三相电机定子的制作方法

名称为：三相电机定子及电机

申请号为：2016104453480

申请日为：2016.06.17

的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于电机结构领域，具体涉及用于电动车辆的三相电机的定子结构。

背景技术：

文献号为CN103534902A的中国专利申请公开了一种旋转电机的定子，结合该文献中的图3－图8所示，，构成定子绕组40的各导线50由具有多个插槽收纳部51和多个回转部52的一根连续导线构成，一根的长度约为3m，其中，多个插槽收纳部51相互平行地呈直线状延伸并且沿导线的长度方向以规定间隔排列，多个回转部52将相邻的插槽收纳部51彼此在插槽收纳部51的一端侧与另一端侧交替地连接。由此，如图5所示，定子绕组40具有：由多个导线50的插槽收纳部51在轴向中央部沿定子铁芯30的径向层叠而成的插槽收纳部层叠部46、和在轴向两侧从定子铁芯30的轴向两端面朝向轴向外侧分别突出的多个导线50的回转部52沿定子铁芯30的径向层叠而成的第一以及第二线圈端部47、48。

另外，导线50的回转部52具有一对扇形件56，它们与定子铁芯30的轴向的端面30A大致平行地延伸并且与被该回转部52连接的一对插槽收纳部51分别相邻。由此，回转部52从定子铁芯30的端面30A突出的高度h1降低。其结果，第一以及第二线圈端部47、48的高度H1降低。

该专利通过上述方案有效降低了定子在轴向上的高度，使得电机的整体高度能够做得较小，当该电机用于电动车辆上时，能够有效减小电机的安装空间。

由于上述定子绕组40具有多个连为一体的插槽收纳部51和多个回转部52，这样，在定子绕组定型之后，不可能将之安装到一个整体式的定子铁芯上。为了克服上述问题，该文献中（如图3以及图4所示），通过将多个铁芯扇形件32以在周向上相互相邻的方式连接而形成定子铁芯30。另外，定子铁芯30具有多个插槽31，该插槽31形成于定子铁芯30的径向内周面并沿周向以规定间隔而配置。然而，沿周向分块式的扇形件的加工、装配都较为麻烦，且难以保证多个扇形件装配后的整体稳定性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种工艺较为简单，装配方便且能保证定子轴向具有较小高度的三相电机定子以及采用该定子的电机。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：一种三相电机定子，包括有环形的定子铁芯以及安装在定子铁芯上的定子线圈；

所述定子铁芯内壁具有多个沿定子铁芯周向等距排列的用以容纳所述定子线圈的插槽，各个插槽的开口朝向定子铁芯的中心；

所述定子铁芯由沿着定子铁芯轴向堆叠的多个磁钢片构成；

所述定子线圈包括有多个线圈单元，每个线圈单元由一根漆包线卷绕成沿定子铁芯径向层叠的2匝-8匝；

卷绕成型后的线圈单元的整体形状为：具有两个相互平行的插槽容纳部，以及位于两个插槽容纳部之间的两个形状对称的转弯部；

所述转弯部具有两个斜边部，线圈单元的两端分别为第一接线端和第二接线端，所述第一接线端从两个斜边部中间位置沿着与插槽容纳部平行的方向向外伸出，第二接线端沿着插槽容纳部长度方向向外伸出；

两个以上的所述线圈单元串联构成一个相绕组，位于定子铁芯上同一周向位置的两个线圈单元之间通过第一接线端直接电连接，位于定子铁芯上周向位置相错开的两个线圈单元的第二接线端之间通过与定子铁芯端面平行的连接线相连接。

为了使定子的整体高度较小，且避免采用背景技术中由扇形件拼接而成的定子铁芯，本发明采用折中的方案，通过改变定子线圈的构造和连接方式，在定子轴向高度没有明显增加的前提下，适应整体式（在周向上为整体）的定子铁芯，避免过高的工艺难度使制造成本增加。

具体地，本发明的每个线圈单元具有多匝，经过较小次数的串联之后形成一个相绕组，这样每个线圈单元能够省力地安装到定子铁芯上的对应位置，在所有线圈单元安装完毕之后，将各个线圈单元通过直接连接配合连接线连接的方式，形成最终的定子线圈。

其中，对于无法直接焊接的两个线圈单元之间，采用与定子铁芯端面平行的连接线相连，这样相比于背景技术的方案，定子在轴向上增加了的高度约为所述连接线的厚度，但避免了使用分体式的定子铁芯，省去了制造、拼装、固定定子铁芯这个较复杂的工艺流程，且能保证定子的整体稳定性和机械强度。

