一种新型绕组电机的定子的制作方法

本实用新型涉及一种新能源汽车用交流发电机，具体涉及一种具有结构紧凑且高性能发电机的新型绕组电机的定子。

背景技术：

随着新能源汽车技术的快速发展，对于交流发电机的性能要求越来越高，性能的增加必然会导致发电机体积的增加，但是新能源汽车特别是轻混车辆发动机室的空间尺寸十分有限，导致发电机的性能和体积的矛盾日益突出。

同时，发电机根据定子线圈绕组方案可以分类为分布绕组发电机和集中绕组发电机。分布绕组发电机按照定子绕组的截面形状可以分为圆形线圈和方形线圈。与圆形线圈现比，方形线圈可以有效的提高发电机的槽满率，降低发电机的铜耗从而提高发电机的效率，同时可以降低电机定子绕组的端部高度，从而节省电机的体积。然而，与圆形线圈相比，方形线圈在线圈绕制和下线方面存在困难，难以使用手工或机械下线。

专利文献1(CN200780022091.7)和专利文献2(CN201510789339.9)公开了一种多套分段发夹式绕组，采用方形线圈进行电机绕组的绕制，但是它们公开的连接方式复杂，不利于生产；专利文献3(CN201110358151.0)和专利文献4(CN201510312428.4)分别公开了一种定子芯体的方形线圈的绕线方法，但是其分别针对108槽、120槽和126槽的电机，对于48槽的电机并不适用，容易造成电机的反电势过高，存在用于48V系统无法高速发电等问题。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型提供一种新型绕组电机的定子，其目的在于解决目前发电机性能和体积之间的矛盾问题，减少发电机定子绕组端部的高度，减少发电机的整体体积，增加绕组槽满率，提高发电机性能。

本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型实施例提供一种新型绕组电机的定子，所述定子包括中空圆筒形定子芯体和定子线圈，所述定子芯体具有形成在定子芯体的径向内表面中并且在所述定子芯体的周向方向上隔开的多个轴向贯通的定子槽；所述定子线圈由发夹和发针组合形成，所述发夹和发针按照预定布置方式插入所述定子槽中并经过弯曲过程而相互按照一定规律焊接连接形成所述定子线圈，所述发夹和所述发针部分的容纳在所述定子槽中从而具有从定子芯体的一对轴向端面分别突出的一对线圈端部部分，对应定子出线的一端称为出线端，另一端称为自由端，所述发夹和所述发针的横截面形状为方形，所述发夹和所述发针沿所述定子芯体的径向在所述定子芯体的定子槽中形成按照定子芯体径向方向从外到内依次排列的第1层到第4层；其中，所述定子线圈在自由端焊接并涂覆绝缘材料，并在自由端形成两圈焊点，形成的焊点在定子自由端周向均匀排列，并且自由端焊点部的轴向突出高度基本一致；所述定子线圈在出线端形成一圈形状规则的凸起内套一圈形状规则的小凸起，所述凸起在所述出线端周向均匀排列，并且轴向突出高度基本一致，所述小凸起包含在所述凸起的轴向内侧，形状大小基本一致。

可选地，所述定子芯体在周向方向等间隔开设有48个矩形的定子槽，所应用的发电机为8极；所述定子线圈连接形成定子绕组，所述定子绕组实现为三相绕组结构，所述三相绕组结构的每极每相槽数q＝2，并联的路数为1或2，槽距为6。

可选地，两个发针和/或发夹中的一个具有从所述定子槽中的某一层引出的端部部分，而另一个具有从所述定子槽中的不同层引出的端部部分，两个发针和/或发夹的端部部分在定子芯体的自由端焊接相连并形成连接部，并且两个发针和/或发夹的端部部分的距离为6槽距。

可选地，所述发夹包括大发夹、中发夹和小发夹；所述定子线圈每相包含2个由所述发夹形成的出线端，2个由所述发夹形成的中性点，12个跨距为6槽距的自由端分别位于第一层和第四层的大发夹和12个跨距为6槽距的自由端分别位于第二层和第三层的小发夹，2个跨距为6槽距的自由端分别位于第三层和第一层的中发夹。

