扁线定子和电机的制作方法

1.本公开涉及电机领域，特别涉及一种扁线定子和电机。


背景技术：

2.随着电动汽车不断大力发展，电动汽车的电机的功率密度也越来越高。扁线电机相比圆线电机，具有更高的槽满率，槽满率的提升意味着在空间不变的前提下，可以填充更多的铜线，产生更强的磁场，进一步提升功率密度。
3.扁线电机包括转子和扁线定子，扁线定子包括铁芯和扁线绕组。扁线绕组的缠绕方式会对扁线电机的性能、工艺等方面产生影响。扁线电机中的扁线绕组是由插接到铁芯槽中的发卡扁线焊接而成的，所用到的发卡扁线的结构相同，就能够降低工艺难度，提高生产效率，所用到的发卡扁线种类越多，生产效率也就越低。
4.相关技术中，扁线绕组在绕线时，会先沿铁芯的周向在多个铁芯槽中进行绕线，形成一个绕组层，然后再将扁线跨接到另外一层中，再沿铁芯的周向在多个铁芯槽中进行绕线，形成另一个绕组层，直至达到所需要的层数。这种绕线方式需要的发卡扁线种类较多，导致生产效率较低。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种扁线定子和电机，有利于提高扁线电机的生产效率。所述技术方案如下：
6.一方面，本公开实施例提供了一种扁线定子，该扁线定子包括铁芯和扁线绕组；
7.所述铁芯具有多个铁芯槽；
8.所述扁线绕组包括第一相绕组，所述第一相绕组包括多个线圈，所述多个线圈绕所述铁芯的轴线旋转对称分布，所述线圈绕设在所述多个铁芯槽中的部分铁芯槽中，所述线圈的第一端和第二端位于所述铁芯的同一端，且所述第一端位于所述铁芯槽的靠近所述铁芯的轴线一侧，所述第二端位于所述铁芯槽的远离所述铁芯的轴线一侧；
9.所述多个线圈依次串联，所述线圈的第一端和与之相邻的两个线圈中的一个线圈的第一端相连，所述一个线圈的第二端和与之相邻的两个线圈中的另一个线圈的第二端相连。
10.在本公开实施例的一种可能的实现方式中，所述线圈包括多个支路，同一所述线圈中的多个支路沿所述铁芯的周向依次偏移一个所述铁芯槽布置；
11.在所述线圈的第一端，多个所述支路和与之相邻的两个线圈中的一个线圈的多个所述支路通过多个第一跨接线一一对应相连；
12.在所述线圈的第二端，多个所述支路和与之相邻的两个线圈中的另一个线圈的多个所述支路通过多个第二跨接线一一对应相连。
13.在本公开实施例的一种可能的实现方式中，连接相邻的所述线圈的多个所述第一跨接线中，多个所述第一跨接线的跨距相等。
14.在本公开实施例的一种可能的实现方式中，连接相邻的所述线圈的多个所述第二跨接线中，多个所述第二跨接线的跨距相等。
15.在本公开实施例的一种可能的实现方式中，连接相邻的所述线圈的多个所述第二跨接线中，至少一个第二跨接线的跨距大于其他第二跨接线的跨距。
16.在本公开实施例的一种可能的实现方式中，所述线圈包括z个支路，z为不小于3的整数，连接相邻的所述线圈的z个所述第二跨接线中，跨距最大的所述第二跨接线的跨距为k 3，其他所述第二跨接线的跨距均为k，k为正整数。
17.在本公开实施例的一种可能的实现方式中，所述支路包括相连的第一子线圈和第二子线圈，所述第一子线圈位于所述第二子线圈靠近所述铁芯的轴线一侧；
18.所述第一子线圈缠绕在相互间隔的两个铁芯槽中，所述第二子线圈缠绕在相互间隔的另外两个铁芯槽中，且所述第二子线圈所在的两个铁芯槽分别相对于所述第一子线圈所在的两个铁芯槽，沿同一方向偏移一个铁芯槽。
19.可选地，所述铁芯槽的数量为18p个，p为极对数，每个所述铁芯槽中的线圈的匝数为4m，m为正整数。
20.在本公开实施例的一种可能的实现方式中，所述扁线绕组还包括第二相绕组和第三相绕组，所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组绕所述铁芯的轴线旋转对称分布。
21.另一方面，本公开实施例还提供了一种电机，所述电机包括转子和前一方面所述的扁线定子。
22.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