作为优选方案：所述线圈单元根据其相对定子铁芯径向的内外位置分为靠近定子铁芯径向外侧的外线圈单元，以及靠近定子铁芯径向内侧的内线圈单元；所述外线圈单元、内线圈单元分别沿着定子铁芯周向依次安装在各个插槽中。

安装于每个插槽的线圈单元分为两个部分之后厚度较薄，便于安装。

作为优选方案：位于定子铁芯上同一周向位置的所述外线圈单元的第一接线端和内线圈单元的第一接线端之间直接电连接。

所述第一接线端端部为纵向焊接部，即第一接线端端部的焊接面与定子铁芯端面平行。

作为优选方案：所述的连接线包括有U形的第一连接线，以及第二连接线；

位于定子铁芯上周向位置相错开的两个内线圈单元的第二接线端之间通过与定子铁芯端面平行的第一连接线相连接；

位于定子铁芯上周向位置相错开的一个内线圈单元的第二接线端和一个外线圈单元的第二接线端之间通过与定子铁芯端面平行的第二连接线相连接。

作为优选方案：沿定子铁芯周向的相邻两个所述第一连接线相对定子铁芯轴线方向的位置相互错开，第一连接线与第二连接线相对定子铁芯轴线方向的位置也相互错开。

第一连接线、第二连接线分层设置，这样在焊接时也是分开进行，降低焊接难度，且每层的焊点都是均匀分布，能避免接线出错。

作为优选方案：所述第二连接线相对第一连接线远离定子铁芯端面。

第二连接线相比第一连接线数量多，且第二连接线从定子线圈的最外周延伸到定子线圈的最内周，这样大部分的焊接处在最外侧，焊接最为方便，也使得连接后的定子线圈整体外形平整美观。

作为优选方案：连接在同一相位的所述线圈单元至少包括有两个所述外线圈单元，且两个所述外线圈单元具有相对定子铁芯轴向位置相互错开的第二接线端；

其中一个外线圈单元的第二接线端连接一个相线，另一个外线圈单元的第二接线端连接中性线；

连接不同相线的所述外线圈单元具有相对定子铁芯轴向位置相互错开的第二接线端。

作为优选方案：所述相线和中性线位于外线圈单元的外周，所述相线和中性线整体呈与定子铁芯同圆心的圆弧形。

作为优选方案：连接在同一相位的所述线圈单元包括有两个以上通过第一连接线串联的绕组单元，每个绕组单元包括有两个所述外线圈单元和两个所述内线圈单元，其中一个外线圈单元和一个内线圈单元安装在定子铁芯上同周向位置的一对插槽中，另外一个外线圈单元和另外一个内线圈单元安装在定子铁芯上同周向位置的另一对插槽中，两对所述插槽沿定子铁芯周向相邻。

作为优选方案：所述外线圈单元的第二接线端端部成型有与定子铁芯端面平行的横向焊接部。

横向焊接部便于相线、中性线的定位，同时便于第二连接线的定位和连接。

作为优选方案：U形的所述第一连接线的中间部分呈与定子铁芯同圆形的圆弧形，第一连接线所处平面与定子铁芯端面平行，且所述第一连接线的两端部成型有与定子铁芯端面相垂直的纵向焊接部。

作为优选方案：所述第二连接线具有与定子铁芯同圆心的第一弧形部和第二弧形部，且第二弧形部的半径大于第一弧形部的半径，第一弧形部和第二弧形部之间形成用于避让相邻位置第二连接线的第一弧形部、第二弧形部的避让折弯部；第一弧形部的外端成型有与定子铁芯端面相垂直的纵向焊接部，第二弧形部的外端成型有与定子铁芯端面平行的横向焊接部。

采用避让折弯部使得相邻位置的第二连接线的第一弧形部、第二弧形部不会产生干涉，且利于两端焊接部的成型。

作为优选方案：所述线圈单元的转弯部相对定子铁芯端面的投影形状为：与定子铁芯同圆心的弧形部a和弧形部b，所述弧形部b的半径大于弧形部a的半径；所述弧形部a和弧形部b之间形成一个转折部，所述转折部相对定子铁芯径向的有效长度等于线圈单元的匝数N乘以漆包线的厚度，所述匝数N定义为：只要当漆包线绕过的匝数超过N-1圈，均记为N匝。

