短跨距扁线定子组件及具有该定子组件的电机的制作方法

1.本发明涉及一种定子组件及其具有该定子组件的电机，尤其涉及一种短跨距扁线定子组件及具有该定子组件的电机，属于电机技术领域。


背景技术：

2.电机一般包括定子组件和转子组件，其中定子组件一般包括定子绕组和定子铁芯，定子绕组为电机提供电能的输入和磁场的建立，而定子铁芯为电机提供磁负荷通道。为了提高电机的功率密度、增强电机的散热能力以及结构的稳定性等，很多电机常常采用方形扁铜线绕组，显著的提高了定子的槽满率并改善了电机的功率密度。当电机为动力电机时，其对电机噪音的要求较高，因此在动力电机的定子组件设计时，需要较大程度的降低电机噪音，同时还需要有效的降低电机的成本要求。现有技术的扁线定子组件中，难以达到动力电机的噪音要求。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供了一种短跨距扁线定子组件及具有该定子组件的电机，该定子组件和电机具有良好的谐波抑制能力，并能够有效降低绕组的端部尺寸。
4.本发明的技术方案是：
5.一种短跨距扁线定子组件，包括具有若干个定子槽的定子铁芯和采用扁线在所述定子铁芯上绕设形成的各相定子绕组，该定子组件的每极每相槽数q为2，且每个定子槽的槽内均设有四层导体段的直线段，同一相定子绕组均由若干支路数量的子绕组组成，各相定子绕组均由若干最小均衡绕组串联或并联构成；定子绕组中每相绕组在每极下均有四个连续的定子槽内绕设有导体段，该每极的四个定子槽中位于两边的两个定子槽内绕设的直线段数量均为1，且该四个定子槽中位于中间的两个定子槽内绕设的直线段数量均为3。
6.其进一步的技术方案是：
7.从发卡端看定子绕组，定子槽内导体段靠最外圆或最内圆的元件和同层导体段及端部导体段组成一个线圈元件，且最外圆或最内圆中的一种线圈元件的两个直线段跨越的槽数少于电机每极平均槽数，另一种线圈元件的两个直线段跨越的槽数等于电机每极平均槽数；中间层的导体段和相邻层导体段组成一个线圈元件，且两个直线段跨越的槽数等于电机每极平均槽数；
8.从焊接端看定子绕组，一个定子槽中的一层和另一个定子槽中相邻层形成一个线圈元件，所有线圈元件的两个直线段跨越定子槽的槽数均少于电机每极平均槽数。
9.其进一步的技术方案是：
10.两个直线段跨越定子槽的槽数少于所述电机每极平均槽数时为5。
11.其进一步的技术方案是：
12.定子绕组的发卡端上，定子绕组的起始层位于定子槽内靠近定子外圆的槽层处，或位于定子槽内靠近定子内圆的槽层处。
13.其进一步的技术方案是：
14.电机转子位于电机定子内侧，且定子绕组的起始层位于定子槽内靠近定子外圆的槽层处。
15.其进一步的技术方案是：
16.所述电机定子的各相引出线或中心点设于定子绕组的最外圆层或最内圆层处，其余位置均无其他跨接导线。
17.其进一步的技术方案是：
18.电机的每相并联支路数a满足p≥a≥1，a为整数，且其中p为电机定子的极数。
19.本发明还公开了一种电机，该电机包括上述的短跨距扁线定子组件。
20.本发明的有益技术效果是：
21.1、本技术在定子绕组在发卡端，绕组的最内层槽层或最外层槽层的线圈元件部分采用了短跨距设计，其余线圈元件均采用等跨距设计；在焊接端所有线圈元件采用短跨距设计，不仅能够形成良好的谐波抑制能力，还实现了各相各支路绕组相邻两个元件焊接时，所有焊点相关元件所在的直线段所跨越的槽数少于电机每极平均槽数，如此实现降低焊接端导线长度的效果。
22.2、本技术最小均衡绕组恰错位分布于一对相极位置且正好占一对相极下对应的定子槽，该绕组能够在保证各支路元件均衡布置的前提下具备十分优越的系列化拓展能力，如此实现整套绕组的均衡。
23.3、本技术可利用定子外圆发卡端短距优势，将外圆层的绕组端部低于其他层的绕组端部，不仅降低了用铜量，在电枢整机装配时可以更加节省轴向爬电空间。
24.4、本技术电机定子的各相引出线或中心点设于定子绕组的最外圆层或最内圆层处，其余位置均无其他跨接导线，达到了相对极简的连接方式，降低了制造成本和材料成本。
附图说明
25.图1是本发明定子槽内导线段的布设示意图；
