电机用定子和电机的制作方法

1.本技术涉及电机领域，且特别地涉及电机用定子和电机。


背景技术：

2.在例如用扁线卷绕电机绕组的方案中，通常的卷绕方式有波形、u形(也称为u-pin或者hair-pin)和i形(也称为i-pin)。波形绕组相比于u形绕组和i形绕组生产方便，导线的焊点数少，能使得电机所提供的力矩波动小且nvh性能好。
3.波形绕组的一般的卷绕方式是将扁线沿着同一方向卷绕，最终使绕组的输入端和输出端位于不同的层。在采用上述卷绕方式的波形绕组的情况下，若节距的使用不当，会导致绕组相位不均匀分布，使得空载反电势中的谐波成分增加。具体地，表1示出了一种波形绕组的导线的部分槽内的相位分布，该波形绕组采用上述卷绕方式。如表1所示，在第二层和第三层的槽1至槽3以及槽5至槽7出现了相位分布不均匀的情况(字体加粗及标记下划线的部分)。这样，在绕组相位不均匀分布使得空载反电势中的谐波成分增加的情况下，上述谐波成分又会增加电机输出力矩的波动，从而引起噪声。而且相位分布不均匀会导致电路中的电流问题，从而对电机的效率和热性能产生不利影响。
4.[表1]
[0005][0006]


技术实现要素：

[0007]
本技术的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，本技术的一个目的在于提供一种新型的电机用定子，该电机用定子能够减轻甚至消除波形绕组在卷绕过程中的相位分布不均匀对电机的不利影响。本技术的另一个目的在于提供一种包括上述电机用
定子的电机。
[0008]
为了实现上述发明目的，本技术采用如下的技术方案。
[0009]
本技术提供了一种如下的电机用定子，包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组包括卷绕到所述定子铁芯的多相绕组，所述绕组的导线在所述定子铁芯的周向上呈波浪形地连续卷绕，每相每极绕组包括两个导线组，每个所述导线组包括两根在所述定子铁芯的相邻的槽内并行地卷绕的所述导线，同一所述导线组的导线经由反向卷绕使得输入端和输出端位于所述绕组的同一层，
[0010]
所述导线组在卷绕过程中采用的节距包括正常节距、跳线节距和错位节距，所述跳线节距包括第一节距和第二节距，所述错位节距包括第三节距和第四节距，所述正常节距为y，所述第一节距为y-1，所述第二节距为y+1，所述第三节距为y，所述第四节距为y+2，y为大于2的正整数，在每个所述导线组的卷绕过程中，所述导线组采用至少一次所述错位节距和至少一次所述跳线节距，所述跳线节距和所述错位节距均能使得同一个导线组内的两个导线在沿所述周向的卷绕方向上换位。
[0011]
在一种可选的方案中，在每个所述导线组的卷绕过程中，所述导线组在至少一组相邻的两层的交界处采用所述跳线节距，并且/或者所述导线组在至少一层中采用所述跳线节距。
[0012]
在另一种可选的方案中，在沿所述周向的卷绕方向上，位于所述卷绕方向的前方的所述槽内的所述导线使用的所述跳线节距为所述第一节距，位于所述卷绕方向的后方的所述槽内的所述导线使用的所述跳线节距为所述第二节距。
[0013]
在另一种可选的方案中，在每个所述导线组的卷绕过程中，所述导线组在至少一组相邻的两层的交界处采用所述错位节距。
[0014]
在另一种可选的方案中，在沿所述周向的卷绕方向上，位于所述卷绕方向的前方的所述槽内的所述导线使用的所述错位节距为所述第三节距，位于所述卷绕方向的后方的所述槽内的所述导线使用的所述错位节距为所述第四节距。
[0015]
在另一种可选的方案中，所述绕组的相数为s，每相绕组的极数为2p，s和p均为正整数，所述定子铁芯形成有8
×s×
p个槽。
[0016]
在另一种可选的方案中，所述相数的值s等于3，所述极数为6。
