CN108288885B - 用于电机的电压平衡绕组模式及组装这种绕组的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于具有大量极对的电机的定子的电压平衡绕组被分布在所述定子的若干圆周分段和若干径向层上。所述绕组由至少两个相位组成，并且所述绕组的每个相位包括多个导线分段，每个扇区中的每个层一个导线分段。每个导线分段包括以定子的轴向方向排列的多个直导线以及将所述直导线部分连接至波状模式的多个端部绕组。所述电压平衡绕组的特征在于，所述多个导线分段被划分为串联导线分段的支路，其中每个支路包括从D个不同分段d和D个不同层j所选择的至少D个导线分段，而使得(j+d)mod D等于预定数字，其中D是圆周分段的数量。至少其中j1+d1＝j2+d2的层j1和扇区d1的第一导线分段以及层j2和扇区d2的第二导线分段被整体形成为不间断导线分段。

Description

用于电机的电压平衡绕组模式及组装这种绕组的方法

技术领域

本发明涉及电机的定子，尤其涉及用于具有多个相位绕组的定子的绕组模式，以及相应的制造方法。

背景技术

在现代牵引应用中所使用的电机的定子必须在机器的气隙中表现出电流到磁通量的高效转化。电机的定子中的损失包括铁芯中的损失以及绕组中的损失。在高扭矩电机中，后者通常是显性的并且因此需要特别关注。通过具有高填充因数和其它细节的创新性的绕组技术，绕组中的损失得以减少。高扭矩、高极对机器中通常使用的绕组拓扑群组之一是波状绕组拓扑。所述绕组在多个槽上以圆周方向展开，其中端部绕组位于每个轴向侧上。在每个槽中，线缆在径向层中均匀部署，通常每一层内有一跟线缆。这些绕组确保了高效率以及优异的散热性能，但线缆的实心横截面和高频率却放大了不利影响。

电机的绕组可以由一个或多个支路组成，所述支路在一个相位内并联，以便增加用于电流传送的铜的横截面以及以便具有与电力电子和能量存储规范兼容的正确电压水平。如果上述支路并未全部以磁性等同的方式位于槽中，则它们的电感会有差异。高极对机器中的电感差异的主要来源在于所述支路相对于其它支路的槽层位置。在极对数少于10的的传统电机中，这种效应并不严重，因为与电机磁性定子-转子气隙相比，较大的槽宽度尺寸使得槽漏泄并不大。但是随着极对数量的增长，槽宽度也减小并且槽漏磁通量变得与横穿定子-转子气隙的通量相当。在这种情况下，每个支路的槽层位置的问题就很严重并且必须要解决以便防止循环电流在支路间流动。这些电流导致效率降低、控制问题，而且还使得绕组随时间发生过热以及绝缘退化。

这种也被称作电压失衡的问题在波状绕组中甚至更为重要，这是因为绕组中的层仅在少量不同层中相互堆叠，这使得槽中的不同线缆具有明显不同的电感。

在消除波状绕组中的电压失衡时，同样非常重要的是使用尽可能少量的不间断导线分段以及在策略上定义支路的末端位置以避免冗长、昂贵且在热力方面存在问题的连接线或线束。具有连接数量少在降低定子生产时间和成本以及提高生产可靠性的方面也具有关键性优势。

通过在绕组的层间形成连接，波状绕组中的平行导线的电压失衡得以解决，以平衡绕组的感应电压和电阻。

螺旋型的波状绕组要求以受限方式进行交织绕组层，这借助于将正确层连接在一起以接近平衡的平行支路。US 2014/0125187 A1、US 2013/0154428 A1和 US 2013/0187510 A1中所给出的解决方案基于螺旋绕组拓扑以解决上述问题。然而，它们仅提供了有关如何实现具有波状绕组的电压平衡绕组的总体指导，而并未提供如何实现具有最小连接数量的电压平衡绕组的技术方案。而这正是电机性能的一个非常重要的方面。

伪螺旋绕组是波状绕组的一种类型，其中具有相同相位的相邻导线在圆周方向跨其长度互相向上或向下叠放。针对同一相位的相邻导线，槽中的有源部分向上或向下互相叠放。针对同一相位的相邻导线，绕组突出部分，其也被称为端部绕组，向上或向下互相叠放。伪螺旋绕组的关键方面在于其非交织拓扑结构。它允许逐一地插入导线。不要求同时插入更多的导线。US 2014/0145540 A1 中公开了伪螺旋绕组的示例。

