定子组件、电机及电动汽车的制作方法

1.本技术涉及电机技术领域，特别涉及一种定子组件、电机及电动汽车。


背景技术：

2.在电动汽车的领域，对电机有着较高的要求。而随着扁线工艺的发展，电动汽车的电机也逐渐地采用扁线形成绕组。此类型的绕组可以高效地利用电机的定子槽的空间，以满足电动汽车的性能需求。
3.但是，对于电机中绕组的复杂结构，同相的支路之间容易出现电势不平衡，导致支路之间形成环流，影响电机的效率和温升。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种定子组件、电机及电动汽车，以解决电机容易形成环流的问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术提供了一种定子组件，包括：定子铁芯和绕组。所述定子铁芯包括背对设置的外壁和内壁，所述内壁设有多个定子槽，所述多个定子槽沿所述定子铁芯的周向彼此间隔地排布；沿着所述定子铁芯的径向，每个所述定子槽均分成多个槽层；其中，每相邻的三个所述定子槽作为一个定子槽组。所述绕组包括三相绕组，所述三相绕组沿所述定子铁芯的周向、依次交替地卷绕于不同的所述定子槽组。各相所述绕组均包括并联的三个支路，且所述三个支路绕所述定子铁芯的轴向旋转对称。基于此，在供电条件下，在同个定子槽中各个槽层中，同相绕组的三个支路的磁场分布相同；相应的，三个支路的电势相互平衡。而基于该电势平衡的关系，三个支路之间不会产生环流现象，以提高电机的效率并降低电机的温升。应当理解，同一个定子槽组内的多个槽层都是容纳了同相绕组的导体，由此可以取消同槽不同相绕组的导体之间原本所需要的相间绝缘纸。在定子组件的体积基本不变的情况下，绕组可以占据定子槽内更多的空间，以提高定子组件的铜满率，并使对应的电机具有更好的性能(例如：电机的效率更高、温升更低等等)。而在满足电机的性能基本不变的情况下，定子组件可以具有更为小巧的体积以及更轻的重量，以便于对应的电机在电动汽车中的空间布置，同时降低整车重量和成本。
6.一些实施例中，每个所述支路均包括串联的多个u型扁线，每一所述u型扁线具有一发卡端，相邻两个所述u型扁线之间形成一焊接端；所述发卡端和所述焊接端分别位于所述定子铁芯的不同侧。每个支路的引进线从对应的所述定子槽的第一槽层引入，每个支路的引出线从另一对应的所述定子槽的第一槽层引出；其中，所述第一槽层为最靠近所述定子铁芯的外壁的槽层；或者，所述第一槽层为最靠近所述定子铁芯的内壁的槽层。由此，可以便于引进线和引出线的布置、连接。
7.一些实施例中，在每个支路中，所述引进线的端部和所述引出线的端部均为发卡端；或者，在每个支路中，所述引进线的端部和所述引出线的端部均为焊接端。基于此，可以便于绕组200的插线和焊接，由此降低定子组件的加工制造难度，并提高定子组件的生产制
造效率。
8.一些实施例中，所述u型扁线包括两个引脚，所述发卡端位于所述两个引脚之间。所述两个引脚用于分别插入不同所述定子槽组的奇数槽层和偶数槽层中；其中，插入奇数槽层的引脚的端部均朝着第一圆周方向弯折相同角度；插入偶数槽层的引脚的端部均朝着第二圆周方向弯折相同角度；所述第一圆周方向和所述第二圆周方向相反。以此，可以便于制程设备对u型扁线的引脚进行弯折和焊接等处理，降低绕组生产制造的难度。
9.一些实施例中，在每个所述定子槽组中，对应的同相绕组的所述三个支路均卷绕相同数量的槽层；其中，每个支路卷绕一个所述定子槽的奇数槽层，以及卷绕另一个所述定子槽的偶数槽层。基于此，便于各支路有序卷绕，确保各支路间旋转对称。
10.一些实施例中，每个支路的发卡端的跨距为7、10、10的组合，每个支路的焊接端的跨距均为9；其中，所述跨距为所述发卡端或者所述焊接端跨过的所述定子槽的数量。
11.一些实施例中，每个支路的发卡端的跨距为8、8、11的组合，每个支路的焊接端的跨距均为9；其中，所述跨距为所述发卡端或者所述焊接端跨过的所述定子槽的数量。
12.一些实施例中，在所述三相绕组中，不同相绕组的支路绕所述定子铁芯的轴向旋转对称。
13.一些实施例中，所述旋转对称的旋转角为120
°
或者240
°
