CN111446797A - 扁线连续波绕组、定子及电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于试验设备技术领域，具体提供一种扁线连续波绕组、定子及电机。本发明旨在解决现有技术中扁线电机焊点较多导致的生产困难且易损坏的问题，本发明的扁线连续波绕组包括进线端、出线端以及位于进线端与出线端之间的S形波绕线，扁线连续波绕组的绕制层数为2N，节距为y，扁线连续波绕组的第N层和第N+1层的衔接处设置有跳位绕线部，在跳位绕线部处每相导线组节距为y+1，其中，N和y均为大于等于1的自然数。本发明的扁线连续波绕组采用了扁线连续绕制的方案减少了焊点。

Description

扁线连续波绕组、定子及电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体提供一种扁线连续波绕组、定子及电机。

背景技术

新能源汽车电机的主要发展趋势是小型化和高速化，而小型化必然要求电机功率密度有大幅度提升，从技术要求来看，新能源汽车驱动电机的峰值功率密度要达到4kw/kg，而目前这一数据仅达到 3.2-3.3kw/kg，所以至少还需要进行30％的提升。

扁线电机与圆线电机的区别在于铜线的成形方式，扁线有利于电机槽满率的提升，一般圆线电机的槽满率为40％左右，而扁线电机的槽满率能达到60％以上。槽满率的提升意味着在空间不变的前提下，可以填充更多的铜线，产生更强的磁场强度，提升功率密度。长期来看，扁线电机是未来驱动电机的发展方向。

扁线电机的电枢绕组均采用波绕组，导线的成型方式有 U-pin和I-pin，这两种成型方式都需要在绕组端部进行焊接。其中U-pin 是一端焊接，I-pin是两端焊接。每个焊接点的质量都影响整个电机运行的寿命，焊接点越多，则失效的概率和风险越高。同时U-pin和I-pin 电机受工艺自动化程度的限制，设计的灵活性较差，电机平台功率范围的拓展受限。

其中U-pin是扁铜线一端预先成形，再插入定子铁芯槽中，另一端则扭成青蛙腿的形状，然后焊接在一起形成波绕组。I-pin是直铜线直接插入定子铁芯槽中，然后两端同时再扭成青蛙腿形状焊接在一起形成波绕组，焊接数量较多。如果其中一个焊接点失效，定子绕组则出现故障，焊接点的数量越多，则失效的风险越高，产品的一致性和可靠性将很难保证。

U-pin和I-pin为了实现量产自动化，目前的并联支路数普遍小于等于2，当并联支路数增加时，异型pin的数量也会随之增多，结构布线复杂，工装模具种类众多，这就不利于实现量产自动化，而由于并联支路较少的原因，对于电机功率的提升有着极大的限制。

相应地，本领域技术人员亟待解决现有技术中扁线电机焊点较多导致的生产困难且易损坏的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中扁线电机焊点较多导致的生产困难且易损坏的问题，本发明提供了一种扁线连续波绕组，其特征在于，所述扁线连续波绕组包括进线端、出线端以及位于所述进线端与所述出线端之间的S形波绕线，所述扁线连续波绕组的绕制层数为2N，节距为y，所述扁线连续波绕组的第 N层和第N+1层的衔接处设置有跳位绕线部，在所述跳位绕线部处每相导线组节距为y+1；其中，N和y均为大于等于1的自然数。

在上述扁线连续波绕组的优选技术方案中，所述S形波绕线中还设置有错位绕线部，在所述错位绕线部处，每相导线组内的导线相互位置分别设置为y-1和y+1形式的错位排列。

在上述扁线连续波绕组的优选技术方案中，每相所述导线组内的导线彼此并联。

在上述扁线连续波绕组的优选技术方案中，所述并联形式为星形连接或三角形连接。

在上述扁线连续波绕组的优选技术方案中，所述并联支路数量为2个或4个。

在上述扁线连续波绕组的优选技术方案中，每相所述导线组内的导线彼此串联。

在上述扁线连续波绕组的优选技术方案中，所述扁线连续波绕组的每相导线组内的导线均为完整的一根导线，所述S形波绕线内均未出现焊接点。

在上述扁线连续波绕组的优选技术方案中，N＝2，并且 Y＝6。

本发明还提供了一种定子，其特征在于包括绕线槽，所述绕线槽内绕设有上述技术方案中任一项所述的扁线连续波绕组。

本发明还提供了一种电机，其特征在于包括定子，所述定子为上述技术方案中所述的定子。

本领域人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，扁线连续波绕组包括进线端、出线端以及位于进线端与出线端之间的S形波绕线，扁线连续波绕组的绕制层数为2N，节距为y，扁线连续波绕组的第N层和第N+1层的衔接处设置有跳位绕线部，在跳位绕线部处每相导线组节距为y+1，其中，N和y均为大于等于1的自然数。