针对完全非交织绕组的替代方案也是一种解决方案，其中多个导线首先以交织方式进行缠绕，但是随后它们作为导线组而以非交织方式进行定位。

还出现了有趣的绕组策略选项，其针对交织或非交织绕组类型要求且允许完全或接近完全平衡的平行支路电感。

然而，在这种情况下，该解决方案也未能实现连接数量的减少。在其中线缆并未交织的伪螺旋绕组的范围内，尚未提出一种绕组的完全平衡的平行支路的设计方案。

发明内容

本发明涉及到波状绕组拓扑，其中导线是线缆直径基本上接近于槽宽度的实心铜线。在这种情况下，槽中放置导线的层是感应电压和支路电阻的失衡的主要原因。本发明的关键方面在于，提供一种确保在连接线数量和长度最小的情况下以等同的方式在所有层中表示所有并联支路的设计。此外，并联的支路在电机的不同圆周分段中同样以等同的方式进行表示。如将在本文随后所给出的，通过正确地识别个体不间断导线分段的长度和它们相对于分段末端的圆周位置以及径向位置的放置(也被称作层数量)以及与其它正确选择的不间断导线分段的连接，可以实现这一点。这里，术语“不间断导线分段”是指连续、整体的一条线缆或其它导线类型，诸如线束或线盘或者另一种导线形状。不间断导线分段具有开头和末端，而它们之间没有任何连接部件。每个不间断导线分段可以具有至少三个直分段，所述直分段位于属于相同相位的相邻的槽之间。绕组的圆周方向在一个不间断导线分段内是恒定的。

正确连接且定位的不间断导线分段形成平行支路，从电压平衡的角度来看，所述平行支路完全或接近完全地等同于所有并联并且由利用相同策略定位且连接的其它不间断导线分段所形成的其它支路。

本发明还能够与例如在US 2014/0145540 A1中所公开的伪螺旋波状绕组拓扑一起使用。伪螺旋波状绕组是一种具体类型的波状绕组，其中某个不间断导线的每个端部绕组被叠放在相邻的不间断导线的端部绕组上方。其实现方式为：处于给定径向层以及在给定轴向侧的第一不间断导线的端部绕组始终与位于相同径向层和轴向侧中的相邻的第二不间断导线以统一的方式交叉，所述统一的方式即始终交叉或始终处于下方。

本发明的绕组装配通过将不间断导线分段叠放到定子铁芯上来实现。所述分段可以被逐一插入而无需一次性插入多个分段，但是并不要求如此。为了得到所预期的电压平衡绕组，必须要遵循一套规则。在q-相位定子中，相同长度的q个不间断导线分段被顺序插入，在相同的预定方向中与先前分段具有一定子槽的偏移量。在以下描述中，将仅对第一相位线缆的位置进行描述，因为其它q-1个相位按照相同的定位规则被给出。如果槽的总数为q*Ns，则在描述定位时将考虑第一相位的Ns个槽。一个相位的槽也围绕定子堆叠的整个圆周等同地间隔开来。

本发明提供了一种具有电压平衡绕组的定子。所述定子包括以预定间隔在圆周方向进行排列的多个槽。所述定子绕组由至少两个相位组成。每个相位由多个电导线形成。导线被定位在定子铁芯的槽中。所述电导线形成波状绕组。电导线被定位在J个径向层中。J至少为2。在圆周位置，电导线被定位在D个圆周分段中。D至少为2。每个定子绕组相位由并行电连接的VD个支路组成，其中VD至少为2。VD也可以被选择为使得J是VD的整数倍，包括J＝VD。每个支路由串连的不间断导线分段组成。每个不间断导线分段占据同一相位的至少三个相邻的槽。至少一个不间断导线分段占据至少两个不同层和两个不同圆周分段的位置。

本发明的第一实施例也被称作基本模式。用于将不间断导线分段定位到J 个径向层和D个圆周分段之中的基本模式由以下规则所定义。每相位的不间断导线分段的典型数量为J+D-1。不间断导线分段由连续数字来标识。不间断导线分段向各个径向层和圆周分段的分配以如下方式来确定。令j为表示径向层位置 1至J的整数而d则是表示圆周分段位置1至D的整数。圆周分段通常在圆周长度上是相等或相似的。第j层和第d圆周分段中的不间断导线分段的识别编号被计算为j+d-1。换句话说，给定相位的不间断导线分段要被部署在定子上而使得径向层j和圆周分段d包含具有识别编号j+d-1的不间断导线分段。

