CN210608719U - 一种车用永磁同步电机扁线定子 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种车用永磁同步电机扁线定子，属于电机技术领域。它解决了现有的电机定子生产效率较低的问题。本车用永磁同步电机扁线定子，包括定子铁芯和主线圈，定子铁芯上周向具有12n个线圈槽，n为正整数，每个线圈槽按定子铁芯径向依次分为4k层，k为正整数，且每相邻两层形成一个线圈槽组，主线圈沿定子铁芯径向设置成k个主线圈层，k个主线圈层分别对应k个线圈槽组，且主线圈的一端嵌入线圈槽组的外层，另一端嵌入线圈槽组的内层，k个主线圈层集中在连续的9n个线圈槽内，定子铁芯上设有用于将主线圈层并联的次线圈层和将主线圈层并联的两组引出线。本车用永磁同步电机扁线定子的结构能提高该种电机定子的生产效率。

Description

一种车用永磁同步电机扁线定子

技术领域

本实用新型属于电机技术领域，涉及一种电机定子，特别是一种车用永磁同步电机扁线定子。

背景技术

随着新能源电动汽车技术方面的发展，对于电动汽车驱动电机的性能要求也越来越高，驱动电机的功率密度要求不断提升。三相永磁同步电机与三相异步电机、开关磁阻电机等其他种类的电机相比，三相永磁同步电机拥有较高的效率区间、较小的结构尺寸、较高的功率密度等优点，使得三相永磁同步电机越来越受到电动汽车厂家的青睐。目前，新能源汽车驱动使用的三相永磁同步电机中的定子绕组普遍使用的为漆包圆铜线，随着高绕组密度的概念盛行，要求电机的槽满率越来越高，圆铜线应用技术已经难以满足驱动电机的新性能要求，性能瓶颈的问题悄然爆发，相比于圆铜线电机，扁铜线电机的槽满率要远远优于前者，这将大大降低铜线的损耗，进而有效降低电机的发热、提高效率。

例如，中国专利网公开了一种扁线电机的定子结构【申请公布号：CN109149829A】，包括定子铁芯、定子绕组、出线端子和汇流排，定子绕组采用扁铜线进行绕制，汇流排固定在绕组焊接点处，与焊点电连接。

上述结构虽然能满足电机槽满率的要求，但是还是存在如下问题：该专利仅仅在定子铁芯上开设有多个线圈槽，且线圈槽上按定子铁芯径向依次分为2层，因此在设置定子绕组时，不会发生弯折，但是对于线圈槽内具有4层以及8层等结构时，上述结构并不能适用，造成了定子绕组内的线圈种类过多。而定子绕组在加工制造时，通过机器人依次将不同类型的定子线圈安装到定子铁芯上，使得定子绕组的制造工序繁多，定子绕组的制造效率低，不利于批量化生产，降低了电机定子的生产效率。

为了提高定子绕组的制造效率和批量化生产，该领域一般能够想到的是将引出线集中分布，但是采用这种布置方式之后，定子线圈布置到定子铁芯的过程中会出现定子线圈发生交叉重叠的情况，使得定子线圈的布线方式复杂，而为了使定子线圈的布线方式简单，本领域能够想到的是降低定子线圈的种类，定子绕组上的若干个引出线沿定子绕组的周向分布，若干个引出线的分布比较分散，使得用于与引出线连接的汇流排的体积较大，一方面提高了汇流排加工制造的难度，另一方面导致电机的体积变大，进一步的降低了电机定子的生产效率。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种车用永磁同步电机扁线定子，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提高电机定子的生产效率。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

一种车用永磁同步电机扁线定子，包括定子铁芯和主线圈，所述定子铁芯上周向具有12n个线圈槽，n为正整数，每个线圈槽按所述定子铁芯径向依次分为4k层，k为正整数，且每相邻两层形成一个线圈槽组，所述主线圈沿定子铁芯径向设置成k个主线圈层，k个主线圈层分别对应k个线圈槽组，且主线圈的一端嵌入线圈槽组的外层，另一端嵌入线圈槽组的内层，k个主线圈层集中在连续的9n个线圈槽内，所述定子铁芯上设有用于将主线圈层并联的次线圈层和将主线圈层并联的两组引出线，每组引出线均有3n个，每组引出线分别设置在另外的3n个线圈槽内。

