CN103123380A - 用于条绕定子的浪涌测试方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于浪涌测试条绕定子的方法，包括将测试系统的导电引线在定子绕组的一半处连接至每一层中的对应的经熔焊的发卡式销。经校准电压浪涌经由导电引线在经熔接的发卡式销处施加到定子的绕组中。该方法包括在施加经校准电压浪涌之后测量绕组的弯折部之间的压降，将测得的电压记录在测试系统的存储器中，以及当测得的的压降大于经校准阈值压降时执行关于定子的控制事件。一种用于浪涌测试条绕定子的系统包括测试装置，所述测试装置具有用于存储经校准浪涌电压的电容器和电连接至测试装置的引脚组。引脚组包括导电导线和导电引线。

Description

用于条绕定子的浪涌测试方法和系统

技术领域

本公开涉及用于多相电动机的条绕定子的浪涌测试的方法和系统。

背景技术

多相电动机的定子通常在制造期间经受电测试。浪涌测试是一个这样的测试。在常规浪涌测试期间，电容器快速放电，以将电压浪涌注入定子的相位引线。该快速电放电产生用于电动机的一个或多个相位的正弦波。电压浪涌冲击定子的绝缘，并因此可以用于检测电短路或其他电势绝缘问题。

在条绕定子中，用已知为“发卡式销（hair pin）”导体的实心铜条替代导电线圈。发卡式销被单独地插入到定子的堆叠结构的槽中。发卡式销通常配置有弯曲区段，所述弯曲区段结束于一对电线的端部中，并形成为适合于插入到定子槽中的形状。在将发卡式销插入在定子槽中之前使用绝缘材料，使得发卡式销的相邻表面相对于彼此电绝缘并与堆叠结构电绝缘。在插入发卡式销之后导线的从堆叠结构突出的部分被弯折或扭曲，以形成复杂的编织式样，由此建立导线端部对。相邻导线端部对通常在堆叠结构的一侧处被熔焊在一起，以在定子的各层之间形成需要的电连接件/电路。

发明内容

此处披露了一种方法，其用于条绕定子的浪涌测试，例如，在一些高电压电牵引电动机中使用的类型的条绕定子。如在本领域中广为所知的，条绕定子显著不同于常规线绕定子之处在于定子槽中使用单独导电条而不是预绕线圈。条绕定子的槽具有比典型线绕定子的槽显著更高的铜填充物。条绕设计因此呈现出独特的性能特性。但是，在此认识到，单独常规浪涌测试，当与条绕定子一起使用时，可能不那么理想，这是由于当相同相位改变定子内的层时给定线圈的电感负载的改变。本方法可以用于帮助解决该潜在问题。

条绕定子可以具有多个互连的层。每一个定子极可以熔焊到熔熔焊头中，并在堆叠机构的一个或两个端部或侧部绝缘。相位引线从堆叠机构的相对端部或侧部延伸。常规浪涌测试将相位引线中的两个电接地，并将浪涌电压注入余下的相位引线中。该过程可以被重复，直到每一个相位引线已经被浪涌测试。给定电动机中的显著比例的电气故障发生在多个相位的线圈弯折部之间或同一相位的多个弯折部之间，例如由于在这些位置处的不充分或被冲击的绝缘。本方法可以用于通过在层的大约中间点处，例如使用当前公开的测试系统，访问和冲击定子而增强常规浪涌测试技术。

特别地，公开一种用于浪涌测试条绕定子的方法。根据本方法测试的定子包括多个被熔焊的发卡式销，所述被熔焊的发卡式销布置为形成多个定子层。该方法包括将测试系统的导电引线连接至定子的每一层的被熔焊的发卡式销，使得每一个导电引线在对应层的绕组的大约一半处电连接至定子。该方法进一步包括将来自电容器的经校准电压经由导电引线施加至定子的绕组，并随后测量绕组的弯折部处的层之间的压降。测得的压降可以随后被记录在测试系统的存储器中。可以响应于测得的压降的水平而关于定子执行控制事件。

