一种扁线电机定子及电机的制作方法

1.本技术实施例涉及电机技术领域，尤其涉及一种扁线电机定子及电机。


背景技术：

2.随着新能源汽车技术的快速发展，未来新能源汽车将会逐渐成为主流交通工具，因此，对于新能源汽车用驱动电机的性能要求越来越高，性能的增加，必然会导致驱动电机体积的增加，但是新能源汽车的轴向空间尺寸十分有限，导致驱动电机的性能和体积的矛盾日益突出。
3.同时，驱动电机根据定子线圈绕组方案可以分类为分布绕组驱动电机和集中绕组驱动电机，分布绕组驱动电机按照定子绕组的截面形状可以分为圆形线和扁铜线，采用扁铜线的电机称为扁线电机，因圆线电机定子绕组由多匝漆包圆线绕制而成，故其槽满率低且端部尺寸过大，造成电机铜耗过大，效率低，限制了电机功率密度的提升，而与圆形线相比，扁铜线可以有效的提高驱动电机的槽满率，降低驱动电机的铜耗从而提高驱动电机的效率，同时可以降低电机定子绕组的端部高度，能够有效减小电机的安装空间。然而，现有技术中的三相扁线电机定子，当每槽导体数为四以上的偶数层时，1、2层构成一条支路， 3、4层构成一条支路，依次类推形成多条支路，所有支路串联连接，相邻两条支路间在定子绕组插入侧出现过桥线，这样增大了下线的难度，无法采用机械自动下线。现有的三相扁线电机的定子绕组，星点连接和电源引出线分布在定子绕组的插入侧，增加了异型线的数量，且这些异型线存在分布集中、结构布线复杂、量产制造工艺不好的问题。
4.现有扁线电机技术存在槽满率低，端部绕组高度高，电机的功率密度低的问题。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种扁线电机定子及电机，相比于现有扁线电机技术，可以解决现有扁线电机槽满率低，端部绕组高度高，电机的功率密度低的问题。
6.第一方面，本技术实施例提供一种扁线电机定子，电机定子的主要作用是产生旋转磁场，包括：定子铁芯，定子铁芯是电机磁路的重要组成部分，它和转子铁心、定子和转子之间的气隙一起组成电机的完整的磁路。定子铁芯上设有48个沿圆周均匀分布开口朝向定子铁芯中心的插槽；有多个波绕组缠绕在定子铁芯的插槽上，至少包括位于定子铁芯的上侧的同一位置的第一波绕组和第二波绕组，第一波绕组的两端跨过5个插槽，第二波绕组的两端跨过7个插槽，第二波绕组将第一波绕组包围在内。
7.通过第一波绕组两端跨过5个插槽而第二波绕组两端跨过7个插槽的方式，使两组波绕组互相分开避免交错排布，其次，第二波绕组将第一波绕组包围在内，使得走线更加平顺，即减少了线的弯折次数，线的弯折次数减少，端部绕组的高度就会降低，槽内可容纳的引线就会增多，也就提高了电机的槽满率，进而提高了电机的功率密度。
8.在本技术的一种可能的实现方式中，扁线电机定子的波绕组包括位于定子铁芯的下侧的同一位置的第三波绕组和第四波绕组，第三波绕组与第一波绕组连接导通、第四波
绕组与第二波绕组连接导通，第三波绕组的两端跨过7个插槽，第四波绕组的两端跨过5个插槽，第三波绕组将第四波绕组包围在内。
9.在本技术的一种可能的实现方式中，在扁线电机定子中，有3n+2个波绕组、1个进线和1个引出线组成一个并联支路，其中，n为每槽内导条层数的 1/2，且n为非0自然数，进线和引出线均位于扁线电机定子的发卡端，两条并联支路为一个相绕组，扁线电机定子包括三个相绕组。
10.在本技术的一种可能的实现方式中，扁线电机定子中，插槽沿铁芯半径方向共有2n层容纳波绕组或进线或引出线的位置，2n层位置分别由内而外编号为1-2n层，每个波绕组的两端分别安插在不同插槽的相邻两层位置。
11.在本技术的一种可能的实现方式中，扁线电机定子中，一个波绕组的一端安插在相邻的两个插槽的一个的第1层的位置，另一端安插在相邻的两个插槽的另一个的第2层的位置。
12.在本技术的一种可能的实现方式中，扁线电机定子中，进线包括第一进线和第二进线，第一进线包括3个安插在插槽的第1层的位置的支线和3个安插在插槽的第2n层的位置的支线；第二进线包括3个安插在插槽的第1层的位置的支线和3个安插在插槽的第2n层位置的支线。