23.通过将同一相的绕组设置成包括依次串联的多个线圈的形式，其中多个线圈绕铁芯的轴线旋转对称分布，线圈绕设在部分铁芯槽中，而线圈的第一端和第二端分别位于铁芯槽靠近铁芯的轴线的一侧和远离铁芯的轴线的一侧，也就是说，从线圈的第一端延伸至第二端，逐渐形成了多层绕组，而不是在形成一层绕组后再跨接到另外一层形成另一层绕组，不需要额外设置扁线导体从一层跨接到另一层，从而能够减少绕线时所使用的发卡扁线的种类，提高生产效率。
附图说明
24.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本公开实施例提供的一种扁线定子的结构示意图；
26.图2是本公开实施例提供的一种铁芯的端面示意图；
27.图3是本公开实施例提供的一种扁线绕组的展开示意图；
28.图4是图3的局部放大示意图；
29.图5是图3的局部放大示意图；
30.图6是图2中的局部放大示意图；
31.图7是本公开实施例提供的一种第一发卡扁线的结构示意图；
32.图8是本公开实施例提供的一种第二发卡扁线的结构示意图；
33.图9是本公开实施例提供的一种第三发卡扁线的结构示意图；
34.图10是本公开实施例提供的一种第四发卡扁线的结构示意图；
35.图11是本公开实施例提供的一种第五发卡扁线的结构示意图。
具体实施方式
36.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
37.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
38.图1是本公开实施例提供的一种扁线定子的结构示意图。如图1所示，该扁线定子包括铁芯10和扁线绕组20。
39.图2是本公开实施例提供的一种铁芯的端面示意图。如图2所示，铁芯10具有多个铁芯槽10a。铁芯10呈圆筒状，多个铁芯槽10a沿铁芯10的圆周方向分布在铁芯10的内侧壁上。铁芯槽10a用于缠绕扁线绕组20。
40.图3是本公开实施例提供的一种扁线绕组的展开示意图。图中所示为铁芯10沿图2中的虚线切开展平后的端面。图中的每一列表示一个铁芯槽10a。为了便于理解，对多个铁芯槽10a分别用阿拉伯数字进行了标注，并且重复示出了标号为1、2、3以及54的铁芯槽10a，且标注1～54所在的一侧为铁芯10的内侧。图中的
“○”
表示铁芯槽10中，由纸面向外延伸的扁线导体，
“×”
表示由纸面向内延伸的扁线导体，连接
“○”
和
“×”
的线条表示位于铁芯槽10a之外的扁线导体。如图3所示，扁线绕组20包括第一相绕组201。
41.示例性地，对于三相电机，扁线绕组20还包括第二相绕组和第三相绕组，第一相绕组201、第二相绕组和第三相绕组绕铁芯10的轴线旋转对称分布。第一相绕组201、第二相绕组和第三相绕组的结构相同，图3中示出的连接
“○”
和
“×”
的线条，以及线条所连接的
“○”
和
“×”
构成了第一相绕组201。图中剩余的
“○”
和
“×”
通过线条参照第一相绕组201进行连接后，即得到第二相绕组和第三相绕组。本公开实施例以第一相绕组201的结构为例进行说明。
42.第一相绕组201包括多个线圈202。图4是图3的局部放大示意图。图4中示出了一个线圈202。结合图3所示，多个线圈202绕铁芯10的轴线旋转对称分布，线圈202绕设在多个铁芯槽10a中的部分铁芯槽10a中。线圈202的第一端和第二端位于铁芯10的同一端，且第一端位于铁芯槽10a的靠近铁芯10的轴线一侧，即图4的上侧，第二端位于铁芯槽10a的远离铁芯10的轴线一侧，即图4的下侧。
43.图5是图3的局部放大示意图。如图5所示，多个线圈202依次串联，线圈202的第一端和与之相邻的两个线圈202中的一个线圈202的第一端相连，一个线圈202的第二端和与之相邻的两个线圈202中的另一个线圈202的第二端相连。
44.通过将同一相的绕组设置成包括依次串联的多个线圈的形式，其中多个线圈绕铁芯的轴线旋转对称分布，线圈绕设在部分铁芯槽中，而线圈的第一端和第二端分别位于铁芯槽靠近铁芯的轴线的一侧和远离铁芯的轴线的一侧，也就是说，从线圈的第一端延伸至第二端，逐渐形成了多层绕组，而不是在形成一层绕组后再跨接到另外一层形成另一层绕组，不需要额外设置扁线导体从一层跨接到另一层，从而能够减少绕线时所使用的发卡扁线的种类，提高生产效率。
