CN102598488B - 用于电机的锯齿线圈和绕圈电阻减小的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造电机用的锯齿线圈(1)的带状传输线(6)，其中该带状传输线(6)在纵向上至少具有一个段(A2)，该带状传输线(A2)在该段(A2)内在宽度(b)的方向上变宽，其中通过带状传输线(6)的宽度(b)确定两个边缘(11、12)，其中上述两边缘(11、12)中只有一个边缘为加宽带状传输线(6)具有凸起部分。本发明还涉及带有上述带状传输线(6)的绕组的锯齿线圈，绕组在绕线位置上用一个或几个线圈围绕绕组轴，其中带状传输线(6)的宽度方向在绕组平面内垂直于锯齿线圈(1)的绕组轴。

Description

用于电机的锯齿线圈和绕圈电阻减小的电机

技术领域

本发明涉及带有定子绕组的电机，尤其涉及带有单个锯齿状绕组的电机。

背景技术

电机，尤其是同步电动机，常常具有带定子齿的定子，定子绕组设置在该定子齿之上。围绕单个定子齿的绕组被称为锯齿线圈。为了制造电机，应单独制造这些锯齿线圈，安装在定子齿上并成组电连接，每个锯齿线圈是电机的一个相位绕组。绕组由金属丝形状的传输线构成，尤其是铜丝形状。用于高功率电机中的锯齿线圈可以使用带状传输线。

在电气控制相位绕组时，构造出可以用来驱动电机的磁场。此种电机的绝大部分损耗功率是由构成锯齿线圈的传输线的欧姆电阻导致。

使用锯齿线圈用于电机的绕组时，线圈由于被缠绕的横截面的矩形形状而呈现一种轮廓边缘被削圆的横截面。但是由此在绕组端部区域内相邻的锯齿线圈之间产生了未被利用的空间，该空间对于提高电机的功率没有作用。

因此本发明的任务是提高电机的功率。

发明内容

该任务通过根据权利要求1所述的用于锯齿线圈的带状传输线、根据其他并列权利要求所述的锯齿线圈、电机、制造此种锯齿线圈的方法以及带状传输线的应用得以实现。

从属权利要求给出其他有利的构造方式。

根据第一方面，提供了一种用于制造电机的锯齿线圈的带状传输线，其中带状传输线在纵向上具有至少一个段，在该段内带状传输线在宽度的方向上有所扩展，通过带状传输线的宽度决定两个边缘，其中只有一个用于扩展带状传输线的边缘具有凸起部分。

根据另一个方面，提供了一种带有上述带状运输线的绕组的锯齿线圈，从而绕组在绕线位置上用一个或几个线圈围绕绕组轴线，其中带状传输线的宽度方向在线匝平面内垂直于锯齿线圈的绕组轴线。

上述带状传输线和锯齿线圈的原理在于，通过在带状运输线围绕边棱缠绕的位置上加宽锯齿线圈的带状传输线的横横截面来减小绕组端部区域内相邻锯齿线圈之间未被使用的空间。加宽带状传输线的横横截面使得其在缠绕时形成锯齿线圈的基本为直线形的外表面，而在定子上安置定子齿时，其彼此相对。这样锯齿线圈彼此紧密相邻设置，由此通过带状传输线绕着边棱产生的均匀横横截面，不会产生构造空间的损耗。通过在传输线的特定位置处扩大横截面面积，可能减小整个锯齿线圈的欧姆电阻并且由此减小通过锯齿线圈构造而成的电机的功率损耗。

另外在该段内加宽部分在纵向上在第一分段上在中间位置上具有棱边，尤其是一个90度棱边。特别是第二分段内的带状传输线具有在纵向上的凹形轮廓，所述第二分段在两侧连在第一分段沿纵向到达段的末端。