作为优选方案：每个所述线圈单元的两个插槽容纳部装配于第M和第M+6个插槽中。

作为优选方案：所述线圈单元转弯部的两个斜边部之间形成105°～110°的夹角。

作为优选方案：每个线圈单元由一根漆包线卷绕成沿定子铁芯径向层叠的2又3/4匝。

附图说明

图1是本发明电机定子的结构示意图。

图2是装配外线圈单元的结构示意图。

图3是装配内线圈单元的结构示意图。

图4是本发明各外线圈单元的结构示意图。

图5是外线圈单元的结构示意图。

图6是外线圈单元的端部结构示意图。

图7是本发明各内线圈单元的结构示意图。

图8是第一连接线的结构示意图。

图9是第二连接线的结构示意图。

图10、图12是连续排列的多个线圈单元的连接结构示意图。

图11是图10的A部结构放大图。

图13是图12的B部结构放大图。

图14是串联的两个绕组单元的结构示意图。

图15是8个绕组单元的排列结构示意图。

图16是本发明的绕组连接图。

1、定子铁芯；11、插槽；2、中性线；3、相线；4、外线圈单元；41、外线圈a；42、外线圈b；43、外线圈c；44、外线圈d；45、外线圈e；401、插槽容纳部；402、转弯部；403、转折部；404、第一接线端；405、第二接线端；5、内线圈单元；51、第一内线圈；52、第二内线圈；53、第三内线圈；6、第一连接线；7、第二连接线；71、第一弧形部、72、避让折弯部；73、第二弧形部。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

实施例1

结合图1至图16所示，本实施例的三相电机定子包括有环形的定子铁芯1以及安装在定子铁芯上的定子线圈。

所述定子铁芯内壁具有多个沿定子铁芯周向等距排列的用以容纳所述定子线圈的插槽11，各个插槽的开口朝向定子铁芯的中心。

所述定子铁芯由沿着定子铁芯轴向堆叠的多个磁钢片构成。

结合图5所示，所述定子线圈包括有多个线圈单元，每个线圈单元由一根漆包线卷绕成沿定子铁芯径向层叠的2+3/4匝。

卷绕成型后的线圈单元的整体形状为：具有两个相互平行的插槽容纳部401，以及位于两个插槽容纳部之间的两个形状对称的转弯部402。

以两个插槽容纳部所处平面为投影参考面，所述转弯部402具有处于一个等腰三角形的两个对称斜边上的两个斜边部，线圈单元的两端分别为第一接线端404和第二接线端405，所述第一接线端从两个斜边部中间位置沿着与插槽容纳部平行的方向向外伸出，第二接线端沿着插槽容纳部长度方向向外伸出。

所述线圈单元的转弯部相对定子铁芯端面的投影形状为：与定子铁芯同圆心的弧形部a4001和弧形部b4002，所述弧形部b的半径大于弧形部a的半径；所述弧形部a和弧形部b之间形成一个转折部403，所述转折部相对定子铁芯径向的有效长度等于线圈单元的匝数N乘以漆包线的厚度，所述匝数N定义为：只要当漆包线绕过的匝数超过N-1圈，均记为N匝。本实施例中线圈单元为2+3/4匝，则记为3匝。

所述线圈单元转弯部的两个斜边部之间形成105°～110°的夹角。

每个所述线圈单元的两个插槽容纳部装配于第M和第M+6个插槽中。

结合图2和图3所示，所述线圈单元根据其相对定子铁芯径向的内外位置分为靠近定子铁芯径向外侧的外线圈单元4，以及靠近定子铁芯径向内侧的内线圈单元5；所述外线圈单元、内线圈单元分别沿着定子铁芯周向依次安装在各个插槽中。

所述外线圈单元的第二接线端端部成型有与定子铁芯端面平行的横向焊接部。横向焊接部便于相线、中性线的定位，同时便于第二连接线的定位和连接。

所述外线圈单元包括外线圈a、外线圈b、外线圈c、外线圈d和外线圈e，以上各种外线圈单元除了第二接线端长度不同之外，其它部分结构均相同，按照第二接线端的长度从大到小依次为：外线圈a＞外线圈e＞外线圈d＞外线圈c＞外线圈b。

外线圈单元首先安装到定子铁芯上，定子铁芯上的插槽共48个，安装时按照以下顺序沿顺时针方向将各个外线圈单元装入：外线圈a～外线圈ｂ～外线圈ｅ～外线圈ａ～外线圈ｂ～外线圈ａ～外线圈ｄ～外线圈ａ～外线圈ｂ～外线圈ａ～外线圈ｃ～外线圈ａ～外线圈ｂ～外线圈ａ～外线圈ｅ……，依次循环至填满整个定子铁芯的所有插槽，在装入最后５个外线圈单元时，需要将最前端的５个外线圈单元左侧的插槽容纳部掀起，在装入所有外线圈单元后用工装压平。

所述内线圈单元包括有第一内线圈51、第二内线圈52和第三内线圈53，以上各种外线圈单元除了第二接线端长度不同之外，其它部分结构均相同，按照第二接线端的长度从大到小依次为：第一内线圈51＞第二内线圈52＞第三内线圈53。