主线圈层分为四层，本线圈槽沿定子铁芯径向一共是分成了4k层，线圈槽组也分为k层，且每个线圈槽组内均具有两层，因此每两层为一个线圈槽组，此时每个主线圈层能嵌入到相应的线圈槽组内，因此上述的主线圈层仅仅是采用了一种线圈种类，使得主线圈层的生产方便；并通过次线圈层和两组引出线将k个主线圈层并联的方式，将k个主线圈层集中在9n个线圈槽内，可得出每个主线圈的两端均跨越相同的线圈槽设置，每层均预留出连续的3n个线圈槽的层位，通过在这连续的3n个线圈槽的层位内，可选择其中两组层位供引出线穿设，进而达到了将引出线集中设置的目的；采用上述的布线方式，既能达到主线圈层的生产方便，又能使得引出线能集中设置，降低了与引出线连接的汇流排的体积，一方面降低了汇流排加工制造的难度，另一方面缩小了电机的体积，进一步的提高了车用永磁同步电机扁线定子的生产效率。

在上述的车用永磁同步电机扁线定子中，n为4，所述线圈槽具有48个，k为2，每个线圈槽按所述定子铁芯径向分为8层。

由于线圈槽具体是为48槽，因此主线圈的具体分布如下：第一层为该层的主线圈的两端分别设置在第一线圈槽组内，且主线圈的一端嵌入到线圈槽的第一层，主线圈的另一端嵌入到线圈槽的第二层，第二层为该层的主线圈的两端分别设置在第二线圈槽组内，且主线圈的一端嵌入到线圈槽的第三层，主线圈的另一端嵌入到线圈槽的第四层，第三层为该层主线圈的两端分别设置在第三线圈槽组内，且主线圈的一端嵌入到线圈槽的第五层，主线圈的另一端嵌入到线圈槽的第六层，第四层为该层主线圈的两端分别设置在第四线圈槽组内，且主线圈的一端嵌入到线圈槽的第七层，主线圈的另一端嵌入到线圈槽的第八层；因此上述的主线圈层仅仅是采用了一种线圈种类，可得出每个主线圈的两端均5个的线圈槽设置，使得主线圈在绕线时能更明确，从而能达到主线圈层的生产方便，能进一步的提高了车用永磁同步电机扁线定子的生产效率。

在上述的车用永磁同步电机扁线定子中，其中一组引出线设置在12个线圈槽中的最外层，另一组引出线设置在12个线圈槽中的最内层。

将两组引出线分别设置在线圈槽的最外层和最内层，方便了引出线的安装，使得引出线的设置位置更集中，减少了汇流排的体积，从而达到降低汇流排的生产难度和降低电机的体积作用，提高了车用永磁同步电机扁线定子的生产效率。且引出线集中，能进一步的降低铜线的损耗，增加车用永磁同步电机扁线定子的功率，提高其性能。

在上述的车用永磁同步电机扁线定子中，所述次线圈层包括次线圈层一，所述次线圈层一包括12个沿定子铁芯的周向间隔设置的次线圈一，每个次线圈一的一端插在其中一个线圈槽的第2层内，每个次线圈一的另一端插在另一个线圈槽的第3层内，每个次线圈一均跨越5个线圈槽。

次线圈层一能将剩余12个线圈槽中的第2层和第3层填满，且采用同一种次线圈一，使得整个次线圈层一的绕线高度相同，能实现即满足槽满率要求，又能使得次线圈层一的安装方便，进一步的提高了车用永磁同步电机扁线定子的生产效率。