可选地，所述连接部轴向的安置所述在定子线圈端部的外部并轴向突出，且基本上不从线圈端部部分径向突出。

可选地，所述发夹形成为U形或V形，具有一对沿长度方向延伸的自由部与所述自由部连接的弯曲形成的头部，所述发针形成为直线形，包括一个直线部和与所述直线部连接的弯曲部。

可选地，所述发夹和发针由材质为铜、铝或者铜铝混合物中的任一材质制成的电导体形成。

可选地，所述定子槽的开口宽度小于等于1.5mm

可选地，所述发夹和发针的芯体尺寸和定子槽的尺寸满足如下关系：芯体长度≤(定子槽长度-1.4mm)/4；芯体宽度≤定子槽宽度-0.6mm。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的新型绕组电机的定子的绕组线圈，由于采用方形线圈放置在矩形槽内，相较于圆形线圈，其导体间、导体与槽的气隙和导线绝缘面积大大减少，其纯铜槽满率可以提高到64％到75％，从而降低电机的铜耗，提高电机的效率。该发电机的绕组线圈，相较于圆形线圈分布绕组，其端部尺寸可以减少30％左右，且其连接和出线更加具有规律性，可以减少绕组绕线错误，生产过程也十分容易排查绕组错误。进一步，可以在减少发电机体积的同时提高发电机的性能，同时，由于其端部尺寸的减少，绕组线圈的用铜量可减少，进一步可以降低电机的成本。

附图说明

图1为本实用新型的新型绕组电机的定子的定子芯体的结构示意图；

图2(a)为本实用新型的新型绕组电机的定子的定子芯体的截面示意图；

图2(b)为本实用新型的新型绕组电机的定子的定子芯体的截面的局部放大图；

图3为本实用新型的新型绕组电机的定子中使用的发夹的结构示意图；

图4为本实用新型的新型绕组电机的定子中使用的发针的结构示意图；

图5为本实用新型的新型绕组电机的定子中使用的发夹弯曲的结构示意图；

图6(a)和图6(b)为本实用新型实施例的新型绕组电机的定子的定子绕组的绕组分布原理图；

图7为本实用新型实施例的新型绕组电机的定子的立体图；

图8为本实用新型实施例的新型绕组电机的定子的定子的分布图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本实用新型的新型绕组电机的定子的定子芯体的结构示意图；图2(a)为本实用新型的新型绕组电机的定子的定子芯体的截面示意图；图2(b)为本实用新型的新型绕组电机的定子的定子芯体的截面的局部放大图；图3为本实用新型的新型绕组电机的定子中使用的发夹的结构示意图；图4为本实用新型的新型绕组电机的定子中使用的发针的结构示意图；图5为本实用新型的新型绕组电机的定子中使用的发夹弯曲的结构示意图；图6(a)和图6(b)为本实用新型实施例的新型绕组电机的定子的定子绕组的绕组分布原理图；图7为本实用新型实施例的新型绕组电机的定子的立体图；图8为本实用新型实施例的新型绕组电机的定子的定子的分布图。

本实用新型提供的新型绕组电机的定子包括中空圆筒形定子芯体1和形成在所述定子芯体1上的定子线圈。如图1所示，定子芯体1具有形成在定子芯体的径向内表面中并且在定子芯体的周向方向上隔开的多个轴向贯通的矩形的定子槽11。在一示例中，定子芯体在其周向方向等间隔开有48个矩形槽，矩形槽的长度沿定子芯体的径向方向延伸。虽未图示，但在定子芯体1的径向内侧可匹配转子总成。本实用新型中所涉及发电机，其转子总成为圆环状铁芯，内部配置一定数量和形状的永磁体。所涉及的发电机转子极对数为4，定转子总成发生电磁作用而旋转，形成8极48槽发电机。如图2(a)所示，可在定子芯体1中选定任意一槽为第1槽，第1槽到第48槽可以顺时针方向排列，或第1槽到第48槽可以逆时针方向排列，本实用新型的实施例为顺时针方向排列。

