CN107947398B - 电机的定子槽构造 - Google Patents

Abstract

公开了一种电机的定子槽构造。一种电机可包括转子。所述电机可包括围绕转子的定子，所述定子具有限定槽的齿，所述槽具有至少两种截面面积并容纳具有一致的截面面积的绕组，所述绕组以相对于其他槽大致相似的比例填充所述槽的截面面积中的每个，使得容纳不同相的绕组的槽具有与容纳相同相的绕组的槽不同的截面面积。

Description

电机的定子槽构造

技术领域

本公开涉及电机的定子槽。

背景技术

电机可包括固定到旋转轴的转子。转子可具有嵌入其中以发电或者能够产生磁场的永磁体或导体。根据电机处于发电模式还是推进模式，定子可产生相反的磁场以产生扭矩或电力。定子可包括多个绕组，所述多个绕组穿梭在由多个齿限定的整个槽内。针对由定子绕组产生的谐波磁通量，绕组可以是多层的。多层绕组的引入可能在定子芯中导致空闲的区域。

发明内容

一种电机可包括转子。所述电机可包括围绕转子的定子。定子具有限定槽的齿，所述槽具有至少两种截面面积并容纳具有一致的截面面积的绕组，所述绕组以相对于其他槽大致相似的比例填充所述槽的截面面积中的每个，使得容纳不同相的绕组的槽具有与容纳相同相的绕组的槽不同的截面面积。

一种定子可包括每个均分配有相的多个绕组。所述定子还可包括限定槽的齿，所述槽围绕定子均匀地周向分布。所述槽中的第一组槽的尺寸被设置为容纳不同相的两层绕组以及分隔不同相的两层绕组的绝缘体。所述槽中的第二组槽的尺寸设置为容纳相同相的两层绕组。第一组槽的宽度比第二组槽的宽度大。

一种电机可包括定子，所述定子围绕转子并具有限定槽的齿，所述槽具有尺寸被设置为容纳相同相的绕组的第一截面面积和尺寸被设置为容纳由绝缘体分隔开的不同相的绕组的第二截面面积。第一截面面积和第二截面面积的尺寸设置为容纳具有一致的截面面积的绕组，并按照第一截面面积和第二截面面积的相应比例填充到通向槽凹入或槽开口的槽的颈缩区域。

附图说明

图1是具有轴、转子和定子的电机的主视图；

图2是具有插入其中的绕组的定子的槽的截面图；

图3是包括多个齿和槽的定子的拉长的截面的截面图，其中，一些槽具有与其他槽不同的深度；

图4是包括多个齿和槽的定子的拉长的截面的截面图，其中，一些槽具有与其他槽不同的宽度；

图5是包括多个齿和槽的定子的拉长的截面的截面图，其中，一些槽具有与其他槽不同的截面面积，并且每极每相的槽的数量为分数。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应理解，公开的实施例仅为示例，其他实施例可采取各种替代的形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可与一个或更多个其他附图中示出的特征结合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。

电机包括定子和转子以产生电力或产生扭矩。电机的定子可由多个堆叠的叠片组成。叠片可由电制钢或其他铁合金制成。叠片可以具有限定槽和内径的齿。导电绕组可以在整个槽中缠绕以承载电流。槽的尺寸可设置为(即，槽的截面面积的尺寸设置为)容纳绕组。齿和槽的相对截面面积可被设计为提供最大的扭矩密度。增加齿的截面面积使通过的磁通量增加，从而提高扭矩密度。增加槽的截面面积使绕组的截面面积增加，从而减少电阻铜损耗。因此，可以将定子设计为使齿的截面面积和槽的截面面积最大化。

绕组可以用于引导电流通过定子铁芯中的槽，这感应出磁场。绕组可以是一个固体导体。绕组可以是多个单独的导体。单独的导体可具有方形或圆形的横截面。绕组或单独的导体可具有涂层(例如，清漆(varnish)、环氧树脂、树脂、涂料)，以防止各导体之间的交叉导电。绕组可以具有相同的截面面积以保持一致的铜损耗。