13.在本技术的一种可能的实现方式中，扁线电机定子中，引出线包括第一引出线和第二引出线，第一引出线包括3个安插在插槽的第1层的位置的支线和 3个安插在插槽的第2n层的位置的支线；第二引出线包括3个安插在插槽的第 1层的位置的支线和3个安插在插槽的第2n层的位置的支线。
14.在本技术的一种可能的实现方式中，扁线电机定子中，波绕组包括两端分别安插在第2k-1层、第2k层的位置的18个第2k-1号波绕组和18个第2k号波绕组，第2k-1号波绕组两端跨过5个插槽，第2k号波绕组两端跨过7个插槽，第2k-1号波绕组和第2k号波绕组在第2k-1层、第2k层交替分布，其中， k取大于0小于等于n的整数。
15.在本技术的一种可能的实现方式中，扁线电机定子中，波绕组还包括两端分别安插在第2y层、第2y+1层的位置的6个第2y+2n-1号波绕组和6个第 2y+2n号波绕组，第2y+2n-1波绕组两端跨过5个插槽，第2y+2n波绕组两端跨过7个插槽，其中，y取大于0小于等于n-1的整数。
16.第二方面，本技术实施例提供一种电机，包括上述第一方面中任一项的扁线电机定子，转子，可旋转地设置在扁线电机定子内。
17.本技术实施例提供的扁线电机定子及电机，由于具有第一方面中任一项的扁线电机构件以及各构件之间的组合方式，因此具有同样的效果，即提高了电机的槽满率，降低了端部绕组高度，进而提高了电机的功率密度。
附图说明
18.图1为本技术实施例提供的扁线电机定子及电机的定子铁芯及内部导条截面图；
19.图2为本技术实施例提供的扁线电机定子及电机的两个并联支路的波绕组的排布图；
20.图3为本技术实施例提供的扁线电机定子及电机的两个并联支路的波绕组的排布
图；
21.图4为本技术实施例提供的扁线电机定子及电机的四个并联支路的波绕组的排布图；
22.图5为本技术实施例提供的扁线电机定子及电机的四个并联支路的波绕组的排布图；
23.图6为本技术实施例提供的扁线电机定子及电机三相每相四个并联支路的波绕组的排布图；
24.图7为本技术实施例提供的扁线电机定子及电机三相每相四个并联支路的波绕组的排布图。
25.附图标记：
26.1-定子铁芯；2-插槽；3-波绕组；31-第一波绕组；32-第二波绕组；33-第三波绕组；34-第四波绕组；4-进线；41-第一进线；42-第二进线；5-引出线；51
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第一引出线；52-第二引出线。
具体实施方式
27.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。
28.在本技术实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.此外，在本技术实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
30.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
31.在本技术实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
32.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
33.本技术实施例提供了一种电机，该电机可以是一种三相扁线电机，可用于新能源汽车上作为动力源，属于交流异步电动机的一种，主要由扁线电机定子、转子和它们之间的
气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后，产生旋转磁场并切割转子，获得转矩，将电源的电能转化为机械能，给新能源汽车提供动能。
