一种扁线电枢绕组和电机的制作方法

1.本发明涉及电机，尤其是涉及一种扁线电枢绕组。此外，本发明还涉及一种电机。


背景技术：

2.随着新能源汽车技术的快速发展，对于车用驱动电机的性能要求越来越高，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效率有大幅度的提升。
3.由于扁线电机能显著提高电机的槽满率和电机效率，因此越来越多的扁线电机应用于新能源汽车驱动系统，而现有的使用扁线的电机大多为整距波绕绕组，如公开号为cn209881519u的中国专利公开的一种三相扁线电机定子绕组，公开日为2019.12.31，在该专利中，采用三相扁线定子绕组，每相绕组内等距离开设48个定子槽，每个扁线定子绕组槽内导体设置有8层，分别为a
‑
h层，且每层绕组的节距均为6，其内每一相绕组结构均设置有两条支路，且两条支路之间串联，每层绕组采用相同的节距进行绕线，以其中一组定子绕组槽为例，绕线从定子槽8
‑
a开始绕线，随后落入定子槽14
‑
b内，再从定子槽14
‑
b绕线，落入定子槽20
‑
a内，再从定子槽20
‑
a绕线，落入定子槽26
‑
b内，再从定子槽26
‑
b绕线，落入定子槽32
‑
a内，再从定子槽32
‑
4绕线，落入定子槽38
‑
b内，再从定子槽38
‑
b绕线，落入定子槽44
‑
a内，再从44
‑
a落入到下两层定子槽8
‑
c中，从而完成一个循环的绕线，余下的导体内的绕线方式均采用上述的绕线方法进行，当最后一个导体内的绕线完成后，即完成该组内同一相线圈的绕线工作。
4.但是，采用整距绕组的绕线方式，5次和7次电势谐波较大，容易引起振动噪音以及附加谐波损耗等问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的问题是提供了一种扁线电枢绕组，该电枢绕组能够实现短距分布以削弱第5次和7次电势谐波，进而改善谐波引起的振动噪音和谐波损耗问题。并且，该电枢绕组的两条并联支路电势平衡，能够避免产生环流而增加的附加损耗，改善电机效率。同时，该电枢绕组结构简单紧凑，工艺制造性好，适合批量化应用。
6.本发明提供了一种扁线电枢绕组，包括定子，所述定子内开设有若干定子槽，每个所述定子槽内均设有n层线圈嵌入层，其中在一个所述定子槽内，从所述线圈嵌入层的第一层至第n层依次层叠嵌有线圈，嵌入的所述线圈在所述定子槽内形成第一组线圈，在相邻的所述定子槽内，将所述线圈从第n
‑
1层向第二层依次层叠嵌入相邻所述定子槽内形成第二组线圈，所述第一组线圈和第二组线圈间隔排布且每组所述线圈的焊接端首尾相连，从而形成电枢绕组，其中，n为大于等于4的偶数。
7.优选地，所述电枢绕组具有采用并联结构的至少两条支路，在同一条支路下，第一层和第n层所述线圈在同层中跨线，第二层至第n
‑
1层所述线圈在异层中跨线。通过设置两条并联的支路，并将最内层和最外层的发卡线圈设置为同层跨线，中间层的发卡线圈设置
为异层跨线，从而实现两条支路间的电势平衡，避免产生环流从而增加附加的损耗。
8.进一步优选地，所述定子槽的数量为48个，电机极数为8，每个定子槽内的导体数为8。
9.优选地，同一相所述电枢绕组中，同层跨线的所述线圈之间间隔排布，异层跨线的所述线圈之间连续排布。
10.优选地，所述异层跨线为在所述电枢绕组的相邻层之间跨线，第二层所述电枢绕组至第n
‑
1层所述线圈的跨距小于等于8。
11.进一步优选地，所述电枢绕组为三相绕组中的某一相绕组，通过该相绕组在所述定子槽内圆周旋转排列获得另外两相绕组。
12.优选地，所述电枢绕组的线圈采用扁线制成，并分别构成一号发卡线圈、二号发卡线圈和三号发卡线圈结构。通过采用扁线发卡线圈进行绕线，使绕组线圈之间的接触面积更大，散热和热传导性能更好，并且扁线线圈的应力较大，刚性较大，因此对电枢整体具有更好的刚度，从而对电枢绕组产生的噪音有抑制作用。