电机可具有多个相。由于不同相之间的电位会极大地影响在绕组之间由环境空气和清漆所提供的绝缘，所以不同相的绕组可由绝缘体分开，以防止绕组之间的短路。绝缘体可以是相绝缘纸。绕组可以在槽内按照层的方式堆叠以提高电机性能。这些层叠结构(例如，双层、三层)可以通过在具有不同相的相邻绕组之间插入绝缘体来防止绕组之间的交叉导电。只有具有不同相的槽才需要位于不同相的绕组之间的绝缘体。具有相同相的槽不需要绝缘体。由于槽尺寸保持恒定，因此在具有不同相的槽中使用绝缘体可能需要减小绕组的总截面面积。由于具有相同相的绕组不需要绝缘体，因此这种减少导致在具有相同相绕组的槽中产生未使用的空间。意味着，具有相同相的槽的截面面积未被充分利用。因此，可以调节槽的截面面积以消除槽中的空间的浪费。

槽的截面面积的减小使齿的厚度增加。定子的所有齿可具有相同的宽度。每个槽的减少引起的宽度的增加可以均等地分配并分配到所有的齿。增加的齿宽将提供更大的电机扭矩密度。

容纳具有相同相的绕组的槽的截面面积可以以许多方式进行调节。槽的深度可以减小。槽的宽度可以减小。深度和宽度均可以按比例进行调节。容纳相同相的绕组的槽可以以使得槽具有容纳绕组所需的最小截面面积的任何方式进行调节。绝缘体槽和非绝缘体槽的绕组可以成比例地填充槽。槽可能不会被填充到绝对最大容量而导致绕组溢出到气隙中。槽可以填充到阈值或槽的颈部。槽可以被填充为使得槽的到气隙的整个截面面积被充分利用，超过90％填充有绕组和绝缘体的组合。

现在参照图1，示出了电机10的一部分。电机10包括围绕转子102的定子100，转子102机械地连接到轴104。轴104可通过一对键和槽(未示出)机械连接到转子102。转子102可包括尺寸设置为容纳永磁体108的容纳部106。永磁体108可成对地设置以形成磁极。定子可包括由齿112限定的多个槽110。槽110的数量可以与永磁体108对的数量相关，使得每极每相的槽数是整数或分数(fractional number)。可使用其他的电机10构造。例如，转子102可不包括永磁体108(例如，感应马达)。电机10还可具有围绕定子100的外转子102。转子102可包括不同的永磁体108构造或者包括层叠以产生多个极的多个永磁体108。

现在参照图2，示出了定子100的槽110。槽110可以由一对齿112限定。槽110可以具有槽开口114。槽开口114可以包括槽110开始渐缩到槽开口114的槽颈部115。槽110可以容纳多个导体116。导体116可以是任何形状的。导体116可以是圆形、方形、立体图形或前者的组合形状的。导体116可以按相118进行捆扎。每个相118可以具有多个导体116。每个相可以具有绝缘体(未示出)，以防止与定子叠片的齿112的短路。如图所示，每个相118具有相似或一致的截面面积。截面面积可以按πr²、L×W、其他方法或前述方法组合的方法进行测量。槽110的截面面积124的尺寸可以被设置成容纳相118，使得不管绝缘体存在或不存在，槽110都会被填充。由于槽110可能不会被填充超过槽开口114，因此当填充槽110的一定比例时，槽110可以被认为是填满的。意味着，少于90％的槽的截面面积被填充或其他比例量的槽被填充。使用单独的导体的典型应用可能具有45％的填充量。使用条形绕组的典型应用可能具有60％-70％的填充量。在不同的定子100设计之间槽110的形状和尺寸可以发生变化。槽110的形状可以是具有直的侧边的矩形、具有弯曲侧边的矩形、具有弯曲侧边的泪珠形状或尺寸设置为容纳绕组的任何其他组合形状。为此，根据槽110的形状和比例，在槽110之间确切的填充百分比可以发生变化。因此，可以将填充百分比与具有嵌入在相束118之间的绝缘体的定子100的槽110的填充量进行比较。另外，尺寸值可以测量填充量。例如，可以测量从所述束到气隙、槽开口或槽颈部115的距离。在具有绝缘体和不具有绝缘体的槽110之间填充量可以略微变化。