定子线圈由放置在定子槽上的多个电线构成。放置在每个定子槽内的电线按照定子径向方向形成从外到内可依次为第1层、第2层、第3层、第4层，如图2(b)所示，即定子槽形成为4层结构。线圈部分的容纳在定子芯的定子槽中从而具有从定子芯体的一对轴向端面分别突出的一对线圈端部部分，对应定子出线的一端称为出线端，另一端称为自由端。定子线圈在自由端焊接并涂覆绝缘材料，其在自由端形成两圈焊点，形成的焊点在定子自由端周向均匀排列，自由端焊点侧的轴向突出高度基本一致。此外，定子线圈在出线端形成一圈形状规则的凸起内套一圈形状规则的小凸起，所述凸起在所述出线端周向均匀排列，并且轴向突出高度基本一致，所述小凸起包含在所述凸起的轴向内侧，形状大小基本一致

电线按照的一定规律连接形成定子线圈，定子线圈可实现为三相绕组结构，定子线圈的每极每相槽数q＝2。在本实用新型中，形成定子绕组的线圈可为发夹2和发针3，定子绕组可通过组合发夹和发针来形成。通过在定子芯体1的定子槽11上插入多个发夹2和发针3，结合于定子槽11内的发夹2和发针3经过弯曲过程而相互按照一定规律焊接连接，从而形成定子绕组。通过控制发夹2和发针3的数目、槽距以及连接方式，可将定子绕组实现为具有不同结构的三相绕组结构，包括3相2路并联的6槽距的全槽距绕组结构和3相1路并联的6槽距的全槽距绕组结构，随后将详细介绍。

以下，参考图3至图5对本实用新型使用的发夹2和发针3进行介绍。

如图3所示，各个发夹2可全部形成为U形或V形。发夹2用于形成定子绕组，发夹2的芯体可由铜或铝等电导体形成，外层有绝缘漆皮。发夹2具备一对腿部21和连接该一对腿部的头部22，一对腿部21分别沿长度方向延伸形成，相互之间保持预定的间隔位置。头部22可形成为具有一定预定扭曲程度的形态。在将发夹2插入定子槽后加工2时，将各个腿部21以一定预定扭曲程度进行加工，将腿部21扭曲成直线部211、折弯部212和焊接部213，如图5所示，以便折弯部212能够分别插入不同的定子槽11内的不同层的相对应的位置。每个发夹2均形成为一端封闭、一端开口的结构。

如图4所示，各个发针3形成为直线形，为直线形导体，包括直线部和弯曲部。发针3用于形成定子绕组，发针3的芯体由铜或铝等电导体形成，外层有绝缘漆皮。发针3的弯曲部形成为具有一定预定扭曲程度的形态。发针3均形成为两端开口的结构。

另外，发夹2和发针3的截面一致并可形成为具有四边形态的截面的方形导体，如图2(b)所示。发夹2和发针3的线圈芯体和定子槽之间满足以下尺寸关系：芯体长度≤(定子槽长度-1.4mm)/4；芯体宽度≤定子槽宽度-0.6mm。这样，采用这样的方形导体发针可显著提高定子芯体的定子槽111的槽满率，从而降低损耗，提高电机效率。

以下对本实用新型的各实施例进行介绍。

本实用新型的一实施例用于实现3相2路并联的6槽距的全槽距绕组结构。在本实施例中，三相绕组的每相包含26个发夹2和4个发针3，其中2个发针3为出线端接线发针，2个发针3为中性点接线发针，发针2分为大发夹2、中发夹2和小发夹2，三者的自由端的间隔位置均为6个槽距，三者的区别为一对自由端位于定子芯体1的定子槽11的不同层数，其中大发夹2的自由端的位于定子芯体1的定子槽的第1层和第4层，中发夹2的自由端位于定子芯体1的定子槽的第3层和第1层，小发夹2的自由端位于定子芯体1的定子槽的第3层和第2层。其中，本实施例中使用的发夹2包含12个大发夹2、2个中发夹2和12个小发夹2。在本实施例中，如果选定一个定子槽作为参考槽，则构成电机的U相出线端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差0个槽距和1个槽距的槽的第1层，构成电机的V相出线端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差4个槽距和5个槽距的槽的第1层，构成电机的W相出线端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差8个槽距和10个槽距的槽的第1层；构成电机U相中性点端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差6个槽距和7个槽距的槽的第4层，构成电机V相中性点端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差10个槽距和11个槽距的槽的第4层，构成电机W相中性点端的发针3分别位于与参考槽相对位置顺时针相差14个槽距和15个槽距的槽的第4层。