此外可提供至少一个没有加宽部分的其他段，其中所述其他段在纵向上设置在两个段之间。

根据一个实施方式，带状传输线的主体部分由铜或铝构成。

根据锯齿线圈的一种实施方式，绕组围绕具有角形的内横截面，其中至少一个段设置在有角的内横截面的棱边之上。

根据另一个方面，提供一种带定子的电机，该定子具有至少一个定子齿，该定子齿由上述锯齿线圈包围。尤其定子可由金属片制造，而该金属片的厚度小于带状传输线的厚度。

根据另一个方面，提供使用上述带状传输线用于制造电机用的锯齿线圈。

根据另一个方面，提供一种带有上述带状传输线的锯齿线圈的制造方法，其中绕组被如下设置，绕组在绕组位置上用一个或几个线圈围绕绕组轴线，其中线匝平面内带状传输线的宽度方向垂直于锯齿线圈的绕组轴线，其中至少一个段设置在有角的内横截面的棱边之上。

附图说明

下文借助于附图进一步详细说明本发明的优选实施例。

图1a-1c现有技术中长轴向长的电机的定子上的锯齿线圈的不同视图；

图2a-2c现有技术中短轴向短的电机的定子上的电机的锯齿线圈的视图；

图3a-3c依据实施方式的，设置在轴向长的电机的定子上的锯齿线圈的不同视图；

图4用于制造图3所示锯齿线圈的带状传输线的造型视图；

图5a-5c依据另一个实施方式的，设置在轴向短的电机的定子上的锯齿线圈的不同视图；

图6用于制造图5a至5c所示锯齿线圈时的带状传输线的平面视图；

图7示出带有加宽部分的带状传输线相对于不带加宽部分的带状传输线时，线匝平均横截面面积的提高与带状传输线的宽度的函数；

图8示出带有加宽部分的带状传输线相对于不带加宽部分的带状传输线时，本发明绕组的阻抗曲线和带状传输线的宽度的函数。

具体实施方式

图1a、1b和1c示出传统的锯齿线圈1的不同视图，该线圈1装在定子3的定子齿2之上。在本实施例中，图1a示出三个相邻设置的定子齿，其中分别有锯齿线圈1。图1b示出图1a在箭头A方向上的结构视图。图1c示出其中一个由相应的锯齿线圈包围的定子齿2的剖面图。

定子3包括铁芯4，定子齿2设置在该铁芯4上。锯齿线圈1由带状传输线6制成，该带状传输线6在本实施例中具有恒定的矩形横截面。带状传输线6的矩形横截面包括厚度d和宽度b，其中宽度b通常大于厚度d。

图1b通过箭头A所示方向示出带状传输线6的俯视图。从中可见定子3或定子3的铁芯4通过金属板5构成。一般来说，定子齿2与铁芯4构造为一个整体。薄金属板5厚度为d，该厚度d优选地小于绕组端部1的带状传输线6的厚度。图1c示出定子齿2的横截面图，其上设置了锯齿线圈1的带状传输线6的线匝。可以替换的是，定子也可以通过软磁铁粉末复合材料(SMC)制成。

锯齿线圈1的带状传输线6如此围绕定子齿2，从而线匝平面基本上朝着宽度b的方向对准，而锯齿线圈1的带状传输线6的厚度在绕组轴线方向定向。

从图1b和1c中可见，缠绕锯齿线圈1的带状传输线6时，不能缠绕到定子齿2的角或棱边，由此缠绕定子齿2时在此位置构成弧形部分20，该弧形部分20具有特定半径R(内径)。通过在相邻的定子齿2上相邻地设置多个锯齿线圈1，在锯齿线圈1的线匝的弧形部分20外侧之间的区域内产生区域B，该区域B在图1b中用阴影表示。电机的区域B一般不被使用，并且也不被用来改进电机的功率。

图2a至2c示出电机的与图1a至1c相应的视图，该电机轴向上相对较短，从而锯齿线圈1基本上具有圆形的横截面，如图2b和2c所示。定子齿2在所示实施例中具有不同宽度的段，以此用定子材料尽可能填充锯齿线圈1的内部区域。图1a至1c所示实施例和图2a至2c所示锯齿线圈中的带状传输线6的半径R通常是限制锯齿线圈1的带状传输线6的可能弯曲的最小半径。最小半径是通过要素得出的，例如带状传输线6材料的弯曲力、脆性等。

为改善电性能，尤其为降低锯齿线圈1的欧姆电阻，提出了如图3a至3c所示构造的锯齿线圈1。图3a至3c的视图与图1a至1c相对应。同一附图标记表示具有相同或相似功能的元件。

