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。目前已经出现4层、6层和8层发卡线圈叠加的电机定子绕组，大部分的定子绕组每相为一路或者两条支路并联，难以满足汽车用永磁同步电机的功率需求，因此提高定子绕组每相的支路数量成为提升功率的必然选择。
3.但是，每相并联的多支路之间存在环流，特别是对于拥有多层发卡线圈的定子绕组，环流现象更加显著。环流的存在，会增加电机的附加铜耗和拖曳损耗，降低电机效率，电机的额定参数也会受到严重的影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种三相定子绕组，每相绕组以四条支路并联的方式实现，使每条支路中每个槽相对于转子磁钢的位置相同，并使全部支路之间在相对于磁钢位置相同的槽内的发卡线圈在同层，这样可完全消除各支路之间的环流。
5.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，包括包括依次叠加的n层发卡绕组，n≥4且为偶数；每相定子绕组包括m条并联支路，m为4的整数倍；每相定子绕组中，每对并联支路中，其中一条支路中各发卡线圈所占据的定子槽数量与另一条支路中各发卡线圈所占据的定子槽数量相同，且一条支路中各发卡线圈所在的各定子槽相对于转子上各磁钢的位置与另一条支路中各发卡线圈所在的各定子槽相对于转子上各磁钢的位置相同，一条支路中各定子槽内的发卡线圈与另一条支路中各定子槽内的发卡线圈在同层；发卡线圈的焊接端与绕组的出线端在同侧。
6.进一步地，定子槽的数量为48，电机极数为8，n＝8，m＝4。
7.进一步地，各条支路中的发卡线圈均占据了第一至第八的所有层数。
8.进一步地，各条支路中的发卡线圈在一对极下在每一层仅占据一次。
9.进一步地，各条支路中的发卡线圈均为异层跨线。
10.进一步地，所述异层跨线为相邻层之间的跨线，该相邻层为1-2层、3-4层、5-6层和7-8层这四种中的任一种。
11.进一步地，各相定子绕组的各条支路均包括16个完整的发卡线圈，各所述发卡线圈的跨距具有整距和短距两种，且这两种跨距间隔交替出现。
12.进一步地，所述短距为4。
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。
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.本发明的所有并联支路中，同时具有以下三方面特点：第一方面，各发卡线圈所占
据的定子槽数量相同，第二方面，各发卡线圈所在的定子槽相对于转子上各磁钢的位置相同，第三方面，各定子槽内的发卡线圈在同层。根据感应电动势的计算公式e＝blv sinθ及交流电压的波形函数e＝emsin(wt φ)，同时具有上述三个特点的支路，b、l、v、θ、em及φ均相等，则感应的反电动势相等，使支路之间不存在电势差，也就不会在支路之间产生环流。
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是本发明三相定子绕组一个实施例的排布结构示意图；
18.图2是本发明三相定子绕组一个实施例中b相四条并联支路在两对极下的排布结构示意图。
具体实施方式
19.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。
20.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。
21.如图1所示，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，即具有4对转子磁极或转子磁钢，转子磁钢即为图2中所示的转子磁极n、s。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，发卡绕组具有8层，即n＝8。图1中，中间一行数字代表定子槽的编号，共48个定子槽，每个槽内从左到右的八根线分别对应第一、二、三、四、五、六、七、八层，第一层是最靠近电机转子磁钢的一层，即相对于电机的轴心属于最内层。
22.如图1所示，各相定子绕组包括4条并联支路，每相定子绕组中，每对并联支路中，其中一条支路中各发卡线圈所占据的定子槽数量与另一条支路中各发卡线圈所占据的定子槽数量相同，且一条支路中各发卡线圈所在的各定子槽相对于转子上各磁钢的位置与另一条支路中各发卡线圈所在的各定子槽相对于转子上各磁钢的位置相同，一条支路中各定子槽内的发卡线圈与另一条支路中各定子槽内的发卡线圈在同层；发卡线圈的焊接端与绕组的出线端在同侧。
23.本实施例中以b相为例，有4条并联支路b1-b4，每两条并联支路构成一对，则存在c(4，2)＝6对并联支路，分别为b1和b2、b1和b3、b1和b4、b2和b3、b2和b4、b3和b4，每对并联支路之间均无环流。
