CN104682587A - 用于电动机的定子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电动机的定子，一种电动机定子包括多个极片和与极片相关联的多个电绕组。每个绕组包括具有导电元件的电缆。有损耗绝缘材料位于电绕组与关联的极片之间。

Description

用于电动机的定子
技术领域
本发明涉及电动机。
背景技术
本节陈述只是提供与本发明相关的背景信息。因此，这些陈述不意图构成对现有技术的认可。
当采用时，电动机包括导电绕组和用于支撑绕组和磁铁的结构或框架。在工作中，在相邻的导线之间以及在导线与结构之间能产生杂散电容。这样的杂散电容包括由绝缘材料和空气构成的并联电阻元件。在工作中，响应于由电机控制器引起的电流切换，电机促使转子元件旋转，这导致在电机控制器输出的每个上升边和每个下降边处的共模中的高频振铃（ringing）。电机控制器系统包含小的并联电阻。高频振铃具有可重复和可测量的特性，包括频率、振幅和持续时间，它们直接与系统电阻和相邻导线之间以及导线与结构之间的杂散电容/并联电阻相关。
由于电路元件的邻近而在它们的电路中产生寄生或杂散电容。能够相对于电频率确定能量损失的幅度。邻近的导体受到彼此电场的作用，有电功率损失，即寄生损失，与电流的频率成正比。寄生电容能够引起令人讨厌的高频振铃，降低电机转矩输出和/或增大功率消耗。
发明内容
一种电动机的定子包括多个极片和与这些极片相关联的多个电绕组。每个绕组包括具有导电元件的电缆。有损耗绝缘材料位于电绕组与关联的极片之间。
本发明提供下列技术方案。
技术方案1. 一种用于电动机的定子，包括：
多个极片；
与所述极片关联的多个电绕组，每个绕组都包括含有导电元件的电缆；和
有损耗绝缘材料，其位于所述电绕组与所述关联的极片之间。
技术方案2. 如技术方案1所述的定子，其中，所述有损耗绝缘材料包括具有特定体积电阻的电绝缘材料，其将由电动机的元件的电感和电容形成的同等电共振电路电加载为临界阻尼或过阻尼条件中的一个。
技术方案3. 如技术方案2所述的定子，其中，当所述电共振电路具有在比100微微法更小与3000微微法之间的寄生电容时，所述有损耗材料具有在1欧姆的几分之一与50欧姆之间的体积电阻。
技术方案4. 如技术方案2所述的定子，其中，所述有损耗绝缘材料包括碳、金属薄膜、聚合物和半导体材料中的一个或多个。
技术方案5. 如技术方案1所述的定子，其中，位于所述电绕组与所述关联的极片之间的所述有损耗绝缘材料包括应用到所述极片的有损耗绝缘材料。
技术方案6. 如技术方案1所述的定子，其中，位于所述电绕组与所述关联的极片之间的所述有损耗绝缘材料包括应用到所述电绕组的有损耗绝缘材料。
技术方案7. 如技术方案1所述的定子，其中，位于所述电绕组与所述关联的极片之间的所述有损耗绝缘材料包括与粘合材料结合的有损耗绝缘材料、形成为薄片的有损耗绝缘材料以及插入所述电绕组与所述关联的极片之间的每个缝中的有损耗绝缘材料。
技术方案8. 一种用于电动机的定子，包括：
多个极片，每个极片包括覆有有损耗绝缘材料的铁磁材料；和
与所述极片相关联的多个电绕组，每个绕组包括电缆，所述电缆包括覆有包含有损耗绝缘材料的绝缘套的导电元件。
技术方案9. 如技术方案8所述的定子，其中，所述有损耗绝缘材料包括具有特定体积电阻的电绝缘材料，其将由电动机的元件的电感和电容形成的同等电共振电路电加载为临界阻尼或过阻尼条件中的一个。
技术方案10. 如技术方案9所述的定子，其中，当所述电共振电路具有在比100微微法更小与3000微微法之间的寄生电容时，所述有损耗材料具有在1欧姆的几分之一与50欧姆之间的体积电阻。
技术方案11. 如技术方案9所述的定子，其中，所述有损耗绝缘材料包括碳、金属薄膜、聚合物和半导体材料中的一个或多个。
附图说明
现在将以举例的方式参照附图描述一个或多个实施例，其中：
图1-1、1-2和1-3示出根据本发明的电动机实施例的元件；和
图2示出电路，用于模拟根据本发明的电动机的电特性以确定有损耗绝缘材料的优选电特性。
具体实施方式
