一种交流发电机的定子绕组的制作方法

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定子绕组。

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绕组线圈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，同时可以降低电机绕组线圈的端部高度，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卡式绕组，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，绕组线圈的形式多样，不利于生产；专利文献3(CN201110358151.0)和专利文献4(CN201510312428.4)分别公开了一种电机定子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：

针对现有技术中的不足，本实用新型的目的在于解决目前发电机性能和体积之间的矛盾问题，减少发电机绕组线圈端部的高度，减少发电机的整体体积，增加绕组槽满率，提高发电机性能，从而提供一种交流发电机的定子绕组。

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交流发电机的定子绕组，其特征在于，所述定子包括8个极和等间距开设的48个矩形定子槽，所述绕组采用分布式绕组，其中，将截面形状为方形的线圈插入到所述定子槽中，所述绕组实现为3相2路并联的6节距的全节距绕组结构或者3相1路并联的6节距的全节距绕组结构，每极每相槽数为2，每个方形线圈插入到定子上两个不同的定子槽的不同层按照预定规律连接以形成所述定子绕组，每个槽中的绕组线圈属于同一相，其中，所述方形线圈沿所述定子铁芯的径向在所述定子铁芯的定子槽中形成按照定子径向方向从外到内依次排列的第1层到第4层；以及在实现为3相2路并联的6节距的全节距绕组结构的情况下，每相绕组线圈包括2个出线引出线、2个中性点引出线、14个大发夹式方形线圈、14个小发夹式方形线圈和2个跨接线圈，其中，所述大发夹式线圈和所述小发夹式线圈以及所述跨接线圈形成为具有一对腿部的U型或V型，所述大发夹式线圈的一对腿部分别插入并紧固到节距为6的两个槽的第1层和第4层，所述小发夹式线圈的一对腿部分别插入并紧固到节距为6的两个槽的第2层和第3层，所述跨接线圈的一对腿部分别插入并紧固到节距为6的两个槽的第3层和第1层；如果选定一个定子槽为参考槽，则U相绕组线圈的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差0槽或逆时针相差1个槽，并且U相绕组线圈的出线引出线位于相应槽内的第2层，U相绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差6个槽或逆时针相差7个槽，并且U相绕组线圈的中性点引出线位于相应槽内的第4层；V相绕组线圈的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差4个槽或逆时针相差5个槽，并且V相绕组线圈的出线引出线位于相应槽内的第2层，V相绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差10个槽或逆时针相差11个槽，并且V相绕组线圈的中性点引出线位于相应槽内的第4层；W相绕组线圈的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差8个槽或逆时针相差9个槽，并且W相绕组线圈的出线引出线位于相应槽内的第2层，W相绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差14个槽或逆时针相差15个槽，并且W相绕组线圈的中性点引出线位于相应槽内的第4层。

可选地，在实现为3相1路并联的6节距的全节距绕组结构的情况下，每相绕组线圈包括2个出线引出线、2个中性点引出线、14个大发夹式方形线圈、14个小发夹式方形线圈、2个跨接线圈，其中，所述大发夹式线圈和所述小发夹式线圈以及所述跨接线圈形成为具有一对腿部的U型或V型，所述大发夹式线圈的一对腿部分别插入并紧固到节距为6的两个槽的第1层和第4层，所述小发夹式线圈的一对腿部分别插入并紧固到节距为6的两个槽的第2层和第3层，所述跨接线圈的一对腿部分别插入并紧固到节距为6的两个槽的第3层和第1层；如果选定一个定子槽为参考槽，则U相绕组线圈的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相差0槽，并且U相绕组线圈的出线引出线位于相应槽内的第2层，U相绕组线圈的连接引出线位置与参考槽相位位置顺时针相差6个槽或逆时针相差1个槽，并且U相绕组线圈的连接引出线分别位于相应槽内的第4层和第2层，U相绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相差7个槽，并且U相绕组线圈的中性点引出线位于相应槽内的第4层；V相绕组线圈的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相差4个槽，并且V相绕组线圈的出线引出线位于相应槽内的第2层，V相绕组线圈的连接引出线位置与参考槽相位位置顺时针相差10个槽或逆时针相差5个槽，并且V相绕组线圈的连接引出线分别位于相应槽内的第4层和第2层，V相绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相差11个槽，并且V相绕组线圈的中性点引出线位于相应槽内的第4层；W相绕组线圈的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相差8个槽，并且出线引出线位于相应槽内的第2层，W相绕组线圈的连接引出线位置与参考槽相位位置顺时针或逆时针相差14个槽和9个槽，并且W相绕组线圈的连接引出线分别位于相应槽内的第4层和第2层，W相绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相差15个槽，并且W相绕组线圈的中性点引出线位于相应槽内的第4层。

