CN101369751B - 具有用于产生旋转场的绕组的电机以及生产该绕组的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机，其具有用于产生旋转磁场的绕组(20)，其中绕组的每相每对极至少有两个线圈，每相的第一线圈(1，3，5)相对于该相的反向绕制的第二线圈(2，4，6)在电气上转过180°，其中，相邻相的线圈重叠，且一相的每个第一线圈(1，3，5)位于第一层(41)中，一相的每个第二线圈(2，4，6)位于第二层(42)中，该第二层(42)环绕该第一层(41)。而且，本发明涉及用于制造根据本发明的绕组的方法。

Description

具有用于产生旋转场的绕组的电机以及生产该绕组的方法

技术领域

本发明涉及一种电机，其具有用于产生旋转场的绕组，其中绕组的每相每对极至少有两个线圈，每相的第一线圈相对于该相的第二反向绕制线圈在电角度上转过180°。而且本发明涉及制造所述电机绕组的方法。

背景技术

美国专利4,847,982公开了一种制造电机绕组的方法，其具有同时缠绕在铁芯上的三相。该电机设计为三相电机，其或者具有构造成铁芯体的6极从而将电机构造为两极电机，或者具有12极从而将其构造成四极电机。

所公开电机的定子由铁芯构成，并具有由极上的多个线圈构成的三相绕组，从而形成两极或四极电机，绕组卷绕在各自的极上。通过在顺时针方向缠绕第一线圈、然后在逆时针方向缠绕对应的第二线圈之前将铁芯体电转过180°而形成三相。

在不断开导体材料的情况下，接连地卷绕第一和第二线圈，这样由于同时制造线圈，从而可以加速绕组体的绕制。这种情况下，三个线圈同时绕在铁芯体的凸极上，由于将铁芯体转过180°，从而也可以并行地进行接下来三个线圈的绕制。

上述的现有技术公开了以自动方式制造简单绕组，来产生旋转场。然而，绕凸极绕制集中线圈导致旋转场受到谐波的强烈影响。

电机旋转磁场中的谐波导致谐振，换言之，其导致电流或电压基波频率的倍数。这不仅导致电机中的额外损耗，并且导致了所连接的电子设备中的额外损耗。为了致动三相电机，例如，使用具有电压中间电路的逆变器。电压中间电路中的电容对诸如由谐波引起的电流峰值特别敏感。这会导致电容寿命的缩短。

发明内容

因此，本发明的目标是通过改进绕组布置减少损耗。

该目标通过一种具有用于产生旋转磁场的绕组的电机实现。而且，该目标通过一种用于生产具有相关特征的电机绕组的方法实现。

提出了这样一种电机，其具有用于产生旋转磁场的绕组，绕组的每相每对极至少有两个线圈，每相的第一线圈相对于反向绕制的第二线圈在电气上转过180°，其中，相邻相的线圈重叠，一相的每个第一线圈位于第一层，一相的每个第二线圈位于第二层，该第二层环绕该第一层。

特别是在绕组头的区域内可看到重叠，而且这些重叠是通过较大的卷绕步距(winding step)实现的。由于根据本发明对重叠线圈的分布，从而生成对称的相绕组。这保证了不会因为不对称而产生额外的谐波。

根据本发明的电机的优选实施方式，一相的第一和第二线圈串联连接。这保证了两个线圈中流动着相同的电流。通过并联连接，只有两部分线圈的电阻和电感相同时才会出现上述情况。

根据本发明的电机的又一个实施方式，绕组是无铁气隙绕组。该作为气隙绕组的配置特别有利，因为这样可以避免齿槽转矩(coggingtorque)。进一步，可以减少或完全消除(这取决于是否存在磁回路)反复磁化损耗和涡流损耗。这在电机高转速运行时特别重要，因为反复磁化损耗与频率成比例增加，而涡流损耗甚至与频率的平方成比例增加。

在气隙绕组中，避免了通过极靴分布磁场，否则，如果通过极靴分布磁场，则在具有集中线圈的气隙绕组中，磁场将被限制到线圈的小区域中。通过增大卷绕步距，首次使气隙绕组变得可行。

