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CN118589717A - 一种电机定子、驱动电机和电动汽车 - Google Patents

一种电机定子、驱动电机和电动汽车 Download PDF

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CN118589717A
CN118589717A CN202410672426.5A CN202410672426A CN118589717A CN 118589717 A CN118589717 A CN 118589717A CN 202410672426 A CN202410672426 A CN 202410672426A CN 118589717 A CN118589717 A CN 118589717A
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CN
China
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stator
slot
winding
flux
motor
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CN202410672426.5A
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石超杰
毋超强
陈金华
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Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本申请提供了一种电机定子、驱动电机和电动汽车，涉及电机技术领域。其中，所述电机定子中，将磁通绕组弯折成波浪形，可以按照缠绕在定子铁芯上位置进行分类，包括多个第一部分、多个第二部分和多个第三部分，在将磁通绕组嵌入到定子铁芯上的定子槽过程，可以直接将磁通绕组一个一个下沉到各个定子槽中，使得第二部分嵌入定子槽中，第一部分处在定子铁芯外侧表面，第三部分处在定子铁芯内侧表面上，很容易缠绕在定子铁芯中，解决电机定子体积小造成下线困难的问题。

Description

一种电机定子、驱动电机和电动汽车
本申请是分案申请，原申请的申请号是202110881623.4，原申请日是2021年08月02日，原申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机定子、驱动电机和电动汽车。
背景技术
与传统径向磁场永磁电机相比，轴向磁场永磁电机具有结构紧凑、转矩密度高、体积小等显著优点。现有技术中，轴向磁通电机由于自身结构、工艺尚不成熟，存在大量非标件和机加工序，电机装配、下线较传统径向磁通电机而言都更为困难，同时也增加了轴向磁通电机的制造成本，降低其竞争力。
发明内容
为了解决上述的问题，本申请的实施例中提供了一种电机定子、驱动电机和电动汽车，通过将磁通绕组弯折成特定形状，与定子铁芯端面上的定子槽结构相匹配，可以直接将磁通绕组一个一个下沉到各个定子槽中，让磁通绕组缠绕很容易缠绕在定子铁芯中，解决电机定子体积小造成下线困难的问题。
为此，本申请的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本申请提供一种电机定子，包括：定子铁芯，所述定子铁芯包括贯穿其外侧表面和其内侧表面的多个定子槽；至少一个磁通绕组，所述磁通绕组嵌套在所述多个所述定子槽中，用于在通电时产生交变磁通；所述磁通绕组包括多个第一部分、多个第二部分以及多个第三部分，所述多个第一部分和所述多个第三部分依次相间设置，并通过所述多个第二部分连接；其中，所述第一部分为所述磁通绕组位于所述定子铁芯外侧表面的部分，所述第二部分为所述磁通绕组嵌入所述定子槽中的部分，所述第三部分为所述磁通绕组位于所述定子铁芯内侧表面的部分。
在该实施方式中，将磁通绕组弯折成波浪形，可以按照缠绕在定子铁芯上位置进行分类，包括多个第一部分、多个第二部分和多个第三部分，在将磁通绕组嵌入到定子铁芯上的定子槽过程，可以直接将磁通绕组一个一个下沉到各个定子槽中，使得第二部分嵌入定子槽中，第一部分处在定子铁芯外侧表面，第三部分处在定子铁芯内侧表面上，很容易缠绕在定子铁芯中，解决电机定子体积小造成下线困难的问题。
在一种实施方式中，所述定子铁芯包括第一端面和与所述第一端面相对的第二端面，所述多个定子槽设置在第一端面和/或第二端面。
在该实施方式中，通过在定子铁芯的一个或两个端面上设置定子槽，使得定子槽在端面处有开口，方便后续磁通绕组嵌入到各个定子槽中。
在一种实施方式中，所述定子槽包括第一表面，所述第一表面为所述定子槽靠近其相邻定子槽的表面；所述电机定子还包括：多个永磁体，所述永磁体设置于所述第一表面，用于产生永磁磁通，且所述永磁磁通的方向与所述磁通绕组产生的交变磁通的方向相互垂直。
在该实施方式中，在定子槽的侧边上，设置永磁体，且永磁体产生的磁通方向与磁通绕组产生的磁通方向垂直，使得磁体产生的磁通可以增强磁通绕组产生的磁通，从而提升驱动电机的转矩密度。