45.可选地，铁芯槽10a的数量为18p个，p为极对数，每个铁芯槽10a中的线圈202的匝数为4m，m为正整数。
46.线圈202由扁线导体形成，例如铜扁线，每个铁芯槽10a中的线圈202的匝数也就是同一个铁芯槽10a中所容纳的扁线导体的层数。
47.在铁芯槽10a中设置有绝缘材料，例如绝缘树脂，以扁线绕组20与铁芯10之间绝缘。
48.对于不同的电机，p和m的取值可以不同。p和m的取值可以根据对电机的性能要求进行设置。本公开实施例中以p＝3，m＝2为例进行说明，即铁芯10具有54个铁芯槽10a。为了便于说明，沿铁芯10的周向，54个铁芯槽10a依次进行编号，如图3所示。图6是图2中的局部放大示意图。如图6所示，每个铁芯槽10a中的线圈202的匝数为8，每个铁芯槽10a中有8层扁线导体，以最靠近铁芯10的轴线的一层为第一层，沿铁芯10的径向向外依次为第二层、第三层、第四层、第五层、第六层、第七层和第八层，在图3、图4、图5中分别以汉字“一”、“二
”……“
八”区分。
49.可选地，如图4所示，线圈202包括多个支路205。扁线电机在进行接线时，线圈202的多个支路205并联，以此使线圈202中能够通入更大的电流，形成更强的磁场。
50.同一线圈202可以包括z个支路205，z为不小于3的整数。本公开实施例中，以线圈202包括3个支路205为例进行说明。在其他示例中，线圈202也可以更少或更多的支路205。
51.如图4所示，同一线圈202中的多个支路205沿铁芯10的周向依次偏移一个铁芯槽10a布置。如图5所示，在线圈202的第一端，多个支路205和与之相邻的两个线圈202中的一个线圈202的多个支路205通过多个第一跨接线301一一对应相连。在线圈202的第二端，多个支路205和与之相邻的两个线圈202中的另一个线圈202的多个支路205通过多个第二跨接线302一一对应相连。
52.以图4所示的一个线圈202为例，3个支路205沿第一方向依次偏移了一个铁芯槽10a。这样使得在线圈202的第一端和第二端，3个支路205都靠得较近，方便设置第一跨接线301和第二跨接线302进行接线。
53.为了便于说明，定义(n，m)表示n号铁芯槽10a的第m层。其中一个线圈202的一条支路205从(1，1)跨接到(10，2)，再从(10，2)跨接到(1，3)，再从(1，3)跨接到(10，4)，再从(10，4)跨接到(2，5)，再从(2，5)跨接到(11，6)，再从(11，6)跨接到(2，7)，再从(2，7)跨接到(11，8)。该条支路205从(11，8)跨接到(19，8)，与相邻的一个线圈202中的一条支路205相连。该支路从(19，8)跨接到(10，7)，再从(10，7)跨接到(19，6)，再从(19，6)跨接到(10，5)，再从
(10，5)跨接到(18，4)，再从(18，4)跨接到(9，3)，再从(9，3)跨接到(18，2)，再从(18，2)跨接到(9，1)。该条支路205从(9，1)跨接到(18，1)，与相邻的另一个线圈202的一条支路205相连，并以同样的方式重复绕线，直至(46，1)，从而将多个线圈202的其中一条支路205依次串联。在(1，1)和(46，1)可以分别连接引出线。对于其他的支路可以采用相同的方式进行连接。引出线的连接位置仅作为举例，在其他示例中，引出线也可以从其他地方引出。
54.如图4所示，支路205包括相连的第一子线圈203和第二子线圈204，第一子线圈203位于第二子线圈204靠近铁芯10的轴线一侧。
55.第一子线圈203缠绕在相互间隔的两个铁芯槽10a中，第二子线圈204缠绕在相互间隔的另外两个铁芯槽10a中，且第二子线圈204所在的两个铁芯槽10a分别相对于第一子线圈203所在的两个铁芯槽10a，沿同一方向偏移一个铁芯槽10a。
