一种定子冲片、定子组件及电机系统的制作方法

1.本实用新型涉及电机定子技术领域，具体是一种定子冲片、定子组件及电机系统。


背景技术：

2.现阶段，由于车辆的布置空间有限，通常对车用电机的轴向长度提出要求。目前，为了减小车用电机的轴向长度，可以尝试减小电机定子、转子铁芯的叠高、绕组端部高度或端盖厚度。具体可以将绕组电机集中，或降低电机槽满率来，进而实现这一目的。然而，这也使得电机应用场合受限，并且存在振动、噪声以及需要更高的槽满率等问题。如何在保证安全、性能的前提下降低电机的轴向长度是目前急需解决的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型公开了一种定子冲片、定子组件及电机系统，可以在保证安全、性能的前提下降低端部绕组的高度和长度。
4.为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
5.一种定子冲片，定子冲片具有内圆和外圆；内圆环形阵列有多个定子槽单元，每个定子槽单元包括依次分布的第一定子槽组、第二定子槽组以及第三定子槽组；
6.第一定子槽组包括两个并列的第一定子槽，第二定子槽组包括两个并列的第二定子槽，第三定子槽组包括两个并列的第三定子槽；
7.沿定子冲片的径向，第一定子槽具有第一槽部和第一底部，第二定子槽具有第二槽部和第二底部，第三定子槽具有第三槽部和第三底部；第一槽部、第二槽部和第三槽部的深度相同，第二底部的深度小于第一底部的深度并大于第三槽部的深度。
8.本实用新型中，由于第一底部、第二底部与第三底部的深度不同，当不同组绕组分别嵌放于第一定子槽组、第二定子槽组与第三定子槽组中时，第一定子槽内的绕组、第二定子槽内的绕组和第三定子槽内的绕组所处的空间位置也不同。沿定子冲片的径向，第一定子槽内的绕组朝向外圆的边缘更靠近定子冲片的外圆，第三定子槽内的绕组朝向外圆的边缘更靠近定子冲片的内圆，第二定子槽内的绕组朝向外圆的边缘位于第一定子槽内的绕组朝向外圆的边缘和第三定子槽内的绕组朝向外圆的边缘之间，使得不同定子槽内的绕组朝向外圆的边缘相对定子冲片的径向距离不同，实现不同定子槽内的绕组在定子冲片径向方向上的分层嵌放，从而充分利用定子冲片的径向空间。嵌放好各绕组后，在同时将嵌放好的各绕组端部沿定子冲片径向同一方向推挤的这一过程中，不同定子槽内的绕组沿定子冲片径向向外弯折的距离不同，也就可以减少绕组交叉重叠的现象发生，从而减小不同定子槽内绕组沿定子冲片轴向的叠置高度，降低定子组件轴线方向的高度。设定定子绕组中从定子铁芯端部到定子绕组轴向最外侧的部分被称为绕组端部，由于沿定子冲片的径向方向上最外侧部分合理分层，端部绕组的高度和长度也随之降低，进而可以降低电机的轴向长度。另外，端部绕组长度和高度的减小意味着，在不降低电机输出性能的前提下，漆包线用量的减小，这直接导致每相绕组电阻减小，电机铜耗减小，进而提高电机效率。
9.可选地，第一底部与第二底部的深度差和第二底部和第三底部的深度差相同。
10.可选地，沿定子冲片的周向，第一底部、第二底部和第三底部的宽度相同。
11.可选地，第一底部的形状为半圆弧面，第二底部的形状为弧面，第三底部的形状为平面。
12.可选地，规定任意两个定子槽单元之间夹角为设定夹角α。
13.可选地，第一定子槽组与第二定子槽组之间的夹角为设定夹角；第二定子槽组与第三定子槽组之间的夹角为设定夹角；第三定子槽组与第一定子槽组之间的夹角为设定夹角。