24.以支路b1和支路b3为例，如图2所示，在两对极下，支路b1中的各发卡线圈分别占据2槽1层、2槽3层、2槽5层、2槽7层、8槽2层、8槽4层、8槽6层、8槽8层、15槽1层、15槽3层、15槽5层、15槽7层、19槽2层、19槽4层、19槽6层、19槽8层，占据了4个定子槽，相应地，支路b3中的各发卡线圈分别占据2槽2层、2槽4层、2槽6层、2槽8层、9槽1层、9槽3层、9槽5层、9槽7层、13槽2层、13槽4层、13槽6层、13槽8层、20槽1层、20槽3层、20槽5层、20槽7层，也占据了4个定子槽。其中，支路b1中发卡线圈占据的2槽相对于转子磁钢n的位置与支路b3中发卡线圈占
据的20槽相对于转子磁钢s的位置相同，支路b1中2槽的发卡线圈分别位于1层、3层5层和7层，支路b3中20槽的发卡线圈也分别位于1层、3层5层和7层，即在同层；支路b1中发卡线圈占据的8槽相对于转子磁钢s的位置与支路b3中发卡线圈占据的2槽相对于转子磁钢n的位置相同，支路b1中8槽的发卡线圈分别位于2层、4层、6层和8层，支路b3中2槽的发卡线圈也分别位于2层、4层、6层和8层，即在同层；支路b1中发卡线圈占据的15槽相对于转子磁钢n的位置与支路b3中发卡线圈占据的9槽相对于转子磁钢s的位置相同，支路b1中15槽的发卡线圈分别位于1层、3层5层和7层，支路b3中9槽的发卡线圈也分别位于1层、3层5层和7层，即在同层；支路b1中发卡线圈占据的19槽相对于转子磁钢s的位置与支路b3中发卡线圈占据的13槽相对于转子磁钢n的位置相同，支路b1中19槽的发卡线圈分别位于2层、4层、6层和8层，支路b3中13槽的发卡线圈也分别位于2层、4层、6层和8层，即在同层。由此可见，支路b1和支路b3同时具有以下三方面特点1.各发卡线圈所占据的定子槽数量相同，2.各发卡线圈所在的定子槽相对于转子上各磁钢的位置相同，3.各定子槽内的发卡线圈在同层。所以，支路b1感应的反电动势与支路b3感应的反电动势相等，使支路b1和支路b3之间不存在电势差，也就不会在支路b1和支路b3之间产生环流。
25.再以支路b2和支路b4为例，如图2所示，在两对极下，支路b2中的各发卡线圈分别占据3槽1层、3槽3层、3槽5层、3槽7层、7槽2层、7槽4层、7槽6层、7槽8层、14槽1层、14槽3层、14槽5层、14槽7层、20槽2层、20槽4层、20槽6层、20槽8层，占据了4个定子槽，相应地，支路b4中的各发卡线圈分别占据1槽2层、1槽4层、1槽6层、1槽8层、8槽1层、8槽3层、8槽5层、8槽7层、14槽2层、14槽4层、14槽6层、14槽8层、21槽1层、21槽3层、21槽5层、21槽7层，也占据了4个定子槽。其中，支路b2中发卡线圈占据的3槽相对于转子磁钢n的位置与支路b4中发卡线圈占据的21槽相对于转子磁钢s的位置相同，支路b2中3槽的发卡线圈分别位于1层、3层5层和7层，支路b4中21槽的发卡线圈也分别位于1层、3层5层和7层，即在同层；支路b2中发卡线圈占据的7槽相对于转子磁钢s的位置与支路b4中发卡线圈占据的1槽相对于转子磁钢n的位置相同，支路b2中7槽的发卡线圈分别位于2层、4层、6层和8层，支路b4中1槽的发卡线圈也分别位于2层、4层、6层和8层，即在同层；支路b2中发卡线圈占据的14槽相对于转子磁钢n的位置与支路b4中发卡线圈占据的8槽相对于转子磁钢s的位置相同，支路b2中14槽的发卡线圈分别位于1层、3层5层和7层，支路b4中8槽的发卡线圈也分别位于1层、3层5层和7层，即在同层；支路b2中发卡线圈占据的20槽相对于转子磁钢s的位置与支路b4中发卡线圈占据的14槽相对于转子磁钢n的位置相同，支路b2中20槽的发卡线圈分别位于2层、4层、6层和8层，支路b4中14槽的发卡线圈也分别位于2层、4层、6层和8层，即在同层。由此可见，支路b2和支路b4同时具有以下三方面特点1.各发卡线圈所占据的定子槽数量相同，2.各发卡线圈所在的定子槽相对于转子上各磁钢的位置相同，3.各定子槽内的发卡线圈在同层。所以，支路b2感应的反电动势与支路b4感应的反电动势相等，使支路b2和支路b4之间不存在电势差，也就不会在支路b2和支路b4之间产生环流。
26.同理，其他4对支路之间也不存在环流。
27.由图2可见，4条并联支路中的发卡线圈在一对极下占据了所有的8层，且在每一层仅占据一次。
28.由图1可见，b相4条并联支路的绕线路径分别如下：
29.支路b1：
30.2槽1层-8槽2层-15槽1层-19槽2层-26槽1层-32槽2层-39槽1层-43槽2层-2槽3层-8槽4层-15槽3层-19槽4层-26槽3层-32槽4层-39槽3层-43槽4层-2槽5层-8槽6层-15槽5层-19槽6层-26槽5层-32槽6层-39槽5层-43槽6层-2槽7层-8槽8层-15槽7层-19槽8层-26槽7层-32槽8层-39槽7层-43槽8层。
