CN118783659A - 用于电机的定子组件以及电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机的定子组件以及电机。所述定子组件(100)包括沿圆周方向布置的多个单齿组件(10)，其中，所述单齿组件(10)包括：由导磁材料制成的单齿(20)，其中，所述单齿(20)包括整体呈弧形延伸的基部(21)和从所述基部(21)沿所述定子组件(100)的径向向内凸出的齿部(22)；缠绕在所述齿部(22)上的线圈(30)，其中，在所述单齿组件(10)的沿所述定子组件(100)的圆周方向的两个周向侧(10a，10b)处，所述线圈(30)的线圈区段的排布不相同。所述电机包括根据前述的定子组件(100)。

Description

用于电机的定子组件以及电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域。本发明具体地涉及一种用于电机的定子组件以及电机自身。

背景技术

为满足纯电动车辆或混合动力车辆的电驱动需求，电机的功率密度应当不断优化提高。当前存在多种用于制造电机的绕组方案，这些绕组方案在槽填充率、结构空间大小等方面存在区别。

一种当前的绕组技术是单齿绕组。单齿绕组能够实现较高的自动化程度和有序的多个导线层。单齿绕组的现有方案例如可以参考中国专利文献CN 102545450B。在这类方案中，定子芯整体呈环状并且通过沿圆周方向分布的多个定子单齿组装而成，各个定子单齿上一层一层地缠绕有线圈，线圈的接线头以预定的绕组方案电连接以形成完整的定子绕组。

在此，由定子单齿和缠绕在该定子单齿上的线圈组成的单齿组件大致呈截顶的四棱锥形状。由此，由相邻的两个定子单齿形成的定子槽在定子的径向剖面中呈梯形。在这种情况下，为保证分别属于相邻两个单齿组件的线圈之间具有足够的间距，线圈通常如此缠绕在定子单齿上：处于内侧的线圈层完全被缠绕，换言之，靠近定子单齿的线圈层在单齿的从齿根直至齿顶的整个长度的范围内延伸；而最外侧的线圈层通常没有完全被缠绕。由此可见，定子单齿之间的空间未能得到充分的利用，定子组件的槽填充率在这类方案中受到了限制。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于电机的定子组件。该定子组件能够具有改善的槽填充率，使得电机能够实现更高的功率密度。

根据本发明的一个方面，上述目的可以通过一种用于电机的定子组件实现。所述定子组件包括沿圆周方向布置的多个单齿组件，其中，单齿组件包括：由导磁材料制成的单齿，其中，单齿包括整体呈弧形延伸的基部和从基部沿定子组件的径向向内凸出的齿部；缠绕在齿部上的线圈，其中，在单齿组件的沿定子组件的圆周方向的两个周向侧处，线圈的线圈区段的排布不相同。

在此，定子组件整体呈圆筒状并且可以用于内转子式的电机。在这种情况下，在电机完成装配后，电机的转子组件能够布置在定子组件的径向内部。需要说明的是，在本文的描述中，除非另有明确的规定和限定，否则术语“轴向”、“径向”和“圆周方向”均基于定子组件在完成组装形态下的中轴线。具体地，“轴向”为定子组件的中轴线的延伸方向或平行于该中轴线延伸的方向；“径向”为垂直于定子组件的中轴线且与该中轴线相交的方向；“圆周方向”为围绕定子组件的中轴线的方向。

在本文的范围内，定子组件包括定子芯和定子绕组。为此，定子组件包括沿圆周方向布置的多个单齿组件。本领域技术人员可以理解，定子组件还能够包括用于沿定子组件的圆周方向连接单齿组件中的单齿的连接构件以及按照预定绕组方案电连接各个单齿组件中线圈的连接构件。

优选地，定子组件中的单齿包括整体呈弧形延伸的基部和从基部沿定子组件的径向向内凸出的齿部。在此，基部相比齿部具有更大的周向尺寸，齿部在靠近基部的一侧形成齿根并且在远离基部的一侧形成齿顶。在这种情况下，多个单齿组件的单齿能够借助彼此连接基部构成的定子芯的环状基体，相邻单齿的齿部之间则形成能够容纳定子绕组的定子槽。在此，本领域技术人员可以理解，基部仅在整体上呈弧形延伸，可能在基部的局部位置为连接等目的设置特殊结构。此外，本领域技术人员可以理解，齿部仅在整体上从基部处沿定子组件的径向朝向内侧凸出，齿部的齿顶位置也可能存在为限定线圈位置等目的设置的特殊结构，如止挡臂。