如果我们绘制出按照它们在不同径向层j和不同圆周分段d中的识别编号示出所有不间断导线分段的位置的表格，则识别标号为j+d-1，如表1所示。该模式对于所有相位是相同的。不同相位的不间断导线分段在径向层和圆周位置中的长度和位置方面是相似的。

表1中利用相同数字标记的单元格由相同的不间断导线分段所组成。这样的不间断导线分段能够穿过被命名为d的不同圆周分段以及被命名为j的不同径向层。因此，具有不同识别编号的不间断导线分段必须具有不同的长度以便能够将它们分配给可能不同数量的圆周扇区。

表1：关于径向层j和圆周分段d的不间断导线分段识别编号

如下文将会解释的，该表格并不一定是正方形，即维度并不局限于相等数量的行和列。尺寸可以是大于1的任意整数，但是大多数实际尺寸达到10列和或行。

通过统计不间断导线分段识别编号在表格中的出现次数并将其乘以每个圆周分段d中直的部分的数量，可以计算出用于以上模式的在其中放置单个不间断导线分段的槽的数量。不间断导线分段的长度以直的部分的数量来衡量。该方法能够被用来检查所有支路的相等长度。其还能够被用来在插入到定子铁芯之前将不间断导线分段制备为适当长度。

在四个径向层J和四个圆周分段D的情况下，不间断导线分段的位置在表2 中给出。

表2：针对J＝4且D＝4的关于径向层j和圆周分段d的不间断导线分段识别编号

表2示出了其中每个相位的绕组中具有7个不间断导线分段的实施例。第一不间断导线分段占据圆周分段1和径向层1处的位置。第二不间断导线分段占据圆周分段1和径向层2处的位置还有圆周分段1和径向层1处的位置。该第二不间断导线分段的长度大约是第一不间断导线分段的两倍。第三不间断导线分段占据圆周分段1和径向层3、圆周分段2和径向层2以及圆周分段3和径向层1处的位置。它的长度大约是第一不间断导线分段的三倍。如在以上文本和表格中所给出的，其余四个不间断导线分段的长度和位置因此以类似方式被限定。

在该具体情形中，圆周分段的长度大约是电机圆周的四分之一。

如果在J、D和VD参数的具体组合下是可能的，则在每个径向和圆周位置 j和d具有被已定义为j+d-1的连续不间断导线分段的模式能够在若干不同的实施例中使用。

例如，表2中的情形是针对四个径向层和四个圆周分段所得出的，而这时每个相位要求四个并行支路的绕组的情形。这是通过将具有以下分段识别编号1 和5、分段2和6以及分段3和7的不间断导线分段串连来实现的。分段4自身等同于其它支路。

然而，对于其中每个相位仅有两个并联的支路的绕组而言，最简单的绕组模式可以具有两个圆周分段和两个层。表3示出了三个不间断导线分段的位置，其中串联的分段识别编号1和3形成第一支路而分段2则形成第二支路。

表3：针对J＝2且D＝2的关于径向层j和圆周分段d的不间断导线分段识别编号

如果期望拥有具有四个径向层的两个并行支路，则实现它的最简单的方法似乎是使用诸如表3中的两个层的模式并且以前两个径向层中所使用的相同方式增加两个径向层，就是给出附加的不间断导线顺序编号4、5和6，如表4所示。

表4：在增加两个附加层j＝3和4而使得J＝4且D＝2时的关于径向层j和圆周分段d的不间断导线分段识别编号

然而，表4所示情形中的不间断导线分段的数量为6，这比初始等式J+D-1＝5 所给出的多出1个。这是因为对于所述模式会有附加简化。表4的不间断导线分段3和4实际上可以由单个不间断导线分段所形成。

如果遵循表1中的过程，表5中示出了所得到的模式，其中相同数字表示与J+D-1＝5个分段相同的不间断导线分段。通过将具有分段识别编号1、3和5 的分段与分段2和4连接，可以形成两个等同支路。