现在参照图3，示出了具有多个槽110的拉长的定子100。槽110可以具有不同的截面面积122、124，以确保绕组相似地填充槽110。示出了槽110由齿112限定。齿112形成槽开口114。每个槽均填充有两个相束118、119、120(即，A相、C相、B相)。槽可以填充有多于两个的相束118、119、120。容纳不同相118、119、120的槽110可以具有设置在其中的绝缘体134。容纳不同相118、119、120的槽110的槽深度126(y)可以比容纳相同相118、119、120的槽110的深度132(w)长。容纳不同相118、119、120的槽110的宽度128(x)可以与容纳相同相118、119、120的槽110的宽度128(x)相同。槽110的不同深度126、132确保槽110中的第一组122具有与槽110中的第二组124不同的截面面积。容纳在每个槽110内的绕组118、119、120填充每个槽110。

现在参照图4，示出了具有多个槽110的拉长的定子100。定子100的绕组构造是具有每极每相2个槽的整数槽绕组的示例。槽110可以具有不同的截面面积122、124，以确保绕组相似地填充槽110。示出了槽110由齿112限定。齿112形成槽开口114。每个槽均填充有两个相束118、119、120。槽可以填充有多于两个的相束118、119、120。在容纳不同相118、119、120的槽110中可以设置有绝缘体134。容纳不同相118、119、120的槽110的槽深度126(y)可以与容纳相同相118、119、120的槽110的深度126(y)相同。容纳不同相118、119、120的槽110的宽度128(x)可以比容纳相同相118、119、120的槽110的宽度130(z)大。槽110的不同宽度128、130确保槽110的第一组122具有与槽110的第二组124不同的截面面积。由于容纳相同相118、119、120的槽110更窄，因此具有这种构造的定子100可以具有更宽的齿112。更宽的齿可增加电机的扭矩密度。在其他实施例中，容纳相118、119、120的槽110的宽度和深度可以被调整为使得绕组118、119、120的截面面积填满槽110的截面面积或基本上填满槽110的截面面积。

现在参照图5，示出了具有多个槽110的拉长的定子100。定子的绕组构造是具有每极每相1.5个槽的分数槽绕组的示例。该分数槽绕组示例导致具有相同相的两个槽110彼此相邻地定位，而不是如图4所示的整数槽绕组示例所示的交替方式。槽110可具有不同的截面面积122、124，以确保绕组相似地填充槽110。示出了槽110由齿112限定。齿112形成槽开口114。每个槽均填充有两个相束118、119、120。槽可以填充有多于两个的相束118、119、120。在容纳不同相118、119、120的槽110中可以设置有绝缘体134。容纳不同相118、119、120的槽110的槽深度126(y)可以与容纳相同相118、119、120的槽110的深度126(y)相同。容纳不同相118、119、120的槽110的宽度128(x)可以比容纳相同相118、119、120的槽110的宽度130(z)大。槽110的不同宽度128、130确保槽110具有不同的截面面积122、124，容纳在每个槽110内的绕组118、119、120填充每个槽110。由于容纳相同相118、119、120的槽110更窄，因此具有这种构造的定子100可以具有更宽的齿112。更宽的齿可增加电机的扭矩密度。在其他实施例中，容纳相118、119、120的槽110的宽度和深度可以被调整为使得绕组118、119、120的截面面积填满槽110的截面面积或基本上填满槽110的截面面积。

在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下能够进行各种变化。如前所述，各个实施例的特征可组合，以形成本发明可能没有明确描述或说明的进一步的实施例。虽然各个实施例能被描述为在一个或更多个期望特性方面提供优势或优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特点或特性可被折衷，以实现期望的总体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、封装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。这样，被描述为在一个或更多个特性方面不如其他实施例或现有技术实施方式合意的实施例不在本公开的范围之外，且可期望用于特定应用。