优选地，线圈如此缠绕在单齿的齿部上，其中，使得在单齿组件的沿定子组件的圆周方向的两个周向侧处，线圈的线圈区段的排布不相同。在此，一单齿和两侧相邻单齿分别形成的两个定子槽，该一个单齿上所缠绕的线圈在该两个定子槽中的线圈区段具有不完全相同的径向位置和/或相对所属齿部的周向距离。由此可能出现的情况是：在其中一个定子槽中的、由特定径向位置和相对齿部的周向距离共同定位的位置处，存在完整的线圈区段；而在另一个定子槽中的、由同样的特定径向位置和相对齿部的周向距离共同定位的位置处，则不存在线圈区段或仅存在线圈区段的一部分。线圈区段在此可以理解为：线圈在定子芯的定子槽中大致沿轴向延伸的直线区段。在本文范围内，线圈的接线头以预定的绕组方案相互电连接以形成完整的定子绕组，然而接线头的形态可以根据已有方案实施。优选地，线圈采用铜制圆线。

借助上述线圈在单齿组件两侧的定子槽中的不同缠绕排布方案或者说非对称的缠绕排布方案，相邻单齿组件中的线圈的对应线圈区段能优选在径向上错位布置线圈。由此，在保证相邻单齿组件中的线圈之间存在充足的最小间距、进而避免或者降低击穿风险的情况下，能够充分地利用定子槽中的空间，增加了槽填充率。与此同时，在将线圈缠绕在定子单齿上时可以采用较小张力，减小了线圈导线的拉伸变形，这一方面防止或者阻碍线圈导线电阻的增加，另一方面防止或者阻碍绝缘漆的电绝缘性能下降，提高电机定子组件的电绝缘性能。由此可见，在此提供的定子组件可以同时增加电机的功率密度和运行稳定性。

在一种优选的实施方式中，线圈形成有环绕齿部的至少两个线圈层，其中，在单齿组件的沿定子组件的圆周方向的两个周向侧处，距离单齿最远的顶层线圈层的线圈区段的排布不相同。在一些实施例中，在一单齿和两侧相邻单齿分别形成的两个定子槽中，靠近该一单齿的线圈层能够以相同的排布方式缠绕线圈导线，例如在单齿的从齿根直至齿顶的整个长度的范围内排布线圈区段。在此，靠近单齿的线圈层例如是最靠近单齿的底层线圈层以及可能存在的、位于底层线圈层和顶层线圈层之间的中间线圈层。由此，可以最大化地利用定子槽中的空间，增加槽填充率，并且可以减小在缠绕线圈时采用的张力。

在此，优选地，在单齿组件的沿定子组件的圆周方向的两个周向侧处，顶层线圈层中的线圈区段的个数相同，其中，位于径向外侧的线圈区段对应地具有相同的径向位置，位于径向内侧的线圈区段具有不同的径向位置。在一些实施例中，在一单齿和两侧相邻单齿分别形成的两个定子槽中，顶层线圈层中从径向最外侧开始排序的第一个线圈区段在各自对应的定子槽中具有相同的径向位置，也即具有相同的相对定子组件的旋转轴线的最短距离。附加地，在另一些实施例中，顶层线圈层中从径向最外侧开始排序的第二个线圈区段在各自对应的定子槽中具有相同的径向位置。本领域技术人员可以理解，位于径向外侧的、对应地具有相同的径向位置的线圈区段的个数能够根据电机或者定子组件的配置进行调整。在此，在一单齿和两侧相邻单齿分别形成的两个定子槽中，顶层线圈层中至少从径向最内侧开始排序的第一个线圈区段在各自对应的定子槽中具有不同的径向位置，也即以相对定子组件的旋转轴线的不同的最短距离进行布置。由此，相邻单齿组件中各自的线圈在彼此邻近的顶层线圈层的径向内侧区域中排布了径向上错位的线圈区段，充分利用了定子槽从径向外侧朝向径向内侧逐渐收缩的空间，增加槽填充率，并且可以减小在缠绕线圈时采用的张力。

在此，优选地，在单齿组件的沿定子组件的圆周方向的两个周向侧处，在顶层线圈层中的线圈区段的个数不同。在此，在定子组件的一个周向侧的顶层线圈层中设置相对另一个周向侧更多的线圈区段，该增设的线圈区段能够填充定子槽中空余的空间，由此进一步增加槽填充率。