通过上述设置方式，本发明的扁线连续波绕组采用了扁线连续绕制的方案，相较于现有技术中的插接后焊接，明显减少了焊点，焊点数量随扁线连续波绕所使用的扁线长度，如果扁线长度足够，直接从头穿入再绕出的话则能够实现零焊点，不过受限于加工和成本，可能会使用两根扁线焊接后绕制，或者在绕制之间增加一个或几个焊点，但这种方案的焊点数量也是能够控制焊点数量在极少数，因此，本发明的扁线连续波绕组显著降低了焊点的数量。另外，扁线连续绕制也会带来一个问题，即常规连续绕制的扁线，其整距绕制后，相位分布不均匀，在空载反电势中谐波分量较大，转矩波动较大，将产生较大的噪音，为了使电机噪音更小，在绕制层数为2N的扁线连续波绕组的第N层和第N+1层的衔接处还创造性的增加了跳位绕线部，在跳位绕线部处每相导线组节距为y+1，这就能够满足相位相同，使得相位差能够平衡，从而实现了短距的效果，短距绕组在空载反电势削落了谐波分量，进而让反电势波形更正弦，转矩波动更小，改善了电机转矩波动所带来的噪音。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的扁线连续波绕组、定子及电机。附图中：

图1为现有技术中通过插接后焊接的扁线电机的定子结构示意图；

图2为本发明的扁线连续波绕组的三相线中的A相线的绕线图；

图3为图2中G处的放大图；

图4为图2中H处的放大图；

图5为图2中I处的放大图；

图6为本发明的定子的部分绕线槽的相线分布图；

图7a为本发明的一个并联支路的星形接法；

图7b为本发明的两个并联支路的星形接法；

图7c为本发明的四个并联支路的星形接法；

图8a为本发明的一个并联支路的三角形接法；

图8b为本发明的两个并联支路的三角形接法；

图8c为本发明的四个并联支路的三角形接法。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，尽管说明书中是以扁线是一整根从头到尾连续绕制，且没有焊点为例进行描述的，但是，本发明显然可以采用两根较短的扁线焊接好后在进行绕制的方式，只要能相较于现有技术减少焊点即可。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，三相电机可以表述成UVW相，也可以表述成ABC相，为了统一表述，本发明中均采用ABC相进行，其分别对应UVW三相，正负代表电流方向，例如A+代表电流沿扁线从定子的顶部向底部传输，A-则代表电流沿扁线从定子的底部相顶部传输。

另外，为了更清晰地表述本发明的布线，在图2至图5均为A相一个相位的导线组的绕制，并不涉及B相和C相的导线组，B 相导线组和C相导线组与A相导线组的绕制方式相同，区别点仅在于进口和出口不同，例如，如图2所示，A相四根导线进口分别为1槽、 2槽、7槽、8槽，B相则可以是3槽、4槽、9槽、10槽，不再一一列举。

图1为现有技术当中的一种普通扁线电机的定子，图1的主要目的是帮助阅读者理解本发明的大致结构，本发明对于定子的结构改进为内部扁线的连续绕制的方案，对于定子结构本身并未有较大改动，定子的结构大同小异，在现有技术也有较多示例，不再进行阐述。

下面参照图2至图8c对本发明的具体实施方式进行详细表述。以48槽8极，每槽8根导线为例进行说明，每极每项槽数为2，每槽有8根导体，A相的绕组展开图如图2至图5所示，此时扁线连续波绕组的绕制层数2N＝4，即N＝2，A相导线组节距y＝6。

结合图2和图3可知，A相导线组共有A1、A2、A3、A4 四根导线进行绕制，其进线端为图2中一层的A1、A2、A3、A4标注的位置，出线端为图2中四层的A1’、A2’、A3’、A4’标注的位置，在进线端和出线端形成了S形波绕线，并在S形波绕线之间设置有错位绕线部和跳位绕线部。

正常绕线的节距y＝6，如图2和图3所示，图3为图2中 G处的放大图，为一处典型的常规绕线方式，即A1线通过的槽分别为 7→13→19，每个刚好为6槽一绕，即节距y＝6。同样地，A2、A3和 A4在G处的节距y均为6。