34.在此基础上，本技术的实施例还提供一种扁线电机定子，扁线电机定子包括定子铁芯，定子绕组，主要作用是产生旋转磁场，而转子的主要作用是在旋转磁场中被磁力线切割进而产生(输出)电流，其中，定子铁芯是电机磁路的重要组成部分，它和转子铁芯、定子和转子之间的气隙一起组成电机的完整的磁路，本技术实施例对扁线电机定子的定子绕组进行了新的设计，减少了线的弯折次数，提高了电机的槽满率，使得端部绕组的高度降低，提高了电机的功率密度。
35.具体的，参照图1、图2和图3，其中a1、a2为两个并联支路的电流进端，分别连接定子铁芯7号槽和8号槽第6层的导条；x1、x2为两个并联支路的电流引出端，分别连接定子铁芯2号槽和1号槽第1层的导条。电流由a1端进入一条支路由x1端流出；电流由a2端进入另一条支路由x2端流出，图2
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图7中标号对应定子铁芯插槽编号，每个编号对应的6根虚实线由左往右分别对应插槽中的6层-1层导条，图1为定子铁芯1，包含48个沿圆周均匀分布的插槽2，每个插槽2中包含6层导条，6层导条沿定子铁芯1半径方向由内向外分别编号为1-6层，图1中仅画出了定子铁芯1的截面和定子铁芯1内部的导条截面图，具体导条端部连接方式详见图2-图7，图2、图3中详细描述了a1-x1 和a2-x2两条并联支路，本技术实施例所提供的一种定子铁芯1，定子铁芯1 上设有48个沿圆周均匀分布开口朝向定子铁芯1中心的插槽2；波绕组3为多个，缠绕在定子铁芯1的插槽2上，至少包括位于定子铁芯1的上侧的同一位置的第一波绕组31和第二波绕组32，第一波绕组31的两端跨过5个插槽2，第二波绕组32的两端跨过7个插槽2，第二波绕组32将第一波绕组31包围在内。
36.通过第一波绕组两端跨过5个插槽而第二波绕组两端跨过7个插槽的方式，使两组波绕组互相分开避免交错排布，其次，第二波绕组将第一波绕组包围在内，使得走线更加平顺，即减少了线的弯折次数，线的弯折次数减少，端部绕组的高度就会降低，槽内可容纳的引线就会增多，也就提高了电机的槽满率，进而提高了电机的功率密度。
37.具体的，参照图2和图3，在本技术申请实施例提供的定子绕组中，扁线电机定子的波绕组3包括位于定子铁芯1的下侧的同一位置的第三波绕组33 和第四波绕组34，第三波绕组33与第一波绕组31连接导通、第四波绕组34 与第二波绕组32连接导通，第三波绕组33的两端跨过7个插槽2，第四波绕组34的两端跨过5个插槽2，第三波绕组33将第四波绕组34包围在内。通过波绕组3的这种排布方式，可以使得a相的进线端和出线端的引线在波绕组形成的波形曲线中，其波峰与波谷均为平行线，增加了a相端部的空间，能有效的防止并联支路的进线端与出线端的引线出现“叠压”排列，避免短路的风险。提高了电机定子a相的绝缘可靠性。
38.具体的，参照图2和图3，在申请实施例提供的扁线电机定子中，有3n+2 个波绕组3、1个进线4和1个引出线5组成一个并联支路，其中，n为每导槽 2内导条层数的1/2，且n为非0自然数，进线和引出线均位于扁线电机定子的发卡端6，两条并联支路为一个相绕组，扁线电机定子包括三个相绕组。
39.此外，参照图2和图3，在本技术实施例提供的扁线电机定子中，插槽2 沿铁芯1半径方向共有2n层容纳波绕组或进线或引出线的位置，2n层位置分别由内而外编号为1-2n层，每个波绕组的两端分别安插在不同插槽的相邻两层位置，进一步防止并联支路的进线
端与出线端的引线出现“叠压”排列，避免短路的风险，达到减少线的弯折次数，降低端部绕组的高度，提高电机的槽满率，进而提高电机的功率密度的效果。
40.另外需要解释的是，通常来说，现有扁线电机定子由于进线与出线的方式为每个并联支路都相邻跨越6个插槽，使得电机的满槽率低，且端部绕组高度高，不利于电机的功率密度，故为了提高电机的槽满率，降低端部绕组高度，进而提高电机的功率密度，参照图2和图3，在本技术实施例提供的扁线电机定子中，一个波绕组3的一端安插在相邻的两个插槽2的一个的第1层的位置，另一端安插在相邻的两个插槽2的另一个的第2层的位置，再结合上述实施例，就达到了提高电机的槽满率，降低端部绕组高度，进而提高电机的功率密度的效果。
