例思路相似,也属于本实用新型的保护范围。
进一步地,三相绕组的出线端通过焊接汇流母排或者母排注塑件进行输出,其具有更好的装配可行性。
进一步地,每个线槽可容纳10根或10根以上的偶数扁线线圈导体,本实施例优选为12根。
进一步地,定子铁芯的线槽数量为48个。
下面以线槽数量为48个,每个线槽设有12个安装位、每相并联支路数量为4路的定子为例,叙述本实用新型具体实施例的结构组成。同样为了叙述方便,将线槽中的安装位按照靠近定子铁芯的圆心方向进行升序式排序,并记为第1层、第2层……第11层、第12层;线槽按周向顺序标记为第1线槽、第2线槽……第47线槽、第48线槽;同样为了区分不同的扁线线圈导体,给每个扁线线圈导体标记为#1、#2、#3、#4……
结合图3和图4,具体叙述其中一个并联支路的连接情况:该并联支路从第1线槽的第1层开始,#1扁线线圈导体的第一插脚插入到第1线槽的第1层,第二插脚插入到第7线槽的第2层;接着,#2扁线线圈导体的第一插脚插入到第13线槽的第1层,第二插脚插入到第19线槽的第2层,#1扁线线圈导体的第二插脚和#2扁线线圈导体的第一插脚在定子铁芯的另一端面通过折弯插脚并相互焊接;接着,#3扁线线圈导体的第一插脚插入到第25线槽的第1层,第二插脚插入到第31线槽的第2层,#2扁线线圈导体的第二插脚和#3扁线线圈导体的第一插脚在定子铁芯的另一端面通过折弯插脚并相互焊接;接着,#4扁线线圈导体的第一插脚插入到第37线槽的第1层,第二插脚插入到第43线槽的第2层,#3扁线线圈导体的第二插脚和#4扁线线圈导体的第一插脚在定子铁芯的另一端面通过折弯插脚并相互焊接……在#4扁线线圈导体穿过第43线槽的第2层后,由于剩余的槽位数量无法再提供按照以上连接方式连接的槽位,因此#5扁线线圈导体的第一插脚插入到第1线槽的第3层,第二插脚插入到第7线槽的第4层,#4扁线线圈导体的第二插脚和#5扁线线圈导体的第一插脚在定子铁芯的另一端面通过折弯插脚并相互焊接……接下来的连接方式,以此类推地采用该双层叠绕的方式进行接线。
特别地,在#N扁线线圈导体的第一插脚插入到第37线槽的第5层,第二插脚插入到第43线槽的第6层后,#N+1扁线线圈导体的第一插脚需要插入到第2线槽的第7层,第二插脚插入到第8线槽的第8层,#N扁线线圈导体的第二插脚和#N+1扁线线圈导体的第一插脚在定子铁芯的另一端面通过折弯插脚并相互焊接;即#N扁线线圈导体的第二插脚所在的线槽与#N+1扁线线圈导体的第一插脚所在的线槽相差了7个线槽位,而不是6个线槽位。该设置有利于避免不同并联支路间的循环电流。
接着,后续的连接方式与上方所述的连接规律类似,采用跨距为6个线槽位的方式连接,直到连接到第44线槽的第12层才结束。通过以上叙述,不难看出该并联支路的接线引出是在第1线槽的第1层和第44线槽的第12层。
以上所述为某一相绕组其中一个并联支路的连接方式,该相绕组的其他并联支路或者其他相绕组的并联支路连接方式,与上述连接方式类似,不同之处在于连接的安装位和接线引出所在的安装位不同。
本实用新型实施例第三方面提供的一种电机,包括如上所述的定子以及一转子,该转子同轴设置于定子内。该电机由于采取本实用新型实施例第一方面提供的扁线绕组结构,在不同扁线线圈导体的第二插脚和第一插脚相互折弯焊接时,其端部可以比现有技术中的单层扁线绕组结构的端部更低,具体地,现有技术中的单层扁线绕组结构在不同扁线线圈导体插脚折弯焊接时,由于工艺要求,至少需要跨7个线槽;本实施例所涉及的扁线绕组结构则采用跨距为6个线槽或7个线槽的方式,比现有技术的端高至少降低了10%,因此本实施例涉及的电机具备在低速下能有较好的扭矩输出性能和拥有较高的功率因素,使得电机在输出的同时具有较好的效率性能。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种扁线绕组结构,布设在定子铁芯中,且所述定子铁芯的齿部开设有多个线槽,每个所述线槽设有多个径向排列且为偶数个的安装位以用于容纳多根扁线线圈导体的插脚,其特征在于:所述扁线绕组结构包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组,且每一相绕组均包括四个并联支路,所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组均为双层绕组结构;
在绕所述定子铁芯绕线的一圈中,每个所述并联支路自一个线槽的上层引入,自另一线槽的下层引出,且同一相绕组的两个不同并联支路在所述线槽内交叠形成所述双层绕组结构。
2.如权利要求1所述的扁线绕组结构,其特征在于:所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的各个并联支路均由跨距为6个线槽或者跨距为7个线槽的扁线线圈导体交替连接而成,以避免不同并联支路间产生循环电流。
4.如权利要求3所述的扁线绕组结构,其特征在于:每一所述线槽设置有12个用于容纳所述扁线线圈导体的安装位,穿过所述每一个线槽12个安装位的扁线线圈导体分别属于至少两个并联支路。
5.一种定子,其特征在于,包括定子铁芯和权利要求1-4任一项所述的扁线绕组结构;所述定子铁芯轴向一端为绕组发卡端,轴向另一端为绕组焊接端;所述扁线绕组结构布置在开设有多个线槽的所述定子铁芯内,所述扁线线圈导体插入所述线槽内以完成所述扁线绕组结构的布置。
6.如权利要求5所述的定子,其特征在于:所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组均分别包括第一并联支路、第二并联支路、第三并联支路以及第四并联支路,三相绕组引出线和星点线的相对位置如下:
所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的各个并联支路的输入引线端在所述绕组发卡端的排列依次为第一相绕组的第一并联支路、第一相绕组的第二并联支路、第二相绕组的第一并联支路、第二相绕组的第二并联支路、第三相绕组的第一并联支路、第三相绕组的第二并联支路、第一相绕组的第三并联支路、第一相绕组的第四并联支路、第二相绕组的第三并联支路、第二相绕组的第四并联支路、第三相绕组的第三并联支路以及第三相绕组的第四并联支路。
7.如权利要求6所述的定子,其特征在于:所述第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组的出线端通过汇流母排连接。
8.如权利要求5所述的定子,其特征在于:每个所述线槽内容纳有10根或10根以上的偶数数量的扁线线圈导体。
9.如权利要求5所述的定子,其特征在于:所述定子铁芯的线槽数量为48个。
10.一种电机,其特征在于,包括如权利要求5-9任一项所述的定子。
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Cited By (2)
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