跳位绕线部的节距7，如图2和图4所示，A1、A2、A3、 A4四根导线共同向前进行了一次跳位，图2中两处椭圆处圈出的位置能够看出跳位的导线通过的槽，结合图2和图4来看，A1线通过的槽分别为43→2→8，从43槽到2槽的节距y＝7，从而完成了跳位，从2 槽之后又恢复了节距y＝6。同样地，A2线通过的槽分别为44→3→9， A3线通过的槽分别为1→8→14，A4线通过的槽分别为2→9→15，A 相导线组的每根导线均在二层和三层的衔接处完成了跳位，即节距为 y+1的跳位，之后又恢复正常绕制。

错位绕线部的两根相邻导线的节距分别为5和7，如图2 和图5所示，图2中圆圈处圈出的位置均为跳位绕线部，以图2中I 处为例进行说明，A1线通过的槽分别为19→26，即节距变为7，相应地A2线通过的槽分别为20→25，即节距变为5，从而完成了错位绕线。同样地，A3线通过的槽分别为25→32，相应地A4线通过的槽分别为 26→31，之后又恢复正常绕制。

上述设置方式的优点在于：通过连续波绕的设计，避免了焊点的产生。

通过跳错位绕线部的设计，使得相位差能够平衡，从而满足了多支路数的设计，相较于现有技术中没有这种错位绕线的单支路设计，由于支路数设计范围的拓宽，从而在设计电机时可以制作功率更大的电机，且无需增加异性pin和焊点。

通过跳位绕线部的设计，使绕组相位变为双层绕组的短距绕组相位分布，削落了谐波分量，以使电机性能更加优异。

至此，已经对本发明扁线连续波绕组绕制的基本规律介绍完毕，其最终在定子的槽内的相位分布和电流流向分布如图6所示，从而完成了全部绕制，图6仅列出了一部分。该扁线连续波绕组虽然节距为6，但由于交错使用错位绕线的方案，使其绕组相位变为双层绕组的短距绕组相位分布，短距系数＝sin(5/6*90°)，相较于整距绕组，短距绕组在空载反电势削落了谐波分量，进而让反电势波形更正弦，转矩波动更小，改善了电机转矩波动所带来的噪音。

此外，由于本发明的扁线连续波绕组采用了跳位绕线部的技术方案，使得本发明的扁线连续波绕组能够实现多并联支路的设计，图7a至图8c分别列举了一些并联支路的实施例，依次为星形连接一并连支路、二并联支路、四并联支路，以及三角形连接一并联支路、二并联支路、四并联支路。

需要说明的是，上述实施方式仅仅用来阐述本发明的原理，并非旨在与限制本发明的保护范围，在不偏离本发明原理的条件下，本领域技术人员能够对上述结构进行调整，以便本发明能够应用于更加具体的应用场景。

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错位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，因此将落入本发明的保护范围之内。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扁线连续波绕组，其特征在于，所述扁线连续波绕组包括进线端、出线端以及位于所述进线端与所述出线端之间的S形波绕线，所述扁线连续波绕组的绕制层数为2N，节距为y，所述扁线连续波绕组的第N层和第N+1层的衔接处设置有跳位绕线部，在所述跳位绕线部处每相导线组节距为y+1；

其中，N和y均为大于等于1的自然数。

2.根据权利要求1所述的扁线连续波绕组，其特征在于，所述S形波绕线中还设置有错位绕线部，在所述错位绕线部处，每相导线组内的导线相互位置分别设置为y-1和y+1形式的错位排列。

3.根据权利要求2所述的扁线连续波绕组，其特征在于，每相所述导线组内的导线彼此并联。

4.根据权利要求3所述的扁线连续波绕组，其特征在于，所述并联形式为星形连接或三角形连接。

5.根据权利要求3所述的扁线连续波绕组，其特征在于，所述并联支路数量为2个或4个。

6.根据权利要求2所述的扁线连续波绕组，其特征在于，每相所述导线组内的导线彼此串联。

7.根据权利要求1所述的扁线连续波绕组，其特征在于，所述扁线连续波绕组的每相导线组内的导线均为完整的一根导线，所述S形波绕线内均未出现焊接点。

8.根据权利要求1所述的扁线连续波绕组，其特征在于，N＝2，并且y＝6。

9.一种定子，其特征在于包括绕线槽，所述绕线槽内绕设有权利要求1至8中任一项所述的扁线连续波绕组。

10.一种电机，其特征在于包括定子，所述定子为权利要求9所述的定子。

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