。应当理解，旋转对称也可以理解，以定子铁芯的中心轴作为旋转轴，同相绕组的三个支路旋转对称。当定子组件应用到电机中时，该中心轴也可以是指电机的转子组件的转子。
14.一些实施例中，同相绕组的某一支路移动一定数量的定子槽组后，而与同相绕组的其他支路相重合。
15.本技术还提供了一种电机，包括：转子组件以及上述各实施例中的定子组件。所述转子组件设于所述定子组件内。
16.本技术还提供了一种电动汽车，包括上述各实施例中的电机。其中，所述电机可以应用到电动汽车的动力总成中。
17.本技术通过定子组件的绕组结构，可以使同相绕组的三个支路达到电势平衡的状态，以尽可能避免同相绕组的支路之间产生环流现象，由此可以提高电机的效率并使电机具有较低的温升。
附图说明
18.图1是本技术一实施例的定子组件的立体图。
19.图2是本技术一实施例的定子铁芯的立体图。
20.图3是本技术一实施例的定子组件的正视图。
21.图4是图3的定子组件沿a-a的剖视图。
22.图5是图4的定子组件在i区域的局部放大示意图。
23.图6是本技术一实施例的u型扁线的示意图。
24.图7是本技术一实施例的相连的两个u型扁线的示意图。
25.图8是本技术一实施例的第一u相支路的绕组展开图。
26.图9是本技术一实施例的第二u相支路的绕组展开图。
27.图10是本技术一实施例的第三u相支路的绕组展开图。
28.图11是本技术一实施例的u、v、w三相绕组的绕组展开图。
29.图12是本技术一实施例的u、v、w三相绕组的电路连接示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
31.本技术各实施例提供一种电机，电机包括定子组件和转子组件，转子组件安装在定子组件内。在供电条件下，定子组件的绕组产生旋转磁场，驱动转子组件相对定子组件转动。
32.一些实施例中，该电机可以应用在电动汽车(又称新能源汽车)的动力总成中。
33.请同步参考图1、图2和图3，本技术实施例提供的定子组件10包括：定子铁芯100和绕组200。该定子铁芯100大致上呈现为圆筒状，以便于在定子铁芯100内容纳转子组件。该圆筒状的定子铁芯100包括背对设置的内壁102和外壁104；其中，相对于外壁104，定子铁芯100的内壁102更靠近转子组件。内壁102设有多个定子槽110，多个定子槽110彼此间隔设置，并且沿着定子铁芯100的周向排布。单个定子槽110可以沿着定子铁芯100的轴向排布。绕组200则容纳于定子槽110内。绕组200通电时产生旋转磁场。
34.请同步参考图4和图5，一些实施例中，沿着定子铁芯100的径向，每个定子槽110均被分成了6个槽层，每个槽层均可插入1根导体，即每个定子槽110均可以插入6根导体。应当理解，定子槽和槽层的关系可以类比于平面直角坐标系中横坐标和纵坐标的关系。基于定子槽的编号和槽层的编号，可以确定对应的导体的位置。
35.一些实施例中，定子组件10以定子槽110的数量为54个来举例说明；即电机为54槽电机，但不以此为限。应当理解，在其他的一些实施例中，基于以下将示出的表1至表7的导体排布数据图和对应的绕组展开图，定子组件10的定子槽110数量可以为36个、72个或者90个等等，对此不做限制。
36.一些实施例中，绕组包括u相绕组、v相绕组和w相绕组。请同步参考图4和图5，对应该三相绕组，在定子铁芯100中，每相邻的三个定子槽110作为一个定子槽组110a；例如：将定义的第1至第3定子槽110作为一个定子槽组110a，第4至第6定子槽110又作为一个定子槽组110a，第7至第9定子槽110再作为一个定子槽组110a，以此类推。其中，沿着定子铁芯的周向，u相绕组、v相绕组和w相绕组依次交替地卷绕于不同的定子槽组110a。
37.以54槽电机为例，该54槽电机以三个定子槽110作为一个定子槽组110a，则一共包括18个定子槽组110a。对应于u、v、w三相绕线，u、v、w三相绕组交替式地、分别地卷绕6个定子槽组110a。
38.一些实施例中，u相绕组、v相绕组和w相绕组均包括并联的三个支路。每个支路均包括多个依次串联连接的u型扁线。每一u型扁线均具有发卡端和引脚。相邻的两个u型扁线之间通过对引脚进行焊接，而形成对应的支路的一个焊接端。其中，发卡端和焊接端位于定子铁芯的不同侧。从整体上看，每个支路在展开后的形状大致上为波浪状。波峰为发卡端，波谷为焊接端；或者，波峰为焊接端，波谷为发卡端。波峰和波谷之间则是u型扁线的引脚，以作为导体而连接在发卡端和焊接端之间。
