1背景

扁線電機越來越多地應用于電動汽車領域。扁線電機具有高銅滿率、利于電機繞組散熱、能夠提高繞組的耐壓能力以及降低繞組端部長度等方面的優勢，進而可以提升電機轉矩密度和功率密度。

目前現有技術中的扁線發卡式電機繞組結構及其連接方式復雜多樣，其中，扁線波繞組結構采用波繞整距、短距或長距的連線方式，現有技術中扁線發卡電機因其繞組結構的特殊性以及繞組連接方式的不同，星、角接點和三相出線也各有差異，這使得扁線繞組的異型線數量大大增加，這些異型線存在結構布線復雜，使得焊接空間變小，嚴重時會影響電機絕緣耐壓。

所以扁線電機中的繞組排布及連接方式是該種電機設計的難點之一，現有技術中線圈排布方式主要存在以下幾個問題：

1)發卡線圈種類較多，排布方式復雜；需要大量的匯流條和匯流排以連接各相繞組的支路和中心點，導致繞組端部高度增加，使得電機軸向長度延長；

2)使用到較多的異型線圈，異型線圈的存在將增加線圈制造難度，不利于批量化生產；

3)存在繞組支路不對稱的問題，導致反電勢、電阻、電感等存在差異，致使電機性能下降、繞組環流，增加了電機附加損耗，并且容易引起電機局部過熱。

4)受繞組層數限制，扁線電機的等效匝數相對圓線電機調整困難，故扁線電機針對不同扭矩功率需求的平臺化設計和產線兼容性開發更加困難。

針對如上難點此篇文章介紹幾篇特殊的繞組結構：

2華為-CN114204708A

此專利中介紹了一種短距、長距、整距繞組混繞波繞方案。以6極54槽，A=2為例

2.1方案（1）

圖2.1方案（1）U1相連線

圖2.2方案（1）U2相連線

如（圖2.1、圖2.2）按照繞線次序和并聯支路分類，

第一支路：

第一子繞線段；（48a-3b）、（12a-21b）、（30c-39d）、（48e-3f）、（12e-21f）

第二子繞線段；（28f-19e）、（10d-1c）、（46d-37c）、（28b-19a）

第三子繞線段；（10a-19b）、（28a-37b）、（46c-1d）、（10e-19f）、（28e-37f）

第四子繞線段；（47f-38e）、（29d-20c）、（11d-2c）、（47b-38a）

第五子繞線段；（29a-38b）、（47a-2b）、（11c-20d）、（29e-38f）、（47e-2f）

第六子繞線段；（12f-3e）、（48d-39c）、（30d-21c）、（12b-3a）

第二支路：

第一子繞線段；（30a-39b）、（48c-3d）、（12c-21d）、（30e-39f）

第二子繞線段；（29f-20e）、（11e-2e）、（47d-38c）、（29b-20a）、（11b-2a）

第三子繞線段；（11a-20b）、（29c-38d）、（47c-2d）、（11e-20f）

第四子繞線段；（10f-1e）、（46f-37e）、（28d-19c）、（10b-1a）、（46b-37a）

第五子繞線段；（46a-1b）、（10c-19d）、（28c-37d）、（46e-1f）

第六子繞線段；（47f-39e）、（30f-21e）、（12d-3c）、（48b-39a）、（30b-21a）

如（圖2.1、圖2.2）按照跨距數量不同分為三類導體；

第一類導體；Y=9整距，如3b-12a

第二類導體；Y=7短距，如21f-28f

第三類導體；Y=10長距，如2f-12f

如（圖2.1、圖2.2）按照焊接端扭轉方向不同，分為三類導體；

第一類導體；左支腿向左扭轉-右支腿向右扭轉，如3b-12a

第二類導體；左支腿向左扭轉-右支腿向左扭轉，如21f-28f

第三類導體；左支腿向右扭轉-右支腿向右扭轉，如19a-10a

如（圖2.1、圖2.2）按照焊接端分離方向不同，分為三類導體；

第一類導體；左支腿向內分離-右支腿向外分離，如（19a-25b）

第二類導體；左支腿向內分離-右支腿向內分離，如（43a-1b）

第三類導體；左支腿向外分離-右支腿向外分離，如（7c-13d）

小結：

（1）該方案第一并聯支路的第1層的跨距組合為9、9，第6層的跨距組合為10、10、7，第2層至第5層的跨距均為9。該結構中，大部分扁線導體的跨距相同，因此在繞制定子繞組時可采用相同型號的發卡線圈，減少發卡線圈的型號數量，且方便自動化插設。同時，在焊接端，各并聯支路的跨距也相同，方便連接。