[0017]
在另一种可选的方案中，所述正常节距y等于极距。
[0018]
在另一种可选的方案中，每根所述导线在卷绕路径上为完整的导线而不出现中间连接点。
[0019]
本技术还提供了一种如下的电机，所述电机包括以上技术方案中任意一项技术方案所述的电机用定子。
[0020]
通过采用上述技术方案，本技术提供了一种电机用定子，其包括定子铁芯和定子绕组。定子绕组包括卷绕到定子铁芯的多相绕组，绕组的导线在定子铁芯的周向上呈波浪形地连续卷绕。每相每极绕组包括两个导线组，每个导线组包括两根在定子铁芯的相邻的槽内并行地卷绕的导线。同一导线组的导线经由反向卷绕，使得导线的输入端和输出端位于同一层。进一步地，导线组在卷绕过程中的节距包括正常节距、跳线节距和错位节距。在每个导线组的卷绕过程中，导线组采用至少一次错位节距和至少一次跳线节距，跳线节距和错位节距均能使得同一个导线组内的两个导线在沿周向的卷绕方向上换位。
[0021]
这样，一方面，根据本技术的电机用定子的绕组的同一导线组的导线采用反向卷绕，使得导线的输入端和输出端位于同一层。这种反向卷绕方式有利于简化母线连接和焊接过程，在电机机械一体化的过程中具有较好的整合性能。另一方面，根据本技术的电机用定子的绕组在卷绕过程中采用反向卷绕方式的同时还采用短距法进行卷绕，能够消除绕组在卷绕过程中产生的相位分布不均匀的问题。由此，减小了空载反电势中的谐波成分，从而降低了噪声。而且保证了电机的效率和热性能。
附图说明
[0022]
图1是用于说明根据本技术的一实施例的电机用定子的u相绕组的卷绕方式的展开示意图。
[0023]
图2是用于说明图1中的电机用定子的u相绕组的一个导线组的卷绕方式的展开示意图。
[0024]
附图标记说明
[0025]
c周向；c1第一方向；c2第二方向；l1第一层；l2第二层；l3第三层；l4第四层。
具体实施方式
[0026]
下面参照附图描述本技术的示例性实施例。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本技术，而不用于穷举本技术的所有可行的方式，也不用于限制本技术的范围。
[0027]
在本技术中，“周向”是指电机用定子的周向。进一步地，在图2所示的展开图中，为了便于说明，将周向分成朝向图中右侧的第一方向c1和朝向图中左侧的第二方向c2。
[0028]
以下，结合图1和图2说明根据本技术的电机用定子的结构，尤其是绕组的结构。
[0029]
根据本技术的一实施例的电机用定子用于三相电机(即相数s＝3)。该电机用定子包括定子铁芯和定子绕组。定子铁芯形成有72个槽，图1和图2中示出了这72个槽在周向c上展开的示意图。定子绕组为扁线连续卷绕的波形绕组，该定子绕组形成的极数2p为6(即极对数p＝3)，由此绕组所对应的极距y＝12。这样，每相每极所对应的槽数为4。为了消除绕组卷绕过程中出现相位不均匀的情况，本技术的绕组在采用反向卷绕的同时使用短距法卷绕形成绕组，使卷绕过程中所采用的部分节距小于极距。具体地，在卷绕过程中，使用正常节距结合跳线节距和错线节距的卷绕方法来完成卷绕过程。
[0030]
图1中示出的是三相(u相、v相、w相，也可以称为a相、b相、c相)中的一相(u相)绕组的卷绕示意图。每相绕组包括4根导线，这4根导线形成2个导线组，每个导线组具有2根导线，图1中位于导线上的箭头示出了该导线内电流的流向。每一相绕组的卷绕规律是相同的，只是各相绕组的起始卷绕的槽不同，使得各相绕组使用不同的槽。以下以u相绕组为例，说明根据本技术的电机用定子的绕组的卷绕方式。
[0031]
