CN218771485U - 一种多层扁线绕组及定子组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多层扁线绕组及定子组件，其中，多层扁线绕组安装于电机定子的铁芯槽内，包括至少两层同心设置的子绕组，子绕组的支腿位于相邻的第N层和第N+1层，N为奇数；每个子绕组均包括在周向上错位一个磁极位置设置的第一导体组和第二导体组，相邻两层子绕组的第一导体组之间串接有节距为Y+1的长距串接发卡，相邻两层子绕组的第二导体组之间串接有节距为Y‑1的短距串接发卡。本实用新型多层扁线绕组及定子组件均具有结构设计巧妙，减少多层跨接发卡，有利于实现产品系列化，缩短研发周期等优点。

Description

一种多层扁线绕组及定子组件

技术领域

本实用新型涉及永磁电机技术领域，特别的涉及一种多层扁线绕组及定子组件。

背景技术

随着新能源汽车驱动电机对转矩密度和功率密度的要求骤增，驱动电机也呈现出扁线化的趋势。电机定子绕组采用扁线方式，大大增加槽满率的同时，也实现了槽内绕组的良好散热。电机扁线绕组通常采用波绕组的形式，可同时采用不同节距满足绕线的布置、绝缘等。常见的定子绕组的扁线形式有Hairpin结构、I-pin结构及连续波绕的结构，现在比较成熟的为前两种。常见的定子绕组扁线层数也根据制造工艺的复杂程度存在2层、4层、5层、6层、7层、8层、10层、12层等更多层数。现有的多层扁线绕组为了让分属同一相的发卡能够相互连接，大多需要使用至少一种两支腿跨接3层以上的发卡，即发卡的两个支腿所在层相隔3层以上，从而增加发卡的种类。同时，对于不同层数的绕组，需要重新设计，研发周期长，无法实现系列化。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种结构设计巧妙，减少多层跨接发卡，有利于实现产品系列化，缩短研发周期的多层扁线绕组及定子组件。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种多层扁线绕组，安装于电机定子的铁芯槽内，其特征在于，包括至少两层同心设置的子绕组，所述子绕组的支腿位于相邻的第N层和第N+1层，N为奇数；每个所述子绕组均包括在周向上错位一个磁极位置设置的第一导体组和第二导体组，所述第一导体组包括两个在周向上错位一个槽位设置的导体环和一个串联在两个导体环之间的短距U形导体；所述第二导体组包括两个在周向上错位一个槽位设置的导体环和一个串联在两个导体环之间的长距U形导体；所述导体环包括p-1个在周向上依次串接的整距U形导体，相互串接的两个整距U形导体之间间隔有一个磁极位置，p为磁极对数；所述整距U形导体的节距为Y，所述短距U形导体的节距为Y-1，所述长距U形导体的节距为Y+1；相邻两层所述子绕组的第一导体组之间串接有节距为Y+1的长距串接发卡，所述长距串接发卡的支腿均位于相邻的第N+1层和第N+2层；相邻两层所述子绕组的第二导体组之间串接有节距为Y-1的短距串接发卡，所述短距串接发卡的支腿位于相邻的第N+1层和第N+2层。

上述结构中，每层子绕组占据定子槽中相邻的2层，而子绕组同心设置至少2层，对于k （k≥2）层子绕组的多层扁线绕组，定子槽内的扁线层数为2k层，即4层以上的偶数层。将相邻两层子绕组的第一导体组通过长距串接发卡相连，相邻两层子绕组的第二导体组通过短距串接发卡相连，使得所有的第一导体组相互之间串联，所有第二导体组相互之间串联。由于子绕组占据定子槽的2层，构成子绕组的第一导体组和第二导体组的发卡的两支腿也均位于相邻两层，而串接在相邻两个第一导体组的长距串接发卡和串接在相邻两个第二导体组的短距串接发卡都占据相邻两个子绕组之间相邻的两层上，即所有发卡的两支腿都在相邻的两层，减少了发卡的种类，降低加工成本。而且多层绕组只需要增加同心设置的子绕组层数，然后通过长距串接发卡和短距串接发卡进行串接即可，无需重新设计，设计周期短，易于实现产品的系列化设计。

进一步的，位于最内层或最外层的所述子绕组的第一导体组和第二导体组之间串接有反向导体。

这样，通过在最内层或最外层的第一导体组和第二导体组之间串接反向导体，使得电流由最内层或最外层的子绕组的第一导体组进入，通过长距串接发卡依次同向流过相邻的第一导体组，再由反向导体连接到最外层或最内层的子绕组的第二导体组，电流经过反向导体进入第二导体组后在定子周向上反向，再通过短距串接发卡依次同向流过相邻的第二导体组，实现一支路的串接。