可选地，所述出线引出线和中性点引出线为直线形导体，所述跨接线圈为发夹式方形线圈。

可选地，所述直线形导体和所述发夹式方形线圈由材质为铜、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，所述直线形导体和所述发夹式方形线圈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。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的交流发电机的定子绕组，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。此外，本实用新型的发电机的定子绕组，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，由于发电机绕组线圈端部尺寸的减少，绕组线圈的用铜量可减少，进一步可以降低电机的成本。相较于其他方形线圈绕线方式，本绕线方式绕组线圈尺寸形式相对统一，生产过程相对简单。

附图说明

图1是本实用新型的定子铁芯的截面示意图。

图2是本实用新型的定子铁芯截面的局部放大图。

图3是本实用新型一实施例的定子绕组U相的绕组原理图。

图4是本实用新型一实施例的三相定子绕组的分布图。

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。

如图1所示，本实用新型提供的交流发电机的定子绕组放置在定子铁芯1内。定子铁芯1可通常被形成为中空圆筒形。尽管未示出，转子可被设置在定子铁芯1内部，转子可包括旋转轴且被可旋转地形成。所述定子铁芯1可设置有向着定子铁芯的中心轴沿径向形成的48个槽11，优选为矩形定子槽。在一示例中，定子槽的开口宽度小于等于1.5mm。所应用的发电机的磁极对数p＝4，定子线圈绕槽缠绕。所述绕组采用分布式绕组，将截面形状为方形的线圈插入到定子槽中，按照一定的规律依次连接例如焊接起来形成所述交流发电机的定子绕组。

所述绕组实现为三相6节距的全节距绕组结构，其并联支路数可以为2或1。所述定子绕组为3相，则每极每相槽数q＝2。每个定子槽形成为4层结构，按照定子径向方向从外到内依次为第1层、第2层、第3层、第4层，每个定子槽中的绕组线圈属于同一相。

绕组线圈可为发夹式方形线圈，该绕组线圈可为横截面呈扁平状的铜线，绕组线圈呈类似U型或V型并具有一对沿长度方向延伸形成的腿部以及连接两个腿部的头部，该一对腿部可称作自由端，与自由端的另一端连接称为连接端。发夹式方形线圈插入到定子铁芯的槽中，且腿部的一端伸出到定子槽外部。腿部伸出的部分是可弯曲的、焊接的、彼此电连接的。也就是，多个分开的绕组线圈插入到定子铁芯的槽中，并且按照一定规律依次焊接，最终形成一种交流发电机的定子及其绕组。在本实用新型中，发夹式方形线圈可由材质为铜、铝或者铜铝混合物中的任一材质制成的电导体形成，发夹式方形线圈的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铁芯的定子槽111的槽满率，从而降低损耗，提高电机效率。

在所述定子铁芯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，本实施例为顺时针方向排列，如图1所示。每个矩形槽11按其内的绕组线圈的排布分有四层，如图2所示，其按铁芯1径向方向从外到内依次为第1层111、第2层112、第3层113、第4层114。