图1示出了u相绕组的两个导线组的卷绕方式且图2示出了u相绕组的一个导线组的卷绕方式。两张图均示出了72个槽沿定子铁芯的周向c展开的示意图，每个数字序号所在的竖线代表一个槽。在本实施例中，每相导线在定子铁芯的径向上卷绕4层，分别为第一层l1、第二层l2、第三层l3和第四层l4。需要说明的是，在每层内由于需要使导线内的电流反向流动，因此实际上每层内卷绕构成2个导线层，即本实施例中的每个槽内在径向上叠放有
8根导线。只是为表述方便，本文中将它们分为上述4层。另外，在图1中，导线u1、u2为一个导线组；导线u3、u4为另一个导线组。每个导线组内的2根导线在每一步的卷绕过程中都是并行的且绕入相邻的两个槽。
[0032]
由于上述2个导线组的卷绕规律是相同的，因此接下来参照图2仅以导线u1、u2所形成的导线组为例进行介绍。需要说明的是，在图2中存在单引号的标注u1’、u2’指示的部分表示导线的该部分内的电流传输方向为从定子的底部朝向顶部传输，不存在单引号的标注u1、u2指示的部分表示导线的该部分内的电流传输方向为从定子的顶部朝向底部传输。以下说明导线u1和导线u2的卷绕过程。
[0033]
从第一层l1开始观察，导线u1和导线u2分别从槽22和槽21绕入，沿箭头c1所指的第一方向在定子铁芯的周向c上前进以进行正向卷绕，在前进至图中最右侧之后，转到第一层l1的最左侧的槽进行观察，导线沿箭头c1所指的第一方向在定子铁芯的周向c上继续前进。当导线在定子铁芯的周向c上绕满一周过后，转到第二层l2卷绕。可以沿用上述观察方式观察导线在后续层l2、l3、l4的走向直至第四层l4的槽10和槽11，完成正向卷绕过程。
[0034]
从第四层l4开始观察，在导线u1和导线u2从第四层l4的槽10和槽11绕出，沿着箭头c2所指的第二方向在定子铁芯的周向c上前进以进行反向卷绕，在前进至图中最左侧之后，转到第四层l4的最右侧的槽进行观察，导线沿箭头c2所指的第二方向在定子铁芯的周向c上继续前进。当导线在定子铁芯的周向c上绕满一周过后，转到第三层l3卷绕。可以沿用上述观察方式观察导线在后续层l3、l2、l1的走向直至第一层l1的槽9和槽10，完成反向卷绕过程。
[0035]
在上述卷绕过程中，导线u1和导线u2的节距包括正常节距、跳线节距和错位节距。在本实施例中，在正向卷绕过程中，在第一层l1和第二层l2之间的交界处以及在第三层l2和第四层l3之间的交界处采用跳线节距，在第二层l2和第三层l3之间的交界处采用错位节距；在反向卷绕过程中，在第二层l2和第一层l1之间的交界处以及在第四层l4和第三层l3之间的交界处采用跳线节距，在第三层l3和第二层l2之间的交界处采用错位节距。每次跳线节距或错位节距的使用使得两根导线u1、u2在沿周向c的卷绕方向上更换位置。例如在使用跳线节距或错位节距之前，在沿周向c的卷绕方向上(例如图中箭头c1所指的第一方向)导线u1在前、导线u2在后，经历一次跳线节距或错位节距卷绕之后，变成导线u2在前、导线u1在后。
[0036]
具体地，在本实施例中，正常节距＝极距y＝12。一方面，跳线节距包括第一节距和第二节距。第一节距为11(即y-1)，第二节距为13(即y+1)。使用跳线节距时，位于卷绕方向前方的导线使用第一节距、位于卷绕方向后方的导线使用第二节距。在采用跳线节距卷绕过后，两根导线在卷绕方向上的前后位置互换。另一方面，错位节距包括第三节距和第四节距。第三节距等于正常节距，即第三节距为12(即y)，第四节距为14(即y+2)。使用错位节距时，位于卷绕方向前方的导线使用第三节距、位于卷绕方向后方的导线使用第四节距，使得错位卷绕过后，两根导线在卷绕方向上的前后位置互换。
[0037]
导线u1和导线u2分别从第一层l1的槽22和槽21开始经由正向卷绕和反向卷绕返回第一层l1的槽9和槽10结束，其中正向卷绕的具体过程如下。
[0038]
首先，导线u1在第一层l1卷绕过程中沿着第一方向c1绕入的槽依次为：22