14.可选地，任意一个第一定子槽组内的两个第一定子槽之间的夹角为设定夹角；任意第二定子槽组内两个第二定子槽之间的夹角为设定夹角；任意第三定子槽组内两个第三定子槽之间的夹角为设定夹角α。
15.一种定子组件，包括绕组单元和至少一个定子冲片；
16.至少一个定子冲片沿第一方向叠置以形成定子铁芯，第一方向与定子冲片的轴心线重合；
17.绕组单元包括第一绕组、第二绕组以及第三绕组；
18.第一绕组嵌设于各第一定子槽内，第二绕组设于各第二定子槽内，第三绕组嵌设于第三定子槽内。
19.一种电机系统，包括转子组件和定子组件；
20.定子组件的定子铁芯具有中心孔，转子组件穿设于定子铁芯的中心孔内。
附图说明
21.图1为现有技术在应用时的电机定子结构示意图；
22.图2为现有技术在应用时的绕组嵌线示意图；
23.图3现有技术对绕组端部推挤时的过程建议示意图；
24.图4为本实用新型实例提供的一种定子冲片示意图；
25.图5为图4中a的局部示意图；
26.图6为各定子槽的深度示意图；
27.图7为绕组单元嵌放于图4中a时的局部示意图。
28.附图标记：
29.1-第一定子槽；2-第二定子槽；3-第三定子槽；4-绕组端部；5-定子铁芯；
30.6-绕组三相线输出端；7-定子冲片；11-第一槽部；12-第一底部；
31.21-第二槽部；22-第二底部；31-第三槽部；32-第三底部；01-外圆；
32.02-内圆。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.现有技术中，电机三相绕组按照一定的绕组嵌线规则将绕组线圈嵌放在定子槽中，如图1所示，多个定子冲片7沿第一方向e叠加在一起形成定子铁芯5，定子绕组中从定子铁芯端部到定子绕组轴向最外侧的部分为绕组端部4，定子绕组同时与绕组三相线输出端6相接。同时每个定子冲片7内，都嵌放三组绕组线圈。截取其中一个定子冲片7的部分结构，如图2所示，对截取结构的定子槽从左到右依次编号，其中第一绕组线圈a1从第一个槽a进入，从第六个槽b引出，第二绕组线圈a2从第五个槽c进入，从第十个槽d引出，第三绕组线圈a3从第九个槽e进入，从第十四个槽f引出。以此为例，由于电机定子槽型相同，三组绕组沿定子冲片7径向向外绕过定子槽底部的高度相同，也就是说三组绕组在径向方向上绕过定子槽底部，处于最外侧的部分容易产生交叉重叠现象，导致绕组在平行于定子冲片7径向这一平面空间内无法充分利用。定子绕组中从定子铁芯端部到定子绕组轴向最外侧的部分被称为绕组端部4，因此在嵌放好各绕组后，需要将绕组端部4沿定子冲片7径向同一方向推挤(如图3的简易示意图示意，将绕组端部4向定子外侧推挤)。不同绕组的端部均沿定子冲片7径向方向向外弯折，不同绕组的端部由于推挤堆积至一处而在定子定芯5轴向上产色交叉重叠现象，也就是说从定子铁芯端部到定子绕组轴向最外侧的部分的长度增加。此外，绕组端部4绕组长度也会增大，绕组电阻增加，电机铜损增大。同时为了保证绕组弯折质量，避免绝缘失效，不能采用过大的绕组弯折角度，从而导致绕组端部4沿定子铁芯5轴向高度增加。
35.为了在保证安全、性能的前提下降低端部绕组的高度和长度，本实用新型实例提供了一种定子冲片、定子组件及电机系统。如图4所示，该定子冲片具有内圆02和外圆01；内圆02环形阵列有多个定子槽单元b，每个定子槽单元b包括依次分布的第一定子槽组、第二定子槽组以及第三定子槽组；第一定子槽组包括两个并列的第一定子槽1，第二定子槽组包括两个并列的第二定子槽2，第三定子槽组包括两个并列的第三定子槽3。