根据本发明的电机的又一个实施例，用于绕组的导体材料是李支(litz)线，李支线包括多根独立的绝缘线，这些绝缘线被绞合在所述李支线中。使用李支线对于高转速运行的电机是有利的，因为这样会降低导体材料的涡流损耗。损耗也由于集肤效应降低，该集肤效应也称为电流偏移。在此情况下，各根导线的横截面越小，损耗就会越显著地降低。李支线的总横截面积，即平行导线的数量在此情况下取决于电机的所需电流。另一方面，电机的电压决定了相绕组的卷绕数量。

另外，有利的是绞合李支线，这是因为这样一来绕组每根线所包围的区域平均而言是相同的。使用没有绞合的李支线，这些区域会不同，这会导致感应电压有偏差，并因而会使各根平行导线之间的电流均衡化，这会导致不利的损耗。在本示例中将李支线绞成为使得绞距(length oflay)对应于绕组的轴向长度，这里，绞距是指李支线的导线相互绞合360°经过的长度。

根据另一个实施方式，电机是电子换向的直流电动机。这种类型的EC电动机包括用于产生旋转磁场的定子绕组和永磁励磁的转子组成。定子绕组在本示例中由方波电流供给。

为了制造根据本发明的呈气隙绕组(其以李支线作为导线材料)和三相形式的电机绕组，使用自动绕线系统，该系统配置有可自由编程的两轴CNC系统，其具有三针卷绕头和双工具载具。在本示例中，可确保通过确定的导线拉引对李支线进行连续的施力引导。通过根据本发明的方法获得的绕组图案，用三根独立的李支线同时绕制三相的三个第一线圈，接着同时绕制三相的三个第二线圈。

有利的，线圈的绕制通过绕组体实现，绕组体可选地在端部处具有保持元件，所述李支线被绕着其引导。所述绕组体已为筒形，该筒形为所述绕组在旋转电机中使用所必须具备的。在本示例中，所述绕组体用作用于李支线的引导体，所述李支线可被导入双轴CNC机器的处理系统中。端部保持元件仅仅作为辅助元件，其可附连到所述绕组体上，或形成在其上。所述绕组体主要在绕制气隙绕组时使用，因此其由塑料材料或者非磁导材料制成。在具有铁的电机中，将任何情况下都存在的铁芯用作绕组体来引导绕组。

而且，用于气隙绕组的绕组体包括多个腹杆(web)用于定向和定位李支线。这些腹杆卷绕辅助件，以便能类似于传统定子铁芯的槽之间的齿或极而绕着其卷绕导线或者李支线。一旦使用绕组体完成了卷绕，如果不设置用于防止取下绕组体的保持元件，就可选地再次取下绕组体。如果不取下绕组体，所述腹杆也可以用作将具有绕组的绕组体引入外壳的引导体。这保证了绕组的连接以这种方式定位，即，可以与电力电子器件一起连接到印刷电路板上。

作为使用绕组体的替代方式，有利的是，先用辅助设备在一个平面上进行绕制，随之将构成在该平面上的绕组体转化为筒形。将绕组转化成筒形是通过其中不改变李支线的绕组布置或线圈的成型处理实现的。正是因为将绕组由平面转化成筒形，因此在该方法中不需要使用筒形绕组体。

为了绝缘和产生更高的机械稳定性，特别有利的是铸造绕组，所述铸造是通过来自塑料类材料的可硬化材料、特别是聚亚安酯进行的。聚亚安酯或诸如铸造树脂的其他优选具有良好导热性的材料，使得可以可选地铸造绕组和绕组体，随之铸造材料固化从而形成载体。可硬化材料优选的是单成份树脂或者多成份树脂。这种类型的树脂持久耐用并易于加工。这样，除此之外，还可以采用塑料材料，例如聚酯树脂、环氧树脂、硅树脂或者乙烯基酯树脂。

优选的是，每相包括两个线圈，其电串联连接，所述线圈由连续的导体材料以连续绕制的方式绕制。首先，每相的所有第一线圈同时绕制，随之在不中断相应导体材料的情况下，所有的第二线圈同时绕制。

附图说明

以下将借助于附图所示的实施例更加详细地描述本发明，附图中：

图1显示了根据本发明的三相绕组展开图，每相每对极的两个线圈电偏转180°；

图2显示了绕组体的端面，其具有根据本发明的带有一对极的绕组；

图3显示了绕组体的侧视图。

具体实施方式

该实施例涉及一种电子换向的直流电机，其用于驱动自由端纺纱机的纺纱转子。在这种应用中，需要高转速，因此，绕组构造为具有绞合李支线的气隙绕组。

附图1显示了根据本发明的绕组展开图，每相的两个线圈电气偏转180°。所示绕组20为三相绕组，绕在一对极上。在两极电机中，所示绕组20分布在整个电机中，或者说分布在360°上。在四极电机中、即在具有两对极的电机中，所示绕组20只分布在180°范围内。在第二对极上，绕组20对应地重复。对于p对极而言，绕组展开图仍可从机械上利用360°/p。此处，每相的第一和第二线圈的机械偏转为180°/p。