在上述顶层线圈层中线圈区段个数不同的实施方式中，还有利的是，在单齿组件的沿定子组件的圆周方向的两个周向侧处，在顶层线圈层中，位于径向外侧的至少两个线圈区段对应地具有相同的径向位置，位于径向内侧的线圈区段具有不同的径向位置。在此，增设的线圈区段能够布置在定子槽中靠近径向内侧的位置。为此，可选地，在一单齿和两侧相邻单齿分别形成的两个定子槽中，分别属于两个单齿组件的顶层线圈层中的内侧的线圈区段能够在径向上错位排布，以保证这些线圈区段以及上述增设的线圈区段之间具有足够的最小间距。

在此，优选地，在单齿组件的沿定子组件的圆周方向的两个周向侧处，在紧邻顶层线圈层的线圈层中，位于径向内侧的线圈区段具有不同的径向位置。在此，在定子组件的两个周向侧，不仅顶层线圈层中的线圈区段能够具有不同的径向位置，紧邻顶层线圈层的线圈区段、尤其位于径向内侧区域的也能够具有不同的径向位置，由此能够通过调整在定子槽中径向内侧区域中的线圈区段位置，在保证线圈最小间距的情况下尽可能布置更多的线圈导线，从而增加槽填充率。

在此，优选地，在全部单齿组件中，线圈均以相同排布方式缠绕在对应单齿上。由此有利于自动化地制造定子组件，降低定子组件的成本。

在此，优选地，线圈以分布式绕组方式缠绕或者以集中式绕组方式缠绕。

在此，优选地，定子组件还包括由绝缘材料制成的支承体，其中，支承体构造有用于距离齿部最近的底层线圈层中的线圈区段确定径向位置的定位槽，并且其中，如此构造支承体，使得底层线圈层中的线圈区段相对齿部的最短距离均相等。在一些实施例中，支承体由塑料制成。在一些实施例中，支承体环绕单齿的齿部的区段、尤其分别朝向两个定子槽的侧面形成厚度基本相等的基体，在基体上构造有凸出结构以形成定位槽。

根据本发明的另一个方面，上述目的还可以通过一种电机实现。所述电机包括根据上述实施方式构造的定子组件。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是根据本发明的一种优选实施方式的定子组件的立体图。

图2是根据图1的定子组件的局部分解的立体图。

图3是根据图1的定子组件的单齿组件中关于线圈排布的第一实施例的示意图；

图4是根据图1的定子组件的单齿组件中关于线圈排布的第二实施例的示意图；和

图5是根据图1的定子组件的单齿组件中关于线圈排布的第三实施例的示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明的一种优选实施方式的定子组件100的立体图。定子组件100整体呈圆筒状并且在此可以特别适用于内转子式的电机。在电机完成装配后，电机的转子组件能够布置在定子组件100的径向内部。根据本实施方式，电机例如是用于纯电动车辆或混合动力车辆的驱动电机。

图2是根据图1的定子组件100的局部分解的立体图。结合图1和图2可见，定子组件100包括定子芯和定子绕组。为此，定子组件100包括沿圆周方向布置的多个单齿组件10。单齿组件10包括单齿20和线圈30(参见图3至图5)。定子组件100还包括用于沿定子组件100的圆周方向连接单齿组件10中的单齿20的连接构件(未示出)以及按照预定绕组方案、在本实施方式中按照集中式绕组方案电连接各个单齿组件10中线圈30的连接构件(未示出)。在本实施方式中，全部单齿组件10优选相同地构造，由此有利于自动化地制造定子组件100，降低定子组件100、乃至电机整体的成本。

图3是根据图1的定子组件100的单齿组件10中关于线圈排布的第一实施例的示意图。图3局部地示出了以垂直于定子组件100的轴向的平面为剖切面来剖切定子组件100所得到的剖面图。图3示例性地示出了两个单齿组件10，在此为方便具体描述单齿组件10的结构，暂称图3中左侧的单齿组件10为第一单齿组件，并且暂称图3中右侧的单齿组件10为第二单齿组件。