在上述的车用永磁同步电机扁线定子中，所述次线圈层包括次线圈层三，所述次线圈层三包括12个沿定子铁芯的周向间隔设置的次线圈三，每个次线圈三的一端插在其中一个线圈槽的第6层内，每个次线圈一的另一端插在另一个线圈槽的第7层内，每个次线圈三均跨越5个线圈槽。

次线圈层三能将剩余12个线圈槽中的第6层和第7层填满，且采用同一种次线圈三，使得整个次线圈层三的绕线高度相同，能实现即满足槽满率要求，又能使得次线圈层三的安装方便，进一步的提高了车用永磁同步电机扁线定子的生产效率。

在上述的车用永磁同步电机扁线定子中，所述次线圈层包括次线圈层二，所述次线圈层二包括6个次线圈二和6个次线圈四，每个次线圈二的一端插在其中一个线圈槽的第4层内，每个次线圈二的另一端插在另一个线圈槽的第5层内，每个次线圈二均跨越4个线圈槽；每个次线圈四的一端插在其中一个线圈槽的第4层内，每个次线圈四的另一端插在另一个线圈槽的第5层内，每个次线圈四均跨越6个线圈槽。

对次线圈二和次线圈四安装时，由于次线圈二均跨越4个线圈槽，次线圈四均跨越6个线圈槽，每个次线圈二均位于相应的次线圈四的下方，此时能进一步的降低次线圈二的绕线高度，进而能降低次线圈二的铜线损耗，次线圈层二仅是次线圈四露出，起到对次线圈二的保护作用，进一步的提高了车用永磁同步电机扁线定子使用的稳定性。

在上述的车用永磁同步电机扁线定子中，其中一组引出线、次线圈层一、次线圈层二、次线圈层三和另一组引出线依次沿定子铁芯的径向从外到内依次排列。

该结构的设置，使得两组引出线、次线圈层一、次线圈层二和次线圈层三排布方式简单，且在排列时不会出现交叉现象，进一步的提高了车用永磁同步电机扁线定子的生产效率。

在上述的车用永磁同步电机扁线定子中，本车用永磁同步电机扁线定子还包括有星点汇流排和三个三相汇流排，所述星点汇流排具有12个连接端子一，12个连接端子一与一组引出线一一对应并固定连接；每个三相汇流排上均具有4个连接端子二，12个连接端子二与另一组引出线一一对应并固定连接；所述星点汇流排均与三个三相汇流排电连接，每个三相汇流排上均连接有引出相线。

星点汇流排能与12根引出线连接，而每个三相汇流排能与4根引出线连接，在车用永磁同步电机扁线定子运行时，12根引出线通过星点汇流排集成并与三相汇流排电连接，星点汇流排能将12根引出线汇集成一个点与三相汇流排连接，此时三相汇流排上均连接有4根引出线，再通过每个三相汇流排上连接的引出相线将其导出，进一步的提高了车用永磁同步电机扁线定子的功率。

在上述的车用永磁同步电机扁线定子中，所述星点汇流排上设置有温度传感器。

该结构的设置，避免了电机在运行时温度过高而引起的电机损坏，提高了电机运行的稳定性。

在上述的车用永磁同步电机扁线定子中，本车用永磁同步电机扁线定子还包括与星点汇流排和三个三相汇流排注塑一体成型的绝缘体。

通过设置绝缘体，增强了星点汇流排和三个三相汇流排的绝缘效果，避免了出现短路现象，进一步的提高了车用永磁同步电机扁线定子使用的稳定性。

与现有技术相比，本实用新型的车用永磁同步电机扁线定子具有以下优点：

1、通过设置有五种定子线圈种类，与现有技术相比显著降低了定子线圈的种类，减少了定子绕组的制造工序，提高了定子绕组的制造效率，有利于批量化生产，从而提高了车用永磁同步电机扁线定子的生产效率。

2、通过将两组引出线分别设置在线圈槽的最外层和最内层，方便了引出线的安装，使得引出线的设置位置更集中，减少了汇流排的体积，从而达到降低汇流排的生产难度和降低电机的体积作用，提高了车用永磁同步电机扁线定子的生产效率。