36.也可以说，沿定子冲片的周向，内圆02具有多个环形阵列的槽区，将每个槽区划分为周期性排布的第一子槽区(即第一定子槽组)、第二子槽区(即第二定子槽组)和第三子槽区(即第二定子槽组)。
37.所有第一定子槽1的形状相同，所有第二定子槽2的形状相同，所有第三定子槽3的形状相同。如图5所示，沿定子冲片的径向，第一定子槽1具有第一槽部11和第一底部12，第二定子槽2具有第二槽部21和第二底部22，第三定子槽3具有第三槽部31和第三底部32；第一槽部11、第二槽部21和第三槽部31的深度相同，第二底部22的深度小于第一底部12的深度并大于第三槽部31的深度。
38.该定子冲片在使用时，将不同组绕组分别嵌放于第一定子槽组、第二定子槽组和第三定子槽组内，使绕组线圈分别嵌放于第一定子槽1、第二定子槽2和第三定子槽3内。沿定子冲片的径向，将第一定子槽1、第二定子槽2和第三定子槽3分别划分出槽部和底部，如图5所示，第一槽部11、第二槽部21和第三槽部31的深度相同，第一底部12、第二底部22和第三底部32的深度不同，因此不同组绕组绕过的底部深度不同，沿定子冲片的径向方向上与外圆01边缘之间的距离也就不同。底部深度越大，绕组绕过底部的底端位置距离内圆02中心的距离也越大，绕组的位置也就越靠近外圆01边缘。参照图6所示，将每个定子槽划分为槽部w1和底部w2，其槽部w1深度都是相同的。但是位于第一定子槽组内的第一定子槽1的底部深度大于第二定子槽组内的第二定子槽2的底部深度，且第一定子槽组内的第一定子槽1的底部深度小于第三定子槽组内的第三定子槽3的底部深度。
39.因此，如图7所示，不同组绕组在内圆02与外圆01之间的平面空间上分为了三层，嵌放于第一定子槽1的绕组最靠近外圆01的边缘，嵌放于第二定子槽2的绕组位于第一绕组与第二绕组之间，嵌放于第三定子槽3的绕组更靠近定子冲片的内圆02。不同绕组在内圆02与外圆01之间的平面空间上产生的分层使各绕组的端部均匀分布，减少了交叉重叠现象的发生，能够合理利用内圆02与外圆01之间的空间。且在嵌放好各绕组后将嵌放好的各绕组端部4同时沿定子冲片径向同一方向推挤这一阶段，由于各绕组的排布产生了分层现象，不同定子槽内绕组沿定子冲片径向的叠置高度降低，也就降低定子组件轴线方向的高度。
40.同时，每个定子槽单元b包括依次分布的三类定子槽组，每个定子槽组包括两个并列的定子槽，这也使绕组的嵌线规则没有发生改变，每个定子槽仍然有绕组嵌放于内，保证了槽满率几乎不改变的情况下，不会对资源造成浪费。
41.一些实施例中，如图4、图5和图6所示，第一底部12的形状为半圆弧面，第二底部22的形状为弧面，第三底部32的形状为平面。也可以说，使第一底部12采用梨型槽，第二底部22采用类梨型槽，第三底部32采用梯形槽。
42.同时，为了更严谨地使绕组在内圆02与外圆01之间的平面空间上实现分层，如图6所示，第一底部12与第二底部22的深度差h2与第二底部22和第三底部32的深度差h1相同。也就是说，三类底部w2的深度在数据上呈等差数列，由于绕组在平面空间上的位置与绕组嵌放的定子槽底部w2深度有直接联系，平面空间上不同绕组之间的相对定子冲片的径向距离差也是相同的，使绕组实现均匀分布，提高对空间的利用率。