现在参照这些图，其中，所示仅仅是为了解释某些示范性实施例，不是为了限制它们，图1-1,1-2和1-3示意性地示出电动机10的元件，参照纵向轴线24（向页面里）和径向轴线25示出。电动机10的实施例包括内转子20，其配置成在径向同轴的外定子30内围绕纵向轴线24旋转。定子30包括多个沿径向定向的极片36，它们连接到外圆周定子基座35且由其支撑，该外圆周定子基座35由电磁材料例如铁磁材料制成。定子30能够使用任何合适的工艺制成，包括，例如机加工、铸造、预铸件或预机加工件的组装和绝缘冲压元件的组装。相邻的成对极片36形成缝31，绕组32插入其中。电动机10电连接到电机控制器，该电机控制器包括控制其工作的功率变换器。为了清楚起见，省略了电动机10的其它细节。电动机10的实施例是示例性的，本文描述的概念适用于其它电动机构造，没有限制。
图1-2示出相邻的成对极片36中的一个的细节，形成转子20的其中一个缝31。每个极片36包括从定子基座35沿径向显现的径向部分37和头部分38。绕组32邻近每个极片36的径向部分37插在每个缝31内。图1-3示意地示出绕组32，其包括覆有导线绝缘材料34的导电电缆33，其以适当配置布置以实现电机工作。导线绝缘材料34能够是任何合适的导线绝缘材料例如清漆。
有损耗绝缘体40优选地放置在绕组32与每个极片36的相邻径向部分37之间。有损耗绝缘体还可以放置在绕组32与位于相邻的磁极36之间的定子基座35的凹谷表面之间。事实上，这样的凹谷放置可以简单地由制造工艺得到。在一个实施例中，有损耗绝缘体40作为液体涂料被应用到每个极片36的径向部分37上，其在适当位置固化。有损耗绝缘体40采用薄膜淀积、镀、浸、刷、喷或其它合适的涂覆方法进行应用和固化，这些方法能够根据有损耗绝缘体40材料特性决定。替代地或附加地，有损耗绝缘体40能够与合适的粘合材料结合并且形成薄片，在绕组32插入缝31之前或与此同时，将薄片进行预切、成型并且插入到极片36与绕组32之间的每个缝31中。在一个实施例中，有损耗绝缘体40被应用到绕组32的导电电缆33上，高出电缆33的绝缘材料34。在一个实施例中，有损耗绝缘体40与绝缘材料34结合并且同时应用到绕组32的导电电缆33上。
电机控制器操作的电动机10的动作产生电磁能，称作振铃，其具有可重复和可测量的特性，包括频率、振幅和持续时间。振铃的频率、振幅和持续时间直接与电动机10中的系统电阻、杂散电容和串联电阻有关，包括导线与导线以及导线与结构连接。
有损耗绝缘体40包括电绝缘材料，其通过耗散电能而抑制导电元件之间的电磁能传递。通过引入由有损耗绝缘体40提供的分路电阻来耗散电能，该电阻是受控电阻，其减小绕组与极片之间的寄生电容以及任何绕组电容的影响。与寄生电容串联的有损耗材料的受控电阻增大通过电容的不需要能量的耗散，同时还减小总寄生电容，归因于包括绕组与定子之间的距离，因此降低振铃和干扰。有损耗绝缘体40在绕组32的相邻的导电电缆33之间以及在绕组32的导电电缆33与极片36之间提供低振幅分路电阻。仍然可以有原始的寄生电容串联，形式是小的气隙和导电电缆33上的漆绝缘。
有损耗绝缘体40的材料是电阻材料，其通过耗散电磁能而抑制导电元件之间的电磁能传递。电绝缘材料阻止或限制电子流过它们的表面或通过它们的空间。电绝缘材料具有高电阻并且可能难以电接地至外壳接地或其他电接地。有损耗绝缘体40的材料由包括碳、金属薄膜、聚合物和半导体材料中的一种或多种的材料形成。示范性导电元件包括绕组32和每个极片36的相邻的径向部分37，能够看成类似于电容器的板。能够选择有损耗绝缘体40的绝缘性质以忽略回路中的空气阻力，并且在选择为匹配系统电阻时能够衰减高频振铃为低振幅。
有损耗绝缘体40优选地具有特定的体积电阻，其将由电路的电感和电容形成的同等电共振电路加载为临界阻尼或过阻尼条件。因此，在一个实施例中，在具有寄生电容范围在比100微微法（pF）更小与3000微微法之间的系统中，该体积电阻在比1欧姆更小与50欧姆的范围内。有损耗绝缘体40的作用是降低振铃，该振铃是由于引起绕组与要充电或放电的极片之间的电容的变换器感应切换而发生的。因此，有损耗绝缘体40减小由切换而引起发生的电机振铃产生的电磁干扰。有损耗绝缘体40提供的分路电阻的振幅优选地是通过监测目标应用中的感应振铃以及监测对其几何结构的系统响应来确定。