3、对次线圈二和次线圈四安装时，由于次线圈二均跨越4个线圈槽，次线圈四均跨越6个线圈槽，每个次线圈二均位于相应的次线圈四的下方，此时能进一步的降低次线圈二的绕线高度，进而能降低次线圈二的铜线损耗。

附图说明

图1是本车用永磁同步电机扁线定子的结构示意图。

图2是本车用永磁同步电机扁线定子中主线圈的结构示意图。

图3是本车用永磁同步电机扁线定子中主线圈层的俯视图。

图4是本车用永磁同步电机扁线定子中次线圈层一装配后的俯视图。

图5是本车用永磁同步电机扁线定子中次线圈层三装配后的俯视图。

图6是本车用永磁同步电机扁线定子的次线圈层二中次线圈二装配后的俯视图。

图7是本车用永磁同步电机扁线定子的次线圈层二中次线圈四装配后的俯视图。

图8是本车用永磁同步电机扁线定子中星点汇流排、三相汇流排和定子铁芯安装后的部分结构示意图。

图9是本车用永磁同步电机扁线定子的部分结构示意图。

图10是本车用永磁同步电机扁线定子上引出线装配后的结构示意图。

图11是本车用永磁同步电机扁线定子中星点汇流排、三相汇流排和绝缘体注塑后的剖视图。

图中，1、定子铁芯；1a、线圈槽；2、主线圈层；21、主线圈；22、***段；23、连接段；3、次线圈层一；31、次线圈一；4、次线圈层二；41、次线圈二；42、次线圈四；5、次线圈层三；51、次线圈三；6、引出线；9、星点汇流排；91、连接端子一；10、三相汇流排；101、连接端子二；11、引出相线；12、温度传感器；13、绝缘体。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1所示，本车用永磁同步电机扁线定子，包括定子铁芯1和主线圈21，定子铁芯1上具有48个线圈槽1a，每个线圈槽1a按定子铁芯1径向方向由内至外依次分为8层，线圈槽1a沿定子铁芯1的周向设置并形成四个线圈槽组，每个线圈槽组按定子铁芯1径向方向由内至外依次具有两层。

具体的说，如图1-11所示，主线圈21沿定子铁芯1的周向设置并形成四个主线圈层2，每个主线圈层2均能嵌入到相应的线圈槽组内，且每个主线圈层2内主线圈21的一端嵌入到相应的线圈槽组的外层，每个主线圈层2内主线圈21的另一端嵌入到相应的线圈槽组的内层，四个主线圈层2集中在36个线圈槽1a内，定子铁芯1上设有用于将主线圈层2并联的次线圈层和将主线圈层2并联的两组引出线6，定子铁芯1上还设有两组引出线6，每组引出线6均具有12个引出线6，每组引出线6均设置在连续的12个线圈槽1a内。