Claims (20)

1.一种电机，包括：

转子；

定子，围绕转子，并且包括限定槽的齿，所述槽具有至少两种截面面积并容纳具有一致的截面面积的绕组，所述绕组以相对于其他槽大致相似的比例填充所述槽的截面面积中的每个，使得容纳不同相的绕组的槽的截面面积大于容纳相同相的绕组的槽的截面面积，并且截面面积之间的差对应于设置在不同相的绕组之间的绝缘体的截面面积。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，不同相的绕组由绝缘体分隔开。

3.根据权利要求2所述的电机，其中，所述绝缘体是相绝缘纸。

4.根据权利要求1所述的电机，其中，容纳不同相的绕组的槽的宽度比容纳相同相的绕组的槽的宽度大。

5.根据权利要求4所述的电机，其中，容纳不同相的绕组的槽的深度和容纳相同相的绕组的槽的深度相同。

6.根据权利要求1所述的电机，其中，所述定子的每极每相的槽数是整数。

7.根据权利要求1所述的电机，其中，所述齿中的每个的宽度相同。

8.根据权利要求1所述的电机，其中，所述大致相似的比例小于所述槽的截面面积的90％。

9.根据权利要求8所述的电机，其中，所述槽的截面面积由定子的内径和所述齿限定。

10.一种定子，包括：

多个绕组，分别分配有相；

齿，限定围绕定子均匀地周向分布的槽，所述槽中的第一组槽的尺寸被设置为容纳不同相的两层绕组和分隔所述不同相的两层绕组的绝缘体，所述槽中的第二组槽的尺寸被设置为容纳相同相的两层绕组，并且第一组槽的宽度比第二组槽的宽度大，其中，第一组槽的截面面积比第二组槽的截面面积大与绝缘体的截面面积相对应的截面面积。

11.根据权利要求10所述的定子，其中，容纳不同相的绕组的槽的深度和容纳相同相的绕组的槽的深度相同。

12.根据权利要求10所述的定子，其中，所述绕组将第一组槽和第二组槽两者的截面面积填充到大致相等的比例。

13.根据权利要求12所述的定子，其中，所述绕组将第一组槽和第二组槽两者的截面面积填充到所述槽的颈缩部分。

14.一种电机，包括：

定子，所述定子围绕转子并具有限定槽的齿，所述槽具有尺寸被设置为容纳相同相的绕组的第一截面面积和尺寸被设置为容纳由绝缘体分隔开的不同相的绕组的第二截面面积，其中，第一截面面积和第二截面面积的尺寸被设置为容纳具有一致的截面面积的绕组，并按照第一截面面积和第二截面面积的相应比例填充到通向槽开口的槽的颈缩区域，其中，第一截面面积比第二截面面积小与绝缘体的截面面积相对应的截面面积。

15.根据权利要求14所述的电机，其中，尺寸被设置为容纳不同相的绕组的槽的宽度比尺寸被设置为容纳相同相的绕组的槽的宽度大。

16.根据权利要求15所述的电机，其中，尺寸被设置为容纳不同相的绕组的槽的深度与尺寸被设置为容纳相同相的绕组的槽的深度相同。

17.根据权利要求14所述的电机，其中，所述定子的每极每相的槽数是分数。

18.根据权利要求14所述的电机，其中，所述相应比例小于所述槽的截面面积的90％。

19.根据权利要求18所述的电机，其中，所述槽的截面面积由定子的内径和所述齿限定。

20.根据权利要求14所述的电机，其中，尺寸被设置为容纳不同相的绕组的槽的深度比尺寸被设置为容纳相同相的绕组的槽的深度大，并且尺寸被设置为容纳不同相的绕组的槽的宽度与尺寸被设置为容纳相同相的绕组的槽的宽度相同。

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