扁线电机、扁线电机定子及其绕线方法

技术领域

本发明涉及定子绕组技术领域，特别是关于一种扁线电机、扁线电机定子及其绕线方法。

背景技术

扁铜线电机与圆线电机的区别在于铜线的成形方式，扁线有利于电机槽满率的提升，一般圆线电机的槽满率为40％左右，而扁铜线电机的槽满率能达到60％以上。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，产生更强的磁场强度，提升功率密度。

随着低碳、节能、减排成为汽车的核心竞争力，新能源电动汽车不断大力发展，电动汽车的驱动电机的功率密度也越来越高，扁铜线绕组在新能源汽车纯电驱动电机和混合动力驱动电机的应用越来越多，对于扁铜线电机的需求越来越强烈。扁铜线电机发热降低，体积减小，槽满率高，电机绕组成型好，使得电机转矩电流比提升，扁铜线电机因其功率密度高、成本低、温度性能好等优势，正在成为新能源驱动电机领域发展的风口。

但随之而来的技术问题是：扁铜线本身设计柔性较差，不能像传统圆线散嵌绕组那样随意改变线数和并联支路数。现有技术中，扁铜线绕组在电机槽内通常是采用每个定子槽设置4根至12根不等的偶数根扁线导体的布置方式。如中国专利(公开号为CN206164230U)公开了一种电机定子和电机，大大地提升了电机的效率与功率密度，同时因扁线各层导体的紧密结合使扁线电机的散热水平高于圆线电机。但是，由于扁铜线绕组本身结构受限，在进行多支路布线和短距布线时，容易产生绕组支路间的不平衡以及支路间的环流。若是改为使用整距布线的方式，则会在电机运行时，使得磁场内含有大量谐波，造成一系列危害，例如降低供电可靠性、增加供电事故发生概率、降低产品质量等。

因此，本发明的主要目的在于提供一种扁线电机、扁线电机定子及其绕线方法，以解决上述问题。

发明内容

为解决上述现有技术中绕组支路间的不平衡以及支路间的环流，不能采用短距布线使电机运行时磁场含有大量谐波的不足，本发明提供的一种扁线电机、扁线电机定子及其绕线方法，可实现双支路并联，形成短距型式绕组排列，有效减小电机运转时的谐波，并且每相内的并联双支路均匀分布，避免并联支路间的环流，保证电流平稳。

本发明提供的一种扁线电机定子的绕线方法，扁线电机定子包括48个定子槽，将48个定子槽中的任意一个定子槽定义为第一相的第一支路的第一起始定子槽，各定子槽内均设置有2n层扁线导体，n为正整数，将位于定子槽内的2n层扁线导体沿扁线电机定子的径向方向按照由内到外或由外到内的顺序，依序定义为第一层扁线导体、第二层扁线导体、第三层扁线导体、第四层扁线导体、直至第2n层扁线导体，所有定子槽中的第一层扁线导体和第二层扁线导体定义为第一绕组层，所有定子槽中的第三层扁线导体和第四层扁线导体定义为第二绕组层，并以此类推，直至第2n-1层扁线导体和第2n层扁线导体定义为第n绕组层，绕线方法的步骤如下：

以第一相的第一支路的第一起始定子槽的第一层扁线导体作为第一起始位置，沿第一预设方向按照第一跨接规律跨接15次，完成第一绕组层的布线，再将第一绕组层中被跨接到的最后一个扁线导体连接至第一起始定子槽的第三层扁线导体，并以第一起始定子槽的第三层扁线导体作为第一起始位置，沿第一预设方向按照第一跨接规律进行跨接，完成第二顺位绕线组的布线，并以此类推，直至完成第n绕组层的布线，构建出第一相的第一支路。

将与第一起始定子槽沿第二预设方向间隔1个定子槽的定子槽定义为第一相的第二支路的第二起始定子槽，并以第一相的第二支路的第二起始定子槽中的第2n层扁线导体作为第二起始位置，沿第二预设方向按照第二跨接规律跨接15次，完成第n绕组层的布线，再将第n绕组层中被跨接到的最后一个扁线导体连接至第二起始定子槽的第2n-2层扁线导体，并以第二起始定子槽的第2n-2层扁线导体作为第二起始位置，沿第二预设方向按照第二跨接规律进行跨接，完成第n-1顺位绕线组的布线，并以此类推，直至完成第一绕组层的布线，构建出第一相的第二支路。