（2）各相繞組的第一并聯支路和第二并聯支路的進線端和出線端均位于第1層，三相繞組可直接并聯引出，也可使用匯流排連接在一起引出。中性點端可直接焊接，也可采用匯流排連接在一起。

（3）每個并聯支路數均將所能布置的相帶和扁線導體層位置進行遍歷，因此各并聯支路數均能保持電勢平衡，不會產生環流。同一槽內的導體屬于同一相，因此扁線導體間無需設置絕緣紙，降低絕緣成本。

2.2方案（2）

圖2.3方案（2）U1相連線

圖2.4方案（2）U2相連線

小結：

如圖2.3、圖2.4：

（1）在方案（2）中第一并聯支路的進線端U1in為28a，出線端U1out為19b，在方案（1）的基礎上，將原來48a與3a的扁線導體在定子繞組的插線端連接，并將28a和19b扁線導體之間的連接部在定子繞組的插線端斷開，分別用引線引出，其他位置的扁線導體的接線方式不做改變。該連接方式中，第1層的跨距組合為9、9、9，第6層的跨距組合為10、10、7。

（2）第二并聯支路的進線端U2in為28c，出線端 U2out為19d，在方案（1）的基礎上，將原來30a與21a的扁線導體在定子繞組的插線端連接，并將28c和19d扁線導體之間的連接部在定子繞組的插線端斷開，分別用引線引出，其他位置的扁線導體的接線方式可不做改變。

（3）通過方案（1）與方案（2）的對比可知，當將各個并聯支路的進線端和出線端不全部設置在第1層時，可將同相兩并聯支路的進線端設置在同一繞線槽內，同時將同相兩并聯支路的出線端設置在另外相鄰跨距的同一繞線槽內，可有效減少并聯支路間的引線距離，可方便三相繞組的各并聯支路的進線端和出線端并聯引出或使用匯流排聯結引出，引出距離較小。

2.3方案（3）

圖2.5方案（3）U1相連線

圖2.6方案（3）U2相連線

小結：

如圖2.5、圖2.6：

（1）在方案（3）中第一并聯支路的進線端U1in為2b，出線端U1out為47a，在方案（1）的基礎上，將原來48a層與3a的扁線導體在定子繞組的插線端連接，并將2b和47a扁線導體之間的折彎部在定子繞組的焊接端斷開，分別用引線引出，其他位置的扁線導體的接線方式不做改變。

（2）在方案（3）中第二并聯支路的進線端U2in為2d，出線端U2out為47c，在方案（1）的基礎上，將原來30a與21a的扁線導體在定子繞組的插線端連接，并將2d層和47c扁線導體之間的連接部在定子繞組的插線端斷開，分別用引線引出，其他位置的扁線導體的接線方式不做改變。

（3）與方案（1）相比，方案（3）中的各并聯支路的進線端和出線端，由定子繞組的插線端轉換為焊接端，轉換形式簡單易行，且進線端和出線端的位置可靈活選擇。方案（3）中，通過該接線方式，兩并聯支路的進線端位于同一繞線槽內，出線端位于同一繞線槽內，連接距離可更小。

2.4方案（4）

圖2.7方案（4）U1相連線

圖2.8方案（4）U2相連線

小結：

如圖2.7、圖2.8：

方案（4）與方案（1）相比，各相第一并聯支路和第二并聯支路的進線端

10和出線端的位置與實施例一相同，不同之處在于對各并聯支路在第1層和第6層的跨距了做了改變，方案（4）中，第1層的跨距組合為9、9，第6層的跨距組合為10、10、7，而該實施例四，第1層的跨距組合為9、9，第6層的跨距組合為8、8、11。

總結：

華為在專利號CN114204708A中以6極54槽，A=2為例介紹了集中混繞方案，該方案右如下優點：

1、每相的各并聯支路間具有平衡的電路連接方式，能有效減少定子繞組交流損耗的產生，并且避免了并聯支路間的環流，提升了電機的效率和降低電機的溫升，給電機方案設計提供了更多的可能性。同時，該定子繞組的進線端和出線端可根據需要進行改變，靈活方便。