在本实施例中，选定编号为1的第1定子槽作为参考槽，则各线圈的具体连接方式为：参考图2(a)，将定子槽沿顺时针进行编号为1-48，但并不局限于此，也可逆时针进行编号。将一个发针3从定子芯体1的出线端插入，其直线部位于定子芯体1第1定子槽11的第2层112位置，其自由部从定子芯体1的自由端伸出，将其自由端沿着定子芯体1的圆周方向进行弯曲加工，弯曲后的发针3的自由端位于第4槽的第1层的圆周方向的中点位置，即发针3的自由端沿着定子芯体1的圆周方向弯曲3个槽的程度，此第三发针为U相绕组两个并联支路的一个出线端。

具体地，首先，将一个大发夹2从定子芯体1的出线端插入，其两个腿部21分别位于第7定子槽的第1层111位置和第13定子槽的第4层114位置，其两个自由端从定子芯体1的自由端伸出，将其直线部211沿着定子芯体1的圆周方向进行弯曲加工，如图5所示，其两个折弯部212弯曲方向相反，弯曲后大发夹2的自由端分别位于第4定子槽的第2层的圆周方向的中点位置和第16定子槽的第1层的圆周方向的中点位置。

接着，将一个小发夹3从定子芯体1的出线端插入，其两个腿部21分别位于第19定子槽的第3层113位置和第13定子槽的第2层112位置，其两个自由部从定子芯体1的自由端伸出，将其折弯部212沿着定子芯体1的圆周方向进行弯曲加工，如图5所示，其两个折弯部212弯曲方向相反，弯曲后小发夹2的自由端分别位于第16定子槽的第2层的圆周方向的中点位置和第16定子槽的第1层的圆周方向的中点位置。

如此，按照图6(a)中绕组连接的方式将发夹2和发针3依次放置并弯曲，最终形成如图7所示的形态。则相应的，构成电机的U相出线端的发针3分别位于定子芯体的第1槽的第2层和定子芯体的第2槽的第2层，构成电机的V相出线端的发针3分别位于定子芯体的第5槽的第2层和定子芯体的第6槽的第2层，构成电机的W相出线端的发针3分别位于定子芯体的第9槽的第2层和定子芯体的第10槽的第2层，构成电机U相中性点端的发针3分别位于定子芯体的第7槽的第4层和定子芯体的第8槽的第4层，构成电机V相中性点端的发针3分别位于定子芯体的第11槽的第4层和定子芯体的第12槽的第4层，构成电机W相中性点端的发针3分别位于定子芯体的第15槽的第4层和定子芯体的第16槽的第4层。最终，U、V、W三相绕组在定子槽内的分布和出线位置如图8所示。

如图7和图8所示，将上述三相出线端分别用端子相连接，将三相两组中性点相连接，最终形成如图7所示的定子芯体立体图。由此可知，在本实施例中，发针3布置在编号为1、2、5、6、7、8、9、10、11、12、15、16的定子槽中。如图7和图8所示，在定子芯体1的出线端，发夹2的弯曲部沿着定子芯体1的圆周方向以圆圈或环形连续配置；在定子芯体1的自由端的发夹2和发针3的自由端弯曲后沿着定子芯体1的圆周方向以圆圈或环形连续配置，根据图中可见发针的自由端在定子芯体的自由端分别沿周向和径向整齐排列，对应电机槽数，在周向为48组，对应定子芯体矩形槽11层数，在径向为4层，定子芯体1的自由端的配置形态可参考图7和图8所示结构。将定子芯体1的自由端的发夹2和发针3的焊接部213分别焊接相连，将径向4层的第一层和第二层的48组焊接部213分别焊接相连，径向4层的第三层和第四层48组焊接部213分别焊接相连。由于定子芯体1的自由端的发针自由端彼此相对紧密，容易发生电机的绝缘性能下降的问题，为了保证其绝缘性能，发针焊接部213焊接完后在其上涂覆绝缘粉末，以保证电机的绝缘性能。同时，在电机各个发针的弯曲部也需要保持一定的形状以便各个发针之间保持一定的距离，从而保证电机的绝缘性能。