26.图2是本发明最小均衡绕组的示意图；
27.图3是本发明实施例焊接端出线48槽8极的u相绕组布线图；
28.图4是本发明实施例48槽8极发卡端的结构示意图；
29.图5是图4中a部分的放大结构示意图。
30.其中：
31.1、定子铁芯；11、定子槽；
32.2、定子绕组；
33.3、发卡端；
34.4、焊接端。
具体实施方式
35.为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本
发明，但不用来限制本发明的范围。
36.本具体实施例详细记载了一种短跨距扁线定子组件，该定子组件包括呈圆筒形结构的定子铁芯1和定子绕组2，其中定子铁芯上沿该定子铁芯的圆周方向间隔排列形成有若干个定子槽11，该定子槽均沿轴向贯通开设于定子铁芯的周壁上；定子绕组2由扁线在定子铁芯上绕设形成，其包括多个导体段，每个导体段均包括设置在定子槽中的槽内部分(即直线段)、设置在定子槽外部的第一端和第二端，直线段连接在第一端和第二端之间。一个线圈元件包括位于不同定子槽内的两个直线段和连接该两直线段同一端的第一端或第二端构成。多个导体段的第一端形成定子绕组的发卡端3，多个导体段的第二端形成定子绕组的焊接端4。定子绕组各相的星点引出线及各相引出线均从焊接端4引出，也可以从发卡端3引出。参见说明书附图4中所示的结构。
37.本技术方案中，每个定子槽11内均设有四个导体段的直线段，该线圈元件的直线段的横截面均呈方形，且该若干直线段沿径向在定子槽内呈“一”字排布。定子绕组的发卡端上，定子绕组的起始层位于定子槽内靠近定子外圆的槽层处，或位于定子槽内靠近定子内圆的槽层处。为便于描述，将该四根直线段按照靠近定子最外圆或最内圆的位置定义第1层，后续依次为第2层、第3层和第4层，本具体实施例中以靠近定子外圆的槽层为第1层。
38.定义电机定子的槽数为z，极数为p，相数为m，每极每相槽数为q，且q＝z/(p
×
m)，本具体实施例中定子组件的每极每相槽数q为2，为三相定子绕组(即m＝3)，槽数设定为48槽，则极数p为8。下面以上述48槽8极3相电机定子为例进行本技术技术方案的详细描述，参见说明书附图2和说明书附图3。
39.同一相定子绕组均由若干支路数量的子绕组组成，且由最小数量的经过不同槽层及不同定子槽的线圈元件串联而成的线圈组为最小均衡绕组，各相定子绕组均由若干最小均衡绕组串联或并联构成。定子绕组单个相极范围下设有q+2个槽位，定子绕组中每相绕组在每极下均有四个连续的定子槽内绕设有导体段，该四个定子槽中位于两边的两个定子槽内直线段数量均为1，且该四个定子槽中位于中间的两个定子槽内直线段数量均为3。即，每极下均有四个连续的定子槽内，该四个定子槽内穿设的直线段的数量依次为1、3、3、1。
40.具体的绕线方式为：从发卡端看定子绕组，定子槽内导体段靠最外圆或最内圆的元件和同层导体段及端部导体段组成一个线圈元件，且最外圆或最内圆中的一种线圈元件的两个直线段跨越的槽数少于电机每极平均槽数，另一种线圈元件的两个直线段跨越的槽数等于电机每极平均槽数；中间层的导体段和相邻层导体段组成线圈元件，且两个直线段跨越的槽数等于电机每极平均槽数。从焊接端看定子绕组，一个定子槽中一个槽层和另一个定子槽中相邻层槽层用一层线圈元件，所有线圈元件的两个直线段跨越定子槽的槽数均少于电机每极平均槽数。
41.结合本具体实施例，更具体的绕线方式为：本具体实施例中单个相极范围下设有4个槽位，每个槽位下受到影响的定子槽的位置自一侧向另一侧依序命名为q1、q2、q3和q4，则q1(1)表示一个极下第一定子槽的第一层导线段，q2(3)表示一个极下第二定子槽的第三层导线段，等。上述的最小均衡绕组的绕线方式为：绕组任意一个极(定义为第1极位)下的q2(1)
→
相邻极下(定义为第2极位)下的q1(1)
→
第1极位q2(2)
→
第2极位q2(3)
→
第1极位q3(4)
→
第2极位q3(4)
→
相邻极的相邻极(定义为第3极位)下的q2(3)
→
第2极位q2(2)
→
第3极位q1(1)
→
第2极位q2(1)
→
第1极位q3(2)
→
第2极位q3(3)
→
第1极位q4(4)
→
第2极位q4