进一步的，所述反向导体包括两个扭转方向一致且均位于最内层或最外层的第一S形导体，所述第一S形导体包括一个穿设在铁芯槽内的槽内部，和朝相反方向扭转设置在槽内部两端的焊接端和插线端；两个所述第一S形导体的插线端之间串接有跨接导体。

进一步的，所述反向导体为两支腿均位于最外层或最内层的偏U形导体，所述偏U形导体包括两个穿设在铁芯槽内的槽内部，和朝相反方向扭转设置的对应槽内部两端的焊接端和插线端；两个所述槽内部的插线端朝向相同方向扭转，并通过一体成型的导体相连。

进一步的，所述反向导体的两个所述槽内部的跨距为Y+nQ/p或Y+nQ/p +2，其中，0≤n≤p，Q为总槽数。

进一步的，位于最内层或最外层的所述子绕组的所述第一导体组和第二导体组的另一端各连接有一个第二S形导体，所述第二S形导体包括一个穿设在铁芯槽内的槽内部，和朝相反方向扭转设置在槽内部两端的焊接端和插线端；两个第二S形导体的焊接端的扭转方向相同。

进一步的，两个所述第二S形导体的槽内部的跨距为Y+nQ/p+2或Y+nQ/p，其中，0≤n≤p，Q为总槽数。

进一步的，位于最外层或最内层的所述第一导体组与位于最内层或最外层的所述第二导体组上均串接有第三S型导体，所述第三S型导体包括一个穿设在铁芯槽内的槽内部，和朝相反方向扭转设置在槽内部两端的焊接端和插线端，两个所述第三S型导体的焊接端分别串接对应的所述第一导体组或第二导体组，且插线端并联设置。

这样，所有的第一导体组串联后形成一个支路，所有的第二导体组串联后形成另一支路，并通过并联设置的第三S型导体并联成两支路，如此一来，针对多层扁线结构的两支路相绕组，也可以通过长距串接发卡和短距串接发卡进行多层子绕组的扩展，实现系列化。

进一步的，所述整距U形导体、短距U形导体、长距U形导体、长距串接发卡和短距串接发卡均为劈拉式发卡导体。

这样，由于所有发卡的支脚都在相邻两层内，发卡之间的区别仅仅在于跨区，采用劈拉成型工艺，就可以采用一套劈拉成型设备使用不同参数直接劈拉成型，而无需重新调试设备，有利于节省生产成本和提高产生效率。

一种定子组件，其特征在于，包括定子铁芯和如上所述的多层扁线绕组，所述定子铁芯中设置有若干个定子槽，所述多层扁线绕组嵌设在所述定子槽内。

一种电机，其特征在于，包括如上所述的定子组件。

综上所述，本实用新型多层扁线绕组及定子组件均具有结构设计巧妙，减少多层跨接发卡，有利于实现产品系列化，缩短研发周期等优点。

附图说明

图1为实施例1中定子结构的结构示意图。

图2为图1中多层扁线绕组的结构示意图。

图3为一相多层扁线绕组的结构示意图。

图4为图3中的两层子绕组的分解结构示意图。

图5为图4中外层子绕组的分解结构示意图。

图6为图5中第一导体组的分解结构示意图。

图7为图5中第二导体组的分解结构示意图。

图8为串联设置的第一导体组的分解结构示意图。

图9为串联设置的第二导体组的分解结构示意图。

图10为反向导体26的结构示意图。

图11为反向导体26的另一种结构示意图。

图12为本实施例中扁线发卡的连接简图。

图13为六线一支路扁线发卡的连接简图。

图14为实施例2的一相多层扁线绕组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1和图2所示，一种定子结构，该定子结构包括定子铁芯10和多层扁线绕组20，定子铁芯10具有多个沿周向按预定槽间距间隔布置的铁芯槽11，多层扁线绕组20穿设在铁芯槽11内，且多层扁线绕组20为三相。

本实施例的每一相所述多层扁线绕组20均包括两层同心设置的子绕组2，所述子绕组2的支腿位于相邻的第N层和第N+1层，N为奇数；如图3和图4所示，位于外层的子绕组2的支腿位于相邻的第1层和第2层（由外向内），位于内层的子绕组2的支腿位于相邻的第3层和第4层（由外向内）。