尤其如图3b和3c所示，在锯齿线圈1的带状传输线6的弯曲的区域上，该带状传输线6被加宽，从而在垂直于绕组轴线的平面内的全部锯齿线圈1都具有矩形横截面。从中可见，在图1b和2b中所示的未被使用的区域B在所述构造的锯齿线圈1上并未出现，这是因为在安装状态下，属于锯齿线圈的锯齿线圈1的侧边是直线形的。通过在带状传输线6应围绕定子齿的棱边延伸的区域内加厚锯齿线圈1的带状传输线6，可减小用于锯齿线圈1的带状传输线6的总欧姆电阻，并且由此通过减小锯齿线圈(定子绕组)的欧姆电阻而降低电机的功率损耗。

图4示出用于制造图3a至3c所示实施形式的锯齿线圈1的带状传输线6。图4的带状传输线6是具有优选恒定厚度d的长导线和纵向上具有一定长度，而该长度足够用来构造锯齿线圈1的线匝。带状传输线6具有第一边缘11和与第一边缘相对的第二边缘12。带状传输线6包括沿着纵向的第一段A1，在该段内带状传输线6具有恒定的宽度b。在沿着纵向的第二段A2内，带状传输线6具有加厚部分，该加厚部分具有直角尖部并且通过第二边缘12上的凸起构成。在带状传输线6缠绕为锯齿线圈1的状态时，直角尖部构成该锯齿线圈1的外侧棱边，由此就构成了锯齿线圈1的矩形横截面。带状传输线6的加宽部分在这一位置具有更高的横截面，从而减小了用于锯齿线圈1的整个带状传输线6的欧姆电阻。

带状传输线6的第二段A2的加宽部分可以如下方式设计：直角形尖部位于第二段A2在第二边缘12的中心位置，并且在第一分段T1具有宽度I1。第一分段T1的侧面分别边有第二分段T2，在第二分段T2内构造出凹形轮廓。凹形轮廓可优选设计为圆弧形状，并且从第二段A2的末端延伸至第一分段T1的相应末端。

总体上，第二段A2内部的加宽部分如此构造，在通过缠绕绕组支架或带有90度棱边的其他绕圈形状来构造锯齿线圈时，第二段A2以90度棱边弯折，构造出带有90度角的棱边，也就是说，沿着带状运输线6处于第二段A2之前的段和带状运输线6的后续的段具有相互能够围成90度角的定向。带状运输线6围绕其弯曲的棱边也可以具有不同于90度的角。第二段A2的长度与具有最小半径的圆弧的四分之一周长相对应，以该最小半径带状运输线6可以关于其第一边缘11围绕着绕组支架或绕圈形状的棱边弯曲，而带状运输线6不会发生断裂或以其他不希望的方式发生变形。

在所示的带状运输线6的实施例中，两个第一段A1分别包围两个彼此紧邻设置的第二段A2，其由此构成锯齿线圈1的线匝的180度回线(Schlaufe)。

一般如此构造第二段A2内的带状运输线6的加宽部分，与第二段A2内的不带加宽部分的带状传输线6相比，带状传输线6在围绕一个棱边、尤其是围绕90度的棱边弯曲的状态下占据了未使用区域B(见图2b)的占据了很大比例，以利用设置在定子2上的两个锯齿线圈1之间的区域B来降低锯齿线圈1的欧姆电阻。

如图3a至3c和图4所示，锯齿线圈1的带状传输线6具有加宽部分，从而与使用不带加宽部分的带状传输线相比，对于传统锯齿线圈，它可以进一步填满相邻的定子齿上锯齿线圈1之间的区域B。从中可见，对于锯齿线圈1，相邻定子齿2方向上其宽度在垂直于多个定子齿2的设置方向并且垂直于绕组轴向的方向上恒定，相邻的锯齿线圈1之间的间隔能够得到最好的利用。