39.一些实施例中，u相绕组包括第一u相支路、第二u相支路和第三u相支路；v相绕组
包括第一v相支路、第二v相支路和第三v相支路；w相绕组包括第一w相支路、第二w相支路和第三w相支路。应当理解，各实施例的定子组件10及电机主要以u相绕组的三个支路来举例说明，其他相的绕组200可以根据u相绕组的结构进行理解，而不加赘述。
40.请参考图6，一些实施例中，每一u型扁线210均包括发卡端220、第一引脚212和第二引脚214；发卡端220位于第一引脚212和第二引脚214之间。应当理解，在将u型扁线210组装至定子铁芯100的定子槽110以形成特定支路的过程中，特定支路的u型扁线210的第一引脚212会插入某一定子槽组的奇数槽层中；第二引脚214会插入另一定子槽组的偶数槽层中。即，同一u型扁线210的两个引脚位于不同的定子槽组，并且插入不同的槽层；而从整体上，对于每个定子槽组，对应绕组的三个支路均会卷绕该定子槽组中一个定子槽的奇数槽层，以及卷绕该定子槽组中另一个定子槽的偶数槽层，以便于各支路有序卷绕。
41.在其他的一些实施例中，u型扁线210的第一引脚212可以插入某一定子槽组110a的偶数槽层中；第二引脚214则是插入另一定子槽组110a的奇数槽层中。
42.一些实施例中，u型扁线210的发卡端220位于定子铁芯100的一侧，u型扁线210的两个引脚(212，214)则插入定子槽110中，并且该两个引脚(212，214)均至少部分穿过定子槽110而伸出到定子铁芯100的另一侧，以便于绕组200的插线和焊接。
43.请同步参考图6和图7，一些实施例中，一u型扁线210的第一引脚212用于与另一u型扁线210的第二引脚214焊接，以形成焊接端230；该u型扁线210的第二引脚214用于与又一u型扁线210的第一引脚212焊接，以形成另一焊接端230。基于此，多个u型扁线210通过焊接配合并且沿着定子铁芯100的周向延伸，以卷绕对应的定子槽的槽层而形成支路。
44.请再参考图1、图6和图7，一些实施例中，基于本技术提供的定子组件10，位于第1、3、5槽层的引脚均是朝向第一圆周方向g弯折，而位于第2、4、6槽层的引脚均是朝向第二圆周方向h弯折；其中，第一圆周方向g和第二圆周方向h相反。例如：位于第1、3、5槽层的引脚均是逆时针方向弯折，而位于第2、4、6槽层的引脚均是顺时针方向弯折。基于此，可以简化定子组件10的制造工艺，以便于u型扁线210焊接而形成支路的焊接端230。
45.表1为本技术一实施例的u、v、w三相绕组的导体排布数据表。
46.表1
[0047][0048][0049]
请同步参考图4、图5和表1，一些实施例中，u相绕组、v相绕组和w相绕组分别卷绕不同的定子槽组110a。以54槽电机为例，将第1至第3定子槽作为第1定子槽组，第4至第6定子槽作为第2定子槽组，第7至第9定子槽作为第3定子槽组，以此类推。而对应该些定子槽组，u相绕组示例地卷绕了第1、4、7、10、13和16的定子槽组；v相绕组示例地卷绕了第2、5、8、11、14和17的定子槽组110a；w相绕组示例地卷绕了第3、6、9、12、15和18的定子槽组110a。应当理解，基于定子槽组110a的顺序，u、v、w此三相绕组200是规则地交替排布。如上述的例子中，多个定子槽组110a中安装的绕组200的相位顺序是u、v、w，但不以此为限；在其他的一些实施例中，各个定子槽组110a中安装的绕组200也可以有其他的相位顺序的顺序，对此不加限制。例如：绕组200的相位顺序可以是v、u、w或者是w、v、u等等。
[0050]
在其他的一些实施例中，u相绕组卷绕也可以卷绕第2、5、8、11、14和17的定子槽组110a；v、w两相绕组200则适应性地卷绕其他的定子槽组110a，对此不加限制。
[0051]
基于此，同一个定子槽组110a内的多个槽层都是容纳了同相绕组的导体。由此可
以取消同槽不同相绕组的导体之间原本所需要的相间绝缘纸，以减少电机的绝缘成本及降低插线的难度，并且还可以提升电机的铜满率。