(4)
→
第3极位q3(3)
→
第2极位q3(2)，如此使得每相绕组在每极下的影响位置均达到4个定子槽，且每极下四个连续定子槽内穿设直线段的数量依次为1、3、3、1，使各相中心的直线段的数量大于各相边缘的直线段的数量。
42.具体来看，本具体实施例中，48槽、1槽、2槽和3槽为第1极，6槽、7槽、8槽和9槽为第2极，12槽、13槽、14槽和15槽为第3极，18槽、19槽、20槽和21槽为第4极。最小绕组单元以1到14槽为例，则该最小绕组单元的绕线方式为(参见说明书附图2)：1槽(1)
→
6槽(1)
→
1槽(2)
→
7槽(3)
→
2槽(4)
→
8槽(4)
→
13槽(3)
→
7槽(2)
→
12槽(1)
→
7槽(1)
→
2槽(2)
→
8槽(3)
→
3槽(4)
→
9槽(4)
→
14槽(3)
→
8槽(2)。
43.且本具体实施例中，电机每极平均槽数＝总槽数/极数＝48/8＝6。最小均衡绕组中，从发卡端看，一种线圈元件的两个直线段跨越槽数小于电机每极平均槽数，体现为1槽(1)
→
6槽(1)、12槽(1)
→
7槽(1)，第一种线圈元件的两直线段均位于(1)槽层，为最内层或最外层，其跨越槽均为5槽，小于电机每极平均槽数6槽；另一种线圈元件的两个直线段跨越槽数等于电机每极平均槽数，体现为2槽(4)
→
8槽(4)、3槽(4)
→
9槽(4)，线圈元件的两直线段均位于(4)槽层，为最外层或最内层，其跨越槽为6槽，等于电机每极平均槽数6槽。从外，从发卡端看中间层槽层内，线圈元件的两个直线段跨越定子槽的槽数等于电机每极平均槽数，体现为1槽(2)
→
7槽(3)、13槽(3)
→
7槽(2)、2槽(2)
→
8槽(3)、14槽(3)
→
8槽(2)，线圈元件的两直线段均位于(2)槽层或(3)槽层，均为中间层，线圈元件的两直线段跨越槽数为6，等于电机每极平均槽数6槽。
44.从焊接端看定子绕组，一个定子槽的一层和另一个定子槽的相邻层用一个线圈元件，所有线圈元件的两个直线段跨越定子槽的槽数均少于电机每极平均槽数。在本具体实施例中体现为，最小均衡绕组中，6槽(1)
→
1槽(2)、7槽(3)
→
2槽(4)、8槽(4)
→
13槽(3)、7槽(2)
→
12槽(1)、7槽(1)
→
2槽(2)、8槽(3)
→
3槽(4)、9槽(4)
→
14槽(3)，每个焊接点相邻的两个直线段均位于不同定子槽的相邻层内，且跨槽数为5槽，均小于电机每极平均槽数6槽。
45.即，上述定子绕组在绕线时，从发卡端看，绕组的最内层槽层或最外层槽层的线圈元件部分采用了短跨距设计，其余最内层或最外层槽层线圈元件以及中心层线圈元件均采用等跨距设计；在焊接端则所有的线圈元件均采用了短跨距设计。该设计不仅形成了良好的谐波抑制能力，还实现了各相各支路绕组相邻两个元件焊接时，所有焊点相关元件所在的直线段所跨越的槽数少于电机每极平均槽数，如此实现降低焊接端导线长度的效果。
46.最小均衡绕组恰错位分布于一对相极位置且正好占一对相极下对应的定子槽，即一对相极下最多有两个独立的支路。利用最小均衡绕组串联及并联后形成的绕组中，电机的每相并联支路数a满足p≥a≥1，a为整数，且其中p为电机定子的极数，这样，该绕组能够在保证各支路元件均衡布置的前提下具备十分优越的系列化拓展能力，如此实现整套绕组的均衡。
47.从发卡端看，定子绕组的起始层(即第一层)位于定子槽内靠近定子外圆的槽层处，或位于定子槽内靠近定子内圆的槽层处。当电机转子位于电机定子内侧时，定子绕组的起始层位于定子槽内靠近定子外圆的槽层处，即第一层位于靠近定子外圆的槽层，这样可以利用定子外圆发卡端短距优势，可以将外圆层的绕组端部低于其他层的绕组端部，不仅降低了用铜量，在电枢整机装配时可以更加节省轴向爬电空间。此外，电机定子的各相引出线或中心点设于定子绕组的最外圆层或最内圆层处，其余位置均无其他跨接导线，该绕组
达到相对极简的连接方式，降低了制造成本和材料成本。
48.本具体实施例还公开有一种包括上述短跨距扁线定子组件的电机。
49.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。