56.以其中一个线圈202的一条支路205为例，如图5所示，第一子线圈203从(1，1)跨接到(10，2)，再从(10，2)跨接到(1，3)，再从(1，3)跨接到(10，4)。第一子线圈203在(10，4)跨接到(2，5)，与第二子线圈204相连的一端。第二子线圈204从(2，5)跨接到(11，6)，再从(11，6)跨接到(2，7)，再从(2，7)跨接到(11，8)。
57.也就是说，在第一子线圈203和第二子线圈204并非是绕在相同的两个铁芯槽10a中，第一子线圈203和第二子线圈204在铁芯10的周向上错开了一定的距离。
58.在本示例中，第一子线圈203缠绕的两个铁芯槽10a之间间隔了8个铁芯槽10a，第一子线圈203位于这两个铁芯槽10a外，跨接这两个铁芯槽10a的扁线导体的跨距为9，其中跨距是指所连接的两个铁芯槽10a之间间隔的铁芯槽10a的数量加1。例如扁线导体连接相邻的两个铁芯槽10a，则跨距为1。第二子线圈204缠绕的两个铁芯槽10a之间也间隔了8个铁芯槽10a，第二子线圈204位于这两个铁芯槽10a外，跨接这两个铁芯槽10a的扁线导体的跨距也为9。线圈202中，第一子线圈203和第二子线圈204相连的一端之间仅间隔了7个铁芯槽10a，跨距为8。这是为了使节距小于极距，形成短距绕组。短距绕组能够削弱高次谐波，减小电机运转过程中的振动，减小噪声，提升nvh(noise、vibration、harshness；噪声、振动与声振粗糙度)性能。
59.此外，第一子线圈203从(1，1)跨接到(10，2)，从(10，2)跨接到(1，3)，从(1，3)跨接到(10，4)，以及第二子线圈204从(2，5)跨接到(11，6)，从(11，6)跨接到(2，7)，从(2，7)跨接到(11，8)，这几个部分的跨距是相同的，并且都是跨接在相邻的两层之间，因此这几个部分的扁线导体的结构可以设置成一样的，从而进一步降低工艺难度，提高生产效率。
60.可选地，第一子线圈203和第二子线圈204的匝数相等，也就是说，第一子线圈203和第二子线圈204的相对偏移发生在线圈202的中部位置，这有利于确保绕组的均衡性。
61.如图5所示，连接相邻的线圈202的多个第一跨接线301中，多个第一跨接线301的跨距相等。
62.本示例中，由于线圈202包括3个支路205，因此在线圈202的第一端，连接相邻的线圈202的第一跨接线301有3个。其中第一个第一跨接线301从(9，1)跨接到(18，1)，第二个第一跨接线301从(10，1)跨接到(19，1)，第三个第一跨接线301从(11，1)跨接到(20，1)，三个第一跨接线301的跨距都是9。
63.这就使得这3个第一跨接线301的结构可以设置的完全相同，从而进一步减少扁线导体的结构种类，降低工艺难度，提高生产效率。
64.同样地，在一些示例中，连接相邻的线圈202的多个第二跨接线302中，多个第二跨接线302的跨距相等，使得多个第二跨接线302的结构也可以设置的完全相同，以进一步降低工艺难度，提高生产效率。
65.在本公开实施例中，连接相邻的线圈202的多个第二跨接线302中，至少一个第二跨接线302的跨距大于其他第二跨接线302的跨距。
66.通过使其中一个第二跨接线302的跨距大于其他的第二跨接线302的跨距，有利于确保绕组的均衡性。
67.在一些示例中，若同一线圈202包括z个支路205，则连接相邻的线圈202的多个第二跨接线302中，跨距最大的第二跨接线302的跨距为k z，其他第二跨接线302的跨距均为k，k为正整数。
68.如图5所示，在线圈202的第二端，连接相邻的线圈202的第二跨接线302有3个，其中第一个第二跨接线302从(10，8)跨接到(21，8)，跨距为11，第二个第二跨接线302从(11，8)跨接到(19，8)，跨距为8，第三个第二跨接线302从(12，8)跨接到(20，8)，跨距也为8。
69.在其他示例中，对于线圈202包括4个支路205的扁线定子，跨距最大的第二跨接线302的跨距可以为15，另外3个第二跨接线302的跨距均为11。
70.除跨距最大的第二跨接线302外，其他的第二跨接线302的跨距都相等，有利于减少第二跨接线302的结构种类，进一步降低工艺难度，提高生产效率。
71.每个线圈202均由多个发卡扁线相连形成。作为一种示例，本公开实施例提供了五种发卡扁线的结构。