43.具体地，沿定子冲片的周向，第一底部12、第二底部22和第三底部32的宽度相同，各个定子槽的槽部w1和底部w2直接连接，也就是说，第一槽部11、第二槽部21与第三槽部31的宽度也是相同的。又由于三种槽部的深度相同，因此第一槽部11、第二槽部21和第三槽部31的面积相等，不存在槽部w1上的差异使各绕组在嵌线过程中产生因槽部差异而引起的变化。
44.通过实验测算可以得知，由于第一底部12、第二底部22和第三底部32的宽度相同，且第一底部12的深度大于第二底部22的深度大于第三底部32的深度，附加上各个底部限定为固定形状的条件，可以得知第一底部12、第二底部22和第三底部32的面积也是接近的，差异并不大。
45.具体地，如图5所示，以定子冲片的圆心o为参考，设定任意两个相邻的定子槽之间的夹角为设定夹角α。则任意两个相邻的定子槽单元b之间夹角为设定夹角α。相邻的第一定子槽组与第二定子槽组之间的夹角、相邻的第二定子槽组与第三定子槽组之间的夹角以及相邻的第三定子槽组与第一定子槽组之间的夹角均为设定夹角α；任意第一定子槽组内两个第一定子槽1之间的夹角为设定夹角α；任意第二定子槽组内两个第二定子槽2之间的夹角为设定夹角α；任意第三定子槽组内两个第三定子槽3之间的夹角为设定夹角α。也就是说，整个定子冲片内，无论哪一类型的定子槽，任意两个相邻的定子槽之间的角度都是相同的，都设定为α。这也保证了绕组在嵌放于各定子槽内时，绕组线圈不会有嵌放长度的差异，进一步地保证了绕组嵌线规则的实施。
46.本实用新型实施例还提供了一种定子组件，其结构可以参考图1，包括绕组单元和至少一个定子冲片7，至少一个定子冲片7沿第一方向e叠加形成定子铁芯5，第一方向与定子冲片7的轴心线相互平行。绕组单元嵌放于由定子冲片7叠加而成的定子铁芯5上，同时三
相线输出端6与绕组单元相接，绕组单元位于定子铁芯5外至最外侧的部分为绕组端部4。其中绕组单元包括第一绕组、第二绕组以及第三绕组。第一绕组嵌设于第一定子槽组的定子槽内，第二绕组嵌设于第二定子槽组的定子槽内，第三绕组嵌放于第三定子槽组的定子槽内。也就是说，如图7所示，第一绕组b1绕过半圆弧面的第一底部12，第二绕组b2绕过弧面的第二底部22，第三绕组b3绕过平面的第三底部32。由于第一底部12的深度大于第二底部22的深度大于第三底部32的深度，第一绕组b1的端部绕组最接近外圆01边缘，第三绕组b3的端部绕组最靠近定子冲片7的内圆02，第二绕组b2的端部绕组置于第一绕组b1和第三绕组b3的端部绕组中间，实现了不同绕组在内圆02与外圆01之间的空间上的分层嵌放，进而减小了绕组沿定子冲片7径向向外弯折的距离，降低了端部绕组和长度。另外，该定子组件还能够提高安装工艺过程中的容错率，缩短嵌线工时，减少嵌线出错率，增加绕组嵌线的效率。在安装过程中，可以直接按照分层嵌放规则嵌放好第一绕组、第二绕组以及第三绕组，由于第一底部12、第二底部22和第三底部32的形状不同，也更好区分绕组应当嵌放的定子槽组。
47.同时，本实用新型实施例还提供了一种电机系统，包括转子组件和定子组件，定子组件的定子铁芯5具有中心孔，转子组件穿设于定子铁芯5的中心孔内。由于定子冲片内各定子槽类型不同，绕组单元实现了分层嵌放，直接降低了端部绕组的高度和长度，且电机的槽满率基本不改变，同时端部绕组长度和高度的减小直接导致漆包线用量的减小，进而使每相绕组电阻减小，电机铜耗减小，提高了电机效率。同时由于端部绕组的高度与长度降低，可以使电机定、转子铁芯叠高，进一步提高电机效率。
48.以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。