本实用新型的另一实施例用于实现3相1路并联的6槽距的全槽距绕组结构。本实施例的绕组结构与前述实施例的所使用的发针类型相同，不同之处在于发夹和发针的连接结构不同。

具体地，在本实施例中，选定编号为1的第1定子槽为参考槽，则各线圈的具体连接方式为：参考图2(a)，将定子槽沿顺时针进行编号为1-48，但并不局限于此，也可逆时针进行编号。

将一个发针3从定子芯体1的出线端插入，其直线部位于定子芯体1第1定子槽11的第2层112位置，其自由部从定子芯体1的自由端伸出，将其自由端沿着定子芯体1的圆周方向进行弯曲加工，弯曲后的发针3的自由端位于第4槽的第1层的圆周方向的中点位置，即发针3的自由端沿着定子芯体1的圆周方向弯曲3个槽的程度，此发针为U相绕组两个并联支路的一个出线端。

将一个大发夹2从定子芯体1的出线端插入，其两个腿部21分别位于第7定子槽的第1层111位置和第13定子槽的第4层114位置，其两个自由端从定子芯体1的自由端伸出，将其直线部211沿着定子芯体1的圆周方向进行弯曲加工，如图5所示，其两个折弯部212弯曲方向相反，弯曲后大发夹2的自由端分别位于第4定子槽的第2层的圆周方向的中点位置和第16定子槽的第1层的圆周方向的中点位置。

接着，将一个小发夹3从定子芯体1的出线端插入，其两个腿部21分别位于第19定子槽的第3层113位置和第13定子槽的第2层112位置，其两个自由部从定子芯体1的自由端伸出，将其折弯部212沿着定子芯体1的圆周方向进行弯曲加工，如图5所示，其两个折弯部212弯曲方向相反，弯曲后小发夹2的自由端分别位于第16定子槽的第2层的圆周方向的中点位置和第16定子槽的第1层的圆周方向的中点位置。

如此，按照图6(b)中绕组连接的方式将发夹2和发针3依次放置并弯曲，最终可形成图7所示的形态。则相应的，构成电机的U相出线端的发针3位于定子芯体的第1槽的第2层，构成电机的V相出线端的发针3位于定子芯体的第5槽的第2层，构成电机的W相出线端的发针3位于定子芯体的第9槽的第2层，构成电机U相中性点端的发针3位于定子芯体的第7槽的第4层，构成电机V相中性点端的发针3位于定子芯体的第11槽的第4层，构成电机W相中性点端的发针3位于定子芯体的第15槽的第4层。将本实施例的上述三相出线端分别用端子相连接，将三相两组中性点相连接，最终形成图7和图8所示的形态。由此可知，在本实施例中，发针3布置在编号为1、5、8、9、12、16的定子槽中。在定子芯体1的出线端，发夹2的弯曲部沿着定子芯体1的圆周方向以圆圈或环形连续配置，本实施例的定子芯体1的出线端的最终配置形态可参考图7所示的形态；在定子芯体1的自由端的发夹2和发针3的自由端弯曲后沿着定子芯体1的圆周方向以圆圈或环形连续配置，根据图中可见发针的自由端在定子芯体的自由端分别沿周向和径向整齐排列，对应电机槽数，在周向为48组，对应定子芯体矩形槽11层数，在径向为4层，本实施例的定子芯体1的自由端的最终配置形态可参考图8所示的形态。将定子芯体1的自由端的发夹2和发针3的焊接部213分别焊接相连，将径向4层的第一层和第二层的48组焊接部213分别焊接相连，径向4层的第三层和第四层48组焊接部213分别焊接相连。由于定子芯体1的自由端的发针自由端彼此相对紧密，容易发生电机的绝缘性能下降的问题，为了保证其绝缘性能，发针焊接部213焊接完后在其上涂覆绝缘粉末，以保证电机的绝缘性能。同时，在电机各个发针的弯曲部也需要保持一定的形状以便各个发针之间保持一定的距离，从而保证电机的绝缘性能。

如上所述，在本实用新型中，形成定子绕组的各个发针相互弯曲连接并在定子芯体的两端分别形成规则的凸起，可以有效的降低电机定子绕组的端部高度。并且发针的头部轴向安置在定子线圈端部的外部并轴向突出，且其基本不从线圈端部部分径向突出。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。