图2示意性地示出同等电共振电路200，其能够用于模拟电动机的电特性以确定用于目标应用的有损耗绝缘材料的优选电特性。电共振电路200包含电交互作用，包括电动机中的定子的极片236与包含导线绝缘材料234的相邻绕组232之间的寄生电容239。绕组232和电连接的电机控制器、能源和电滤波器系统用作电阻、电容和电感的组合，并且，在受到通过寄生电容239的电流激励时，容易受到共模电共振影响。极片236包括有损耗绝缘材料240，表征为与电容246并联的电阻245。绕组232与极片236之间的寄生电容239引起本质上有电阻性的电功率损耗，归因于电场中传导电流或位移电流的电压降。因此，有损耗绝缘材料240的电阻优选地确定为最小化临界频率下的电功率损耗，其与系统工作频率或最大可获得频率相关。
与电机控制器的电气部件有关的电共振电路200和电机安装底盘形成共模的串联RLC电路，引起供应电功率给控制器的DC总线之间的潜在调谐电压。有损耗材料电阻值能够采用最大功率传输定理来确定。最大功率传输定理规定，为了用有限的内电阻从电源获得最大外功率，从其输出端子来看，负载的电阻必须等于电源的电阻。因此，有损耗材料电阻值必须等于电动机的阻抗，以便耗散电路200中的大多数功率，因此，共模中的不需要电能转换成热而不是噪声信号，该噪声信号能够在近场中邻近耦合为振铃磁场或电场或在远场中辐射为电磁波。事实上，这个方法能够这样来应用，通过确定在无有损耗材料电阻的情况下典型的电机在主频下工作的期间产生的总电机阻抗并且采用该确定的总阻抗，应用该方法。替代地，在其中电路的特性阻抗在整个电通道中保持相同的实施例中，能够采用阻抗匹配以防止电反射来确定有损耗材料电阻值。事实上，当存在不取决于频率的单个特性阻抗时，应用该方法。
因此，当导线或绕组缠绕在电机极片上时，形成寄生电容。寄生电容汲取有助于振铃和传导干扰的电流。增加有损耗绝缘体形式的串联电阻以增大电容损耗，这降低振铃和干扰。能够通过在形成绕组的导线的表面和/或极片应用有损耗材料来实现增加串联电阻，这减小寄生绕组电容引起的电流。参照电动机上的应用描述了有损耗绝缘体。其它合适的应用包括，例如螺线管、继电器、线性电动机及其它电装置/应用，它们在导线线圈与极片之间有杂散电容。
本发明已经描述了某些优选实施例及其改型。一旦阅读和理解说明书，可以让别人想起更多改型和改变。因此，意图是，本发明不限于作为构思为执行本发明的最佳方式公开的特殊实施例，但是，本发明将包括所有落入附上的权利要求范围内的实施例。

Claims (10)

1.一种用于电动机的定子，包括：
多个极片；
与所述极片关联的多个电绕组，每个绕组都包括含有导电元件的电缆；和
有损耗绝缘材料，其位于所述电绕组与所述关联的极片之间。
2.如权利要求1所述的定子，其中，所述有损耗绝缘材料包括具有特定体积电阻的电绝缘材料，其将由电动机的元件的电感和电容形成的同等电共振电路电加载为临界阻尼或过阻尼条件中的一个。
3.如权利要求2所述的定子，其中，当所述电共振电路具有在比100微微法更小与3000微微法之间的寄生电容时，所述有损耗材料具有在1欧姆的几分之一与50欧姆之间的体积电阻。
4.如权利要求2所述的定子，其中，所述有损耗绝缘材料包括碳、金属薄膜、聚合物和半导体材料中的一个或多个。
5.如权利要求1所述的定子，其中，位于所述电绕组与所述关联的极片之间的所述有损耗绝缘材料包括应用到所述极片的有损耗绝缘材料。
6.如权利要求1所述的定子，其中，位于所述电绕组与所述关联的极片之间的所述有损耗绝缘材料包括应用到所述电绕组的有损耗绝缘材料。
7.如权利要求1所述的定子，其中，位于所述电绕组与所述关联的极片之间的所述有损耗绝缘材料包括与粘合材料结合的有损耗绝缘材料、形成为薄片的有损耗绝缘材料以及插入所述电绕组与所述关联的极片之间的每个缝中的有损耗绝缘材料。
8.一种用于电动机的定子，包括：
多个极片，每个极片包括覆有有损耗绝缘材料的铁磁材料；和
与所述极片相关联的多个电绕组，每个绕组包括电缆，所述电缆包括覆有包含有损耗绝缘材料的绝缘套的导电元件。
9.如权利要求8所述的定子，其中，所述有损耗绝缘材料包括具有特定体积电阻的电绝缘材料，其将由电动机的元件的电感和电容形成的同等电共振电路电加载为临界阻尼或过阻尼条件中的一个。
10.如权利要求9所述的定子，其中，当所述电共振电路具有在比100微微法更小与3000微微法之间的寄生电容时，所述有损耗材料具有在1欧姆的几分之一与50欧姆之间的体积电阻。
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