其中，第一预设方向与第二预设方向相反，第一跨接规律是指，自第一起始位置起，先间隔4个定子槽跨接至当前绕组层的偶数层扁线导体，再间隔6个定子槽跨接至当前绕组层的奇数层扁线导体，接着间隔4个定子槽跨接至当前绕组层的偶数层扁线导体，再间隔6个定子槽跨接至当前绕组层的奇数层扁线导体，并以此第一循环方式共跨接7次后，再间隔5个定子槽跨接至当前绕组层的奇数层扁线导体，接着继续此第一循环方式完成跨接，第二跨接规律是指，自第二起始位置起，先间隔4个定子槽跨接至当前绕组层的奇数层扁线导体，再间隔6个定子槽跨接至当前绕组层的偶数层扁线导体，接着间隔4个定子槽跨接至当前绕组层的奇数层扁线导体，再间隔6个定子槽跨接至当前绕组层的偶数层扁线导体，并以此第二循环方式共跨接7次后，再间隔5个定子槽跨接至当前绕组层的偶数层扁线导体，接着继续此第二循环方式完成跨接，第一跨接规律与第二跨接规律中的每次间隔跨接都是以上个被跨接到的扁线导体为间隔参照对象。

在一些实施例中，扁线电机定子的绕线方法还包括如下步骤：将与第一相的第一支路的第一起始定子槽沿第一预设方向间隔3个定子槽的定子槽定义为第二相的第一支路的第一起始定子槽，并以第二相的第一支路的第一起始定子槽的第一层扁线导体作为第一起始位置，参照第一相的第一支路的布线方式构建出第二相的第一支路；将与第一相的第二支路的第二起始定子槽沿第一预设方向间隔3个定子槽的定子槽定义为第二相的第二支路的第二起始定子槽，并以第二相的第二支路的第二起始定子槽的第2n层扁线导体作为第二起始位置，参照第一相的第二支路的布线方式构建出第二相的第二支路。

在一些实施例中，扁线电机定子的绕线方法还包括如下步骤：将与第一相的第一支路的第一起始定子槽沿第一预设方向间隔7个定子槽的定子槽定义为第三相的第一支路的第一起始定子槽，并以第三相的第一支路的第一起始定子槽的第一层扁线导体作为第一起始位置，参照第一相的第一支路的布线方式构建出第三相的第一支路；将与第一相的第二支路的第二起始定子槽沿第一预设方向间隔7个定子槽的定子槽定义为第三相的第二支路的第二起始定子槽，并以第三相的第二支路的第二起始定子槽的第2n层扁线导体作为第二起始位置，参照第一相的第二支路的布线方式构建出第三相的第二支路。

在一些实施例中，所述第一相、所述第二相、以及所述第三相之间相互间隔120度电角度。

在一些实施例中，所述扁线导体皆为扁铜线。

在一些实施例中，所述扁线电机定子是8极定子。

在一些实施例中，同相的第一支路与第二支路是并联电路。

为达所述优点至少其中之一或其他优点，本发明的另一实施例进一步提出一种扁线电机定子，其是采用上述任意一项所述的扁线电机定子的绕线方法绕制而成。

为达所述优点至少其中之一或其他优点，本发明的另一实施例进一步提出一种扁线电机，扁线电机包括扁线电机定子以及与所述扁线电机定子对应的转子。其中，扁线电机定子是采用上述任意一项所述的扁线电机定子的绕线方法绕制而成。在一些实施例中，所述转子为8极转子。

与现有技术相比，本发明提供的扁线电机、扁线电机定子及其绕线方法，借由特定跨接规律之布线方式，可实现每相的双支路并联，形成短距型式绕组排列，有效减小电机运转时的谐波，并且每相内的并联双支路均匀分布，避免并联支路间的环流，保证电流平稳。。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明扁线电机定子的绕线方法示意图；

图2为本发明扁线电机定子完成第一相绕组的结构示意图；

图3为本发明定子槽的结构示意图；

图4为本发明扁线电机定子的立体示意图。

附图标记：

10-扁线电机定子 12-定子槽 14-扁线导体

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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组件必须具有特定的方位、或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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，皆为“至少包含”的意思。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体成型的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

请参阅图1、图2、图3和图4，图1是本发明扁线电机定子10的绕线方法示意图，图2是本发明扁线电机定子10完成第一相绕组的结构示意图，图3是本发明定子槽12的结构示意图，图4是本发明扁线电机定子10的立体示意图。为达所述优点至少其中之一或其他优点，本发明的一实施例提供一种扁线电机定子10的绕线方法。