在本实用新型的一实施例中，在实施三相2路并联的6节距的定子绕组(U1、U2/V1、V2/W1、W2)中，每相线圈可包括2个出线引出线、2个中性点引出线、14个大发夹式方形线圈、14个小发夹式方形线圈、2个跨接线圈，其中大发夹式方形线圈为两个腿部可分别插在两个槽数相差为6的槽的第1层和第4层的线圈，小发夹式方形线圈为两个腿部可分别插在两个槽数相差为6的槽的第2层和第3层的线圈，跨接线圈为两个腿部可分别插在两个槽数相差为6的槽的第3层和第1层。如果选定一个定子槽为参考槽，则三相2路并联的6节距的定子绕组中的一相绕组线圈(例如U相)的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差0槽或逆时针相差1个槽，并且出线引出线位于槽内的第2层，该绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差6个槽或逆时针相差7个槽，并且中性点引出线位于槽内的第4层；三相2路并联的6节距的定子绕组中的一相绕组线圈(例如V相)的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差4个槽或逆时针相差5个槽，并且出线引出线位于槽内的第2层，该绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差10个槽或逆时针相差11个槽，并且中性点引出线位于槽内的第4层；三相2路并联的6节距的定子绕组中的一相绕组线圈(例如W相)的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差8个槽或逆时针相差9个槽，并且出线引出线位于槽内的第2层，该绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针相差14个槽或逆时针相差15个槽，并且中性点引出线位于槽内的第4层。

在本实用新型的另一实施例中，在实施三相1路并联的6节距的定子绕组(U1、U2/V1、V2/W1、W2)中，每相线圈有1个出线引出线、1个中性点引出线、2个连接线引出线、14个大发夹式方形线圈、14个小发夹式方形线圈、2个跨接线圈，其中大发夹式方形线圈为两个腿部可以分别插在两个槽数相差为6的槽的第1层和第4层的线圈，小发夹式方形线圈为两个腿部可以分别插在两个槽数相差为6的槽的第2层和第3层的线圈，跨接线圈为两个腿部可以分别插在两个槽数相差为6的槽的第3层和第1层。如果选定一个定子槽为参考槽，则三相1路并联的6节距的定子绕组的一相绕组线圈(例如U相)的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相差0槽，并且出线引出线位于槽内的第2层，该相绕组线圈的连接引出线位置与参考槽相位位置顺时针相差6个槽或逆时针相差1个槽，并且该相绕组线圈的连接引出线分别位于槽内的第4层和第2层，该相绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相差7个槽，并且该相绕组线圈的中性点引出线位于槽内的第4层；三相1路并联的6节距的定子绕组中的一相绕组线圈(例如V相)的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相差4个槽，并且该相绕组线圈的出线引出线位于槽内的第2层，该相绕组线圈的连接引出线位置与参考槽相位位置顺时针相差10个槽或逆时针相差5个槽，并且该相绕组线圈的连接引出线分别位于槽内的第4层和第2层，该相绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相差11个槽，并且该相绕组线圈的的中性点引出线位于槽内的第4层；三相1路并联的6节距的定子绕组的一相绕组线圈(例如W相)的出线引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相8个槽，并且出线引出线位于槽内的第2层，该相绕组线圈的连接引出线位置与参考槽相位位置顺时针或逆时针相差14个槽和9个槽，并且连接引出线分别位于槽内的第4层和第2层，该相绕组线圈的中性点引出线位置与参考槽相对位置顺时针或逆时针相差15个槽，并且该相绕组线圈的中性点引出线位于槽内的第4层。

在本实用新型中，大发夹式方形线圈和小发夹式方形线圈的结构基本类似，不同之处仅在于两个线圈的腿部的跨度不一样，即由于大发夹式方形线圈的两个腿部分别连接在第1层和第4层上，小发夹式方形线圈的两个腿部分别连接在第2层和第3层上，所以大发夹式方形线圈的两个腿部的跨度比下发夹式方形线圈的两个腿部的跨度大。此外，在本实用新型中，出线引出线和中性点引出线均为一根直线型导体，可由材质为铜、铝或者铜铝混合物中的任一材质制成的电导体形成。该导体的两端均伸出定子铁芯外，定义该导体在定子铁芯的一端为出线端、定义该导体在定子铁芯的另一端为自由端。其中，直线形导体的芯体的尺寸与定子槽的尺寸之间也满足如下关系：芯体长度≤(定子槽长度-1.4mm)/4；芯体宽度≤定子槽宽度-0.6mm。此外，跨接线圈也为发夹式方形线圈。