→
34
→
46
→
58
→
70
→
10，使用的节距均为正常节距，导线u2在第一层l1卷绕过程中沿着第一方向
c1绕入的槽依次为：21
→
33
→
45
→
57
→
69
→
9，使用的节距均为正常节距。
[0039]
之后，导线u1从第一层l1的槽10绕到第二层l2的槽21，并在第二层l2内继续卷绕，沿着第一方向c1绕入的槽依次为：10(l1)
→
21(l2)
→
33
→
45
→
57
→
69
→
9(l2)；导线u2从第一层l1的槽9绕到第二层l2的槽22，并在第二层l2内继续卷绕，沿着第一方向c1绕入的槽依次为：9(l1)
→
22(l2)
→
34
→
46
→
58
→
70
→
10(l2)。导线u1和导线u2除了在第一层l1和第二层l2的分界处使用一次跳线节距之外，在第二层l2中卷绕的过程中均使用正常节距。当采用该跳线节距时，导线u1采用第一节距，导线u2采用第二节距。
[0040]
之后，导线u1从第二层l2的槽9绕到第三层l3的槽23，并在第三层l3内继续卷绕，沿着第一方向c1绕入的槽依次为：9(l2)
→
23(l3)
→
35
→
47
→
59
→
71
→
11(l3)；导线u2从第二层l2的槽10绕到第三层l3的槽22，并在第三层l3内继续卷绕，沿着第一方向c1绕入的槽依次为：10(l2)
→
22(l3)
→
34
→
46
→
58
→
70
→
10(l3)。导线u1和导线u2除了在第二层l2和第三层l3的分界处使用一次错位节距之外，在第三层l3中卷绕的过程中均使用正常节距。当采用错位节距时，导线u1采用第四节距，导线u2采用第三节距。
[0041]
之后，导线u1从第三层l3的槽11绕到第四层l4的槽22，并在第四层l4内继续卷绕，沿着第一方向c1绕入的槽依次为：11(l3)
→
22(l4)
→
34
→
46
→
58
→
70
→
10(l4)；导线u2从第三层l3的槽10绕到第四层l4的槽23，并在第四层l4内继续卷绕，沿着第一方向c1绕入的槽依次为：10(l3)
→
23(l4)
→
35
→
47
→
59
→
71
→
11(l4)。导线u1和导线u2除了在第三层l3和第四层l4的分界处使用一次跳线节距之外，在第四层l4中卷绕的过程中均使用正常节距。当采用跳线节距时，导线u1采用第一节距，导线u2采用第二节距。
[0042]
通过以上过程完成正向卷绕，之后导线u1和导线u2进行反向卷绕，反向卷绕的具体过程如下。
[0043]
首先，导线u1从第四层l4的槽10在第四层l4内继续卷绕，沿着第二方向c2绕入的槽依次为：10(l4)
→
71(l4)
→
59
→
47
→
35
→
23
→
11(l4)；导线u2从第四层l4的槽11在第四层l4内继续卷绕，沿着第二方向c2绕入的槽依次为：11(l4)
→
70(l4)
→
58
→
46
→
34
→
22
→
10(l4)。导线u1和导线u2除了在反向卷绕第一次卷绕时使用一次跳线节距之外，在第四层l4中卷绕的过程中均使用正常节距。当采用跳线节距时，导线u1采用第一节距，导线u2采用第二节距。
[0044]
之后，导线u1从第四层l4的槽11绕到第三层l3的槽70，并在第三层l3内继续卷绕，沿着第二方向c2绕入的槽依次为：11(l4)
→
70(l3)
→
58
→
46
→
34
→
22
→
10(l3)；导线u2从第四层l4的槽10绕到第三层l3的槽71，并在第三层l3内继续卷绕，沿着第二方向c2绕入的槽依次为：10(l4)
→
71(l3)
→
59
→
47
→
35
→
23
→