2、采用本申請的繞組結構的電機發卡線圈等種類較少，定子繞組焊接端的發卡線圈跨距和扭頭角度相同，各個焊接點圓周對稱分布，每相繞組進線端和出線端分布比較規律，繞組生產制造難度較低。

3、同一繞線槽的扁線導體為同一相，同一繞線槽的扁線導體間不需要相間絕緣紙，降低了電機的絕緣成本和插線難度，提升了電機的銅滿率。

4、該定子繞組可實現插線端進出線和焊接端進出線的靈活轉換，進出線端可實現同層出線或同槽出線靈活轉換。

3聯電-CN202110358098

此專利中介紹了一種短距、長距結合的一種奇數pin繞組方案，以8極48槽，A=2為例：

?

圖3.1 方案（1）U相繞組分布圖



圖3.2方案（1）繞組的排布示意圖



圖3.3方案（2）繞組的排布示意圖 如（圖3.1、圖3.2）按照繞線次序和并聯支路分類：

第一支路

第一子繞線段；（1a-8b）、（13a-20b）、（25a-32b）、（37a-44b）

第二子繞線段；（1c-8d）、（13c-20d）、（25c-32d）、（37c-44d）

第三子繞線段；（1e-43e）、（37e-31e）、（25e-19e）、（13e-7e）

第四子繞線段；（2d-43c）、（38d-31c）、（26d-19c）、（14d-7c）

第五子繞線段；（2b-43a）、（38b-31a）、（26b-19a）、（14b-7a）

第二支路

第一子繞線段；（14a-21b）、（26a-33b）、（38a-45b）、（2a-9b）

第二子繞線段；（14c-21d）、（26c-33d）、（38c-45d）、（2c-9d）

第三子繞線段；（14e-20e）、（26e-32e）、（38e-44e）、（2e-8e）

第四子繞線段；（3d-44c）、（39d-32c）、（27d-20c）、（15d-8c）

第五子繞線段；（3b-41a）、（39b-32a）、（27b-20a）、（15b-8a）

如（圖3.1、圖3.2）按照跨距數量不同分為三類導體；

第一類導體；Y=7長距，如（1a-8b）

第二類導體；Y=5短距，如 8b-13a

第三類導體；Y=6整距，如（1e-43e）

按照焊接端扭轉方向不同分為兩類相同；

左支腿向左扭轉-右支腿向右扭轉，如8b-13a

左支腿向左扭轉-右支腿向左扭轉，如44d-1e

焊接端分離方向相同；

左支腿向內分離-右支腿向外分離，如8b-13a

左支腿向外分離-右支腿向外分離，如43e-37e

總結：

（1）如（圖3.1）所示，此專利以48槽5層線圈為例，介紹了一種繞組其每層的線圈3、5、7等奇數pin繞組專利，且此繞組在繞制時除第e層外，繞組焊接端和皇冠端繞組跨距分別5、7，其更有利于繞組扭頭的一致性。

（2）如（圖3.2）此專利在方案（2）中U相繞組分布在連續3個定子槽，且在這3個槽中所占層數分別為2-5-3。

（3）如（圖3.3）此專利在方案（1）中U相繞組分布在連續3個定子槽，且在這3個槽中所占層數分別為3-5-2。

（4）如（圖3.4）所述定子以奇數個所述線圈的設置方式及復合的分布繞組排布方式，使得各相所述線圈產生的磁動勢之間存在相位差，則各磁動勢相互疊加，經疊加后的磁動勢比現有技術中重合在一起的磁動勢要小，進而使得所述電機在一定程度上能夠削弱電機產生的諧波，尤其是能夠大幅度削弱5次諧波和7次諧波，并且能夠降低轉矩脈動和噪聲，提高電機性能。

圖3.4諧波含量對比

（5）如（圖3.5、圖3.6）方案1和方案2對反電動勢和齒槽轉矩都有很好的抑制作用，以使得降低電機噪聲，提高電機性能。 ?

圖3.5反電動勢對比

?


圖3.6齒槽轉矩對比 4匯川-CN114301199 此專利中介紹了一種奇數pin長距、短距、整距混繞方案，以8極48槽7pin，A=2為例：

?