如图4和图5所示，每个所述子绕组2均包括在周向上错位一个磁极位置设置的第一导体组21和第二导体组22，所述第一导体组21包括两个在周向上错位一个槽位设置的导体环23和一个串联在两个导体环23之间的短距U形导体24，如图6所示。所述第二导体组22包括两个在周向上错位一个槽位设置的导体环23和一个串联在两个导体环23之间的长距U形导体25，如图7所示。所述导体环23包括p-1个在周向上依次串接的整距U形导体，相互串接的两个整距U形导体之间间隔有一个磁极位置，p为磁极对数；所述整距U形导体的节距为Y，所述短距U形导体24的节距为Y-1，所述长距U形导体25的节距为Y+1；如图6和图7所示，本实施例中，磁极对数为4，导体环23由3个在周向上依次串接的整距U形导体组成。

如图8所示，相邻两层所述子绕组2的第一导体组21之间串接有节距为Y+1的长距串接发卡27，所述长距串接发卡27的支腿均位于相邻的第N+1层和第N+2层；

如图9所示，相邻两层所述子绕组2的第二导体组22之间串接有节距为Y-1的短距串接发卡28，所述短距串接发卡28的支腿位于相邻的第N+1层和第N+2层。

本实施例中，由于子绕组2设置有两层，两层子绕组的相邻层为第2层和第3层，即长距串接发卡27的两个支腿和所述短距串接发卡28的两个支腿均分别位于第2层和第3层。

另外，如图3、图8和图9所示，位于最内层的所述子绕组2的第一导体组21和第二导体组22之间串接有反向导体26。

本实施例中，所述反向导体26为两支腿均位于最内层的偏U形导体，如图10所示，所述偏U形导体包括两个穿设在铁芯槽11内的槽内部31，和朝相反方向扭转设置的对应槽内部31两端的焊接端32和插线端33；两个所述槽内部31的插线端33朝向相同方向扭转，并通过一体成型的导体相连，所述反向导体26的两个所述槽内部31的跨距为Y，即n=0。

当然，在具体实施的时候，反向导体26还可以采用如图11所示的结构，即包括两个扭转方向一致且均位于最内层或最外层的第一S形导体261，所述第一S形导体包括一个穿设在铁芯槽11内的槽内部31，和朝相反方向扭转设置在槽内部31两端的焊接端32和插线端33；两个所述第一S形导体的插线端33之间串接有跨接导体262。

本实施例中，位于最外层的所述子绕组2的所述第一导体组21和第二导体组22的另一端各连接有一个第二S形导体，所述第二S形导体包括一个穿设在铁芯槽11内的槽内部31，和朝相反方向扭转设置在槽内部31两端的焊接端32和插线端33；两个第二S形导体的焊接端32的扭转方向相同，两个所述第二S形导体的槽内部31的跨距为Y+2，即n=0。

具体实施时，还可以将反向导体26设置在最外层，且槽内部31的跨距为Y+2；将两个第二S形导体设置在最内层，且槽内部31的跨距为Y。

另外，在具体实施时，还可以将内层子绕组在周向上相对于外层子绕组旋转2n个磁极位置，0≤n≤p，p为磁极对数，这样，反向导体26的一个支腿（外层子绕组上）位置不变，另一个支腿（内层子绕组上）沿周向相对移动了nQ/p个槽，即反向导体26的跨距由本实施例的Y变成Y+nQ/p。同理，对应的两个第二S形导体的槽内部31的跨距为Y+nQ/p+2。

同时，本实施例中，所述整距U形导体、短距U形导体24、长距U形导体25、长距串接发卡27和短距串接发卡28均为劈拉式发卡导体。

这样，由于所有发卡的支脚都在相邻两层内，发卡之间的区别仅仅在于跨区，采用劈拉成型工艺，就可以采用一套劈拉成型设备使用不同参数直接劈拉成型，而无需重新调试设备，有利于节省生产成本和提高产生效率。

如图12所示，图中从上往下依次为由外向内设置的第一层子绕组和第二层子绕组，图中左侧为第一导体组，右侧为第二导体组，从图中可以看出，电流从第一层子绕组的第一导体组接入，在第一导体组内沿绕组的逆时针方向（从顶部看）流动，再通过长距串接发卡27后接入第二层子绕组的第一导体组并继续沿逆时针方向流动，并通过反向导体26接入第二层子绕组的第二导体组，电流接入第二导体组后沿顺时针方向流动，再通过短距串接发卡28后接入第一层子绕组的第二导体组，继续沿顺时针方向流动，形成四线一支路。

而对于六层扁线绕组而言，只需增加一层子绕组，就可以构成六线一支路，如图13所示。

实施例2：

与实施例1的主要区别在于：如图13所示，位于最外层或最内层的所述第一导体组与位于最内层或最外层的所述第二导体组上均串接有第三S型导体29，所述第三S型导体29包括一个穿设在铁芯槽11内的槽内部31，和朝相反方向扭转设置在槽内部31两端的焊接端32和插线端33，两个所述第三S型导体29的焊接端分别串接对应的所述第一导体组或第二导体组，且插线端33并联设置。