11(l3)。导线u1和导线u2除了在第四层l4和第三层l3的分界处使用一次跳线节距之外，在第三层l3中卷绕的过程中均使用正常节距。当采用跳线节距时，导线u1采用第二节距，导线u2采用第一节距。
[0045]
之后，导线u1从第三层l3的槽10绕到第二层l2的槽70，并在第二层l3内继续卷绕，沿着第二方向c2绕入的槽依次为：10(l3)
→
70(l2)
→
58
→
46
→
34
→
22
→
10(l2)；导线u2从第三层l3的槽11绕到第二层l2的槽69，并在第二层l2内继续卷绕，沿着第二方向c2绕入的槽依次为：11(l3)
→
69(l2)
→
57
→
45
→
33
→
21
→
9(l2)。导线u1和导线u2除了在第三层l3和第二层l2的分界处使用一次错位节距之外，在第二层l2中卷绕的过程中均使用正常节距。当采用错位节距时，导线u1采用第三节距，导线u2采用第四节距。
[0046]
之后，导线u1从第二层l2的槽10绕到第一层l2的槽69，并在第一层l1内继续卷绕，沿着第二方向c2绕入的槽依次为：10(l2)
→
69(l1)
→
57
→
45
→
33
→
21
→
9(l1)；导线u2从第二层l2的槽9绕到第一层l1的槽70，并在第一层l1内继续卷绕，沿着第二方向c2绕入的槽依次为：9(l2)
→
70(l1)
→
58
→
46
→
34
→
22
→
10(l1)。导线u1和导线u2除了在第二层l2和第一层l1的分界处使用一次跳线节距之外，在第一层l1中卷绕的过程中均使用正常节距。当采用跳线节距时，导线u1采用第二节距，导线u2采用第一节距。
[0047]
应当理解，u相绕组的由导线u3、u4组成的另一个导线组的卷绕规律与导线u1、u2组成的导线组的卷绕规律类似，只是所使用的槽不同。进一步地，另外两相绕组的卷绕方式与图1中u相的卷绕方式类似，只是所使用的槽不同(由于起始槽不相同)，本技术对此不再赘述。
[0048]
另外，本技术还提供一种包括该定子的电机。
[0049]
下面简单说明本技术的上述实施例的部分有益效果。
[0050]
i.在本技术的技术方案中，导线呈波浪形地连续地卷绕，极大降低了焊点数，使得绕组的可靠性增加、电机的寿命延长；绕组的设计柔性大，能根据需要在遵循卷绕规律的前提下调整卷绕参数，使得电机能适应不同的功率需求。另外，上述焊点数少并不意味着本技术的导线必须始终连续，而是可以采用比其它卷绕方式少的焊点数完成卷绕即可。
[0051]
ii.在本技术的技术方案中，绕组在卷绕过程中多次改变节距(即使用非正常节距)，而且在周向c上变节距的位置均匀。这样，与背景技术中说明的相位不均匀的情况相比，如表2所示，在第二层和第三层的槽1至槽3以及槽5至槽7相位分布均匀。由此，减少了空载反电势中的谐波成分，使得空载反电势的波形更趋近于正弦曲线，电机输出力矩的波动小，噪音小。
[0052]
[表2]
[0053][0054][0055]
应当理解，上述实施例仅是示例性的，不用于限制本技术。本领域技术人员可以在本技术的教导下对上述实施例做出各种变型和改变，而不脱离本技术的范围。以下对本申
请的技术方案进行补充说明。
[0056]
i.在其它可选的方案中，错位节距也可以在其它相邻层之间使用。
[0057]
ii.根据本技术的绕组的导线使用扁线，更优选为扁铜线。扁线能够使得槽的填满率达到60％以上。根据本技术的每相的4根导线中的每根导线均为一根完整的、在卷绕路径上不发生拼接、不具有焊点的导线。这使得绕组的可靠性增强，不容易由于中间焊接点的损坏而导致绕组失效。当然，在实际生产中，考虑到各方面的原因，也可以使用多根导线首尾相连而形成较长的一根导线。
[0058]
iii.本技术中每相的4根导线可以是串联的，也可以是并联的，或者可以是混联(串并联)的。三相的绕组可以呈三角形连接，也可以呈星形连接。应当理解，在每相每极具有4个槽的情况下，本技术对每相的极数、定子铁芯的槽数以及绕组所卷绕的层数(需要是偶数)均不作限制。