13.进一步优选地，所述一号发卡线圈的两个焊接端向所述线圈结构的内侧弯曲，从而形成六边形框架结构，且所述一号发卡线圈的两个焊接端的端头处向外侧弯折，所述二号发卡线圈和所述三号发卡线圈的两个焊接端向同一侧弯折，且所述二号发卡线圈与三号发卡线圈的焊接端弯折方向相反，且弯折部分相互平行。对现有的扁线发卡进行改进，减少了端部的尺寸，从而使得整体系统的体积进一步得到缩小，并且采用较少的发卡种类，有利于降低装配的难度，提高装配效率。
14.优选地，所述电枢绕组的每一条支路均包括24个一号发卡线圈，4个二号发卡线圈及4个三号发卡线圈，其中一条支路中，起始所述三号发卡线圈在第一层以跨距7同层跨线，然后所述一号发卡线圈从第二层以跨距6跨至第三层，随后所述一号发卡线圈从第四层以跨距7跨至第五层，随后所述一号发卡线圈从第六层以跨距6跨至第七层，然后所述二号发卡线圈在第八层以跨距6跨同层跨线，随后所述一号发卡线圈从下一极的第七层以跨距6跨至第六层，随后所述一号发卡线圈从第五层以跨距7跨至第四层，随后所述一号发卡线圈从第三层以跨距6跨至第二层，随后所述三号发卡线圈在第一层以跨距5同层跨线，随后所述一号发卡线圈从第二层以跨距6跨至第三层，随后所述一号发卡线圈从第四层以跨距7跨至第五层，随后所述一号发卡线圈从第六层以跨距6跨至第七层，随后所述二号发卡线圈在第八层以跨距6跨同层跨线，随后所述一号发卡线圈从下一极的第七层以跨距6跨至第六层，随后所述一号发卡线圈从第五层以跨距7跨至第四层，随后所述一号发卡线圈第三层以跨距6跨至第二层，以此类推，直至回到最后一个一号发卡线圈。
15.本发明还提供了一种电机，包含权利要求1
‑
9任一项所述的扁线电枢绕组。
16.通过上述技术方案，本发明一方面，通过将发卡线圈先从定子槽的第一层至最后一层进行叠绕，再将发卡线圈从相邻定子槽的倒数第二层叠绕至第二层，以此类推形成的绕组结构均为短距分布，能够有效削弱产生的谐波电动势，改善磁势波形；另一方面，同一相绕组中并联的两条支路间电势平衡，避免产生环流而增加附加损耗，能有效发挥扁线技术提升电机效率和温升性能的效果。
17.本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.图1为本发明所采用的电枢绕组结构示意图；
19.图2为本发明的绕组槽内导体分布图；
20.图3a为本发明所使用的一号发卡线圈的结构示意图；
21.图3b为本发明所使用的二号发卡线圈的结构示意图；
22.图3c为本发明所使用的三号发卡线圈的结构示意图；
23.图4为本发明现有技术中所使用的发卡线圈的结构示意图；
24.图5为本发明现有技术中的一对极下某一相绕组槽内绕线分布图；
25.图6为本发明现有技术中的第一支路绕组图；
26.图7为本发明第一个实施方式中的一对极下某一相绕组槽内绕线分布图；
27.图8为本发明第一个实施方式中的第一支路绕组图；
28.图9为本发明第一个实施方式中的第二支路绕组图；
29.图10为本发明第二个实施方式中的一对极下某一相绕组槽内绕线分布图；
30.图11为本发明第二个实施方式中的第一支路绕组图；
31.图12为本发明第二个实施方式中的第二支路绕组图。
32.附图标记
33.1 定子
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2ꢀꢀ
一号发卡线圈
34.3 二号发卡线圈
ꢀꢀꢀ4ꢀꢀ
三号发卡线圈
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
37.如图1所示，本发明的一种扁线电枢绕组，包括定子，该定子1内开设有若干定子槽，每个所述定子槽内均设有n层线圈嵌入层，并从所述线圈嵌入层的第一层至第n层依次层叠嵌有线圈，嵌入的所述线圈在所述定子槽内形成第一组线圈，再将所述线圈从第n
‑
1层向第二层依次层叠嵌入相邻所述定子槽内形成第二组线圈，所述第一组线圈和第二组线圈间隔排布将每组所述线圈的焊接端首尾相连，最终形成电枢绕组，其中，n为大于等于4的偶数。