圖4.1方案（1）U相繞組連線



圖4.2方案（2）U相繞組連線



圖4.3方案（3）U相繞組連線 如（圖4.1）按照繞線次序和并聯支路分類，1-7層極作a-g層：

第一支路

第一子繞線段；（1e-43d）、（37c-31b）、（25a-32a）、（38b-44c）

第二子繞線段；（2d-8e）、（14f-20g）、（25g-19f）、（13e-7d）

第三子繞線段；（1c-43b）、（37a-44a）、（2b-8c）、（14d-20e）

第四子繞線段；（26f-32g）、（37g-31f）、（25e-19d）、（13c-7b）

第五子繞線段；（1a-8a）、（14b-20c）、（26d-32e）、（38f-44g）

第六子繞線段；（1g-43f）、（37e-31d）、（25c-19b）、（13a-20a）

第七子繞線段；（26b-32c）、（38d-44e）、（2f-8g）、（13g-7f）

第二支路

第一子繞線段；（2e-44d）、（38c-32b）、（26a-19a）、（25b-31c）

第二子繞線段；（37d-43e）、（1f-7g）、（2g-44f）、（38e-32d）

第三子繞線段；（26c-20b）、（14a-7a）、（13b-19c）、（25d-31e）

第四子繞線段；（37f-43g）、（38g-32f）、（26e-20d）、（14c-8b）

第五子繞線段；（2a-43a）、（1b-7c）、（13d-9e）、（25f-31g）

第六子繞線段；（26g-20f）、（14e-8d）、（2c-44b）、（38a-31a）

第七子繞線段；（37b-43c）、（1d-7e）、（13f-19g）、（14g-8f）

按跨距數量不同分為三類導體：

第一類導體；Y=6整距,如43d-37c

第二類導體；Y=5短距,如（37a-42a）

第三類導體；Y=7長距,如（1e-43d）、20g-25g

按照焊接端扭轉方向不同分為兩類導體；

第一類導體；左支腿向左扭轉-右支腿向右扭轉，如43d-37c

第二類導體；左支腿向右扭轉-右支腿向右扭轉，如31b-25a

第三類導體；左支腿向左扭轉-右支腿向左扭轉，如20g-25g

按照焊接端分離方向不同分為三類導體；

第一類導體；左支腿向外分離-右支腿向內分離，如43d-37c

第二類導體；左支腿向外分離-右支腿向外分離，如20g-25g

總結：

（1）如（圖4.1）該疊繞結構在最外層a層設有Y=7長距繞組，在中間層b-f層設有Y=6整距繞組，在最內層設有Y=5短距繞組。此結構避免了短距型發卡線圈和長距型發卡線圈同層同心設置而引發的線圈之間相互擠壓從而絕緣失效的問題。

（2）如（圖4.1）繞制在中間層線圈能夠以整距焊接形式焊接，如此能夠使每相子繞組內各支路繞組中的電流完全相等，避免各支路繞組之間出現支路環流，從而大幅減小高頻輸出下的電機的附加交流銅耗，提高電機高速運行時的運行效率，并能夠避免由支路環流帶來的子繞組局部過溫的問題，有利于提升電機的壽命。

（3）如（圖4.2）方案（2）與方案（1）相比，對調了最外層a層與最內層g層排布。

（4）如（圖4.3）方案（3）與方案（1）相比，改變了U1與U2的進出線位置，使U1-,U2-位于最內層繞組，便于U1-與U2-的連接。

（5）電機的每相子繞組引出端的中性點在電機的徑向上能夠處于同一層，使中性點處的匯流排結構更為簡單、長度更短，通過扁銅排簡單彎折成型就可以構成中性點匯流排，而不需要借助于單獨的模具，有利于降低電機的生產成本，提高電機的加工和制造效率。同時也允許每相子繞組的引出端由鐵芯的同一側引出，并能夠使相鄰兩個引出端之間的間距較短，如此每相子繞組之間不再需要使用匯流排匯流。

5博格華納-CN115001184

此專利介紹了一種長短距混繞方案的奇數pin繞組，實現了奇數層可直接焊接，不需要額外增加一層擴展層進行焊接，不會導致電氣間隙的減小所帶來的絕緣隱患。 ?