[0059]
iv.在本技术的技术构思中，在每个所述导线组的卷绕过程中，导线组可以在至少一组相邻的两层的交界处采用跳线节距和错位节距，并且/或者导线组在至少一层中采用跳线节距。

技术特征：
1.一种电机用定子，包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组包括卷绕到所述定子铁芯的多相绕组，所述绕组的导线在所述定子铁芯的周向(c)上呈波浪形地连续卷绕，每相每极绕组包括两个导线组，每个所述导线组包括两根在所述定子铁芯的相邻的槽内并行地卷绕的所述导线，同一所述导线组的导线经由反向卷绕使得输入端和输出端位于所述绕组的同一层，所述导线组在卷绕过程中采用的节距包括正常节距、跳线节距和错位节距，所述跳线节距包括第一节距和第二节距，所述错位节距包括第三节距和第四节距，所述正常节距为y，所述第一节距为y-1，所述第二节距为y+1，所述第三节距为y，所述第四节距为y+2，y为大于2的正整数，在每个所述导线组的卷绕过程中，所述导线组采用至少一次所述错位节距和至少一次所述跳线节距，所述跳线节距和所述错位节距均能使得同一个导线组内的两个导线在沿所述周向(c)的卷绕方向上换位。2.根据权利要求1所述的电机用定子，其特征在于，在每个所述导线组的卷绕过程中，所述导线组在至少一组相邻的两层的交界处采用所述跳线节距，并且/或者所述导线组在至少一层中采用所述跳线节距。3.根据权利要求1所述的电机用定子，其特征在于，在沿所述周向(c)的卷绕方向上，位于所述卷绕方向的前方的所述槽内的所述导线使用的所述跳线节距为所述第一节距，位于所述卷绕方向的后方的所述槽内的所述导线使用的所述跳线节距为所述第二节距。4.根据权利要求1所述的电机用定子，其特征在于，在每个所述导线组的卷绕过程中，所述导线组在至少一组相邻的两层的交界处采用所述错位节距。5.根据权利要求1所述的电机用定子，其特征在于，在沿所述周向(c)的卷绕方向上，位于所述卷绕方向的前方的所述槽内的所述导线使用的所述错位节距为所述第三节距，位于所述卷绕方向的后方的所述槽内的所述导线使用的所述错位节距为所述第四节距。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机用定子，其特征在于，所述绕组的相数为s，每相绕组的极数为2p，s和p均为正整数，所述定子铁芯形成有8
×
s
×
p个槽。7.根据权利要求6所述的电机用定子，其特征在于，所述相数的值s等于3，所述极数为6。8.根据权利要求1至5中任一项所述的电机用定子，其特征在于，所述正常节距y等于极距。9.根据权利要求1至5中任一项所述的电机用定子，其特征在于，每根所述导线在卷绕路径上为完整的导线而不出现中间连接点。10.一种电机，其特征在于，所述电机包括权利要求1至10中任一项所述的电机用定子。

技术总结
本申请提供了一种电机用定子及电机。根据本申请的电机用定子的绕组的同一导线组的导线采用反向卷绕，使得导线的输入端和输出端位于同一层。这种反向卷绕方式有利于简化母线连接和焊接过程，在电机机械一体化的过程中具有较好的整合性能。另外，根据本申请的电机用定子的绕组在卷绕过程中采用反向卷绕方式的同时还采用短距法进行卷绕，能够消除绕组在卷绕过程中产生的相位分布不均匀的问题。由此，减小了空载反电势中的谐波成分，从而降低了噪声。而且保证了电机的效率和热性能。声。而且保证了电机的效率和热性能。声。而且保证了电机的效率和热性能。


技术研发人员：李至浩
受保护的技术使用者：舍弗勒技术股份两合公司
技术研发日：2022.02.07
技术公布日：2023/8/16