72.图7是本公开实施例提供的一种第一发卡扁线的结构示意图。图中示出了3个第一发卡扁线1000。如图7所示，该第一发卡扁线1000包括两段第一直线段1001和连接这两段第一直线段1001的第一跨接段1002。在安装到铁芯10时，这两段第一直线段1001位于两个铁芯槽10a中，且为铁芯槽10a中的第一层。例如，图7中的3个第一发卡扁线1000的6个第一直线段1001可以分别对应于图5中的(9，1)、(10，1)、(11，1)、(18，1)、(19，1)和(20，1)。第一跨接段1002即为第一跨接线301。第一跨接段1002的跨距均为9。
73.图8是本公开实施例提供的一种第二发卡扁线的结构示意图。图中示出了3个第二发卡扁线2000。如图8所示，该第二发卡扁线2000包括两段第二直线段2001和连接这两段第二直线段2001的第二跨接段2002。在安装到铁芯10时，这两段第二直线段2001位于两个铁芯槽10a中，且为铁芯槽10a中的第二层和第三层。例如，图8中的3个第二发卡扁线2000的6个第二直线段2001可以分别对应于图5中的(9，3)、(10，3)、(11，3)、(18，2)、(19，2)和(20，2)。第二跨接段2002的跨距均为9。
74.图9是本公开实施例提供的一种第三发卡扁线的结构示意图。图中示出了3个第三发卡扁线3000。如图9所示，该第三发卡扁线3000包括两段第三直线段3001和连接这两段第三直线段3001的第三跨接段3002。在安装到铁芯10时，这两段第三直线段3001位于两个铁芯槽10a中，且为铁芯槽10a中的第四层和第五层。例如，图9中的3个第三发卡扁线3000的6个第三直线段3001可以分别对应于图5中的(10，5)、(11，5)、(12，5)、(18，4)、(19，4)和(20，4)。第三跨接段3002的跨距均为8。
75.图10是本公开实施例提供的一种第四发卡扁线的结构示意图。图中示出了3个第四发卡扁线4000。如图10所示，该第四发卡扁线4000包括两段第四直线段4001和连接这两
段第四直线段4001的第四跨接段4002。在安装到铁芯10时，这两段第四直线段4001位于两个铁芯槽10a中，且为铁芯槽10a中的第六层和第七层。例如，图10中的3个第四发卡扁线4000的6个第四直线段4001可以分别对应于图5中的(10，7)、(11，7)、(12，7)、(19，6)、(20，6)和(21，6)。第四跨接段4002的跨距均为9。
76.图11是本公开实施例提供的一种第五发卡扁线的结构示意图。图中示出了3个第五发卡扁线5000。如图11所示，该第五发卡扁线5000包括两段第五直线段5001和连接这两段第五直线段5001的第五跨接段5002。在安装到铁芯10时，这两段第五直线段5001位于两个铁芯槽10a中，且为铁芯槽10a中的第八层。例如，图11中的3个第五发卡扁线5000的6个第五直线段5001可以分别对应于图5中的(10，8)、(11，8)、(12，8)、(19，8)、(20，8)和(21，8)。第五跨接段5002即为第二跨接线302。3个第五发卡扁线5000的第五跨接段5002的跨距分别为11、8、8。
77.第一发卡扁线1000、第二发卡扁线2000、第三发卡扁线3000、第四发卡扁线4000和第五发卡扁线5000安装到铁芯10后，可以将部分发卡扁线进行焊接，从而连接成第一相绕组201。
78.本公开实施例还提供了一种电机，该电机包括转子和如图1所示的扁线定子。
79.通过将同一相的绕组设置成包括依次串联的多个线圈的形式，其中多个线圈绕铁芯的轴线旋转对称分布，线圈绕设在部分铁芯槽中，而线圈的第一端和第二端分别位于铁芯槽靠近铁芯的轴线的一侧和远离铁芯的轴线的一侧，也就是说，从线圈的第一端延伸至第二端，逐渐形成了多层绕组，而不是在形成一层绕组后再跨接到另外一层形成另一层绕组，不需要额外设置扁线导体从一层跨接到另一层，从而能够减少绕线时所使用的发卡扁线的种类，提高生产效率。
80.以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。