在一种实施方式中，所述多个永磁体间隔相同数量的所述定子槽设置。
在该实施方式中，对于一个端面上的定子槽来说，可以间隔设定定子槽数量中的定子槽中布置永磁体，可以减少整个电机定子中永磁体的数量，从而降低电机的成本和减少电机的重量。
在一种实施方式中，所述永磁磁通的方向与所述定子槽中的所述第一表面垂直。
在该实施方式中，通过让永磁体产生的磁场方向垂直于定子槽第一表面，使得相邻两个永磁体产生的磁场穿过相邻两个定子槽之间的凸起，让该凸起可以起到聚磁效果，从而更好的提升驱动电机的转矩密度。
在一种实施方式中，所述磁通绕组的形状为波浪形。
在该实施方式中，将每个磁通绕组弯折成波浪形，符合定子铁芯端面上的结构，可以更好的将磁通绕组下沉到各个定子槽中。
在一种实施方式中，所述磁通绕组的截面形状为扁平形状或多个圆形形状，且所述定子槽的槽开口大于所述定子槽的槽宽的一半。
在该实施方式中，如果磁通绕组为单匝线圈，其截面一般为较大的扁平形状，如果定子槽的槽开口比较小，磁通绕组不容易嵌入到定子槽中，对于多匝圆形线圈，其形状截面是由多个圆形构成，其形状可变，所以对于槽开口比较大的定子槽，很容易嵌入其内部。
在一种实施方式中，所述磁通绕组的截面形状为多个圆形形状，且所述定子槽的槽开口小于或等于所述定子槽的槽宽的一半。
在该实施方式中，由于多匝圆形线圈构成的磁通绕组，其截面形状可以改变的，所以尽可能让定子槽的槽开口比较小，在保证磁通绕组能嵌入其内部的前提下，还要防止槽开口过大，导致内部的永磁体掉落。
在一种实施方式中，所述多个定子槽等间距布置在所述第一端面和/或所述第二端面。
在该实施方式中，通过在定子铁芯的每个端面上等间距地布置多个定子槽，以便后续嵌入磁通绕组后，产生的交变磁通均匀的分布在定子铁芯上。
在一种实施方式中，所述第一端面和所述第二端面上均设置有多个定子槽，所述第一端面上的每个定子槽与所述第二端面上的每个定子槽相对于所述定子铁芯的轭部呈两两镜像对称方式布置。
在该实施方式中，定子铁芯一端面上设置的定子槽的位置，与另一端面上设置的定子槽的位置呈两两镜像对称方式布置，以避免缠绕在一端上磁通绕组产生的交流磁通与另一端磁通绕组产生的交流磁通错位，从而降低有效的交流磁通。
在一种实施方式中，所述第一端面和所述第二端面上均设置有多个所述定子槽，所述磁通绕组中的相邻两个所述第二部分中的一个第二部分嵌入所述第一端面上的所述定子槽中，所述磁通绕组中的相邻两个所述第二部分中的另一个第二部分嵌入所述第二端面上的所述定子槽中。
在一种实施方式中，所述磁通绕组中的相邻两个所述第二部分中的一个第二部分嵌入所述第一端面上的第一定子槽中，所述磁通绕组中的相邻两个所述第二部分中的另一个第二部分嵌入所述第二端面上的第二定子槽中，所述第一定子槽与所述第二定子槽相对于所述定子铁芯的轭部呈镜像对称方式布置。
在一种实施方式中，所述磁通绕组包括至少一匝线圈。
在该实施方式中，通过将多匝线圈组成一个磁通绕组，在定子铁芯上布线过程中，降低操作复杂性，且多匝线圈组成磁通绕组中，每一极相组仅有2个绕组端子需要连接，且仅需一道绕制/下线工序，有效减少了焊接点和绕制/下线工序数量，提升了磁通绕组连接的可靠性、生产效率，利于降低生产成本。
第二方面，本申请提供一种驱动电机，包括一个转轴、至少一个电机转子和至少一个如第一方面各个可能实现的电机定子；其中，所述至少一个电机转子与所述至少一个电机定子相间设置，并嵌套在所述转轴上。
第三方面，本申请提供一种电动汽车，包括至少一个如第一方面各个可能实现的驱动电机。
附图说明
下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例中提供的一种驱动电机的结构示意图；
图2为本申请实施例中提供的一种电机定子的结构示意图；
图3为本申请实施例中提供的一种电机定子的俯视结构示意图；
图4为本申请实施例中提供的一种定子铁芯侧视的部分结构示意图；
图5为本申请实施例中提供的一种定子铁芯侧视的部分结构示意图；
图6为本申请实施例中提供的一个磁通绕组弯折后的示意图；
图7为本申请实施例中提供的磁通绕组缠绕在定子铁芯上的一种示意图；
图8为本申请实施例中提供的磁通绕组缠绕在定子铁芯上的另一种示意图；
图9为本申请实施例中提供的磁体和磁通绕组产生磁通的方向示意图；
图10为本申请实施例中提供的永磁转子的结构示意图；
图11为本申请实施例中提供的磁阻转子的结构示意图；
图12为本申请实施例中提供的电励磁转子的结构示意图；
图13为本申请实施例中提供的一种驱动电机的剖面结构示意图；
图14为本申请实施例中提供的一种驱动电机的侧视结构示意图；
图15为本申请实施例中提供的一种电机定子侧视结构示意图；
图16为本申请实施例中提供的一个磁通绕组弯折后的示意图；
图17为本申请实施例中提供的当定子槽嵌入两匝磁通绕组时的绕线方式示意图；
图18为本申请实施例中提供的当定子槽嵌入一匝磁通绕组时的绕线方式示意图；
图19为本申请实施例中提供的当定子槽嵌入一匝磁通绕组时的绕线后的定子铁芯结构示意图；
图20为本申请实施例中提供的一种定子铁芯上的定子槽形状示意图；
图21为本申请实施例中提供的一种定子铁芯上的定子槽形状示意图；
图22为本申请实施例中提供的一种压合磁通绕组时的绕线设备的示意图；