这样，所有的第一导体组串联后形成一个支路，所有的第二导体组串联后形成另一支路，并通过并联设置的第三S型导体并联成两支路，如此一来，针对多层扁线结构的两支路相绕组，也可以通过长距串接发卡和短距串接发卡进行多层子绕组的扩展，实现系列化。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不以本实用新型为限制，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层扁线绕组，安装于电机定子的铁芯槽（11）内，其特征在于，包括至少两层同心设置的子绕组（2），所述子绕组（2）的支腿位于相邻的第N层和第N+1层，N为奇数；每个所述子绕组（2）均包括在周向上错位一个磁极位置设置的第一导体组（21）和第二导体组（22），所述第一导体组（21）包括两个在周向上错位一个槽位设置的导体环（23）和一个串联在两个导体环（23）之间的短距U形导体（24）；所述第二导体组（22）包括两个在周向上错位一个槽位设置的导体环（23）和一个串联在两个导体环（23）之间的长距U形导体（25）；所述导体环（23）包括p-1个在周向上依次串接的整距U形导体，相互串接的两个整距U形导体之间间隔有一个磁极位置，p为磁极对数；所述整距U形导体的节距为Y，所述短距U形导体（24）的节距为Y-1，所述长距U形导体（25）的节距为Y+1；相邻两层所述子绕组（2）的第一导体组（21）之间串接有节距为Y+1的长距串接发卡（27），所述长距串接发卡（27）的支腿均位于相邻的第N+1层和第N+2层；相邻两层所述子绕组（2）的第二导体组（22）之间串接有节距为Y-1的短距串接发卡（28），所述短距串接发卡（28）的支腿位于相邻的第N+1层和第N+2层。

2.如权利要求1所述的多层扁线绕组，其特征在于，位于最内层或最外层的所述子绕组（2）的第一导体组（21）和第二导体组（22）之间串接有反向导体（26）。

3.如权利要求2所述的多层扁线绕组，其特征在于，所述反向导体（26）包括两个扭转方向一致且均位于最内层或最外层的第一S形导体（261），所述第一S形导体包括一个穿设在铁芯槽（11）内的槽内部（31），和朝相反方向扭转设置在槽内部（31）两端的焊接端（32）和插线端（33）；两个所述第一S形导体的插线端（33）之间串接有跨接导体（262）。

4.如权利要求2所述的多层扁线绕组，其特征在于，所述反向导体（26）为两支腿均位于最外层或最内层的偏U形导体，所述偏U形导体包括两个穿设在铁芯槽（11）内的槽内部（31），和朝相反方向扭转设置的对应槽内部（31）两端的焊接端（32）和插线端（33）；两个所述槽内部（31）的插线端（33）朝向相同方向扭转，并通过一体成型的导体相连。

5.如权利要求3或4所述的多层扁线绕组，其特征在于，所述反向导体（26）的两个所述槽内部（31）的跨距为Y+nQ/p或Y+nQ/p +2，其中，0≤n≤p，Q为总槽数。

6.如权利要求1所述的多层扁线绕组，其特征在于，位于最内层或最外层的所述子绕组（2）的所述第一导体组（21）和第二导体组（22）的另一端各连接有一个第二S形导体，所述第二S形导体包括一个穿设在铁芯槽（11）内的槽内部（31），和朝相反方向扭转设置在槽内部（31）两端的焊接端（32）和插线端（33）；两个第二S形导体的焊接端（32）的扭转方向相同。

7.如权利要求6所述的多层扁线绕组，其特征在于，两个所述第二S形导体的槽内部（31）的跨距为Y+nQ/p+2或Y+nQ/p，其中，0≤n≤p，Q为总槽数。

8.如权利要求1所述的多层扁线绕组，其特征在于，位于最外层或最内层的所述第一导体组与位于最内层或最外层的所述第二导体组上均串接有第三S型导体（29），所述第三S型导体（29）包括一个穿设在铁芯槽（11）内的槽内部（31），和朝相反方向扭转设置在槽内部（31）两端的焊接端（32）和插线端（33），两个所述第三S型导体（29）的焊接端分别串接对应的所述第一导体组或第二导体组，且插线端（33）并联设置。

9.如权利要求1所述的多层扁线绕组，其特征在于，所述整距U形导体、短距U形导体（24）、长距U形导体（25）、长距串接发卡（27）和短距串接发卡（28）均为劈拉式发卡导体。

10.一种定子组件，其特征在于，包括定子铁芯和如权利要求1～9中任一项所述的多层扁线绕组，所述定子铁芯中设置有若干个定子槽，所述多层扁线绕组嵌设在所述定子槽内。

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