如图3所示，单齿组件10包括单齿20、线圈30和支承体40。

在本实施例中，单齿20由导磁材料制成。单齿20包括整体呈弧形延伸的基部21和从基部21沿定子组件100的径向向内凸出的齿部22。在此，基部21相比齿部22具有更大的周向尺寸，齿部22在靠近基部21的一侧形成齿根并且在远离基部的一侧形成齿顶。在这种情况下，多个单齿组件10的单齿20借助彼此连接的基部21构成的定子芯的环状基体，相邻单齿20的齿部22之间则形成能够容纳定子绕组的定子槽。在本实施例中，在齿部22的齿顶位置还设置有止挡臂23，止挡臂23沿定子组件10圆周方向延伸以局部地在径向内侧封闭定子槽，由此限定定子绕组或者说线圈的位置。

在本实施例中，线圈30采用铜制圆线。线圈30如此缠绕在单齿20的齿部22上，其中，使得分别在单齿组件10的沿定子组件100的圆周方向的两个周向侧处、也即分别在第一周向侧10a和第二周向侧10b处，线圈30的线圈区段的排布不相同。针对本实施例，具体来说，线圈30形成有层层缠绕齿部22的四个线圈层，也即距离齿部22最近的底层线圈层31、距离齿部22最远的顶层线圈层34以及位于底层线圈层31和顶层线圈层34之间的中间线圈层32、33。如图3所示，底层线圈层31和中间线圈层32、33中的线圈区段在第一周向侧10a和第二周向侧10b以相同方式排布，其中，在单齿22的从齿根直至齿顶的整个长度的范围内排布线圈区段。相对地，顶层线圈层34在第一周向侧10a的线圈区段341a、342a、343a、344a、345a的排布方式则不同于顶层线圈层34在第二周向侧10b的线圈区段341b、342b、343b、344b、345b。在本实施例中，第一周向侧10a处位于径向外侧的线圈区段341a、342a、343a、344a和第二周向侧10b处位于径向外侧的线圈区段341b、342b、343b、344b对应地具有相同的径向位置。换言之，线圈区段341a和线圈区段341b相对定子组件的旋转轴线具有相同的距离；线圈区段342a和线圈区段342b相对定子组件的旋转轴线具有相同的距离；以此类推。在本实施例中，第一周向侧10a处位于径向内侧的线圈区段345a和第二周向侧10b处位于径向内侧的线圈区段345b则具有不相同的径向位置。

支承体40由绝缘材料、优选塑料制成。支承体40至少包覆在单齿20的齿部22上并且构造有供底层线圈层31中的线圈区段定位的定位槽41。在此，如此构造支承体40，使得底层线圈层31中的线圈区段相对齿部22的最短距离均相等。

由此，在由第一单齿组件10的单齿20和第二单齿组件10的单齿20共同形成定子槽中，第一单齿组件10在第二周向侧10b的线圈区段345b和第二单齿组件10在第一周向侧10a的线圈区段345a在径向上错位布置。由此，在相邻单齿组件中的线圈之间存在充足的最小间距(在本实施例中参见线圈区段345a和线圈区段345b之间的间距d)，进而避免或者降低击穿风险的情况下，能够充分地利用定子槽中的从径向外侧朝向径向内侧逐渐收缩的空间，增加了槽填充率。与此同时，在将线圈缠绕在定子单齿上时可以采用较小张力，减小了线圈导线的拉伸变形，这一方面防止或者阻碍线圈导线电阻的增加，另一方面防止或者阻碍绝缘漆的电绝缘性能下降，提高电机定子组件的电绝缘性能。由此可见，根据本实施例提供的定子组件可以同时增加电机的功率密度和运行稳定性。

图4是根据图1的定子组件100的单齿组件10中关于线圈排布的第二实施例的示意图。根据第二实施例的单齿组件10与前述的根据第一实施例的单齿组件10类似地构造，下面仅阐述不同之处。在第二实施例中，如图4所示，在顶层线圈层34中，第一周向侧10a处位于径向内侧的三个线圈区段345a、346a、347a和第二周向侧10b处位于径向内侧的三个线圈区段345b、346b、347b在径向上错开地布置，由此能够充分地利用定子槽中的空间，增加了槽填充率。

图5是根据图1的定子组件100的单齿组件10中关于线圈排布的第三实施例的示意图。根据第三实施例的单齿组件10与前述的根据第二实施例的单齿组件10类似地构造，下面仅阐述不同之处。在第三实施例中，在顶层线圈层34在第一周向侧10a和在第二周向侧10b具有不同数量的线圈区段。具体来说，顶层线圈层34在第一周向侧10a排布有八个线圈区段，即线圈区段341a至348a，而顶层线圈层34在第二周向侧10a排布有七个线圈区段，即线圈区段341b至347b。在本实施例中，第一周向侧10a处的位于径向外侧的线圈区段341a、342a、343a、344a和第二周向侧10b处的位于径向外侧的线圈区段341b、342b、343b、344b对应地具有相同的径向位置；第一周向侧10a处位于径向内侧的线圈区段345a、346a、347a、348a和第二周向侧10b处位于径向内侧的线圈区段345b、346b、347b则通过彼此错开的径向位置分布在定子槽中靠近径向内侧的区域，由此能够充分地利用定子槽中的从径向外侧朝向径向内侧逐渐收缩的空间，增加了槽填充率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

