三相定子绕组、电机定子总成及电机的制作方法

1.本发明属于电机领域，具体地，涉及一种三相定子绕组、电机定子总成及电机。


背景技术：

2.随着新能源车辆的发展，对车用永磁同步电机的要求越来越高，在满足动力性能的同时，也追求乘坐的舒适性。然而，电机工作时所产生的噪声一直是困扰工程师的难题。为了尽可能地减小由电磁激励所产生的噪声，要求电机的反电动势具有良好的正弦性，因此在设计电机绕组的排布结构时，电磁工程师多采用短距排布，以减小反电动势中的5、7次谐波。
3.如图4和图6所示，由于5、7次谐波占比较高，采用整距排布的三相定子绕组的线反电动势的波形的正弦性较差，导致较高的电磁噪声。
4.如图1所示，有一种电机定子绕组，通过将发卡线圈制作成短距跨距和整距跨距对绕组排布后的外端部进行优化，但其绕线方式只适用于整距绕组排布，如果采用短距绕组排布，其绕线方式无法完成绕组的所有相邻(注：是指绕线路径中的相邻或电气上的相邻，而不是空间位置上的相邻)外端部的直接焊接连接，需要使用较多的同层过桥线进行连接，图1中以b相绕组为例，8槽1层的发卡线圈通过同层过桥线连接14槽1层的发卡线圈，13槽4层的发卡线圈通过同层过桥线连接20槽4层的发卡线圈，14槽4层的发卡线圈通过同层过桥线连接19槽4层的发卡线圈，也会增加异形发卡线圈的数量，不仅会对焊接工艺带来很大的挑战，而且由于过桥线叠加排布在端部待焊接位置，不可避免地增加了焊接后的端部高度，降低了电机的扭矩密度。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种三相定子绕组，部分特定层采用短距排布结构，以优化绕组的外端部，简化端部焊接工艺，并降低焊接后的端部高度。
6.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种三相定子绕组，包括依次叠加的n层发卡绕组，其中，第一层发卡绕组和第n层发卡绕组中的各发卡线圈为同层跨线，且第一层发卡绕组中各发卡线圈的跨距为第一短距，第n层发卡绕组中各发卡线圈的跨距为整距；第二层发卡绕组至第n-1层发卡绕组中的各发卡线圈为异层跨线；同一相定子绕组中，相邻发卡线圈的端部之间直接焊接；n≥4。
7.进一步地，所述异层跨线为在相邻层之间跨线；所述第二层发卡绕组至第n-1层发卡绕组中的各发卡线圈的跨距为第一长距，或者，所述第二层发卡绕组至第n-1层发卡绕组中的各发卡线圈为整距与第二短距等量间隔排布，所述第一短距＞所述第二短距。
8.进一步地，同一相定子绕组中，同层跨线的发卡线圈与异层跨线的发卡线圈间隔排布。
9.进一步地，定子槽的数量为48，电机极数为8，n＝4；所述第一短距为5；优选地，所述第一长距为7。
10.进一步地，定子槽的数量为48，电机极数为8，n＝4；所述第二短距为4，第二层发卡绕组和第三层发卡绕组中有一半发卡线圈的跨距为整距，另一半发卡线圈的跨距为第二短距，且每两个整距发卡线圈与每两个第二短距发卡线圈间隔排布。
11.进一步地，各相定子绕组包括32个发卡线圈，其中，起始发卡线圈从第二层以跨距7跨至第三层，第二个发卡线圈从第四层以跨距6同层跨线，第三个发卡线圈从第三层以跨距7跨至第二层，第四个发卡线圈从第一层以跨距5同层跨线，第五个发卡线圈从第二层以跨距7跨至第三层，以此类推，直至最后一个发卡线圈。
12.进一步地，各相定子绕组包括32个发卡线圈，其中，起始发卡线圈从第一层以跨距5同层跨线，第二个发卡线圈从第二层以跨距6跨至第三层，第三个发卡线圈从第四层以跨距6同层跨线，第四个发卡线圈从第三层以跨距6跨至第二层，第五个发卡线圈从第一层以跨距5同层跨线，第六个发卡线圈从第二层以跨距4跨至第三层，第七个发卡线圈从第四层以跨距6同层跨线，第八个发卡线圈从第三层以跨距4跨至第二层，第九个发卡线圈从第一层以跨距5同层跨线，以此类推，直至最后一个发卡线圈。