图23为本申请实施例中提供的底板的结构示意图；
图24为本申请实施例中提供的盖板的结构示意图；
图25为本申请实施例中提供的一种绕线设备的结构示意图；
图26为本申请实施例中提供的一种压合磁通绕组时的绕线设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，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，还可以是抵触连接或一体的连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以适合的方式结合。
图1为本申请实施例中提供的一种驱动电机的结构示意图。如图1所示，该驱动电机包括定子部分1和转子部分2。其中，定子部分1包括一个电机定子100，转子部分2包括一个转轴210和一个电机转子220。电机转子220嵌套并固定在转轴210上，电机定子100嵌套在转轴210上，与电机转子220叠加在一起。
当电机定子100中的磁通绕组通电时，在电机定子100轴向产生的交变磁通，与电机转子220产生的永磁磁通之间相互作用，使得电机转子220相对于电机定子100进行转动，并带动转轴210转动，从而实现驱动电机转动。
本申请图1仅以一个电机定子100和一个电机转子220为例，并不代表本申请技术方案仅限于图1方案，对于本领域人员来说，一个驱动电机上的电机定子100和电机转子220的数量并不限定，可以为任意数量。
本申请技术方案保护的一种电机定子，包括定子铁芯、至少一个磁通绕组和多个磁体。其中，定子铁芯一个端面上设置有至少两个定子槽，或两个端面上均设置至少两个定子槽，用于嵌套磁通绕组。其中，这里提到的“两个端面”，是指上述提到的第一端面和与第一端面相对的第二端面，也即定子铁芯与转轴垂直的表面。将磁通绕组弯折成波浪形，可以按照缠绕在定子铁芯上位置进行分类，包括多个第一部分、多个第二部分和多个第三部分，多个第一部分和多个第三部分依次相间设置，并通过多个第二部分进行连接，第一部分为磁通绕组的位于定子铁芯外侧表面的部分，第二部分为磁通绕组的位于定子槽中的部分，第三部分为磁通绕组的位于定子铁芯内侧表面的部分。
从单个绕组看，其特征为：每一环齿绕组与相邻环齿绕组通过轴向磁通电机的内端部和外端部交替连接，因此形成波浪形连接方式。其中，这里提到的“齿”是指定子铁芯上的“齿部”，也即定子铁芯上的相邻两个定子槽之间的凸起部分；与“齿部”相对应的还有“轭部”，也即定子铁芯中除凸起部分以外的部分。
在将磁通绕组嵌入到定子铁芯上的定子槽过程中，可以直接将磁通绕组一个一个下沉到各个定子槽中，使得第二部分嵌入定子槽中，第一部分处在定子铁芯外侧表面，第三部分处在定子铁芯内侧表面上，很容易缠绕在定子铁芯中，解决电机定子体积小造成下线困难的问题。
为了提高驱动电机的转矩密度，本申请实施例中，在每个定子槽的两个侧边上，分别设置磁体，且磁体产生的磁通方向与磁通绕组产生的磁通方向垂直，使得磁体产生的磁通可以增强磁通绕组产生的磁通，从而提升驱动电机的转矩密度。
下面以4极12槽轴向磁场永磁电机为例来讲述本申请方案。
如图2和图3所示的一种电机定子100，该电机定子100包括定子铁芯110、多个磁通绕组120和多个永磁体130。其中，三种部件的结构和相互耦合方式具体如下：
定子铁芯110一般是由硅钢材料冲压、卷绕而成的圆环形结构，也可以由复合软磁材料(soft magnetic component，SMC)等材料直接机加或拼接成型的圆环形结构，其内侧表面和外侧表面均为圆柱形，其中，定子铁芯110的内侧表面是指朝向转轴210的表面，定子铁芯110的外侧表面是指与上述内侧表面相对的表面。定子铁芯110一端面上设置有12个定子槽，另一端面上可以设置有12个定子槽，也可以不设置定子槽。本申请通过在定子铁芯一个或两个端面上设置定子槽，以便磁通绕组120可以通过嵌入定子槽的方式，缠绕在定子铁芯110上。可选地，定子槽也可以设置在定子铁芯110中间位置，也即在定子铁芯110的外侧表面上打孔，贯穿到定子铁芯110的内侧表面上，从而构成定子槽。
示例性地，如图4所示，定子铁芯110的一端面上设置有定子槽。该12个定子槽等间距地布置在定子铁芯110一端面上，且每个定子槽的一端连接到定子铁芯110的内侧表面，每个定子槽的另一端连接到定子铁芯110的外侧表面，使得磁通绕组120可以从定子铁芯110外侧贯穿到定子铁芯110内侧，实现磁通绕组120缠绕在定子铁芯110上，并在通电的情况下可以产生多个极相的交流磁通。
优选地，如果定子铁芯110的一端面上设置有定子槽，则可以将定子铁芯110设计成包括第一铁芯部分和第二铁芯部分。其中，第一铁芯部分和第二铁芯部分均为圆环形的硅钢体，第一铁芯部分的内侧表面的半径等于第二铁芯部分的外侧表面的半径，使得第一铁芯部分可以嵌套在第二铁芯部分的外侧表面上，并处在第二铁芯部分的没有定子槽的一端，使得构成的定子铁芯110的设置有定子槽一端面的外侧表面的半径比较小，没有设置有定子槽一端面的外侧表面的半径比较大，避免磁通绕组120嵌入到定子槽时，有部分会缠绕在定子铁芯110外侧表面上，将电机定子100的外侧表面的半径增大。