41.进一步的，参照图4和图5，图4、图5在图2、图3的基础上画出了扁线电机a相的另外两条支路分别为a3-x3和a4-x4支路，a3、a4为两个并联支路的电流进端，分别连接定子铁芯8号槽和7号槽第1层的导条；x1、x2为两个并联支路的电流引出端，分别连接定子铁芯13号槽和14号槽第6层的导条。电流由a3端进入一条支路由x3端流出；电流由a4端进入另一条支路由x4端流出。
42.在本技术实施例提供的扁线电机定子中，进线4包括第一进线41和第二进线42，第一进线41包括3个安插在插槽2的第1层的位置的支线和3个安插在插槽2的第2n层的位置的支线；第二进线42包括3个安插在插槽2的第1 层的位置的支线和3个安插在插槽2的第2n层位置的支线。
43.此外，现有技术中a相的四个并联支路都是进线与出线的方式为每个并联支路都相邻跨越6个插槽，使得电机的满槽率低，且端部绕组高度高，不利于电机的功率密度，故为了进一步提高电机的槽满率，降低端部绕组高度，进而提高电机的功率密度，参照图4和图5，在本技术实施例提供的扁线电机定子中，引出线包括第一引出线51和第二引出线52，第一引出线51包括3个安插在插槽2的第1层的位置的支线和3个安插在插槽2的第2n层的位置的支线；第二引出线52包括3个安插在插槽2的第1层的位置的支线和3个安插在插槽 2的第2n层的位置的支线，进一步的使a相四个并联支路的进线端与出线端的引线互相平行，避免“叠压”排列，充分提高电机满槽率，降低端部绕组高度，进而达到更大限度的提高电机的功率密度的效果。
44.一般情况下，扁线电机定子绕组的a、b、c三相每一相的并联支路的电流进出端都跨越6个导槽，都是首尾分别相邻排布，这样就会使得电机定子中三相每一相的并联支路进线端和出线端的引线都有相交，会出现每个线圈的端部相互“叠压”排列，导致线圈端部空间紧张，长期运行电机会存在绝缘损坏的短路风险，为了避免这种情况发生，使得进线端和出线端的每条引线都互为平行线，不会出现相交导致的线圈“叠压”排列，参照图6和图7，图2-图5中详细描述了a1-x1、a2-x2、a3-x3和a4-x4四条并联支路，图6、图7在图2
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图5的基础上画出了扁线电机b相的四条支路分别为b1-y1、b2-y2、b3-y3、 b4-y4支路和c相的四条并联支路分别为c1-z1、c2-z2、c3-z3、c4-z4支路。图中b相四条并联支路的波绕组排布方式与a相四条并联支路的波绕组排布方式相同，可由a相的四条并联支路整体向右平移2个插槽得到b相的四条并联支路，c相四条并联支路的波绕组排布方式也与a相四条并联支路的波绕组排布方式相同，可由a相的四条并联支路整体向右平移4个插槽得到c相的四条并联支路。其中b1、b2、b3、b4为b相四条支路的电流进端，y1、y2、y3、 y4为b相四条支路的电流引出
端；c1、c2、c3、c4为c相四条支路的电流进端，z1、z2、z3、z4为c相四条支路的电流引出端在本技术实施例提供的扁线电机定子中，波绕组3包括两端分别安插在第2k-1层、第2k层的位置的 18个第2k-1号波绕组31和18个第2k号波绕组32，第2k-1号波绕组31两端跨过5个插槽2，第2k号波绕组32两端跨过7个插槽2，第2k-1号波绕组31 和第2k号波绕组32在第2k-1层、第2k层交替分布，其中，k取大于0小于等于n的整数，使扁线电机中每一相的并联支路都不会出现线圈“叠压”排列，以充分提高电机满槽率，降低端部绕组高度，进而达到更大限度的提高电机的功率密度的效果，通过改变引出线的连接方式并联支路数最高可为4个。
45.另外需要解释的是，参照图6和图7，在本技术实施例提供的扁线电机定子中，波绕组3还包括两端分别安插在第2y层、第2y+1层的位置的6个第 2y+2n-1号波绕组33和6个第2y+2n号波绕组34，第2y+2n-1波绕组33两端跨过5个插槽2，第2y+2n波绕组34两端跨过7个插槽2，其中，y取大于 0小于等于n-1的整数，通过本实施例所提供的扁线电机的绕组排列方式，增加了端部的空间，提高了电机的绝缘可靠性。