以下，对本实用新型的三相2路并联的6节距的定子绕组和三相1路并联的6节距的定子绕组的具体实施进行介绍。

实施例1：三相2路并联的6节距的定子绕组

在实施三相2路并联的6节距的定子绕组(U1、U2/V1、V2/W1、W2)中，如果第一相U相的出线端被设定为两个任意的相邻槽，如图3和图4所示，本实施例中选择第1槽、第2槽分别为U相的出线端U1、U2，则U1需要连接的线圈分布在1槽、7槽、13槽、19槽、25槽、31槽、37槽和43槽中，则U2需要连接的线圈分布在2槽、8槽、14槽、20槽、26槽、32槽、38槽和44槽中。

在本实施例中，所述U1的具体连接方式如下所示：在第1槽的第2层中放置出线引出线；将1个大发夹式方形线圈分别插在第7槽的第1层和第13槽的第4层，其中放置在第7槽的第1层的腿部和第1槽的第2层的出线引出线的自由端分别弯曲并焊接相连；将1个小发夹式方形线圈分别插在第19槽的第3层和第13槽的第2层，其中放置在第19槽的第3层的腿部和上面所述大发夹式方形线圈的第13槽的第4层的腿部分别弯曲并焊接相连；如此分别轮流放置大发夹式方形线圈和小发夹式方形线圈，如图3所示，到放置完腿部分别位于第43槽的第1层和第1槽的第4层的大发夹方形线圈并焊接完其位于第43槽的第1层的腿部和上个小发夹方形线圈位于第37槽的第2层的腿部后，放置跨接线圈。如图3所示，将跨接线圈的两腿部分别插在第7槽的第3层和第1槽的第1层内，其放置在第7槽的第3层的腿部和上面所述大发夹式方形线圈的第1槽第4层的腿部，分别进行弯曲并焊接相连；接着，将1个小发夹式方形线圈分别插在第43槽的第2层和第1槽的第3层，其中放置在第43槽第2层的腿部和上面所述跨接线圈位于第1槽的第1层的腿部分别弯曲并焊接相连；如上面所述分别轮流放置大发夹式方形线圈和小发夹式方形线圈，如图3所示，直到放置完腿部分别位于第7槽的第2层和第13槽的第3层的小发夹式方形线圈并焊接完其位于第7槽的第2层的腿部和上个大发夹式方形线圈位于第13槽的第1层的腿部后，在第7槽的第4层中放置中性点引出线，将其在第7槽第4层的自由端中性点引出线和上面所述小发夹式方形线圈第13槽第3层的腿部分别弯曲并焊接相连，此时，U1相的绕组连接完成。在这里，将U1的出线引出线在出线端一侧的伸出部定义为U1，将U1相的中性点引出线在出线端一侧的伸出部定义为NU1。

同理，按照图3所示，连接伸出部为U2的U相绕组，直至U2端的绕组连接完成，则U2的出线引出线位于第2槽第2层，将其在出线端一侧的伸出部定义为U2；则U2的中性点引出线位于第8槽第4层，将其在出线端一侧的伸出部定义为NU2。

同理，按照图4所示，和U相绕组连接和出线方式一致，完成V相、W相的绕组连接。则V1的出线引出线位于第5槽第2层，将其在出线端一侧的伸出部定义为V1；则V1的中性点引出线位于第11槽第4层，将其在出线端一侧的伸出部定义为NV1；则V2的出线引出线位于第6槽第2层，将其在出线端一侧的伸出部定义为V2；则V2的中性点引出线位于第12槽第4层，将其在出线端一侧的伸出部定义为NV2；则W1的出线引出线位于第9槽第2层，将其在出线端一侧的伸出部定义为W1；则V1的中性点引出线位于第15槽第4层，将其在出线端一侧的伸出部定义为NW1；则W2的出线引出线位于第10槽第2层，将其在出线端一侧的伸出部定义为W2；则W2的中性点引出线位于第16槽第4层，将其在出线端一侧的伸出部定义为NW2。最终，U、V和W三相绕组在定子槽内的分布及出线位置如图4所示。

将U1和U2、V1和V2、W1和W2分别焊接相连，作为U、V、W三相绕组的出线端，将NU1、NV1和NW1以及NU2、NV2和NW2分别焊接相连，作为绕组连接的两个中性点。