38.如图2为本发明所采用的一个定子槽内的导体分布图，每个定子槽内均设有8层导体，其中啊a、b、c、
…
g、h表示每个定子槽的导体数，且沿径向方向依次远离所述电枢绕组的圆心，线圈从a层导体嵌入最后至h层导体。
39.如图3a为本发明所采用的一号发卡线圈2的结构示意图，每个线圈均采用扁线制成，并将扁线进行定型，制成发卡状结构，该发卡结构的两个焊接端整体向发卡内侧弯曲，在焊接端的端头处，再将两个端头向发卡外侧折弯，折弯后的两个端头相对平行，但在实际
的操作中，由于接线的需要，两个端头可根据实际情况进行一定程度的调整，由此，该一号发卡线圈2的各个有效边形成具有一个开口的六边形结构。
40.图3b和图3c分别为本发明所采用的二号发卡线圈3和三号发卡线圈4的结构示意图，其中二号发卡线圈3和三号发卡线圈4同样采用扁线进行定型并制成发卡状结构，为了便于线圈的装配，将二号发卡线圈3的两个焊接端向同一侧进行弯折，同样的，将三号发卡线圈4的两个焊接端也向同一侧进行弯折，并且二号发卡线圈3和三号发卡线圈4的弯折方向相反，即若二号发卡线圈3的焊接端向左弯折，则三号发卡线圈4的焊接端向右弯折，以此来适应本发明所采用的绕线规则。
41.具体地，在绕组内空间不变的前提下，采用一号发卡线圈2、二号发卡线圈3和三号发卡线圈4相组合进行绕线，并且采用扁线来制作一号发卡线圈2、二号发卡线圈3和三号发卡线圈4并进行绕线，构成的绕组可以达到更高的槽满率，从而使得绕组槽内填充的铜可得到显著提高，产生更强的磁场强度，从一定程度上等同于增加的功率；并且采用扁线制成的线圈之间的接触面积更大，散热和热传导性能更好，并且扁线线圈的应力较大，刚性较大，因此对电枢整体具有更好的刚度，从而对电枢绕组产生的噪音有抑制作用；另外，对于扁线电机来说，由于扁线线圈所采用的都是硬线，在加工的过程中可以将一号发卡线圈2、二号发卡线圈3和三号发卡线圈4的端部尺寸进行缩小，从而使得整体绕组内的空间降低，进而整体的体积得到缩小，从而实现电机的小型化和轻量化。
42.现有技术中，u相绕组分布情况如图4至图5所示，图4为u相绕组分布所使用的扁线发卡，该扁线发卡的两个焊接端向外侧弯曲，从而形成一个底部封闭的漏斗状开放结构，将该扁线发卡嵌入定子槽内，一对极下u相绕组槽内的扁线发卡分布情况如图5所示，每个绕组槽内设置有8层导体，扁线发卡以相同的节距均匀嵌入每层导体中，从而形成最终的绕组结构。
43.具体地，如图6所示，绕组结构内设置有48个定子槽，48个定子槽由1至48的顺序编号，每个定子槽通常设置为矩形槽，且每个定子槽内设置有8层导体，绕组结构的第一条支路绕线路径如下：首先线圈从8号定子槽的第一层(最靠近定子槽1的外圆面的层定义为第一层)插入，然后以正常节距跨入14号定子槽的第二层，然后以正常节距跨入20号定子槽的第一层，然后以正常节距跨入26号定子槽的第二层，然后以正常节距跨入32号定子槽的第一层，然后以正常节距跨入38号定子槽的第二层，然后以正常节距跨入44号定子槽的第一层，然后以正常节距跨入2号定子槽的第二层，然后以正常节距跨入8号定子槽的第三层，然后以正常节距跨入14号定子槽的第四层，然后以正常节距跨入20号定子槽的第三层，然后以正常节距跨入26号定子槽的第四层，然后以正常节距跨入32号定子槽的第三层，然后以正常节距跨入38号定子槽的第四层，然后以正常节距跨入44号定子槽的第三层，然后以正常节距跨入2号定子槽的第四层，然后以正常节距跨入8号定子槽的第五层，然后以正常节距跨入14号定子槽的第六层，然后以正常节距跨入20号定子槽的第五层，然后以正常节距跨入26号定子槽的第六层，然后以正常节距跨入32号定子槽的第五层，然后以正常节距跨入38号定子槽的第六层，然后以正常节距跨入44号定子槽的第五层，然后以正常节距跨入2号定子槽的第六层，然后以正常节距跨入8号定子槽的第七层，然后以正常节距跨入14号定子槽的第八层，然后以正常节距跨入20号定子槽的第七层，然后以正常节距跨入26号定子槽的第八层，然后以正常节距跨入32号定子槽的第七层，然后以正常节距跨入38号定子槽