46.上述结构中，波绕组3，定子铁芯1共同构成扁线电机定子及电机，多个波绕组3缠绕在定子铁芯1的插槽2上；定子铁芯1可以构成扁线电机定子，本技术实施例提供的三相扁线电机定子及电机，定子铁芯1上设有48个沿圆周均匀分布开口朝向定子铁芯1中心的插槽2；多个波绕组3缠绕在定子铁芯1 的插槽2上，至少包括位于定子铁芯1的上侧的同一位置的第一波绕组31和第二波绕组32，第一波绕组的两端跨过5个插槽2，第二波绕组的两端跨过7个插槽2，第二波绕组32将第一波绕组31包围在内，使扁线电机的每相四个并联支路的波绕组3成类似正弦曲线式分布，线线之间互相平行，减少了线的弯折次数，提高了电机的槽满率，降低了端部绕组高度，进而提高了电机的功率密度，同时通过本实施例提供的绕组排列方式，增加了端部的空间，提高了电机的绝缘可靠性，又通过改变引出线的连接方式并联支路数最高为4，降低对电机绝缘和控制器允许空载反电势的要求，再者，通过跨距为5和跨距为7的波绕组组成电机的绕组，可以有效减少5次和7次的谐波电动势。
47.下面以8极48槽每槽6层的扁线电机为例，详细介绍所述的扁线电机三相定子绕组的排布方式：定子绕组包括：第一相绕组、第二相绕组及第三相绕组，三相绕组分别包括4条并联支路，每个并联支路包括11个波绕组3、1个进线 4及1个引出线5，进线4和引出线5均位于绕组的发卡端；定子铁芯1包括 48个沿圆周均匀分布开口朝向定子铁芯1中心的用以容纳定子绕组的插槽2，插槽2沿定子铁芯1半径方向共有6层容纳波绕组3或进线4或引出线5的位置，6层位置分别由内而外编号为1-6层，每个波绕组3的两端分别安插在不同插槽2的相邻两层位置上，例如，一个波绕组3的一端安插在第1层，另一端安插在第2层上。
48.进线4包括3个安插在第1层位置和3个安插在第6层位置的第一进线41、 3个安插在第1层位置和3个安插在第6层位置的第二进线42，引出线包括3 个安插在第1层位置和3个安插在第6层位置的第一引出线51、3个安插在第 1层位置和3个安插在第6层位置的第二引出线52。
49.波绕组3包括两端分别安插在第1、第2层位置的18个第一波绕组31和 18个第二波绕组32，第一波绕组31两端跨过5个插槽2，第二波绕组32两端跨过7个插槽2，两种波绕组在第1、第2层交替分布，波绕组3还包括两端分别安插在第3、第4层位置的18个第三波绕组33和18个第四波绕组34，第三波绕组33两端跨过5个插槽2，第四波绕组34两端跨过7个插槽2，两种波绕组在第3、第4层交替分布。
50.波绕组3还包括两端分别安插在第5、第6层位置的18个第五波绕组34 和18个第六波绕组32，第五波绕组两端跨过5个插槽2，第六波绕组两端跨过 7个插槽2，两种波绕组在第5、第6层交替分布；
51.波绕组还包括两端分别安插在第2、第3层位置的6个第七波绕组33和6 个第八波绕组34，第七波绕组33两端跨过5个插槽2，第八波绕组34两端跨过7个插槽2，波绕组3还包括两端分别安插在第4、第5层位置的6个第九波绕组31和6个第十波绕组32，第九波绕组31两端跨过5个插槽2，第十波绕组32两端跨过7个插槽2。
52.每个波绕组包括一个u型的发卡和一体连接在发卡两臂的接脚，波绕组之间通过接脚端面焊接实现连接。
53.引出线5两端也具有接脚，一端通过接脚端面焊接与波绕组3连接，另一端通过接脚端面焊接与中性线导条连接，进线4两端也具有接脚，一端通过接脚端面焊接与波绕组3连接，另一端通过接脚端面焊接与三相引出线5连接。
54.本技术实施例提供的扁线电机定子及电机在工艺制造过程中，需要制作的 u型扁线数量为10种(含引出线和中性点)，减少了线型数量，同时模具的投入也减少，降低模具的投入。
55.上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。