附图标记列表

100 定子组件

10 单齿组件

10a 第一周向侧

10b 第二周向侧

20 单齿

21 基部

22 齿部

23 止挡臂

30 线圈

31 底层线圈层

32 中间线圈层

33 中间线圈层

34 顶层线圈层

341a 线圈区段

341b 线圈区段

342a 线圈区段

342b 线圈区段

343a 线圈区段

343b 线圈区段

344a 线圈区段

344b 线圈区段

345a 线圈区段

345b 线圈区段

346a 线圈区段

346b 线圈区段

347a 线圈区段

347b 线圈区段

348a 线圈区段

40 支承体

41 定位槽

Claims (10)

1.一种用于电机的定子组件(100)，所述定子组件(100)包括沿圆周方向布置的多个单齿组件(10)，其中，所述单齿组件(10)包括：

由导磁材料制成的单齿(20)，其中，所述单齿(20)包括整体呈弧形延伸的基部(21)和从所述基部(21)沿所述定子组件(100)的径向向内凸出的齿部(22)；

缠绕在所述齿部(22)上的线圈(30)，

其特征在于，在所述单齿组件(10)的沿所述定子组件(100)的圆周方向的两个周向侧(10a，10b)处，所述线圈(30)的线圈区段的排布不相同。

2.根据权利要求1所述的定子组件(100)，其中，

所述线圈(30)形成有环绕所述齿部(22)的至少两个线圈层(31、32、33、34)，其中，在所述单齿组件(10)的沿所述定子组件(100)的圆周方向的两个周向侧(10a，10b)处，距离所述单齿(20)最远的顶层线圈层(34)的线圈区段的排布不相同。

3.根据权利要求2所述的定子组件(100)，其中，

在所述单齿组件(10)的沿所述定子组件(100)的圆周方向的两个周向侧(10a，10b)处，所述顶层线圈层(34)中的线圈区段的个数相同，其中，位于径向外侧的线圈区段(341a-344a，341b-344b)对应地具有相同的径向位置，位于径向内侧的线圈区段(345a，345b)具有不同的径向位置。

4.根据权利要求2所述的定子组件(100)，其中，

在所述单齿组件(10)的沿所述定子组件(100)的圆周方向的两个周向侧(10a，10b)处，在所述顶层线圈层(34)中的线圈区段的个数不同。

5.根据权利要求4所述的定子组件(100)，其中，

在所述单齿组件(10)的沿所述定子组件(100)的圆周方向的两个周向侧(10a，10b)处，在所述顶层线圈层(34)中，位于径向外侧的至少两个线圈区段(341a-344a，341b-344b)对应地具有相同的径向位置，位于径向内侧的线圈区段(345a-347a，345b-348b)具有不同的径向位置。

6.根据权利要求2所述的定子组件(100)，其中，

在所述单齿组件(10)的沿所述定子组件(100)的圆周方向的两个周向侧(10a，10b)处，在紧邻所述顶层线圈层(34)的线圈层(33)中，位于径向内侧的线圈区段具有不同的径向位置。

7.根据权利要求2所述的定子组件(100)，其中，

在全部所述单齿组件(10)中，所述线圈(30)均以相同排布方式缠绕在对应单齿(20)上。

8.根据权利要求2所述的定子组件(100)，其中，

所述线圈(30)以分布式绕组方式缠绕或者以集中式绕组方式缠绕。

9.根据权利要求2所述的定子组件(100)，其中，

所述定子组件(100)还包括由绝缘材料制成的支承体(40)，

其中，所述支承体(40)构造有供距离所述齿部(22)最近的底层线圈层(31)中的线圈区段进行定位的定位槽(41)，并且

其中，如此构造所述支承体(40)，使得所述底层线圈层(31)中的线圈区段相对所述齿部(22)的最短距离均相等。

10.一种电机，所述电机包括根据权利要求1至9中任一项所述的定子组件(100)。