主线圈21为扁线圈，扁线能有效的提高定子槽满率，从而提高电机效率和功率密度。

主线圈21具有两个可***线圈槽1a的***段22和与两个***段22连接的连接段23，连接段可以制成三角形、梯形、W形、波浪形、拱形等都是可以的。

主线圈层2分为四层，本线圈槽沿定子铁芯1径向一共是分成了8层，线圈槽组也分为四层，且每个线圈槽组内均具有两层，因此每两层为一个线圈槽组，此时每个主线圈层2能嵌入到相应的线圈槽组内，第一层为该层的主线圈21的两端分别设置在第一线圈槽组内，且主线圈21的一端嵌入到线圈槽1a的第一层，主线圈21的另一端嵌入到线圈槽1a的第二层，第二层为该层的主线圈21的两端分别设置在第二线圈槽组内，且主线圈21的一端嵌入到线圈槽1a的第三层，主线圈21的另一端嵌入到线圈槽1a的第四层，第三层为该层主线圈21的两端分别设置在第三线圈槽组内，且主线圈21的一端嵌入到线圈槽1a的第五层，主线圈21的另一端嵌入到线圈槽1a的第六层，第四层为该层主线圈21的两端分别设置在第四线圈槽组内，且主线圈21的一端嵌入到线圈槽1a的第七层，主线圈21的另一端嵌入到线圈槽1a的第八层；因此上述的主线圈层2仅仅是采用了一种线圈种类，使得主线圈层2的生产方便；并通过次线圈层和两组引出线6将四个主线圈层并联的方式，将四个主线圈层2集中在36个线圈槽内，可得出每个主线圈21的两端均跨越5个线圈槽1a设置，每层均预留出连续的12个线圈槽1a的层位，通过在这连续的12个线圈槽1a的层位内，可选择其中两组层位供引出线6穿设，进而达到了将引出线6集中设置的目的；采用上述的布线方式，既能达到主线圈层2的生产方便，又能使得引出线6能集中设置，降低了与引出线6连接的汇流排的体积，一方面降低了汇流排加工制造的难度，另一方面缩小了电机的体积，进一步的提高了车用永磁同步电机扁线定子的生产效率。

如图8和图10所示，其中一组引出线6设置在12个线圈槽1a中的最外层，另一组引出线6设置在12个线圈槽1a中的最内层。

如图4至图7和图9所示，次线圈层包括次线圈层一3，次线圈层一3包括12个沿定子铁芯1的周向间隔设置的次线圈一31，每个次线圈一31的一端插在其中一个线圈槽1a的第2层内，每个次线圈一31的另一端插在另一个线圈槽1a的第3层内，每个次线圈一31均跨越5个线圈槽1a。

次线圈层包括次线圈层三5，次线圈层三5包括12个沿定子铁芯1的周向间隔设置的次线圈三51，每个次线圈三51的一端插在其中一个线圈槽1a的第6层内，每个次线圈一31的另一端插在另一个线圈槽1a的第7层内，每个次线圈三51均跨越5个线圈槽1a。

次线圈层包括次线圈层二4，次线圈层二4包括6个次线圈二41和6个次线圈四42，每个次线圈二41的一端插在其中一个线圈槽1a的第4层内，每个次线圈二41的另一端插在另一个线圈槽1a的第5层内，每个次线圈二41均跨越4个线圈槽1a；每个次线圈四42，每个次线圈四42均跨越6个线圈槽1a。

如图4-10所示，其中一组引出线6、次线圈层一3、次线圈层二4、次线圈层三5和另一组引出线6依次沿定子铁芯1的径向依次排列。

如图10所示，本车用永磁同步电机扁线定子还包括有星点汇流排9和三个三相汇流排10，星点汇流排9具有12个连接端子一91，12个连接端子一91与其中12根引出线6一一对应，且每个连接端子一91均与相应的引出线6固定连接；每个三相汇流排10上均具有4个连接端子二101，每4个连接端子二101与剩余的12根引出线6中的4根引出线6一一对应，且每个连接端子二101均与相应的引出线6固定连接；星点汇流排9均与三个三相汇流排10电连接，每个三相汇流排10上均连接有引出相线11，星点汇流排9上设置有温度传感器12。

位于第1层的引出线6和星点汇流排9和三个三相汇流排10共同将第1层的主线圈21并联，次线圈层一3和星点汇流排9和三个三相汇流排10共同将第2层和第3层的主线圈21并联，次线圈层二4和星点汇流排9和三个三相汇流排10共同将第4层和第5层的主线圈21并联，次线圈层三5和星点汇流排9和三个三相汇流排10共同将第6层和第7层的主线圈21并联，位于第8层的引出线6和星点汇流排9和三个三相汇流排10共同将第8层的主线圈21并联。

