定子组件、电机及车辆的制作方法

本技术涉及电机，尤其涉及一种定子组件、电机及车辆。

背景技术：

1、电机作为一种驱动设备，广泛应用于车辆、工业装备等领域。随着应用场景的不断丰富，电机常常需要在低速工况、高速工况等不同工况之间切换。在相关技术中，电机在全工况的平均效率还有待提高。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术实施例提供一种定子组件、电机及车辆，电机全工况的平均效率较高，能耗较低。

2、为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：

3、第一方面，本技术实施例提供一种定子组件，包括定子铁芯、缠绕于定子铁芯的三相定子绕组、以及控制器；

4、每相定子绕组包括绕定子铁芯的轴线旋转对称的多个线圈结构，线圈结构的进线端和出线端均与控制器电连接；

5、控制器用于切换同一相定子绕组中不同的线圈结构的串并联关系；和/或，控制器用于使三相定子绕组在星型连接状态与三角形连接状态之间切换。

6、本技术实施例提供的定子组件，通过控制器对线圈结构的进线端和出线端接线的切换，使得电机的磁动势、反电势系数、阻抗参数等参数可根据电机的工况进行调整。可在电机处于低速工况时提高电机的磁动势，使得相同电流下电机的输出扭矩更大，进而可降低低速下的电流需求，减少直流铜耗，使得在电机处于低速工况时的能耗较低、效率较高。可在电机处于高速工况时降低电机的反电势系数，使得相同转速下的反电势更低，进而可降低弱磁电流需求，减少高速下的弱磁损耗和交流附加损耗，使得在电机处于高速工况时的能耗较低、效率较高。如此，利于拓宽电机的高效工作区间、提升电机全工况的平均效率、降低电机的能耗。

7、通过在电机处于低速工况时提高电机的磁动势，也可避免控制器在电机处于低速工况时工作在小占空比区间，可使控制器的运行效率较高。

8、通过在电机处于低速工况时提高电机的磁动势、在电机处于高速工况时降低电机的反电势系数，使得可以在满足低速大扭矩需求的同时，使电机在处于高速工况时的反电势较低，不易超过母线电压限制。电机在处于高速工况时的反电势较低，对弱磁电流的需求较小、弱磁难度较低，可使弱磁损耗和交流附加损耗较少，进而利于提升电机的最高转速，以适配高速电驱的需求。如此，可以兼顾电机的高低速性能。

9、通过控制器的切换来使电机的磁动势、反电势系数、阻抗参数等参数根据电机的工况进行调整，使得三相定子绕组可以适配较宽范围波动的母线电压，可使低母线电压下大扭矩输出电流较低，利于减小功率器件的电流应力、降低散热成本，电机的系统适配性较好。

10、每相定子绕组包括绕定子铁芯的轴线旋转对称的多个线圈结构，可使每相定子绕组的每个线圈结构的磁场分布相同、电势平衡。线圈结构的进线端和出线端作为切换点，线圈结构整体接入，利于在不同线圈结构的进线端和出线端切换为各种接线关系时，使同一相定子绕组的各条支路的磁场分布相同、电势平衡、支路间不易产生环流，从而大幅减小高频下的附加交流铜耗，提高高速运行时的电机效率，三相定子绕组不易出现局部过温，利于延长电机的寿命。

11、在一些实施例中，定子铁芯具有沿定子铁芯的周向排布的多个定子槽，线圈结构与多个定子槽对应，定子槽沿定子铁芯的径向分为n个槽层；

12、线圈结构包括多个发卡线圈，线圈结构通过发卡线圈波绕于对应的定子槽，线圈结构的进线端从位于线圈结构首端的发卡线圈引出，线圈结构的出线端从位于线圈结构末端的发卡线圈引出；

13、发卡线圈跨层连接相邻的两个槽层，线圈结构通过发卡线圈在对应的不同的定子槽中遍历n个槽层，线圈结构在对应的每个定子槽中占据至少一个槽层。

14、这样，可使扁线电机的磁动势、反电势系数、阻抗参数等参数可根据扁线电机的工况进行调整，利于提升扁线电机全工况的平均效率、兼顾扁线电机的高低速性能、提升扁线电机的系统适配性、以及提高用于控制扁线电机的控制器的运行效率。此外，可消除同一相定子绕组的不同线圈结构因在定子槽中的位置不同引起的电势相位差，线圈结构的进线端和出线端作为切换点，线圈结构整体接入，利于在不同线圈结构的进线端和出线端切换为各种接线关系时，消除同一相定子绕组的不同支路因在定子槽中的位置不同引起的电势相位差，支路间不易产生环流，可减小高频下的附加交流铜耗，提高高速运行时的电机效率，三相定子绕组不易出现局部过温，利于延长电机的寿命。另外，发卡线圈跨层连接相邻的两个槽层，可使每相定子绕组的尺寸较小，利于减小扁线电机的尺寸。

15、在一些实施例中，从靠近定子铁芯的轴线的一侧到远离定子铁芯的轴线的一侧，n个槽层依次从第一槽层到第n槽层进行编号；

16、线圈结构的进线端和出线端中的其中一个从第一槽层引出，线圈结构的进线端和出线端中的另一个从第n槽层引出。

17、这样，便于使同一相定子绕组绕定子铁芯的轴线旋转对称的多个线圈结构均可以在对应的不同的定子槽中遍历n个槽层、并在对应的每个定子槽中占据至少一个槽层，利于在不同线圈结构的进线端和出线端切换为各种接线关系时使同一相定子绕组的支路间均不易产生环流。