31.其中，起始端2槽1层的出线端即为绕组的电源端b1，用于外接交流电源，收尾端43槽8层的出线端即为绕组中性点y1。该支路有16个完整的发卡线圈，每个发卡线圈都是相邻层之间的异层跨线，且该相邻层选自1-2层、3-4层、5-6层和7-8层这四种，即从1-8层，按顺序每两层构成该相邻层，具有很强的规律性，简化了跨线结构。还可发现，支路b1中的发卡线圈占据了第一至第八的所有层数。另外，发卡线圈的跨距具有整距6和短距4两种，且这两种跨距是间隔交替出现。
32.支路b2：
33.3槽1层-7槽2层-14槽1层-20槽2层-27槽1层-31槽2层-38槽1层-44槽2层-3槽3层-7槽4层-14槽3层-20槽4层-27槽3层-31槽4层-38槽3层-44槽4层-3槽5层-7槽6层-14槽5层-20槽6层-27槽5层-31槽6层-38槽5层-44槽6层-3槽7层-7槽8层-14槽7层-20槽8层-27槽7层-31槽8层-38槽7层-44槽8层。
34.其中，起始端3槽1层的出线端即为绕组的电源端b2，用于外接交流电源，收尾端44槽8层的出线端即为绕组中性点y2。该支路有16个完整的发卡线圈，每个发卡线圈都是相邻层之间的异层跨线，且该相邻层选自1-2层、3-4层、5-6层和7-8层这四种，即从1-8层，按顺序每两层构成该相邻层，具有很强的规律性，简化了跨线结构。还可发现，支路b2中的发卡线圈占据了第一至第八的所有层数。另外，发卡线圈的跨距具有整距6和短距4两种，且这两种跨距是间隔交替出现。
35.支路b3：
36.2槽8层-44槽7层-37槽8层-33槽7层-26槽8层-20槽7层-13槽8层-9槽7层-2槽6层-44槽5层-37槽6层-33槽5层-26槽6层-20槽5层-13槽6层-9槽5层-2槽4层-44槽3层-37槽4层-33槽3层-26槽4层-20槽3层-13槽4层-9槽3层-2槽2层-44槽1层-37槽2层-33槽1层-26槽2层-20槽1层-13槽2层-9槽1层。
37.其中，起始端2槽8层的出线端即为绕组的电源端b3，用于外接交流电源，收尾端9槽1层的出线端即为绕组中性点y3。该支路有16个完整的发卡线圈，每个发卡线圈都是相邻层之间的异层跨线，且该相邻层选自1-2层、3-4层、5-6层和7-8层这四种，即从1-8层，按顺序每两层构成该相邻层，具有很强的规律性，简化了跨线结构。还可发现，支路b3中的发卡线圈占据了第一至第八的所有层数。另外，发卡线圈的跨距具有整距6和短距4两种，且这两种跨距是间隔交替出现。
38.支路b4：
39.1槽8层-45槽7层-38槽8层-32槽7层-25槽8层-21槽7层-14槽8层-8槽7层-1槽6层-45槽5层-38槽6层-32槽5层-25槽6层-21槽5层-14槽6层-8槽5层-1槽4层-45槽3层-38槽4层-32槽3层-25槽4层-21槽3层-14槽4层-8槽3层-1槽2层-45槽1层-38槽2层-32槽1层-25槽2层-21槽1层-14槽2层-8槽1层。
40.其中，起始端1槽8层的出线端即为绕组的电源端b4，用于外接交流电源，收尾端8槽1层的出线端即为绕组中性点y4。该支路有16个完整的发卡线圈，每个发卡线圈都是相邻
层之间的异层跨线，且该相邻层选自1-2层、3-4层、5-6层和7-8层这四种，即从1-8层，按顺序每两层构成该相邻层，具有很强的规律性，简化了跨线结构。还可发现，支路b4中的发卡线圈占据了第一至第八的所有层数。另外，发卡线圈的跨距具有整距6和短距4两种，且这两种跨距是间隔交替出现。
41.上面的实施例仅是以b相为例，a相和c相的4条并联支路与b相具有相同的排布结构及由此带来的有益效果，此处不再赘述。
42.即使是同一种跨距的发卡线圈，只要在定子槽内所处的层数不同，其尺寸就会不同，使同一种跨距的发卡线圈具有多种尺寸。每条并联支路中，每种跨距的发卡线圈都在上述四种相邻层之间跨越，所以共需8种尺寸的发卡线圈，相应地需要8种模具来制作这8种发卡线圈，而现有结构的定子绕组往往具有10种以上的发卡线圈，发卡线圈的种类减少，相应地所需的模具也减少，这样可以提高生产效率，降低成本。
43.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，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。
44.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。
45.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。