实施例2：三相1路并联的6节距的定子绕组

在实施三相1路并联的6节距的定子绕组(U1、U2/V1、V2/W1、W2)中，如果U相出线端被设定为两个任意的相邻槽，如图3和图4所示，本实施例选择第1槽、第2槽分别为U相的出线端U1、U2，则U1需要连接的线圈分布在1槽、7槽、13槽、19槽、25槽、31槽、37槽和43槽中，则U2需要连接的线圈分布在2槽、8槽、14槽、20槽、26槽、32槽、38槽和44槽中。

在本实施例中，所述U1的具体连接方式如下所示：在第1槽的第2层中放置出线引出线；将1个大发夹式方形线圈分别插在第7槽的第1层和第13槽的第4层，其中放置在第7槽第1层的腿部和第1槽第2层的自由端出线引出线分别弯曲并焊接相连；将1个小发夹式方形线圈分别插在第19槽的第3层和第13槽的第2层，其中放置在第19槽的第3层的腿部和上面所述大发夹式方形线圈的第13槽第4层的腿部分别弯曲并焊接相连；如此分别轮流放置大发夹式方形线圈和小发夹式方形线圈，如图3所示，到放置完腿部分别位于第43槽的第1层和第1槽的第4层的大发夹方形线圈并焊接完其位于第43槽的第1层的腿部和上个小发夹方形线圈位于第37槽的第2层的腿部后，放置跨接线圈。如图3所示，将跨接线圈的两腿部分别插在第7槽的第3层和第1槽的第1层内，其放置在第7槽的第3层的腿部和上面所述大线圈的第1槽第4层的腿部分别弯曲并焊接相连；将1个小发夹式方形线圈分别插在第43槽的第2层和第1槽的第3层，其中放置在第43槽第2层的腿部和上面所述跨接线圈的第1槽第1层的腿部分别弯曲并焊接相连；如上面所述分别轮流放置大发夹式方形线圈和小发夹式方形线圈，如图3所示，直到放置完腿部分别位于第7槽的第2层和第13槽的第3层的小发夹式方形线圈并焊接完其位于第7槽的第2层腿部和上个大发夹式方形线圈位于第13槽第1层的腿部后，在第7槽的第4层中放置连接线引出线，将其在第7槽的第4层的自由端连接线引出线和上面所述小发夹式方形线圈位于第13槽的第3层的腿部分别弯曲并焊接相连，此时，U1相的绕组连接完成。在这里，将U1的出线引出线在出线端一侧的伸出部定义为U1，将U1相的连接线引出线在出线端一侧的伸出部定义为NU1。

同理，按照图3所示，连接伸出部为U2的U相绕组，直至U2端的绕组连接完成，此时，则U2的第2根连接线引出线位于第2槽第2层，将其在出线端一侧的伸出部定义为U2；则U2的连中性点引出线位于第8槽的第4层，将其在出线端一侧的伸出部定义为NU2。

同理，按照图4所示，和U相绕组连接和出线方式一致，完成V相、W相的绕组连接。则V1的出线引出线位于第5槽第2层，将其在出线端一侧的伸出部定义为V1；则V1的第1根连接线引出线位于第11槽第4层，将其在出线端一侧的伸出部定义为NV1；则V2的第3跟连接线引出线位于第6槽的第2层，将其在出线端一侧的伸出部定义为V2；则V2的中性点引出线位于第12槽的第4层，将其在出线端一侧的伸出部定义为NV2；则W1的出线引出线位于第9槽的第2层，将其在出线端一侧的伸出部定义为W1；则V1的第1根连接线引出线位于第15槽的第4层，将其在出线端一侧的伸出部定义为NW1；则W2的第2根连接线引出线位于第10槽的第2层，将其在出线端一侧的伸出部定义为W2；则W2的中性点引出线位于第16槽的第4层，将其在出线端一侧的伸出部定义为NW2。最终，U、V和W三相绕组在定子槽内的分布及出线位置如图4所示。

将U1、V1、W1，作为U、V、W三相绕组的出线端；将U2和NU1、V2和NV1、W2和NW1分别焊接相连；将NU2、NV2、NW2焊接相连，作为绕组连接的两个中性点。

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。