如图7和图11所示，本车用永磁同步电机扁线定子还包括与星点汇流排9和三个三相汇流排10注塑一体成型的绝缘体13。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种车用永磁同步电机扁线定子，包括定子铁芯(1)和主线圈(21)，所述定子铁芯(1)上周向具有12n个线圈槽(1a)，n为正整数，每个线圈槽(1a)按所述定子铁芯(1)径向依次分为4k层，k为正整数，且每相邻两层形成一个线圈槽组，其特征在于，所述主线圈(21)沿定子铁芯(1)径向设置成k个主线圈层(2)，k个主线圈层(2)分别对应k个线圈槽组，且主线圈(21)的一端嵌入线圈槽组的外层，另一端嵌入线圈槽组的内层，k个主线圈层(2)集中在连续的9n个线圈槽(1a)内，所述定子铁芯(1)上设有用于将主线圈层(2)并联的次线圈层和将主线圈层(2)并联的两组引出线(6)，每组引出线(6)均有3n个，每组引出线(6)分别设置在另外的3n个线圈槽(1a)内。

2.根据权利要求1所述的一种车用永磁同步电机扁线定子，其特征在于，n为4，所述线圈槽(1a)具有48个，k为2，每个线圈槽(1a)按所述定子铁芯(1)径向分为8层。

3.根据权利要求2所述的一种车用永磁同步电机扁线定子，其特征在于，其中一组引出线(6)设置在12个线圈槽(1a)中的最外层，另一组引出线(6)设置在12个线圈槽(1a)中的最内层。

4.根据权利要求3所述的一种车用永磁同步电机扁线定子，其特征在于，所述次线圈层包括次线圈层一(3)，所述次线圈层一(3)包括12个沿定子铁芯(1)的周向间隔设置的次线圈一(31)，每个次线圈一(31)的一端插在其中一个线圈槽(1a)的第2层内，每个次线圈一(31)的另一端插在另一个线圈槽(1a)的第3层内，每个次线圈一(31)均跨越5个线圈槽(1a)。

5.根据权利要求4所述的一种车用永磁同步电机扁线定子，其特征在于，所述次线圈层包括次线圈层三(5)，所述次线圈层三(5)包括12个沿定子铁芯(1)的周向间隔设置的次线圈三(51)，每个次线圈三(51)的一端插在其中一个线圈槽(1a)的第6层内，每个次线圈一(31)的另一端插在另一个线圈槽(1a)的第7层内，每个次线圈三(51)均跨越5个线圈槽(1a)。

6.根据权利要求5所述的一种车用永磁同步电机扁线定子，其特征在于，所述次线圈层包括次线圈层二(4)，所述次线圈层二(4)包括6个次线圈二(41)和6个次线圈四(42)，每个次线圈二(41)的一端插在其中一个线圈槽(1a)的第4层内，每个次线圈二(41)的另一端插在另一个线圈槽(1a)的第5层内，每个次线圈二(41)均跨越4个线圈槽(1a)。

7.根据权利要求6所述的一种车用永磁同步电机扁线定子，其特征在于，其中一组引出线(6)、次线圈层一(3)、次线圈层二(4)、次线圈层三(5)和另一组引出线(6)依次沿定子铁芯(1)的径向从外到内依次排列。

8.根据权利要求2或3或4或5或6或7所述的一种车用永磁同步电机扁线定子，其特征在于，本车用永磁同步电机扁线定子还包括有星点汇流排(9)和三个三相汇流排(10)，所述星点汇流排(9)具有12个连接端子一(91)，12个连接端子一(91)与一组引出线(6)一一对应并固定连接；每个三相汇流排(10)上均具有4个连接端子二(101)，12个连接端子二(101)与另一组引出线(6)一一对应并固定连接；所述星点汇流排(9)均与三个三相汇流排(10)电连接，每个三相汇流排(10)上均连接有引出相线(11)。

9.根据权利要求8所述的一种车用永磁同步电机扁线定子，其特征在于，所述星点汇流排(9)上设置有温度传感器(12)。

10.根据权利要求8所述的一种车用永磁同步电机扁线定子，其特征在于，本车用永磁同步电机扁线定子还包括与星点汇流排(9)和三个三相汇流排(10)注塑一体成型的绝缘体(13)。

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