示例性地，如图5所示，定子铁芯110的两个端面上设置有定子槽。每个端面上的12个定子槽均等间距地布置在定子铁芯110的端面上，且定子铁芯110的内侧表面通过各个定子槽与定子铁芯110的外侧表面连接，使得磁通绕组120可以从定子铁芯110外侧贯穿到定子铁芯110内侧，实现磁通绕组120缠绕在定子铁芯110上，并在通电的情况下可以产生多个极相的交流磁通。
优选地，定子铁芯110一端面上设置的定子槽的位置，与另一端面上设置的定子槽的位置，相对于定子铁芯110的轭部呈两两镜像对称方式布置，以避免缠绕在一端上磁通绕组120产生的交流磁通与另一端磁通绕组120产生的交流磁通错位，从而降低有效的交流磁通。
本申请中，定子槽的形状，也即定子铁芯110垂直于径向的截面，可以为规则形状，如矩形、梯形、圆形等等，也可以为不规则形状，只需要满足磁通绕组120和永磁体130可以设置在定子槽中即可，本申请在此不作限定。优选地，如图4和图5所示，定子槽的形状类似“酒瓶”形状，且靠近定子铁芯110端面处比较窄，也即定子槽的槽开口比较窄，背离定子铁芯110端面比较宽，也即定子槽的槽宽比较宽。本申请设计的定子槽的形状，在靠近定子铁芯110端面处比较窄，是为了后续将永磁体130嵌入定子槽中，避免永磁体130沿定子铁芯110的轴向脱落。
定子槽的槽开口和槽宽之间的比例关系，与嵌入的磁通绕组120的截面形状有关，具体为：
当磁通绕组120的截面形状为由多匝比较细小的线圈构成的任意可变形状，则定子槽开口与槽宽之间的比例比较小，在保证磁通绕组120可以嵌入到定子槽的同时，槽开口越小，越有利于避免永磁体130沿定子铁芯110的轴向脱落。优选的，槽开口与槽宽之间的比例小于或等于1/2。
当磁通绕组120的截面形状为扁平形状、或其它形状固定且截面面积比较大的形状，则定子槽开口与槽宽之间的比例比较大，以便磁通绕组120可以嵌入到定子槽中。优选的，槽开口与槽宽之间的比例大于1/2。可选地，如果定子槽开口与槽宽之间的比例比较大，对于截面形状为由多匝比较细小的线圈构成的任意可变形状的磁通绕组120，也是可以嵌入到定子槽中。磁通绕组120一般是由外表面包裹有绝缘层的金属导线弯折成特定形状的线圈，且弯折成特定形状后的磁通绕组120可以嵌入在定子铁芯110上的部分定子槽中，并缠绕在两个定子槽之间的齿部上。其中，每一个磁通绕组是由多匝线圈构成。
为了方便后续描述，可以根据磁通绕组120嵌入定子槽后，处在定子铁芯110不同表面进行分类，将磁通绕组120可分为至少一个第一部分121、至少一个第二部分122和至少一个第三部分123，每个第一部分121通过第二部分122与第三部分123连接。其中，第一部分121为磁通绕组120的位于转子铁芯110外侧表面的部分，第二部分122为磁通绕组120的嵌入定子槽中的部分，第三部分123为磁通绕组120的位于转子铁芯110内侧表面的部分。
本申请中，可以将磁通绕组120弯折成如6所示的波浪形，使得当磁通绕组120嵌入定子槽中时，磁通绕组120的每个第二部分122都嵌入在定子槽中，每个第一部分121位于定子铁芯110的外侧表面，每个第三部分123位于定子铁芯110的内侧表面。
以图4所示的定子铁芯110为例。该定子铁芯110一端面上设置有12个定子槽，当一个磁通绕组120缠绕在定子铁芯时，每个第二部分122嵌入定子槽中，且每个第二部分122之间均间隔一个定子槽；每个第一部分121位于定子铁芯110的连续三个定子槽之间的外侧表面，且每个第一部分121之间均间隔一个定子槽；每个第三部分123位于定子铁芯110的连续三个定子槽之间的内侧表面，且每个第三部分123之间均间隔一个定子槽，缠绕效果如图7所示。其中，第二部分122分别嵌入到定子槽1、定子槽3、定子槽5、定子槽7、定子槽9和定子槽11中。
对于图4所示的定子铁芯，采用两个磁通绕组120缠绕在定子铁芯110上。一个磁通绕组120按照如图7所示的方式缠绕，另一个磁通绕组120弯折的形状与图7中的磁通绕组120的形状相同，缠绕在定子铁芯110后，第二部分122分别嵌入到定子槽2、定子槽4、定子槽6、定子槽8、定子槽10和定子槽12中。
以图5所示的定子铁芯110为例。该定子铁芯110的两端面上设置有12个定子槽，当一个磁通绕组120缠绕在定子铁芯时，每个第二部分122嵌入定子槽中，每个第二部分122之间均间隔一个定子槽，且相邻两个中一个第二部分122位于定子铁芯110的一端面上的定子槽中，相邻两个中另一个第二部分122位于定子铁芯100的另一端面上的定子槽中；每个第一部分121位于定子铁芯110的连续三个定子槽之间的外侧表面，每个第一部分121之间均间隔一个定子槽，且第一部分121的一端与嵌入在定子铁芯110的一端面上的定子槽中的第二部分122连接，另一端口与嵌入在定子铁芯110的另一端面上的定子槽中的第二部分122连接；每个第三部分123位于定子铁芯110的连续三个定子槽之间的内侧表面，每个第三部分123之间均间隔一个定子槽，且第三部分123的一端与嵌入在定子铁芯110的一端面上的定子槽中的第二部分122连接，另一端口与嵌入在定子铁芯110的另一端面上的定子槽中的第二部分122连接，缠绕效果如图8所示。