的第八层，然后以正常节距跨入44号定子槽的第七层，然后以正常节距跨入2号定子槽的第八层，然后以7节距跨入9号定子槽的第八层，然后以正常节距跨入3号定子槽的第七层，然后以正常节距跨入45号定子槽的第八层，然后以正常节距跨入39号定子槽的第七层，然后以正常节距跨入33号定子槽的第八层，然后以正常节距跨入27号定子槽的第七层，然后以正常节距跨入21号定子槽的第八层，然后以正常节距跨入15号子槽的第七层，然后以正常节距跨入9号定子槽的第六层，以此类推，直至15号定子槽的第一层后，完成第一条支路的绕线工作，其他支路的绕线也以此类推。
44.由此可见，第一层发卡绕组至第八层发卡绕组的所有线圈均采用整距波绕方式进行绕线，且均为异层跨线，但从第八层向第一层回绕时，在交接处采用同层跨线，且节距略大于正常节距，从而导致在端部焊接后的高度明显增加，且采用整距绕组绕线后，电动势谐波较大，容易带来振动噪音和附加谐波损耗等问题。
45.本发明的扁线电枢绕组的第一个实施方式，如图7至图9所示，每一相绕组包括两条并联的支路，两条并联支路的输入端子为u+，输出端子为u
‑
，采用的u相绕组的第一条支路的绕线方式为：如图8所示，首先采用三号发卡线圈4从24号定子槽的第一层插入，然后以7节距跨入31号定子槽的第一层，然后切换成一号发卡线圈2以6节距跨入25号定子槽的第二层，然后以6节距跨入31号定子槽的第三层，然后以6节距跨入25号定子槽的第四层，然后以7节距跨入32号定子槽的第五层，然后以6节距跨入26号定子槽的第六层，然后以6节距跨入32号定子槽的第七层，然后以6节距跨入26号定子槽的第八层，然后切换成二号发卡线圈3以6节距同层跨线，跨入32号定子槽的第八层，完成一组定子槽内的线圈排布，随后再将线圈从第八层向第一层进行绕制，将排布在第32号定子槽第八层内的线圈向下一级进行跨线，排布顺序如下：切换成一号发卡线圈2以6节距跨入38号定子槽的第七层，然后以6节距跨入32号定子槽的第六层，然后以6节距跨入38号定子槽的第五层，然后以7节距跨入31号定子槽的第四层，然后以6节距跨入37号定子槽的第三层，然后以6节距跨入31号定子槽的第二层，然后以6节距跨入下一级中37号定子槽的第一层，以此类推，根据此绕线规则不断从一个绕组的第一层向第八层进行叠绕，随后跨越到下一级，将绕线再从第八层向第一层叠绕，不断反复，最终完成第一条支路的绕制。
46.u相绕组的第二条支路的绕线方式为：如图9所示，首先采用三号发卡线圈4从25号定子槽的第一层插入，然后以5节距跨入30号定子槽的第一层，然后切换成一号发卡线圈2以6节距跨入24号定子槽的第二层，然后以6节距跨入30号定子槽的第三层，然后以6节距跨入24号定子槽的第四层，然后以7节距跨入31号定子槽的第五层，然后以6节距跨入25号定子槽的第六层，然后以6节距跨入31号定子槽的第七层，然后以6节距跨入25号定子槽的第八层，然后切换成二号发卡线圈3同层跨线，以6节距跨入31号定子槽的第八层，然后切换成一号发卡线圈2以6节距跨入下一级的37号定子槽的第七层，以6节距跨入31号定子槽的第六层，然后以6节距跨入37号定子槽的第五层，然后以7节距跨入30号定子槽的第四层，然后以6节距跨入36号定子槽的第三层，然后以6节距跨入30号定子槽的第二层，然后以6节距跨入下一级中36号定子槽的第一层，以此类推，完成第二条支路的绕制。
47.本发明的扁线电枢绕组的第二个实施方式，如图10至图12所示，对上一实施例中的排布方式进行调整，从而获得一种新的绕组结构，其中，u相绕组的第一条支路的绕线方式如下：如图11所示，首先采用三号发卡线圈4从26号定子槽的第一层插入，然后以6节距跨