还公开了一种用于浪涌测试条绕定子的测试系统。如上所述，定子具有布置在多个层中的被熔焊的发卡式销。测试系统包括具有电容器的测试装置。电容器通过一组功率调节部件与电源/线电连通，并配置为用于当经由部件充电时存储经校准电压。测试装置选择性地释放经校准电压作为经校准电压浪涌或尖脉冲。

引脚组电连接到测试装置。该引脚组包括导线和多个导电引线。每一个导电引线在一个端部连接至导线中对应的一个，并在另一个端部连接至测试装置。在绝缘经熔焊的部分之前，在对应层的绕组的大约一半处的每一层处，导电引线可选择性地连接至定子的经熔焊的发卡式销。

测试装置配置为将电容器选择性地放电，以由此经由导电引线将经校准电压浪涌施加到定子的绕组中。在将电容器放电之后，测试装置还计算定子绕组的弯折部处的层之间的压降。测试装置可以将测得的压降记录在存储器中，并随后响应于测得的压降值来执行关于定子的控制事件。

本发明的上述特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是用于具有条绕定子的电动机的浪涌测试系统的示意图。

图2是描述用于图1中所示的条绕定子的浪涌测试的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中在几幅图中相同的附图标记表示相同的构件，示例性条绕定子10在图1中示出。在定子10的浪涌测试期间，定子10连接至测试系统70，如下所述。定子10可以配置尺寸以及配置为用在，例如，混合动力电动车辆、电动车辆、或需要电动机扭矩用于推进或其他目的其他系统中的高电压（例如，约300VDV）电牵引电动机中。定子10具有至少两层绕组12，但可包括如利用定子10的特别应用所需的数量的附加层。

测试系统70包括测试装置50和引脚组15。测试装置50配置为实施浪涌测试方法100的一组处理指令。在执行这样的指令期间，测试装置50最终将经校准的电压（箭头21）作为浪涌经由引脚组15释放至定子10的绕组12中，在定子10的各层的大约中点处这样做。

在此认识到，诸如图1中所示的定子10的条绕设计和类似的设计可被划入或分为单独的电路。因此，定子10的绕组12可以在浪涌测试期间经由当前测试系统70和常规浪涌测试器60的配合使用而被直接或更完全地冲击。

图1的示例性测试系统70可以包括可选测试探针17。测试探针17配置为用于测量电压（箭头23），下文中称为测得的电压。测得的的电压（箭头23）可以从测试探针17被接收并记录在测试装置50的存储器55中。测得的电压（箭头23）可以用于计算定子10的各位置处的（例如在相位之间或绕组12之间）相对于经校准电压（箭头21）的压降。在其他实施例中，测试探针17可以是布置为与测试装置50通信的分立的电压表的一部分，从而测得的的电压最终被传输至测试装置50的相关硬件和软件部分并被它们接收，如下所述。

图1的定子10包括环形堆叠结构16，所述堆叠结构16具有第一侧部11和第二侧部13。堆叠结构16可以通过以特定式样堆叠层片而形成，如本领域中所理解的。堆叠结构16限定出多个大致矩形的定子槽18。定子槽18在堆叠结构16内在第一侧11和第二侧13之间相等地间隔开并端到端地延伸。

在图1所示的定子10中，每一个绕组12由多个导电条或发卡式销24形成。绕组12还可以包括形成相位引线20、120和20的端子或连接件。发卡式销24可以用相对大尺寸、高传导率的电线（诸如铜）形成，并形成有大致矩形的横截面。每一个发卡式销24可以具有弯曲区段22，并可以结束于导线端部28。发卡式销24以编织式样准确地形成为用于插入到定子槽18中的预先确定的形状。

图1的发卡式销24可以在插入到定子槽18之前涂布有合适的绝缘材料26，使得定子槽18内的发卡式销24的相邻表面相对于彼此电绝缘。为了便于导线端部28的连结，导线端部28通常可以在插入到定子槽18之前被剥去绝缘材料26。每一个定子槽18可以与槽衬垫30对齐，以有助于将发卡式销24与堆叠结构16绝缘以及彼此绝缘，并防止在发卡式销24插入到各个定子槽18期间损坏绝缘材料26。