其中，定子铁芯110一端面上的定子槽分别为：定子槽1、定子槽2、定子槽3、定子槽4、定子槽5、定子槽6、定子槽7和定子槽8，定子铁芯110另一端面上的定子槽分别为：定子槽1’、定子槽2’、定子槽3’、定子槽4’、定子槽5’、定子槽6’、定子槽7’和定子槽8’。所以图8中磁通绕组120中的第二部分122分别嵌入到定子槽1、定子槽3’、定子槽5、定子槽7’、定子槽9和定子槽11’中。
对于图5所示的定子铁芯，采用三个磁通绕组120缠绕在定子铁芯110上。一个磁通绕组120按照如图8所示的方式缠绕，另两个磁通绕组120弯折的形状与图8中的磁通绕组120的形状相同，缠绕在定子铁芯110后，一个磁通绕组120中的第二部分122分别嵌入到定子槽2、定子槽4’、定子槽6、定子槽8’、定子槽10和定子槽12’中，另一个磁通绕组120中的第二部分122分别嵌入到定子槽3、定子槽5’、定子槽7、定子槽9’、定子槽11和定子槽1’中。
本申请中，磁通绕组120选用的金属材料一般为铜、铝等，在金属材料外层包裹有一层绝缘材料，如绝缘漆、绝缘纸、橡胶等等，本申请在此不作限定。另外，磁通绕组的截面形状可以如图2所示的长方形(即为扁线绕组)，还可以为圆形(即为圆线绕组)、椭圆形等任意形状，本申请在此也不作限定。
现有技术中，采用非连续波绕结构的磁通绕组，下线到定子槽中的磁通绕组，每一线圈各有两个需要焊接的端子，一个极相组下，可以包含n个线圈，则一个磁通绕组就有2n个焊点数，同时需要对应的n道绕制/下线工序，过多的焊点容易出现个别焊点焊接不良，导致电机的可靠性下降，过多的绕制/下线工序也会降低生产效率，增加生产成本。而本申请采用连续波绕结构的磁通绕组，每一极相组仅有2个绕组端子需要连接，且仅需一道绕制/下线工序，有效减少了焊接点和绕制/下线工序数量，提升了磁通绕组连接的可靠性、生产效率，利于降低生产成本。
本申请实施例的电机定子中，在定子铁芯一端面上设置有至少两个定子槽，或两个端面上均设置至少两个定子槽，采用多个磁通绕组，并将多个磁通绕组弯折成波浪形，在将磁通绕组嵌入到定子铁芯上的定子槽过程，可以直接将磁通绕组一个一个下沉到各个定子槽中，很容易缠绕在定子铁芯中，解决电机定子体积小造成下线困难的问题。
为了提高驱动电机的转矩密度，本申请设计的电机定子100中还包括多个永磁体130。该多个永磁体130分别设置在定子铁芯110上的各个定子槽中，且位于每个定子槽的靠近相邻定子槽一侧的表面上，也即第一表面，用于产生磁通可以增强磁通绕组120在通电时产生交流磁通。
永磁体130也可以在部分定子槽中。示例性地，根据定子铁芯110一个端面上的定子槽的数量，再按照一个间隔比例，选择出部分定子槽，选择出的定子槽之间均间隔N个定子槽，然后在选择出的定子槽中的第一表面上设置永磁体130。通过均匀地在定子铁芯中设置永磁体130，使得电机定子上产生的交变磁通分布均匀。且通过减少永磁体130，不仅可以降低电机的成本，还可以减少电机的重量。其中，N为大于等于零的整数。
可选地，在每个定子槽中设置的永磁体130的数量，不仅限于图4所示的两个，还可以为一个，且每个永磁体130设置在定子槽中的位置相同，也即位于定子槽中同一侧的第一表面上，左侧的第一表面或右侧的第一表面，让相邻两个永磁体130之间的距离相同，使得相邻永磁体130之间的永磁磁通相同，实现电机定子上产生的交变磁通分布均匀。
以图4所示的定子铁芯110一端面上设置有定子槽为例。如图9所示，当磁通绕组120通电时，在定子铁芯110上产生垂直于定子铁芯110一端面的磁通，由于输入到磁通绕组120的电流一般为交流电，所以产生的交流磁通方向是垂直于定子铁芯110的第一端面向下，或垂直于定子铁芯110的第一端面向上。
为了实现对磁通绕组120产生的交流磁通增强，嵌入在定子槽中的永磁体130产生的磁通方向与磁通绕组120产生的交流磁通方向垂直，从而实现当磁通绕组120产生的交流磁通沿直于定子铁芯110一端面方向变化时，永磁体130产生的磁通会随着磁通绕组120产生的磁通方向，汇入到磁通绕组120产生的磁通回路中，从而增强磁通绕组120产生的磁通。
永磁体130的材料可以为钕铁硼、钐钴、铁氧体、钐铁氮等在外界磁场撤消后仍保持磁性的硬磁材料，但实际中考虑电机定子100侧温度较高，且高性能永磁体成本较高，因此本申请一般优选成本低、矫顽力具有正温度系数(即温度越高越不易退磁)的铁氧体材料，实现低成本提升轴向磁场永磁电机转矩密度的目的。
本申请中，驱动电机的转矩密度可以为：
其中，K表示与电机的尺寸和磁通绕组形式相关的系数，Bg表示气隙平均磁密(即为磁负荷)，T表示转矩，A表示电负荷。
针对本申请设计的电机定子100，与之配套使用的电机转子220结构，可以为任意类型的电机转子，如：
电机转子220可以为如图10所示的永磁转子1000，该永磁转子1000包括转子铁芯1010和多个永磁体1020，多个永磁体1020等间距地表贴在转子铁芯1010一端面上，使得永磁转子1000按照图1所示的方式与电机定子100耦合，并在电机定子100通电后，与产生的交变磁通与永磁转子1000上产生的永磁磁通之间相互作用，可以带动转轴210转动。
电机转子220可以为如图11所示的磁阻转子1100，该磁阻转子1100只有一个转子铁芯1110，并在转子铁芯1110一端面上设置有多个转子槽，使得磁阻转子1100按照图1所示的方式与电机定子100耦合，并在电机定子100通电后，产生的交变磁通，由于一端面上设置有多个齿槽结构的转子槽，变化的表面可以产生变化的磁阻从而使气隙磁场储能发生变化并产生相应的转矩，进而带动转轴210转动。