扁线电机定子10为8极定子，且包括48个定子槽12，各定子槽12内均设置有2n层扁线导体14，n为正整数。将48个定子槽12中的任意一个定子槽12定义为第一相的第一支路的第一起始定子槽。将与第一起始定子槽沿第二预设方向间隔1个定子槽12的定子槽12定义为第一相的第二支路的第二起始定子槽。将位于定子槽12内的2n层扁线导体14沿扁线电机定子10的径向方向按照由内到外或由外到内的顺序，依序定义为第一层扁线导体、第二层扁线导体、第三层扁线导体、第四层扁线导体、直至第2n层扁线导体。所有定子槽12中的第一层扁线导体和第二层扁线导体定义为第一绕组层，所有定子槽12中的第三层扁线导体和第四层扁线导体定义为第二绕组层，并以此类推，直至第2n-1层扁线导体和第2n层扁线导体定义为第n绕组层。

扁线电机定子10的绕线方法的步骤如下：

S1：构建第一相的第一支路。具体是以第一相的第一支路的第一起始定子槽的第一层扁线导体作为第一起始位置，沿第一预设方向按照第一跨接规律跨接15次，完成第一绕组层的布线，再将第一绕组层中被跨接到的最后一个扁线导体连接至第一起始定子槽的第三层扁线导体，并以第一起始定子槽的第三层扁线导体作为第一起始位置，沿第一预设方向按照第一跨接规律进行跨接15次，完成第二顺位绕线组的布线，并以此类推，直至完成第n绕组层的布线，构建出第一相的第一支路。

S2：构建第一相的第二支路。具体是以第一相的第二支路的第二起始定子槽中的第2n层扁线导体作为第二起始位置，沿第二预设方向按照第二跨接规律跨接15次，完成第n绕组层的布线，再将第n绕组层中被跨接到的最后一个扁线导体连接至第二起始定子槽的第2n-2层扁线导体，并以第二起始定子槽的第2n-2层扁线导体作为第二起始位置，沿第二预设方向按照第二跨接规律进行跨接15次，完成第n-1顺位绕线组的布线，并以此类推，直至完成第一绕组层的布线，构建出第一相的第二支路。

如图2所示，是本发明扁线电机定子10完成第一相的第一支路与第二支路的立体结构。

所述第一预设方向与所述第二预设方向相反，例如：第一预设方向是顺时针方向，第二预设方向则是逆时针方向。

所述第一跨接规律是指：自所述第一起始位置起，先间隔4个定子槽12跨接至当前绕组层的偶数层扁线导体14，再间隔6个定子槽12跨接至当前绕组层的奇数层扁线导体14，接着间隔4个定子槽12跨接至当前绕组层的偶数层扁线导体14，再间隔6个定子槽12跨接至当前绕组层的奇数层扁线导体14，并以此第一循环方式共跨接7次后，再间隔5个定子槽12跨接至当前绕组层的奇数层扁线导体14，接着继续此第一循环方式完成跨接。

所述第二跨接规律是指：自所述第二起始位置起，先间隔4个定子槽12跨接至当前绕组层的奇数层扁线导体14，再间隔6个定子槽12跨接至当前绕组层的偶数层扁线导体14，接着间隔4个定子槽12跨接至当前绕组层的奇数层扁线导体14，再间隔6个定子槽12跨接至当前绕组层的偶数层扁线导体14，并以此第二循环方式共跨接7次后，再间隔5个定子槽12跨接至当前绕组层的偶数层扁线导体14，接着继续此第二循环方式完成跨接。

值得注意的是，所述第一跨接规律与所述第二跨接规律中的每次间隔跨接都是以上个被跨接到的扁线导体14为间隔参照对象。例如：自所述第一起始位置起，先间隔4个定子槽12跨接至当前绕组层的偶数层扁线导体14，再以此被跨接的偶数层扁线导体14为间隔参照对象，间隔6个定子槽12跨接至当前绕组层的奇数层扁线导体14。