[0052]
表2为第一u相支路的导体排布数据表；表3为第二u相支路的导体排布数据表；表4为第三u相支路的导体排布数据表。
[0053]
表2
[0054][0055][0056]
表3
[0057][0058][0059]
表4
[0060][0061][0062]
请同步参考表2至表4，以及图6至图7，当u相电流为正时，沿着电流的流向，u 代表u相电流从发卡端220流向焊接端230，u-代表u相电流从焊接端230流向发卡端220。当v相电流为正时，沿着电流的流向，v 代表v相电流从发卡端220流向焊接端230，v-代表v相电流从焊接端230流向发卡端220。当w相电流为正时，沿着电流的流向，w 代表w相电流从发卡端220流向焊接端230，w-代表w相电流从焊接端230流向发卡端220。
[0063]
以u相绕组为例，由表2至表4可以得知，在u相绕组的三个支路中，该三个支路的u 和u-的位置旋转对称、并且数量相同。例如：沿着定子槽编号增加的方向，结合表2和表3可知，第一u相支路移动18个定子槽(或者6个定子槽组)后能够与第二u相支路重合；即，第一u相支路与第二u相支路旋转对称。结合表2和表4可知，第一u相支路移动36个定子槽(或者12个定子槽组)后能够与第三u相支路重合；即，第一u相支路与第三u相支路旋转对称。再结合
表1至表4可以得知，u相绕组的三个支路刚好卷绕对应的6个定子槽组，该6个定子槽组在定子铁芯上也是对称分布。
[0064]
每个u相支路在1～6槽层均具有相同数量的u 和u-。如示例的54槽电机，限定到第1槽层，三个u相支路均设有3个u 和3个u-；再限定到每一定子槽组的第1槽层，三个u相支路的u 和u-则均为1个。限定到任意供u相绕组卷绕的定子槽，三个u相支路均设有2个u 和2个u-均有两个，三个支路的u 和u-加起来则刚好等于定子槽的槽层数量(即6个)。
[0065]
一些实施例中，沿着定子铁芯100的周向，u相绕组的三个支路旋转对称。即，沿着定子铁芯100的周向旋转一定角度，第一u相支路能够与第二u相支路或者与第三u相支路重合。应当理解，此重合的前提是假定只有第一u相支路沿着定子铁芯100的周向转动，但是，第二u相支路和第三u相支路不转动。
[0066]
一些实施例中，类似u相绕组的三个支路的关系，沿着定子铁芯100的周向，v相绕组的三个支路旋转对称。即，沿着定子铁芯100的周向旋转一定角度，第一v相支路能够与第二v相支路或者与第三v相支路重合。应当理解，此重合的前提是假定只有第一v相支路沿着定子铁芯100的周向转动，但是，第二v相支路和第三v相支路不转动。
[0067]
一些实施例中，类似u相绕组的三个支路的关系，沿着定子铁芯100的周向，w相绕组的三个支路旋转对称。即，沿着定子铁芯100的周向旋转一定角度，第一w相支路能够与第二w相支路或者与第三w相支路重合。应当理解，此重合的前提是假定只有第一w相支路沿着定子铁芯100的周向转动，但是，第二w相支路和第三w相支路不转动。
[0068]
应当理解，该旋转对称也可以理解，以定子铁芯100的中心轴作为旋转轴，同相绕组的三个支路旋转对称。当定子组件10应用到电机中时，该中心轴也可以是指转子组件的转子。
[0069]
基于此，每一相绕组200中对应的三个支路旋转对称，并且在第1至6槽层均布置有u型扁线。在供电条件下，该三个支路在同个定子槽中各个槽层的磁场分布相同，相应的，三个支路的电势相互平衡。而基于该电势平衡的关系，三个支路之间不会产生环流现象，以提高电机的效率并降低电机的温升。
[0070]
在实际的定子组件10中，基于各u型扁线210的规格和尺寸的一些微小差异，同相绕组的三个支路之间可能会存在特别小的电势差(例如几个毫伏)，但是该电势差对支路间的影响可以忽略，三个支路应当理解为处于电势平衡的状态。
[0071]
一些实施例中，沿着定子铁芯100的周向旋转120
°
或者240
°
，u相绕组的第一u相支路能够与第二u相支路或者与第三u相支路重合。应当理解，由于各定子槽110是沿着定子铁芯100的周向排布，该旋转对称或者重合也可以等效为同相绕组的某一支路移动一定数量的定子槽组后，而与同相绕组的其他支路相重合。以54槽电机为例，第一u相支路移动6个定子槽组(或者移动18个定子槽)后，能够与第二u相支路或者与第三u相支路相重合。