电机转子220可以为如图12所示的电励磁转子1200，该电励磁转子1200包括转子铁芯1210和多个励磁绕组1220，转子铁芯1210一端面上，等间距地设置有多个转子槽，使得转子槽之间形成凸起，励磁绕组1220嵌套在该凸起上，使得电励磁转子1200按照图1所示的方式与电机定子100耦合，并在电机定子100和电励磁转子1200通电后，电励磁转子1200产生的励磁磁场与电机定子100产生的交变磁通之间相互作用，让电励磁转子1200转动，并带动转轴210转动。
为了增强电机定子产生的交变磁通，本申请还设计了如图13所示的一种电机定子1300，该电机定子1300包括一个定子铁芯1310、六个磁通绕组(1320-1,…,1320-6)和多个磁体(1330-1,1330-2，…)。其中，定子铁芯1310的结构与图5所示的定子铁芯110相似，且定子铁芯1310的每个定子槽的槽深更深，以便可以嵌套两匝磁通绕组1320。
磁通绕组1320弯折成的形状为波浪形，与图6所示的磁通绕组120形状相同。6个磁通绕组1320可以分成两组，每组三个磁通绕组1320，缠绕方式与图8相同，本申请在此不再赘述了。
多个磁体1330分别设置在定子铁芯1310上的各个定子槽中，且位于每个定子槽的靠近相邻定子槽一侧的表面上，与图4和图5设置的方式相同，用于产生磁通可以增强磁通绕组1320在通电时产生交流磁通。
该实施例中，图13所示的电机定子1300产生的交变磁通是图5所示的电机定子100产生的交变磁通的两倍。当电机定子1300按照图1所示的方式与两个电机转子220耦合时，以电机转子220为永磁转子1000为例，耦合后的结构如图14所示。如果采用如图5所示的电机定子100，达到图14中电机定子1300产生的交变磁通，则需要两个如图5所示的电机定子100，会导致构成的驱动电机体积更大。
另外，相比较图5所示的电机定子100的结构，每一个磁通绕组120都需要嵌入在定子铁芯110的两个端面的定子槽中，图13所示的电机定子1310，由于每个磁通绕组1320只需要嵌入在一端的定子槽中，所以更容易缠绕在定子铁芯中，进一步降低了驱动电机的加工过程中下线的难度。
上述实施例中以4极12槽轴向磁场永磁电机为例来讲述本申请方案，对于本领域人员来说，本申请保护的方案还可以应用到其它类型的轴向磁场永磁电机中，下面再列举其它类型的轴向磁场永磁电机为例。
以6极18槽轴向磁场永磁电机为例，如图15所示的一种电机定子1500，该电机定子1500包括一个定子铁芯1510和多个磁通绕组1520。其中，定子铁芯1510的两端面上等间距地设置有18个定子槽，且每个定子槽可以嵌套一匝或两匝磁通绕组1520。
磁通绕组1520可以弯折成如图16所示的波浪形，使得当磁通绕组1520嵌入定子槽中时，磁通绕组1520的一部分嵌入在定子槽中(后续也称为“第二部分”)，一部分位于定子铁芯1510的外侧表面上(后续也称为“第一部分”)，还有一部分位于定子铁芯1510的内侧表面上(后续也称为“第三部分”)。
如果每个定子槽中可以嵌套两匝磁通绕组1520，则定子铁芯1510的两端面上都需要6个磁通绕组1520。当一个磁通绕组1520缠绕在定子铁芯时，每个第二部分嵌入定子槽中，每个第二部分之间均间隔两个定子槽，且相邻两个中的一个第二部分嵌入到定子槽底部，相邻两个中的另一个第二部分嵌入到定子槽的出口处；每个第一部分位于定子铁芯1510的连续四个定子槽之间的外侧表面，且每个第一部分之间均间隔两个定子槽；每个第三部分位于定子铁芯1510的连续四个定子槽之间的内侧表面，且每个第三部分之间均间隔两个定子槽，缠绕效果如图17所示。其中，第二部分分别嵌入到定子槽(1下)、定子槽(4上)、定子槽(7下)、定子槽(10上)、定子槽(13下)和定子槽(16上)中。
其它5个磁通绕组1520中的第二部分缠绕方式为：磁通绕组1520-2中的第二部分分别嵌入到定子槽(2下)、定子槽(5上)、定子槽(8下)、定子槽(11上)、定子槽(14下)和定子槽(17上)中；磁通绕组1520-3中的第二部分分别嵌入到定子槽(3下)、定子槽(6上)、定子槽(9下)、定子槽(12上)、定子槽(15下)和定子槽(18上)中；磁通绕组1520-4中的第二部分分别嵌入到定子槽(4下)、定子槽(7上)、定子槽(10下)、定子槽(13上)、定子槽(16下)和定子槽(1上)中；磁通绕组1520-5中的第二部分分别嵌入到定子槽(5下)、定子槽(8上)、定子槽(11下)、定子槽(14上)、定子槽(17下)和定子槽(2上)中；磁通绕组1520-6中的第二部分分别嵌入到定子槽(6下)、定子槽(9上)、定子槽(12下)、定子槽(15上)、定子槽(18下)和定子槽(3上)中。最终6个磁通绕组1520嵌入后的效果如图15所示。
如果每个定子槽中可以嵌套一匝磁通绕组1520，则定子铁芯1510的两端面上都需要3个磁通绕组1520。当一个磁通绕组1520缠绕在定子铁芯时，每个第二部分嵌入定子槽中，且每个第二部分之间均间隔两个定子槽；每个第一部分位于定子铁芯1510的连续四个定子槽之间的外侧表面，且每个第一部分之间均间隔两个定子槽；每个第三部分位于定子铁芯1510的连续四个定子槽之间的内侧表面，且每个第三部分之间均间隔两个定子槽，缠绕效果如图18所示。其中，第二部分分别嵌入到定子槽1、定子槽4、定子槽7、定子槽10、定子槽13和定子槽16中。