进一步说明，在完成上述步骤S2之后，还可包括如下步骤：

S3：构建第二相的第一支路。具体来说，将与第一相的第一支路的第一起始定子槽沿第一预设方向间隔3个定子槽12的定子槽12定义为第二相的第一支路的第一起始定子槽，并以第二相的第一支路的第一起始定子槽的第一层扁线导体作为第一起始位置，参照第一相的第一支路的布线方式构建出第二相的第一支路。也就是，以第二相的第一支路的第一起始定子槽的第一层扁线导体作为第一起始位置，沿第一预设方向按照第一跨接规律跨接15次，完成第一绕组层的布线，再将第一绕组层中被跨接到的最后一个扁线导体14连接至第二相的第一支路的第一起始定子槽的第三层扁线导体，并以此第三层扁线导体作为第一起始位置，沿第一预设方向按照第一跨接规律进行跨接15次，完成第二顺位绕线组的布线，并以此类推，直至完成第n绕组层的布线，构建出第二相的第一支路。

S4：构建第二相的第二支路。具体来说，将与第一相的第二支路的第二起始定子槽沿第一预设方向间隔3个定子槽12的定子槽12定义为第二相的第二支路的第二起始定子槽，并以第二相的第二支路的第二起始定子槽的第2n层扁线导体作为第二起始位置，参照第一相的第二支路的布线方式构建出第二相的第二支路。也就是，以第二相的第二支路的第二起始定子槽的第2n层扁线导体作为第二起始位置，沿第二预设方向按照第二跨接规律跨接15次，完成第n绕组层的布线，再将第n绕组层中被跨接到的最后一个扁线导体14连接至第二相的第二支路的第二起始定子槽的第2n-2层扁线导体，并以此第2n-2层扁线导体作为第二起始位置，沿第二预设方向按照第二跨接规律进行跨接15次，完成第n-1顺位绕线组的布线，并以此类推，直至完成第一绕组层的布线，构建出第二相的第二支路。

S5：构建第三相的第一支路。具体来说，将与第一相的第一支路的第一起始定子槽沿第一预设方向间隔7个定子槽12的定子槽12定义为第三相的第一支路的第一起始定子槽，并以第三相的第一支路的第一起始定子槽的第一层扁线导体作为第一起始位置，参照第一相的第一支路的布线方式构建出第三相的第一支路。也就是，以第三相的第一支路的第一起始定子槽的第一层扁线导体作为第一起始位置，沿第一预设方向按照第一跨接规律跨接15次，完成第一绕组层的布线，再将第一绕组层中被跨接到的最后一个扁线导体14连接至第三相的第一支路的第一起始定子槽的第三层扁线导体，并以此第三层扁线导体作为第一起始位置，沿第一预设方向按照第一跨接规律进行跨接15次，完成第二顺位绕线组的布线，并以此类推，直至完成第n绕组层的布线，构建出第三相的第一支路。

S6：构建第三相的第二支路。具体来说，将与第一相的第二支路的第二起始定子槽沿第一预设方向间隔7个定子槽12的定子槽12定义为第三相的第二支路的第二起始定子槽，并以第三相的第二支路的第二起始定子槽的第2n层扁线导体作为第二起始位置，参照第一相的第二支路的布线方式构建出第三相的第二支路。也就是，以第三相的第二支路的第二起始定子槽的第2n层扁线导体作为第二起始位置，沿第二预设方向按照第二跨接规律跨接15次，完成第n绕组层的布线，再将第n绕组层中被跨接到的最后一个扁线导体14连接至第三相的第二支路的第二起始定子槽的第2n-2层扁线导体，并以此第2n-2层扁线导体作为第二起始位置，沿第二预设方向按照第二跨接规律进行跨接15次，完成第n-1顺位绕线组的布线，并以此类推，直至完成第一绕组层的布线，构建出第三相的第二支路。

为了清楚阐述本实施例的扁线电机定子10的绕线方法，现结合表1与表2举例说明，表1对应于第一相的第一支路的各扁线导体14的连接顺序，表2对应于第一相的第二支路的各扁线导体14的连接顺序。其中，表格中的a代表第一相的第一支路的第一起始定子槽。a+1中的+和1分别代表第一预设方向与位移距离，即a定子槽与a+1定子槽为相邻的二个定子槽。(1)代表第一层扁线导体，(2)代表第二层扁线导体，以此类推。表中的数字1、2···32代表各扁线导体14的跨接顺序。由于表1和表2的长度限制，此处是将表1与表2按顺时针旋转90度呈现。此举例说明仅仅是便于理解，并非用以限定本发明。