入32号定子槽的第一层，然后切换成一号发卡线圈2以6节距跨入25号定子槽的第二层，然后以6节距跨入31号定子槽的第三层，然后以7节距跨入24号定子槽的第四层，然后以8节距跨入32号定子槽的第五层，然后以7节距跨入25号定子槽的第六层，然后以6节距跨入31号定子槽的第七层，然后以7节距跨入24号定子槽的第八层，然后切换成二号发卡线圈3同层跨线，以6节距跨入30号定子槽的第八层，然后切换成一号发卡线圈2以7节距跨入下一级的37号定子槽的第七层，然后以6节距跨入31号定子槽的第六层，然后以7节距跨入38号定子槽的第五层，然后以8节距跨入30号定子槽的第四层，然后以7节距跨入37号定子槽的第三层，然后以6节距跨入31号定子槽的第二层，然后以7节距跨入下一级中38号定子槽的第一层，以此类推，完成第一条支路的绕制。
48.u相绕组的第二条支路的绕线方式如下：如图12所示，首先采用三号发卡线圈4从25号定子槽的第一层插入，然后以6节距跨入31号定子槽的第一层，然后切换成一号发卡线圈2以7节距跨入24号定子槽的第二层，然后以8节距跨入32号定子槽的第三层，然后以7节距跨入25号定子槽的第四层，然后以6节距跨入31号定子槽的第五层，然后以7节距跨入24号定子槽的第六层，然后以8节距跨入32号定子槽的第七层，然后以7节距跨入25号定子槽的第八层，然后切换成二号发卡线圈3同层跨线，以6节距跨入31号定子槽的第八层，然后切换成一号发卡线圈2以7节距跨入下一级的38号定子槽的第七层，以8节距跨入30号定子槽的第六层，然后以7节距跨入37号定子槽的第五层，然后以6节距跨入31号定子槽的第四层，然后以7节距跨入38号定子槽的第三层，然后以8节距跨入30号定子槽的第二层，然后以7节距跨入下一级中37号定子槽的第一层，以此类推，完成第二条支路的绕制。
49.本发明的扁线电枢绕组的一个实施例，同一相电枢绕组至少具有以下绕线规律：1.以一个同层跨线的线圈开始，第一层的同层跨线的线圈与第8层的同层跨线的线圈均为间隔排布，异层跨线的线圈之间连续排布，即一个异层跨线的相邻线圈中必然有一个线圈采用异层跨线；2.相邻线圈所在的层数是连续往复变化的，并在第一层和第八层分别重复一次该层，以实现同层跨线，即从第二层开始，按照2
→3→4→5→6→7→8→8→7→6→5→4→3→2→1→1…
的变化规律进行跨线。由于本发明采用两路并联式的扁线绕组，在该绕组结构中，两条支路之间的电势平衡，从而避免了产生环流而增加附加损耗，进行提高了电机效率和温升性能，采用叠绕绕组以及对叠绕线圈的结构进行设计改进，一方面实现了扁线叠绕绕组的短距分布，从而能有效削弱谐波电动势，改善磁势波形，降低谐波引起的附加损耗，以及改善绕组在工作是产生的运动噪音；另一方面，采用这种新型的线圈结构使一号发卡线圈2、二号发卡线圈3和三号发卡线圈4在焊接时的间距更小，只需要采用点焊即可，从而使得相邻线圈之间的连接更加简便，可提高生产效率；另外由于这种绕线方式的规律性很强，能够有效防止绕线出错。
50.另外，虽然本发明所采用的实施例为8层的扁线电枢绕组，但在具体的实施过程中，可以通过删除或者增加异层跨线的层数来实现4、6、10、12等偶数层扁线电枢绕组的绕制，因此本发明所采用的绕制方法以及与该绕制方法相适配的发卡线圈并不局限于8层的扁线电枢绕组的绕制。
51.本发明电机的实施例，该电机是极数为8，定子槽数为48的三相电机，包括上述扁线电枢绕组的实施例中所述的扁线电枢绕组，至少具有上述扁线电枢绕组相应实施例的技术方案所带来的有益效果。
52.在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“一种实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、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合适的方式结合。
53.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括对n大于等于4偶数层数的修改，并且各个具体技术特征可以以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。