根据本发明，为了制造对称的绕组20，具有供电导线1a、3a、5a和回路导线1b、3b、5b的每相第一线圈首先同时绕制，接着，在不中断每根李支线的情况下，绕制具有供电导线2a、4a、6a和回路导线2b、4b、6b的每相第二线圈。第一线圈1a、3a、5a的始端和第二线圈2b、4b、6b的末端被引出从而能连接相电源与电力电子器件。

图2显示了在绕组体30上的根据本发明的绕组20，绕组体30具有六个腹杆(web)31a-31f和端部保持元件32a-32f。线圈1至6的绕组头在绕组体的端面图中可以看见。而且显示了供电导线1a至6a和回路导线1b至6b。制造绕组时，首先将线圈1绕制在腹杆31a和31b上，将线圈3绕制在腹杆31c和31d上，并将线圈5绕制在腹杆31e和31f上。这三个线圈形成三相的第一线圈并定位在第一层41中。接着，将线圈2绕制在腹杆31d和31e上，将线圈4绕制在腹杆31f和31a上，并将线圈6绕制在腹杆31b和31c上。线圈2、4和6形成三相的第二线圈，定位在环绕第一层41的第二层42中。在本示例中，线圈2相对于线圈1旋转180°，被相反地绕制。对于线圈4和3、以及线圈6和5也是如此。

图3显示了没有绕组的绕组体30的侧视图。在本示例中，可以看见筒形基体34和六个腹杆之一31a。腹杆31a在其两个端面分别具有保持元件32a和33a。此处未示出的其他腹杆31b至31f也都相应地在其两个端面具有保持元件32b至32f以及33b至33f。

实施例中描述了用于三相、每相每对极具有两个线圈的绕组。可替换的，其他的相数也是可能的。每相每对极也可以使用多于两个的线圈。例如，该实施例的一个线圈的绕组可以布置在多个腹杆中间空间中。这增加了线圈的数量。相应的，绕组体的腹杆的数量必须增加。这样获得了进一步减少谐波的区域绕组(zone winding)。

Claims (12)

1.一种电机，其具有用于产生旋转场的绕组（20），其中绕组的每相每对极具有至少两个线圈，每相的第一线圈（1，3，5）相对于该相的反向绕制的第二线圈（2，4，6）在电气上转过180°，电机的特征在于，相邻相的线圈重叠，且一相的每个第一线圈（1，3，5）位于第一层（41）中，一相的每个第二线圈（2，4，6）位于第二层（42）中，该第二层（42）环绕该第一层（41）。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，一相的第一线圈（1，3，5）和第二线圈（2，4，6）串联连接。

3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述绕组（20）是无铁气隙绕组。

4.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，用于所述绕组的导体材料是李支线，且所述李支线包括多根相互绞合在一起的独立绝缘线。

5.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述电机为电子换向的直流电机。

6.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述绕组布置在筒形绕组体上，该绕组体具有带末端保持元件（32a-32f，33a-33f）的腹杆（31a-31f）。

7.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，以可硬化材料铸造所述绕组。

8.一种制造用于根据权利要求1至5中任一项所述的电机的绕组（20）的方法，其特征在于，首先同时绕制每相的第一线圈（1，3，5），接着同时绕制每相的第二线圈（2，4，6）。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述线圈（1，3，5，2，4，6）被绕制在筒形绕组体（30）上，该绕组体具有带有末端保持元件（32a-32f，33a-33f）的腹杆（31a-31f），用于所述绕组的导体材料被绕着所述腹杆引导。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述绕组（20）绕制在一个平面上，此后，将形成在该平面上的所述绕组（20）转变成筒形式。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述绕组（20）铸造而成，所述铸造是通过可硬化材料进行的。

12.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，至少两个线圈电串联，并且所述第一线圈（1，3，5）和第二线圈（2，4，6）由连续的导体材料以连续绕制的方式绕制。

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