接着安装内线圈单元，安装时按照以下顺序沿顺时针方向将各个内线圈单元装入：第一内线圈～第二内线圈～第一内线圈～第二内线圈～第一内线圈～第三内线圈～第一内线圈～第三内线圈～第一内线圈～第二内线圈……依次循环至填满整个定子铁芯的所有插槽。

接着使用第一连接线将对应的内线圈单元进行连接。

结合图14所示，为两个串联的相绕组，位于右侧的四个线圈单元构成一个相绕组，位于左侧的四个线圈单元构成另一个相绕组，右侧的相绕组端部与一个相线相连，左侧的相绕组与中性线相连，两个相绕组之间通过一个第一连接线6相连。在右侧的相绕组中，一个内线圈单元的第二接线端与相邻位置的一个外线圈单元的第二接线端通过第二连接线7相连。

结合图15和图16所示，与同一相线连接的相绕组包括有8个，每相邻的两个串联为一组，沿定子铁芯轴线共4组。其它两个相位的线圈单元也按照同样的布局沿定子铁芯的周向布置。

U形的所述第一连接线的中间部分呈与定子铁芯同圆形的圆弧形，第一连接线所处平面与定子铁芯端面平行，且所述第一连接线的两端部成型有与定子铁芯端面相垂直的纵向焊接部。

所述第二连接线具有与定子铁芯同圆心的第一弧形部和第二弧形部，且第二弧形部的半径大于第一弧形部的半径，第一弧形部和第二弧形部之间形成用于避让相邻位置第二连接线的第一弧形部、第二弧形部的避让折弯部；第一弧形部的外端成型有与定子铁芯端面相垂直的纵向焊接部，第二弧形部的外端成型有与定子铁芯端面平行的横向焊接部。采用避让折弯部使得相邻位置的第二连接线的第一弧形部、第二弧形部不会产生干涉，且利于两端焊接部的成型。

沿定子铁芯周向的相邻两个所述第一连接线相对定子铁芯轴线方向的位置相互错开，第一连接线与第二连接线相对定子铁芯轴线方向的位置也相互错开；且所述第二连接线相对第一连接线远离定子铁芯端面。

所述线圈单元的转折部403相对定子铁芯端面的距离为25mm，所述第一接线端距离定子铁芯端面的距离为30mm。

第一连接线、第二连接线分层设置，这样在焊接时也是分开进行，降低焊接难度，且每层的焊点都是均匀分布，能避免接线出错。第二连接线相比第一连接线数量多，且第二连接线从定子线圈的最外周延伸到定子线圈的最内周，这样大部分的焊接处在最外侧，焊接最为方便，也使得连接后的定子线圈整体外形平整美观。

结合图10至图13所示，将各个线圈单元进行连接时，首先将对应位置的第三内线圈53使用第一连接线连接，接着将对应位置的第二内线圈52使用第一连接线6进行连接，接着将对应位置的第一内线圈51与对应位置的外线圈a使用第二连接线7进行连接。

第一连接线与第一接线端之间的距离、第二连接线与上层的第一连接线、相邻两层第一连接线之间的距离均为2-4mm。

结合图1至图3所示，所述相线和中性线位于外线圈单元的外周，所述相线和中性线整体呈与定子铁芯同圆心的圆弧形。外线圈b的第二接线端连接中性线2，外线圈c、外线圈d、外线圈e分别连接三根相线3。

中性线与定子铁芯端面的距离为10mm，最靠近中性线的相线与中性线之间，以及相邻两个中性线之间的距离为4-6mm。

本发明为了使定子的整体高度较小，且避免采用背景技术中由扇形件拼接而成的定子铁芯，本发明采用折中的方案，通过改变定子线圈的构造和连接方式，在定子轴向高度没有明显增加的前提下，适应整体式（在周向上为整体）的定子铁芯，避免过高的工艺难度使制造成本增加。

具体地，本发明的每个线圈单元具有多匝，经过较小次数的串联之后形成一个相绕组，这样每个线圈单元能够省力地安装到定子铁芯上的对应位置，在所有线圈单元安装完毕之后，将各个线圈单元通过直接连接配合连接线连接的方式，形成最终的定子线圈。

其中，对于无法直接焊接的两个线圈单元之间，采用与定子铁芯端面平行的连接线相连，这样相比于背景技术的方案，定子在轴向上增加了的高度约为所述连接线的厚度，但避免了使用分体式的定子铁芯，省去了制造、拼装、固定定子铁芯这个较复杂的工艺流程，且能保证定子的整体稳定性和机械强度。

实施例2

本实施例为一种三相电机，包括实施例1所述的定子以及位于所述定子内周且与定子同轴设置的转子。