其它2个磁通绕组1520中的第二部分缠绕方式为：磁通绕组1520-2中的第二部分分别嵌入到定子槽2、定子槽5、定子槽8、定子槽11、定子槽14和定子槽17中；磁通绕组1520-3中的第二部分分别嵌入到定子槽3、定子槽6、定子槽9、定子槽12、定子槽15和定子槽18中。最终6个磁通绕组1520嵌入后的效果如图19所示。
本申请中，如图15所示的电机定子1500中的定子铁芯1510是以两个端面都设置有定子槽为例，定子铁芯1510还可以为一个端面设置有定子槽。其中，如果定子铁芯1510的一个端面设置有定子槽，则磁通绕组1520仍可以以图17或图18的方式嵌入到定子槽中。
另外，磁通绕组1520缠绕方式，并不仅限于图17和图18所示的两种方式，还可以以图5中采用在两端面上的定子槽之间相互交错的方式缠绕，具体参考图5所示的方式，本申请在此不作限定。
本申请实施例中，定子槽的形状可以为如图19所示的类似“酒瓶”形状，也可以为如图20所示的类似于“U”形状，本申请在此也不作限定。
为了提高驱动电机的转矩密度，本申请设计的电机定子1500中还包括多个磁体1530。其中，多个磁体1530设置的方式与上述实施例中的电机定子100中的永磁体130设置方式相同，具体可以参考图4和图5所示的结构，本申请在此不再赘述了。
如图22所示的一种绕线设备2200，该绕线设备2200包括底板2210、盖板2220和多个限位件2230。其中，三个部件的结构具体如下：
底板2210一般为圆盘形结构，其一侧的表面上设置有多个凹槽，用于嵌套并固定多个限位件2230。示例性地，结合图23所示，在底板2210一侧的表面上设置9个凹槽(图中未示出，在限位件2230嵌入的位置)，可以将该9个凹槽分成三组，每组凹槽均设置在底板2210一侧的表面的外侧边缘处，且每组凹槽之间距离相对于底板2210的圆心，夹角为120°。每组内的3个凹槽，3个凹槽呈波浪形排布，且靠近外侧的两个凹槽与中间的一个凹槽之间的距离相同，且中间的一个凹槽相比较靠近外侧的两个凹槽，更靠近底板2210的外侧边缘处，靠近外侧的两个凹槽与底板2210的外侧边缘之间的距离相同。
盖板2220一般也是圆盘形结构，其一侧的表面上也设置有多个凹槽，用于嵌套并固定多个限位件2230。示例性地，结合图24所示，在盖板2220一侧的表面上设置9个凹槽(图中未示出，在限位件2230嵌入的位置)，可以将该9个凹槽分成三组，每组凹槽均设置在盖板2220一侧的表面的外侧边缘处，且每组凹槽之间距离相对于盖板2220的圆心，夹角为120°。每组内的3个凹槽，3个凹槽呈波浪形排布，且靠近外侧的两个凹槽与中间的一个凹槽之间的距离相同，且中间的一个凹槽相比较靠近外侧的两个凹槽，更远离盖板2220的外侧边缘处，靠近外侧的两个凹槽与底板2210的外侧边缘之间的距离相同。
绕线设备220在压合磁通绕组的形状过程中，先将磁通绕组套在底板2210一侧的表面上的各个限位件2230上，且每个限位件2230均位于磁通绕组内部，如图23所示；然后将位于每组限位件2230之间的部分磁通绕组向底板2210的圆心方向挤压，再将盖板2220设置在底板2210的圆心处，使得挤压后的部分磁通绕组可以嵌套在盖板2220上的限位件2230上，且挤压后的磁通绕组位于盖板2220上的限位件2230与盖板2220的圆心之间，使得底板2210上的限位件2230和盖板2220上的限位件2230可以将磁通绕组弯折成6极18槽轴向磁场永磁电机上的磁通绕组，绕线设备2200最终压合磁通绕组的组成结构如图22所示。
上述实施例中的绕组设备2200，仅以构成6极18槽轴向磁场永磁电机的磁通绕组为例，还可以在底板2210和盖板2220上增加或减少限位件2230的数量，可以构成其它类型的轴向磁场永磁电机的磁通绕组，本申请在此不作限定。
该实施例中提供的绕线设备2200，更多的适用于截面为圆形的磁通绕组，或不限截面形状的磁通绕组。
如图25所示的一种绕线设备2500，该绕线设备2500包括底板2510和限位槽2520。其中，两个部件的结构具体如下：
底板2510一般为圆盘形结构，也可以为其它结构，在底板2510的一侧表面上设置有一个限位槽2520，用于嵌套磁通绕组。示例性地，结合图25所示，限位槽2520位于底板2510的中心位置，形状构成6极18槽轴向磁场永磁电机上的磁通绕组的形状。
绕线设备2500在压合磁通绕组的形状过程中，先将磁通绕组弯折成近似于限位槽2520的形状，然后再将弯折后的磁通绕组一点一点地嵌入到底板2510上的限位槽2520中，从而构成6极18槽轴向磁场永磁电机上的磁通绕组的形状，绕线设备2500最终压合磁通绕组的组成结构如图26所示。
上述实施例中的绕线设备2500，仅以构成6极18槽轴向磁场永磁电机为例，还可以改变限位槽2520的形状，使得嵌入限位槽2520可以构成其它类型的轴向磁场永磁电机的磁通绕组的形状本申请在此不作限定。
该实施例中提供的绕线设备2500，更多的适用于截面为扁形的磁通绕组，或矩形、梯形等规则形状的磁通绕组。