图1示出从堆叠结构16的第一侧11突出的各个发卡式销24的弯曲区段22，。各个发卡式销24的导线端部28也类似地从同一堆叠结构16的第二侧部13突出。导线端部28可以在插入之后被弯折，以便形成从导线到导线的编织部，使得每一个相应导线端部28可以与不同导线端部28成对并连结至不同导线端部28。弯折的导线端部28这里总称为定子10的导线端部部分14。

相邻的成对导线端部28可以被连结以形成电连接件，例如通过将一个导线端部钎焊至它的成对的导线端部以形成经钎焊的接头。成对导线端部28中的每一个可以单独地熔焊或钎焊，以由此形成层之间的所需的电连接件。得到的编织式样和经熔焊的接头确定电流经过绕组12的路径。

仍参考图1，当前测试系统70配置为用于定子10的浪涌测试（单独地或与浪涌测试器60一起）。浪涌测试器60可以用于将主电压（箭头121）作为浪涌或电压尖脉冲注入定子10中。这导致在电泳传播经过绕组12时发生非线性压降。匝间和相间电压冲击可以在浪涌传播时显著下降，可能导致一些绝缘瑕疵和/或其他缺陷未被注意到。当前测试系统10因此意图在浪涌测试期间通过完全冲击绕组的绝缘材料26（特别是在弯折部处）而增加给定定子10的错误检测率。

测试系统70可以配置为钉床或另外的系统，其提供与绕组12中的非绝缘焊缝的类似水平的自动接合。如在本领域中良好理解的，钉床是一种电子测试夹具，具有弹簧加载的伸缩针（pogo pin）阵列。因此，引脚组15的多个导线34和导电引线36可以可选地配置为弹簧加载的伸缩针，如由图1中的双头箭头25大致指示的，其中导线34可替换地是直的，导线的刚性长度如以虚线导线134指示的。导线134将随后与定子10对齐，使得各伸缩针的每一个导电引线36与定子10上的不同测试点接触。钉床设计可以有助于与定子10的电路内的多个测试点的可靠并可重复的接触。由于发卡式销类型的混合牵引电动机所需的制造步骤，该测试可以仅在绝缘材料被应用到熔焊端部之前发生。

替换地，导线34可以相对于定子10独立地定位，使得来自测试系统70的经校准电压（箭头21）可以被注入或施加到导线端部28的任一经熔焊的接头。不论实施例如何，导电引线36每一个具有第一端部31和第二端部33，所述第一端部31在浪涌测试期间接触绕组12，所述第二端部33电连接至一个导线34。

测试装置50可以体现为功率控制单元或模块，其配置为用于执行实施本方法100的处理指令。下面关于图2描述本方法100的示例性实施例。测试装置50可以包括一个或多个处理器56，还有上述的存储器55。存储器55可以体现为非易失或易失介质，并可以包括参与提供所需的数据或计算机可读指令的非瞬时/有形介质。这样的指令可以通过处理器（一个或多个）56执行。

图1的测试装置50可以包括需要用于执行本方法100的任何其他所需的硬件和软件部件。例如，主机可以包括高速时钟、模拟数字转换（A/D）电路、数字模拟转换（D/A）电路、和任何所需的输入/输出（I/O）电路、I/O装置、和通信接口、以及信号调制和缓冲电子元件。

测试装置50还可以包括功率调节部件57，其中一些功率调节部件57可以类似于浪涌测试器60中使用的那些。例如，功率调节部件57可以包括一个或多个电容器58和变压器/升压变换器，所述变压器/升压变换器从电源/输入线电压（箭头40）（例如，110VAC、220VAC的电网功率）、或分立的电源（诸如300VDC测试电池）产生阈值电压。变压器/升压变换器的输出随后将电容器58充电至阈值电压，例如，约100VDC或更高，取决于实施例。其他功率调节部件57可以包括电源开关或继电器，其可以被测试装置50脱扣（tripped）以为电容器放电，并因此将经校准电压（箭头21）施加到定子10。