13.第二方面，本发明提供一种电机定子总成，包括第一方面技术方案所述的三相定子绕组，该三相定子绕组分n层依次叠加在定子槽内；n≥4。
14.第三方面，本发明提供一种电机，包括第二方面技术方案所述的电机定子总成。
15.本发明通过以上技术方案，一方面，使相邻发卡线圈的端部之间靠得很近，可以将两个端部直接焊接在一起完成连接，且该焊接工艺非常简单省时，仅需点焊即可；另一方面，完全省却了过桥线，这样就不会有多余的导线叠加在发卡线圈的端部，可以有效降低焊接后的端部高度；另外，还可有效消除奇数次高次谐波，从而有效降低电磁噪声。
16.本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
17.图1是现有技术中一种定子绕组的排布结构示意图；
18.图2是本发明三相定子绕组一个实施例的排布结构示意图；
19.图3是本发明三相定子绕组另一个实施例的排布结构示意图；
20.图4是现有技术中一种定子绕组的线反电动势波形图；
21.图5是本发明三相定子绕组一个实施例的的线反电动势波形图；
22.图6是具有不同跨距排布结构的现有技术中和本发明中三相定子绕组一个实施例的线反电动势谐波波形对比图。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
24.首先需要说明的是，在本发明下述技术方案的描述中，采用的方位词“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.如图1所示，中间一行数字代表定子槽的编号，每个槽内从左到右的四根线分别对
应第一、二、三、四层，第一层是最靠近电机转子的一层，即相对于电机的轴心属于最内层。现有技术中，定子槽数为48，电机极数为8的三相永磁同步电机的三相定子绕组的绕线路径如下(以b相为例，a相和c相与其类似)：
26.9槽1层
→
2槽2层
→
45槽1层
→
38槽2层
→
33槽1层
→
26槽2层
→
21槽1层
→
14槽2层
→
9槽3层
→
2槽4层
→
45槽3层
→
38槽4层
→
33槽3层
→
26槽4层
→
21槽3层
→
14槽4层
→
19槽4层
→
26槽3层
→
31槽4层
→
38槽3层
→
43槽4层
→
2槽3层
→
7槽4层
→
14槽3层
→
19槽2层
→
26槽1层
→
31槽2层
→
38槽1层
→
43槽2层
→
2槽1层
→
7槽2层
→
14槽1层
→
8槽1层
→
1槽2层
→
44槽1层
→
37槽2层
→
32槽1层
→
25槽2层
→
20槽1层
→
13槽2层
→
8槽3层
→
1槽4层
→
44槽3层
→
37槽4层
→
32槽3层
→
25槽4层
→
20槽3层
→
13槽4层
→
20槽4层
→
27槽3层
→
32槽4层
→
39槽3层
→
44槽4层
→
3槽3层
→
8槽4层
→
15槽3层
→
20槽2层
→
27槽1层
→
32槽2层
→
39槽1层
→
44槽2层
→
3槽1层
→
8槽2层
→
15槽1层。
27.由此可见，第一层发卡绕组至第四层发卡绕组中的所有发卡线圈均采用异层跨线，且各发卡线圈的跨距均为长距7，各相绕组中均具有多根用于同层电气连接的过桥线，导致端部焊接工艺复杂，过桥线在端部的叠加导致焊接后的端部高度明显增加，绕线复杂，生产效率较低。
28.本发明三相定子绕组的一个实施例，用于定子槽数为48，电机极数为8的三相永磁同步电机，此时电机的极距为6，发卡线圈的节距或跨距等于6的为整距，大于6的为长距，小于6的为短距。各相定子绕组包括32个发卡线圈，叠加层数n＝4，其中，起始发卡线圈从第二层以跨距7跨至第三层，第二个发卡线圈从第四层以跨距6同层跨线，第三个发卡线圈从第三层以跨距7跨至第二层，第四个发卡线圈从第一层以跨距5同层跨线，第五个发卡线圈从第二层以跨距7跨至第三层，以此类推，直至最后一个发卡线圈。