表1

表2

如表1所示，第一相的第一支路是以a定子槽为第一起始位置，按照步骤S1进行跨接，跨接位置如下：(1)【a】→(2)【a+5】→(1)【a+12】→(2)【a+17】→(1)【a+24】→(2)【a+29】→(1)【a+36】→(2)【a+41】→(1)【a+47】→(2)【a+4】→(1)【a+11】→(2)【a+16】→(1)【a+23】→(2)【a+28】→(1)【a+35】→(2)【a+40】→(3)【a】→(4)【a+5】→(3)【a+12】→(4)【a+17】→(3)【a+24】→(4)【a+29】→(3)【a+36】→(4)【a+41】→(3)【a+47】→(4)【a+4】→(3)【a+11】→(4)【a+16】→(3)【a+23】→(4)【a+28】→(3)【a+35】→(4)【a+40】完成跨接。

如表2所示，第一相的第二支路是以与a定子槽沿第二预设方向间隔1个定子槽的a+46定子槽为第二起始定子槽，按照步骤S2进行跨接，跨接位置如下：(4)【a+46】→(3)【a+41】→(4)【a+34】→(3)【a+29】→(4)【a+22】→(3)【a+17】→(4)【a+10】→(3)【a+5】→(4)【a+47】→(3)【a+42】→(4)【a+35】→(3)【a+30】→(4)【a+23】→(3)【a+18】→(4)【a+11】→(3)【a+6】→(2)【a+46】→(1)【a+41】→(2)【a+34】→(1)【a+29】→(2)【a+22】→(1)【a+17】→(2)【a+10】→(1)【a+5】→(2)【a+47】→(1)【a+42】→(2)【a+35】→(1)【a+30】→(2)【a+23】→(1)【a+18】→(2)【a+11】→(1)【a+6】完成跨接。

进一步说明，第二相的第一支路则是以与a定子槽沿第一预设方向间隔3个定子槽的a+4定子槽为第一起始定子槽，按照步骤S3完成跨接。也就是，将表1中的各数字1、2···32所处的定子槽均向第一预设方向平移4个定子槽，超出a+47定子槽的部分则从a定子槽继续顺延，例如：表1中的数字9向第一预设方向平移4个定子槽是处于(1)【a+3】。

第二相的第二支路则是以与a+46定子槽沿第一预设方向间隔3个定子槽的a+2定子槽为第二起始定子槽，按照步骤S4完成跨接。也就是，将表2中的各数字1、2···32所处的定子槽均向第一预设方向平移4个定子槽，超出a+47定子槽的部分则从a定子槽继续顺延，例如：表2中的数字9向第一预设方向平移4个定子槽是处于(4)【a+3】。

第三相的第一支路则是以与a定子槽沿第一预设方向间隔7个定子槽的a+8定子槽为第一起始定子槽，按照步骤S5完成跨接。第三相的第二支路则是以与a+46定子槽沿第一预设方向间隔7个定子槽的a+6定子槽为第二起始定子槽，按照步骤S6完成跨接。超出定子槽部分处理方式同上。最终，完成扁线电机定子10的三相绕组(如图4所示)，也就是，可以将表1中的所有空格填满，所有扁线导体14皆会被跨接到。总的来说，第二相与第三相的绕线原理与第一相类似，仅是起始位置不同。

在一实施例中，第一相、第二相、以及第三相之间相互间隔120度电角度，以利于供电等方面。扁线导体14可使用扁铜线。同相的第一支路与第二支路是为并联电路，且均匀分布，以避免并联支路间的环流，保证电流平稳。本发明可以是通过绕组连接线将二个扁线导体14连接起来，绕组连接线可以是扁铜线或焊接连接线等。

补充说明的是，图3为清晰呈现定子槽12内部的扁线导体14排列方式，左侧定子槽12内省略奇数层扁线导体14，右侧定子槽12内省略偶数层扁线导体14。

为达所述优点至少其中之一或其他优点，本发明还提供一种扁线电机定子10，扁线电机定子10是采用上述任意一实施例所述的扁线电机定子10的绕线方法绕制而成。

为达所述优点至少其中之一或其他优点，本发明还提供一种扁线电机。扁线电机包括扁线电机定子10以及与扁线电机定子10对应的转子。扁线电机定子10是采用上述任意一实施例所述的扁线电机定子10的绕线方法绕制而成。在一实施例中，转子为8极转子。

综上所述，利用本发明所提供之扁线电机、扁线电机定子10及其绕线方法，借由此种新型绕组排布方案，对于8极48定子槽的扁线电机定子10而言，2n层扁线导体14均可实现双支路并联，形成短距型式绕组排列，有效减小电机运转时的谐波，并且每相内的并联双支路均匀分布，避免并联支路间的环流，保证电流平稳。

尽管本文中较多的使用了诸如扁线导体、定子槽等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。