在浪涌测试期间，经校准电压（箭头21）可以作为浪涌/尖脉冲在定子10的大约中间点处、或在定子10的每一层的开始和/或结束附近被直接注入任何目标导线端部28。常规浪涌测试可以在堆叠结构16的第一侧部11处发生，例如通过将测试器60连接到一个相位引线220而同时将另两个相位引线20、120接地并将主电压（箭头121）作为浪涌/尖脉冲注入到相位引线220中。在经由相位引线220的浪涌测试之后，相位引线220被接地，并且相位引线20连接到主浪涌测试器60等，直到所有相位引线继而已经接收浪涌。

此处还进一步认识到，常规浪涌测试可以导致绕组的一些线圈或部分未被充分地冲击，特别是在相位引线20、120、220的大约中间层点处。在每一个相继层处发生压降。因而，仅经由相位引线20、120、和220的常规浪涌测试可能不充分地冲击绝缘材料26，特别是在每一个绕组的后半个处在绝缘材料26可能最弱的弯折部处。因此，仅使用常规浪涌测试器（诸如图1的测试器60）可能不充分地冲击绕组12的弯折部。

参考图2并结合图1，示例性方法100可以以可选步骤102开始。布置102是可选的，是由于本方法100可以在一些实施例中被限制到步骤108-116。布置102包括将浪涌测试器60电连接至图1中所示的定子10的一个相位引线20、120、220，并随后将主电压（箭头121）作为浪涌/尖脉冲注入到连接后的相位引线20、120或220中。在非限制性实施例中，主电压（箭头121）可以是至少大约500VAC。在另一实施例中，主电压（箭头121）可以是至少大约(1000VAC)(2V_L)，其中V_L表示线电压（箭头40），或当在放电之前在完全充电电容器58处测量时大于100VDC。对于浪涌测试器60来说存在各种选择，包括商业上可获得的组合浪涌、电阻、和具有可变输入电压的高压测试装置（hi-pot test device）。方法100随后行进至可选步骤104。

步骤104包括测量定子10内的绕组12的弯折部处的电压，记录经由测试探针17或其他器件测得的电压（箭头23），和随后使用测试装置50的处理器（一个或多个）56计算压降。如本领域中所理解的，压降可以通过从主浪涌电压（箭头121）或任何两个发卡式销之间的差值电压减去测得的电压（箭头23）而计算。经计算的压降可以被记录在测试装置50的存储器55中。方法100随后行进至步骤106。

在可选步骤106处，图1的测试装置50可以确定绕组12的弯折部是否已经被主电压（箭头121）充分地冲击。充分性可以被确定为校准值并存储在存储器55中。例如，如果至少作为浪涌被注入的主电压的阈值百分比仍存在于弯折部处，测试装置50可以针对该特定测试位置确定来自主电压（箭头121）的浪涌充分地冲击了绕组12的弯折部。如果这样的冲击是充分的，则方法100前进至步骤112。否则，方法100可以行进至步骤108。

步骤108，其不是可选的，包括将图1中所示的测试系统70的至少一个导电引线36电连接到定子10的每一层。这样的连接可以发生在靠近导线端部28的经熔焊的接头处，即，相对于定子10的相位引线20、120、220的对应层在绕组12的大约一半处。步骤108包括将经校准电压（箭头21）经由有导电引线36注入到定子10的目标绕组（一个或多个）12中。步骤108可以使得图1的功率调节部件57的一个或多个电容器58快速放电，作为进入绕组12中的电压浪涌。在一个非限制性实施例中，这样的浪涌可以是至少100伏特AD或DC（100VAC/VDC）。一旦已经注入浪涌，则方法100行进至步骤110。

在步骤110处，测试装置50测量在期望位置处（诸如在绕组12的弯折部处）的电压，例如使用测试探针17，并随后使用测得的电压（箭头23）计算层之间的压降，如关于步骤104在上面所述的。方法100随后行进至步骤112。