29.具体地，如图2所示，中间一行数字代表定子槽的编号，每个槽内从左到右的四根线分别对应第一、二、三、四层，第一层是最靠近电机转子的一层，即相对于电机的轴心属于最内层。图2中，b相绕组从电源接线端b1开始，绕线路径如下：
30.2槽2层
→
9槽3层
→
14槽4层
→
20槽4层
→
15槽3层
→
8槽2层
→
3槽1层
→
8槽1层
→
13槽2层
→
20槽3层
→
25槽4层
→
31槽4层
→
26槽3层
→
19槽2层
→
14槽1层
→
9槽1层
→
14槽2层
→
21槽3层
→
26槽4层
→
32槽4层
→
27槽3层
→
20槽2层
→
15槽1层
→
20槽1层
→
25槽2层
→
32槽3层
→
37槽4层
→
43槽4层
→
38槽3层
→
31槽2层
→
26槽1层
→
21槽1层
→
26槽2层
→
33槽3层
→
38槽4层
→
44槽4层
→
39槽3层
→
32槽2层
→
27槽1层
→
32槽1层
→
37槽2层
→
44槽3层
→
1槽4层
→
7槽4层
→
2槽3层
→
43槽2层
→
38槽1层
→
33槽1层
→
38槽2层
→
45槽3层
→
2槽4层
→
8槽4层
→
3槽3层
→
44槽2层
→
39槽1层
→
44槽1层
→
1槽2层
→
8槽3层
→
13槽4层
→
19槽4层
→
14槽3层
→
7槽2层
→
2槽1层
→
45槽1层。
31.由此可见，本实施例b相绕组的绕线方案中，第一层发卡绕组和第四层发卡绕组中16个发卡线圈均为同层跨线，且第一层发卡绕组中8个发卡线圈的跨距均为短距5，第四层发卡绕组中8个发卡线圈的跨距均为整距6；第二层发卡绕组和第三层发卡绕组中的16个发卡线圈均为异层跨线，且这两层中16个发卡线圈的跨距均为长距7。
32.本实施例中，同一相定子绕组至少具有以下绕线规律：1.以一个异层跨线的发卡线圈开始，异层跨线的发卡线圈与同层跨线的发卡线圈间隔排布，即一个异层跨线的发卡线圈的相邻发卡线圈必然是同层跨线；2.相邻发卡线圈所在的层数是连续往复变化的，并
在第一层和第四层分别重复一次该层，以实现同层跨线，即从第二层开始，按照2
→3→4→4→3→2→1→1→2→3→4→4→3→2→1…
的变化规律进行跨线；3.绕线路径上相邻或电气上相邻的两个发卡线圈中，按照绕线顺序或排列顺序，在前的发卡线圈的第二端部与在后的发卡线圈的第一端部之间仅有微小的间隙。这些规律必然使绕线更加方便快捷，相邻发卡线圈之间的连接更加简便，点焊即可，连接工艺大为简化，可大幅提高生产效率。由于绕线的规律性很强，还可有效防止绕线差错。
33.将图2与图1进行对比可见，同一相定子绕组中，一方面，相邻发卡线圈的端部之间靠得很近，可以将两个端部直接焊接在一起完成连接，且该焊接工艺非常简单省时，仅需点焊即可；另一方面，已经完全省却了图1中所示的过桥线，这样就不会有多余的导线叠加在发卡线圈的端部，可以有效降低焊接后的端部高度。
34.图2中，a相绕组从电源接线端a1开始，c相绕组从电源接线端c1开始，其绕线路径同样具有b向绕组的绕线规律，从而具有与上述b相绕组同样的技术效果。因此，本实施例的三相定子绕组制造时可以简化端部焊接工艺，有效降低焊接后的端部高度。
35.如图6所示，本实施例三相定子绕组的线反电动势的5、7次谐波幅值大幅降低，17、19次谐波幅值也有明显降低(图中未示出)。将图5与图4进行对比可见，本实施例三相定子绕组的线反电动势波形正弦性更好，进而能有效抑制电磁噪声。
36.在本发明三相定子绕组的另一个实施例中，仅对上一实施例中第二层发卡绕组和第三层发卡绕组中各发卡线圈的跨距进行调整，由单一跨距长距7改为复合跨距整距6和短距4，即第二层发卡绕组和第三层发卡绕组中一部分发卡线圈的跨距为整距6，另一部分发卡线圈的跨距为短距4。具体地，如图3所示，仅示出了b相绕组的绕线路径，从电源接线端b1开始，绕线路径如下：
37.3槽1层
→
8槽1层
→
14槽2层