[0072]
一些实施例中，在u、v、w三相绕组中，不同相绕组的支路也旋转对称；例如：u相的支路与v相的支路旋转对称；或者，u相的支路与w相的支路旋转对称；或者，v相的支路与w相的支路旋转对称。基于此，旋转对称的绕组在消除环流等问题的同时，还可以便于绕组结构的设计、以及u型扁线对定子铁芯的卷绕。
[0073]
请同步参考图5、以及表1至表4，基于本技术实施例提供的定子组件，以9个相邻的定子槽作为最小重复单元，54槽电机则合计有6个最小重复单元。如在第1定子槽至第9定子
30)、10(如：54-46 2)的组合，而焊接端230的跨距则均为9(如：30-21、46-37)。应当理解，由于支路的焊接端230是需要通过对引脚进行焊接形成，配合表2、表3、图9和图10，第二u相支路和第三u相支路的发卡端220的跨距也是7、10、10的组合，焊接端230的跨距则均为9。基于此，第二u相支路和第三u相支路在1～6槽层相应布置有u型扁线210，以使该三个支路在供电条件下达到电势平衡的状态，由此来尽可能降低环流现象对电机造成的不利影响，例如绕组的铜损较大等等。
[0083]
基于u相绕组的跨距关系，本技术各实施例的定子组件10及电机将焊接端230的跨距设置成相同(即均为9)，由此使得各u型扁线210的第一引脚212的弯折角度相同，各u型扁线210的第二引脚214的弯折角度也相同，以此可以便于制程设备对u型扁线210的引脚进行弯折和焊接等处理，由此可以降低绕组200生产制造的难度，并提高生产效率。
[0084]
请同步参考图11至图12，一些实施例中，每相绕组的三条支路分别从对应的定子槽的第1槽层引入，从另一对应的定子槽的第1槽层引出。
[0085]
基于此，三相绕组的引进线(u1 、u2 、u3 、v1 、v2 、v3 、w1 、w2 、w3 )均是从第1槽层引入，由此可以便于引进线的布置、连接。例如：u1 从第2定子槽110的第1槽层引入，u2 从第20定子槽110的第1槽层引入，u3 从第38定子槽110的第1槽层引入。
[0086]
对应的，三相绕组的引出线(u1-、u2-、u3-、v1-、v2-、v3-、w1-、w2-、w3-)也均是从第1槽层引出，以便于引出线的布置、连接。例如：u1-从第10定子槽的第1槽层引出，u2-从第28定子槽的第1槽层引出，u3-从第46定子槽的第1槽层引出。
[0087]
在其他的一些实施例中，每相绕组的三条支路分别从对应的定子槽的第6槽层进入，从对应的另一定子槽的第6槽层引出。类似于上述实施例，此实施例的三相绕组200同样可以便于引进线和引出线的布置和连接。
[0088]
一些实施例中，各支路的引进线的端部和引出线的端部均为卷绕在第1槽层和第2槽层之间的发卡端。
[0089]
表5为第一u相支路的另一种导体排布数据表；表6为第二u相的另一种导体排布数据表；表7为第三u相支路的另一种导体排布数据表。
[0090]
表5
[0091][0092]
表6
[0093]
[0094][0095]
表7
[0096]
[0097][0098]
请参考表5至表7，在其他的一些实施例中，同相绕组的三个支路的发卡端的跨距还可以为8、8、11的组合，该三个支路的焊接端的跨距仍为9。应当理解，基于上述各实施例以及该8、8、11的跨距组合，同样可以使得同相绕组的三个支路电势平衡，可尽可能地避免支路间产生环流现象，以确保电机的正常工作。
[0099]
一些实施例中，基于上述的发卡端的跨距组合(7、10、10；8、8、11)，本技术各实施例的定子组件及电机所需要的u型扁线的类型较少。绕组的各个支路的引进线都是由第1槽层或者第6槽层的一部分发卡端引入，绕组的各个支路的引出线则对应都是由第1槽层或者第6槽层的另一部分发卡端引出，以此可以降低定子组件的加工制造难度，并提高定子组件及电机的生产制造效率。
[0100]
以上所述是本技术具体的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本技术的保护范围。