圖5.1 常規奇數pin U1相繞組



圖5.2 常規奇數pin U2相繞組 如（圖5.1、圖5.2）常規奇數pin繞組按照繞線次序和并聯支路分類，

第一支路

第一子繞線段；（26a-33b）、（38a-45b）、（2a-9b）、（14a-21b）

第二子繞線段；（26c-33d）、（38c-45d）、（2c-9d）、（14c-21d）

第三子繞線段；（26e-31e+）、（37e-44e+）、（1e-8e+）、（14e-19e）

第四子繞線段；（14d-7c）、（2d-43c）、（38d-31c）、（26d-32c）

第五子繞線段；（14b-7a）、（2b-43a）、（38b-31a）、（26b-19a）

第二支路

第一子繞線段；（25a-32b）、（37a-44b）、（1a-8b）、（13a-20b）

第二子繞線段；（25c-32d）、（37c-44d）、（1c-8d）、（13c-20d）

第三子繞線段；（25e-32e+）、（38e-43e+）、（2e-7e+）、（13e-20e）

第四子繞線段；（15d-8c）、（3d-44c）、（39d-32c）、（27d-20c）

第五子繞線段；（15b-8a）、（3b-44a）、（39b-32a）、（27b-25a）

小結：

如（圖5.1、5.2）上述奇數pin繞組U相，在a-d層皆按照Y=7,Y=5長短距依次從外向內進行繞制，a-b層順時針繞完后再跳至c-d層。而到了第5層為了避免U1與U2同層同心繞制而容易導致干涉和絕緣失效問題，故在出線側或非出線層端部增加虛擬層e+層，其含義是：如（26e-31e+），其31號槽內部分任位于鐵芯內部第5層（e層），但其端部需向內徑方向多分離1個槽位，使其端部在e+層焊接。

故此博格華納設計如下方案。

圖5.3 方案（1）pin U1相繞組

圖5.4 方案（1）pin U2相繞組

圖5.5 方案（2）pin U1相繞組

圖5.6 方案（2）pin U2相繞組

如（圖5.3、圖5.4）方案（1）繞組按照繞線次序和并聯支路分類，

第一支路

第一子繞線段；（1a-8b）、（13c-20d）、（25e-32e）、（27d-20c）

第二子繞線段；（15b-8a）、（13a-20b）、（25c-32d）、（37e-44e）

第三子繞線段；（39d-32c）、（27b-20a）、（25a-32b）、（37c-44d）

第四子繞線段；（1e-8e）、（3d-44c）、（39b-32a）、（37a-44b）

第五子繞線段；（1c-8d）、（13e-20e）、（15d-8c）、（3b-44a）

第二支路

第一子繞線段；（2a-9b）、（14c-21d）、（26e-31e）、（26d-19c）

第二子繞線段；（14b-7a）、（14a-21b）、（26c-33d）、（38e-43e）

第三子繞線段；（38d-31c）、（26b-19a）、（26a-33b）、（38c-45d）

第四子繞線段；（2e-7e）、（2d-43c）、（38b-31a）、（38a-45b）

第五子繞線段；（2c-9d）、（14e-19e）、（14d-7c）、（2b-43a）

小結：

（1）如（圖5.3、5.4）上述奇數pin繞組U相，在a-d層皆按照Y=7,Y=5長短距依次從外向內進行繞制，a-b層繞至一圈后直接跳至c-d層，在第5層水平繞制后，在回頭向外繞制。從a層到e層來回往復。

（2）如（圖5.5、5.6）方案（1）與方案（2）相比，只是出線端和非出線端繞組對調，即跨槽數由原來的7槽和5槽，變為5槽和7槽。

（3）方案（1）和方案（2）通過改變波繞組次序，實現了奇數pin波繞組不需要額外增加一擴展層進行焊接，不會導致電器江西減小所帶來絕緣隱患。

6總結：

扁線定子繞組電機基本構成元件為發卡線圈，雖然發卡線圈的電機中定子槽內層數的調整不如散線電機靈活，但是我們從這幾個專利中可以看出通過巧妙的繞線方式，來適配我們各種場景的。

比如文中提到的奇數pin繞組，對于特定的電機性能要求當偶數層發卡線圈的電機無法滿足要求，而奇數層發卡線圈的電機提供了更多的每相串聯線圈匝數的組合，能夠匹配特定的電機技術指標輸入，同時還可以降低繞組諧波給NVH帶來改善。

再比如通過繞組次序或進出線位置的改變，可以使相鄰中心點更近，時星角接點位于同層，或者使進出線口位于同槽更有利于三相連接件設計。所以具體案例還要根據實際邊界或考慮工藝性來調整繞組。

審核編輯：劉清