图5a至5c示出使用调整过的带状传输线6以构造用于另一个电机的锯齿线圈1。图5a至5c中用于构造锯齿线圈的带状传输线6如图6所示。图6中的带状传输线6只包括如图4所示实施方式中第二段A2构造出的段。第二段A2基本相同并且相连。所述第二段A2中的每一个在其纵向末端上有带状传输带6的宽度为b，并且在其两个末端之间具有加宽部分，该加宽部分基本在中间位置具有优选为矩形的尖部(Spitze)。加宽部分的矩形尖部优选地位于第二段A2边界之间的中间位置。同样的，与图4所示实施方式相同，当绕组支架或绕圈形状的边棱成90度角时，第二段A2的长度相应于圆弧段周长的四分之一，其半径与带状传输带6为构造锯齿线圈所弯曲的或可以弯曲得出的半径相符。也就是说，当第二段A2绕着绕组支架或绕圈形状的相应边棱弯曲时，与其相邻的第二段A2相互构成90度角。

制造带有这种带状传输线6的绕组时，其中宽度B的方向与绕组平面对应，可以产生如图5c所示的带有正方形横截面的绕组。通过位于第二段A2中间位置的带状传输线6的加宽部分，减小了带状传输线6的平均横截面，而且欧姆电阻随之降低，由此可以构造出欧姆电阻有所减小的锯齿线圈1。

图7示出定子齿2的内横截面相同时，带状传输线(位于没有设置加宽部分的区域上)的宽度和线匝的平均横截面面积之间关系的曲线图。带状传输线6的宽度b相同时，绕组的平均横截面可以增大30％。反之，如果宽度b减小到50％，绕组的平均横截面面积增大约60％。

图8示出在第二段内使用有加宽部分的带状传输线6时，绕组的阻抗相对于带状传输线6的宽度b的关系图。对于在其他尺寸相同的锯齿线圈，绕圈阻抗减小至传统锯齿线圈的电阻抗的77％。如果带状传输线6的宽度6只有其宽度的50％，那么绕组的电阻抗甚至只是带有传统的不带加宽部分的带状传输线的锯齿线圈的阻抗的63％。

Claims (9)

1.用于制造电机用的锯齿线圈（1）的带状传输线（6），其中该带状传输线（6）在纵向上具有至少一个段（A2），该带状传输线（6）在该段（A2）内在宽度（b）方向上变宽，其中，通过带状传输线（6）的宽度（b）确定两个边缘（11、12），其中上述两边缘中只有一个边缘(12)为加宽带状传输线（6）具有凸起部分，其特征在于，在该段内，加宽部分在中间第一分段（T1）在纵向上具有边棱，其中，在第二分段（T2）上带状传输线（6）具有在纵向上凹形轮廓，所述第二分段（T2）从两侧与第一分段（T1）相连直至纵向上的段（A2）的末端。

2.根据权利要求1所述的带状传输线，其特征在于，至少提供一个没有加宽部分的其他段（A1），其中所述其他段（A1）在纵向上设置于两个段（A2）之间。

3.根据权利要求1所述的带状传输线，其特征在于，带状传输线（6）的主体部分是铜或铝。

4.具有根据权利要求1至3其中任一所述的带状传输线（6）的绕组的锯齿线圈（1），从而绕组在绕线位置上用一个或多个线匝围绕绕组轴线，其中带状传输线（6）的宽度方向在垂直于锯齿线圈（1）的绕组轴线的线匝平面上定向。

5.根据权利要求4所述的锯齿线圈（1），其中绕组围绕有角的内横截面，其中所述至少一个段设置在所述有角的内横截面的边棱上。

6.带有定子（3）的电机，该定子（3）具有至少一个定子齿（2），该定子齿（2）由根据权利要求4或5所述的锯齿线圈（1）包围。

7.根据权利要求6所述的电机，其中定子（3）由金属板构成，该金属板的厚度（d）小于带状传输线（6）的厚度。

8.根据权利要求1至3其中任一所述的带状传输线（6）用于制造用于电机的锯齿线圈（1）的应用。

9.具有根据权利要求1至3其中任一所述带状传输线（6）的锯齿线圈（1）的制造方法，其中，所述锯齿线圈（1）具有绕组，并且所述绕组被如下设置，绕组在绕线位置上用一个或多个线匝围绕绕组轴线，其中带状传输线（6）的宽度（b）的方向在垂直于锯齿线圈（1）的绕组轴线的线匝平面上定向，其中所述至少一个段设置在有角的内横截面的边棱上。