18、在一些实施例中，定子铁芯的极数为6m，每相定子绕组每极对应3个定子槽，其中，m为正整数，n为偶数；

19、每相定子绕组的部分线圈结构为第一类线圈结构、部分线圈结构为第二类线圈结构；

20、第一类线圈结构从第一槽层开始，在相邻的两层槽层之间交替波绕，至绕过每一极后，向远离定子铁芯的轴线的方向波绕至相邻的下一层槽层，直至在第n-1槽层与第n槽层之间交替波绕过每一极，第一类线圈结构的进线端从第一槽层引出，第一类线圈结构的出线端从第n槽层引出；

21、第二类线圈结构从第n槽层开始，在相邻的两层槽层之间交替波绕，至绕过每一极后，向靠近定子铁芯的轴线的方向波绕至相邻的上一层槽层，直至在第二槽层与第一槽层之间交替波绕过每一极，第二类线圈结构的进线端从第n槽层引出，第二类线圈结构的出线端从第一槽层引出。

22、这样，便于使同一相定子绕组绕定子铁芯的轴线旋转对称的多个线圈结构均可以在对应的不同的定子槽中遍历n个槽层、并在对应的每个定子槽中占据至少一个槽层，利于在不同线圈结构的进线端和出线端切换为各种接线关系时使同一相定子绕组的支路间均不易产生环流。

23、在一些实施例中，每个线圈结构包括3种不同节距的发卡线圈，3种不同节距的发卡线圈分别为第一发卡线圈、第二发卡线圈和第三发卡线圈；

24、其中，第一发卡线圈的节距为8，第二发卡线圈的节距为9，第三发卡线圈的节距为11。

25、这样，便于使同一相定子绕组绕定子铁芯的轴线旋转对称的多个线圈结构均可以在对应的不同的定子槽中遍历n个槽层、并在对应的每个定子槽中占据至少一个槽层的同时，所需发卡线圈的种类较少，利于节省制造模具费用，提高生产节拍。

26、在一些实施例中，每相定子绕组包括6个线圈结构，6个线圈结构分别为第一线圈结构、第二线圈结构、第三线圈结构、第四线圈结构、第五线圈结构和第六线圈结构；

27、其中，第一线圈结构、第三线圈结构和第五线圈结构为第一类线圈结构和第二类线圈结构中的其中一种，第二线圈结构、第四线圈结构和第六线圈结构为第一类线圈结构和第二类线圈结构中的另一种。

28、这样，便于使每相定子绕组的线圈结构在多种串并联方式之间切换，利于在不同线圈结构的进线端和出线端切换为各种接线关系时使同一相定子绕组的支路间均不易产生环流。

29、在一些实施例中，定子组件具有第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式中的至少两种，控制器能够使定子组件在第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式中的至少两种之间切换；

30、定子组件处于第一工作模式时，三相定子绕组处于星型连接状态，同一相定子绕组的第一线圈结构、第二线圈结构、第三线圈结构、第四线圈结构、第五线圈结构和第六线圈结构依次串联；

31、定子组件处于第二工作模式时，三相定子绕组处于星型连接状态，同一相定子绕组的第一线圈结构、第二线圈结构和第三线圈结构依次串联形成第一支路，同一相定子绕组的第四线圈结构、第五线圈结构和第六线圈结构依次串联形成第二支路，同一相定子绕组的第一支路与第二支路并联；

32、定子组件处于第三工作模式时，三相定子绕组处于星型连接状态，同一相定子绕组的第一线圈结构与第二线圈结构串联形成第三支路，同一相定子绕组的第三线圈结构与第四线圈结构串联形成第四支路，同一相定子绕组的第五线圈结构与第六线圈结构串联形成第五支路，同一相定子绕组的第三支路、第四支路和第五支路并联。

33、这样，可以通过控制器控制定子组件在第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式中的至少两种之间进行切换，来调整同一相定子绕组的支路数和匝数，使得电机的磁动势、反电势系数、阻抗参数等参数可根据电机的工况进行调整，以利于提升扁线电机全工况的平均效率、兼顾扁线电机的高低速性能、提升扁线电机的系统适配性、以及提高用于控制扁线电机的控制器的运行效率。电机在定子组件处于第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式时，各相定子绕组的支路间均不易产生环流。

34、在一些实施例中，n≤6，线圈结构在对应的每个定子槽中占据一个槽层。

35、这样，便于在定子槽的槽层数量较少时，使同一相定子绕组绕定子铁芯的轴线旋转对称的多个线圈结构均可以在对应的不同的定子槽中遍历n个槽层，利于在不同线圈结构的进线端和出线端切换为各种接线关系时使同一相定子绕组的支路间均不易产生环流。

36、在一些实施例中，n＞6，线圈结构在对应的至少部分定子槽中占据至少两个槽层，线圈结构在同一个定子槽中占据的多个槽层中的相邻两个槽层之间间隔5个槽层。

37、这样，便于在定子槽的槽层数量较多时，使同一相定子绕组绕定子铁芯的轴线旋转对称的多个线圈结构均可以在对应的不同的定子槽中遍历n个槽层，利于在不同线圈结构的进线端和出线端切换为各种接线关系时使同一相定子绕组的支路间均不易产生环流。

38、第二方面，本技术实施例提供一种电机，包括转子、以及上述任一实施方式中的定子组件，定子组件用于驱动转子转动。

39、第三方面，本技术实施例提供一种车辆，包括车身、以及上述任一实施方式中的电机，电机设于车身。