在步骤112处，测试装置50确定绕组12的弯折部处的绝缘材料26是否已经被在步骤108处注入到绕组12中的经校准电压（箭头21）充分地冲击。与步骤106一样，任何冲击的充分性可以被确定为校准值并记录在存储器55中。例如，如果至少辅助电压（箭头21）的阈值百分比仍存在于弯折部处，测试装置50可以针对该特定测试位置确定经校准电压（箭头21）充分地冲击了弯折部。如果冲击被确定为是充分的，则方法100前进至步骤114。否则，方法100行进至步骤116。

在步骤114处，已经确定了在步骤112处经由测试系统70的冲击是充分的，图1的测试装置50可以随后执行关于被测试的定子10的合适的控制动作。例如，步骤114可以包括将合格诊断代码记录在存储器55中、激活信号通知针对该特定相位的测试合格的音频/视频指示器等中的任一个或所有。方法100之后针对被测试相位完成。如果其他相位还未被测试，则方法100可以针对下一未测试相位重复。一旦已经成功测试了所有相位，绕组可以在经熔焊的发卡式销的经熔焊的端部处绝缘。在使绕组绝缘之后，定子10可以随后被安装，例如，至电牵引电动机中。

在步骤116处，已经确定了在步骤112处经由图1的测试系统70的冲击是充分的，测试装置50执行与步骤114中执行的控制动作不同的控制动作。例如，步骤116可以将失败诊断代码55记录在存储器55中，以步骤102或108开始重新测试同一相位，信号通知定子10的进一步检查和报废或维修，等。

详细描述和附图或视图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于执行要求保护的发明的最佳模式和其他实施例，存在各种替换涉及和实施例，用于实践限定在所附权利要求中的本发明。

Claims (10)

1.一种用于浪涌测试条绕定子的方法，所述条绕定子具有布置在多个层中的多个经熔焊的导电发卡式销，所述方法包括：

在经熔焊的发卡式销绝缘之前，将测试系统的导电引线电连接至每一层中的经熔焊的发卡式销中对应的一个，使得每一个导电引线在对应层的绕组的大约一半处电连接至定子；

通过将电容器放电，经由导电引线将经校准电压作为电压浪涌在经熔焊的发卡式销处施加至定子的绕组处；

在施加经校准电压之后，测量绕组的弯折部之间的压降；

将测得的压降记录在测试系统的存储器中；和

当测得的压降大于经校准阈值压降时，执行关于定子的控制事件。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：在记录测得的压降之后，在经熔焊的发卡式销的经熔焊的端部处绝缘绕组。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：在绝缘绕组之后，将定子安装到电牵引电动机中。

4.如权利要求1所述的方法，其中，电连接导电的销包括将弹簧加载的伸缩针的接触表面压靠经熔焊的发卡式销的匹配接触表面。

5.如权利要求4所述的方法，其中，匹配接触表面是熔合定子的两个不同层的经熔焊的接头。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

将主电压作为另一电压浪涌施加在定子的相位引线处。

7.如权利要求1所述的方法，其中，施加经校准电压包括将电容器放电至每一层的开始部分、中间部分和结束部分的至少一个处。

8.一种用于浪涌测试条绕定子的系统，所述条绕定子具有布置到多个层中的多个经熔焊的发卡式销，所述系统包括：

测试装置，包括电容器，所述电容器选择性地存储经校准电压；和

引脚组，电连接到测试装置，包括：

多个导电导线；和

多个导电引线，每一个在一个端部处连接至导线中的相应的一个，在另一个端部处连接至测试装置，其中，所述导电引线配置为用于选择性连接至每一层的发卡式销的经熔焊的端部；

其中，所述测试装置配置为：

将电容器选择性地放电，以由此经由引脚组将经校准电压作为电压浪涌施加到定子的绕组中；

在将电容器放电之后，计算绕组的弯折部处定子的层之间的压降；

将测得的压降记录在存储器中；和

响应于测得的压降来执行关于定子的控制事件。

9.如权利要求8所述的系统，其中，所述多个导电引线布置为钉床配置，且其中，每一个导电引线是弹簧加载的伸缩针。

10.如权利要求8所述的系统，其中，所述测试系统包括电连接至测试装置的测试探针，且其中，所述测试探针配置为测量电压，并将测得的电压传送至测试装置。

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