→
20槽3层
→
26槽4层
→
32槽4层
→
26槽3层
→
20槽2层
→
14槽1层
→
9槽1层
→
15槽2层
→
19槽3层
→
25槽4层
→
31槽4层
→
25槽3层
→
21槽2层
→
15槽1层
→
20槽1层
→
26槽2层
→
32槽3层
→
38槽4层
→
44槽4层
→
38槽3层
→
32槽2层
→
26槽1层
→
21槽1层
→
27槽2层
→
31槽3层
→
37槽4层
→
43槽4层
→
37槽3层
→
33槽2层
→
27槽1层
→
32槽1层
→
38槽2层
→
44槽3层
→
2槽4层
→
8槽4层
→
2槽3层
→
44槽2层
→
38槽1层
→
33槽1层
→
39槽2层
→
43槽3层
→
1槽4层
→
7槽4层
→
1槽3层
→
45槽2层
→
39槽1层
→
44槽1层
→
2槽2层
→
8槽3层
→
14槽4层
→
20槽4层
→
14槽3层
→
8槽2层
→
2槽1层
→
45槽1层
→
3槽2层
→
7槽3层
→
13槽4层
→
19槽4层
→
13槽3层
→
9槽2层。
38.由此可见，本实施例b相绕组的绕线方案中，第一层发卡绕组和第四层发卡绕组中的各发卡线圈为同层跨线，且第一层发卡绕组中8个发卡线圈的跨距均为短距5，第四层发卡绕组中8个发卡线圈的跨距均为整距6；第二层发卡绕组和第三层发卡绕组中的各发卡线圈为异层跨线，其中有8个发卡线圈的跨距为整距6，有8个发卡线圈的跨距为短距4。
39.本实施例中，同一相定子绕组至少具有以下绕线规律：1.以一个同层跨线的发卡线圈开始，异层跨线的发卡线圈与同层跨线的发卡线圈间隔排布，即一个异层跨线的发卡线圈的相邻发卡线圈必然是同层跨线；2.相邻发卡线圈所在的层数是连续往复变化的，并在第一层和第四层分别重复一次该层，以实现同层跨线，即从第一层开始，按照1
→1→2→3→4→4→3→2→1→1→2→3→4→4→3→2→1…
的变化规律进行跨线；3.异层跨线的发卡线圈中，按照两种不同的跨距，为整距与第二短距等量间隔排布，该等量是指同一跨距的发
卡线圈连续排布的数量，即每两个整距6和每两个短距4的发卡线圈间隔排布；4.绕线路径上相邻或电气上相邻的两个发卡线圈中，按照绕线顺序或排列顺序，在前的发卡线圈的第二端部与在后的发卡线圈的第一端部之间仅有微小的间隙。这些规律必然使绕线更加方便快捷，相邻发卡线圈之间的连接更加简便，点焊即可，连接工艺大为简化，可大幅提高生产效率。由于绕线的规律性很强，还可有效防止绕线差错。
40.将图3与图1进行对比可见，同一相定子绕组中，一方面，相邻发卡线圈的端部之间靠得很近，可以将两个端部直接焊接在一起完成连接，且该焊接工艺非常简单省时，仅需点焊即可；另一方面，已经完全省却了图1中所示的过桥线，这样就不会有多余的导线叠加在发卡线圈的端部，可以有效降低焊接后的端部高度。同理，本实施例中，a相绕组和c相绕组的绕线路径同样具有该b向绕组的绕线规律，从而具有与该b相绕组同样的技术效果。因此，本实施例的三相定子绕组制造时也可以简化端部焊接工艺，有效降低焊接后的端部高度。
41.本发明电机定子总成的实施例，用于定子槽数为48，电机极数为8的三相永磁同步电机，包括上述三相定子绕组任一实施例所述的三相定子绕组，该三相定子绕组分四层依次叠加在48个定子槽内，至少具有上述三相定子绕组任一实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
42.本发明电机的实施例，该电机是极数为8，定子槽数为48的三相永磁同步电机，包括上述电机定子总成的实施例中所述的电机定子总成，至少具有上述三相定子绕组任一实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
43.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。