本申请实施例中还提供了一种电动汽车，其包括至少一个驱动电机，该驱动电机包括至少一个上述图1-图21以及相应内容描述的电机定子。由于该电动汽车包括该电机定子，因此该电动汽车具有该电机定子的所有或至少部分优点。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以适合的方式结合。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例中所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例中技术方案的精神和范围。

Claims (18)

1.一种电机定子，其特征在于，包括：
定子铁芯，所述定子铁芯的外侧表面与所述定子铁芯的内侧表面通过多个定子槽相连接；
磁通绕组，所述磁通绕组为一体成型的连续波绕组，所述磁通绕组嵌套在所述多个所述定子槽中，用于在通电时产生交变磁通；
所述磁通绕组包括多个第一部分、多个第二部分以及多个第三部分，所述多个第一部分和所述多个第三部分依次相间设置，并通过所述多个第二部分连接；其中，
所述第一部分为所述磁通绕组位于所述定子铁芯径向外侧表面的部分，所述第二部分为所述磁通绕组嵌入所述定子槽中的部分、且沿所述定子铁芯的周向排列，相邻的所述第二部分之间通过至少一个定子槽相互间隔，所述第三部分为所述磁通绕组位于所述定子铁芯径向内侧表面的部分。
2.根据权利要求1所述的电机定子，其特征在于，所述磁通绕组为多个，所述不同磁通绕组的第一部分沿所述定子铁芯的径向方向的投影之间不重叠；
所述不同磁通绕组的第三部分沿所述定子铁芯的径向方向的投影之间不重叠。
3.根据权利要求2所述的电机定子，其特征在于，同一所述磁通绕组中的相邻的第一部分通过扭转连接；
同一所述磁通绕组中的相邻的第三部分通过扭转连接。
4.根据权利要求2所述的电机定子，其特征在于，同一所述磁通绕组中的相邻的第一部分在所述定子铁芯的轴向方向具有高度差；
同一所述磁通绕组中的相邻的第三部分在所述定子铁芯的轴向方向具有高度差。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电机定子，其特征在于，所述定子铁芯包括第一端面和与所述第一端面相对的第二端面，所述多个定子槽设置在第一端面和/或第二端面。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电机定子，其特征在于，所述定子槽包括第一表面，所述第一表面为所述定子槽靠近其相邻定子槽的表面；所述电机定子还包括多个永磁体，所述永磁体设置于所述第一表面，用于产生永磁磁通，且所述永磁磁通的方向与所述磁通绕组产生的交变磁通的方向相互垂直。
7.根据权利要求6所述的电机定子，其特征在于，所述多个永磁体间隔相同数量的所述定子槽设置。
8.根据权利要求6或7所述的电机定子，其特征在于，所述永磁磁通的方向与所述定子槽中的所述第一表面垂直。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的电机定子，其特征在于，所述磁通绕组的形状为波浪形。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的电机定子，其特征在于，所述磁通绕组的截面形状为扁平形状或多个圆形形状，且所述定子槽的槽开口大于所述定子槽的槽宽的一半。
11.根据权利要求1-10任意一项所述的电机定子，其特征在于，所述磁通绕组的截面形状为多个圆形形状，且所述定子槽的槽开口小于或等于所述定子槽的槽宽的一半。
12.根据权利要求1-11任意一项所述的电机定子，其特征在于，所述多个定子槽等间距布置在所述第一端面和/或所述第二端面。
13.根据权利要求1-12任意一项所述的电机定子，其特征在于，所述第一端面和所述第二端面上均设置有多个定子槽，
所述第一端面上的每个定子槽与所述第二端面上的每个定子槽相对于所述定子铁芯的轭部呈两两镜像对称方式布置。
14.根据权利要求1-13任意一项所述的电机定子，其特征在于，所述第一端面和所述第二端面上均设置有多个所述定子槽，
所述磁通绕组中的相邻两个所述第二部分中的一个第二部分嵌入所述第一端面上的所述定子槽中，所述磁通绕组中的相邻两个所述第二部分中的另一个第二部分嵌入所述第二端面上的所述定子槽中。
15.根据权利要求14所述的电机定子，其特征在于，所述磁通绕组中的相邻两个所述第二部分中的一个第二部分嵌入所述第一端面上的第一定子槽中，所述磁通绕组中的相邻两个所述第二部分中的另一个第二部分嵌入所述第二端面上的第二定子槽中，所述第一定子槽与所述第二定子槽相对于所述定子铁芯的轭部呈镜像对称方式布置。
16.根据权利要求1-15任意一项所述的电机定子，其特征在于，所述磁通绕组包括至少一匝线圈。
17.一种驱动电机，其特征在于，包括一个转轴、至少一个电机转子和至少一个如权利要求1-16任一项所述的电机定子；其中，所述至少一个电机转子与所述至少一个电机定子相间设置，并嵌套在所述转轴上。
18.一种电动汽车，其特征在于，包括至少一个如权利要求17所述的驱动电机。
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