表5：针对J＝4且D＝2的关于径向层j和圆周分段d的不间断导线分段识别编号

虽然如表5所定义的绕组模式针对J＝4且D＝2的特定情形具有最少的不间断导线分段，但是有时具有例如表4中所示出的附加的不间断导线分段可能是有利的。这样的情形例如可以如下，如果单个不间断导线分段出于处置的目的而变得过长，或者如果绕组的对称性需要有所改变，或者如果在一些具体位置需要一些附加支路端点。形成不同绕组模式的一种可能性是始终以初始基本模式作为开始，以便针对均大于1的J和D的任何组合都在任意表格中将不间断导线分段的数量给出为j+d-1，但是随后将该模式中任意的不间断导线分段拆分为若干较短的不间断导线分段。

示例性实施例的进一步版本可应用于至少全部的上述以及随后对示例性实施例的描述。

在一个实施例中，不间断导线分段以如下方式定位：相邻层的不间断导线分段具有相同相位的奇数数量的槽的偏移量。

这种布局的优势在于，端部绕组的分布更为均匀，从而更易于定位它们并且使得绕组更为紧凑。单个端部绕组(通常为U形弯曲)连接不间断导线分段的两个直分段。如果相邻层的导线之间存在相同相位的奇数数量的槽的偏移量，则连接相同槽中的两个直分段的相邻层的端部绕组将以轴向方式定位在转子的相反一侧。这样的偏移量的另一个优势在于，定子齿部被导线更为均匀地环绕，这使得绕组在电气上更加平衡。

使用本发明的优势之一还在于连接位置的灵活性。

在一个实施例中，通过根据模式表将每个不间断导线分段的至少一端定位在所期望的2q个槽内，所有支路端点都可以被定位在2q个相邻的槽中，其中q 是相位的数量。这支持短的端点连接和桥接，并且因此连接发热的数量低，而并不使用庞大且昂贵的连接线束。在这种情况下，能够使用非常紧凑的集中式连接端点配件。

根据该方面的绕组模式在大量极对——例如10个或更多极对——以及小的槽和齿部宽度的情况下是特别有用的。在这样的情况下，支路端点处的空间被限制并且难以产生末端连接。为了得到更多用于末端连接的空间，所选择(通常为第一个)圆周分段中每隔一个径向层的不间断导线分段的末端可以以相同相位的槽的数量发生偏移。属于相对应支路中的相邻圆周分段中的不间断导线分段的末端也可以以相同数量的槽发生偏移。

在本发明的优选实施例中，所有不间断导线分段的所有末端以定子铁芯的一个轴向方向进行定位。在该实施例中，不间断导线分段之间的串连始终由被相同相位的奇数数量的槽分开的不间断导线分段的末端所形成，而支路端点的并联则由处于相同槽中或者由相同相位的偶数数量的槽分开的不间断导线分段的末端所形成。

在一些机器中，由于非常大的功率，或由于安全性、可靠性或者任意其它原因，使用与一台机器并联的若干反向器会是有利的。在优选实施例中，支路端点以360/VD度的最大间隔均匀地围绕机器的圆周进行定位并且优选地处于圆周分段的边界处，其中VD指并联的数量。这使得能够利用副绕组之间短的连接长度轻易访问到单个电机上使用的分布式反向器。

根据本发明的第二实施例，被并联的所有不间断导线分段都在相同的径向层但是不同的圆周位置开始。该绕组模式最为简单的呈现形式是螺旋绕组模式，其中径向层的数量等于圆周分段的数量和并行支路的数量。表6示出了针对四个径向层和四个圆周分段的四个不同的不间断导线分段的位置。

表6：螺旋绕组方案中针对J＝4且D＝4的关于径向层j和圆周分段d的不间断导线分段识别编号

表6中的每个单元格的数字的计算方法如下，其示出了层j和圆周分段d中的不间断导线分段的位置。j是从1至J的行中的径向层的数量且d是从1至D 的列中的圆周分段的数量。第j行和第d列中的数值为((d+j)mod D)+1。

利用相同数字进行标记的位置表示相同的不间断导线分段。这些是一个相位的导线。其它相位的导线位置以相似方式来定义，导线仅是在圆周方向彼此相邻地进行定位。

本发明还提供了一种用于组装根据以上实施例的绕组的方法。不间断导线分段可以被预先构造，例如被切割为适当长度并弯曲成形，并且随后被插入到定子槽中。

在组装根据第一实施例的绕组——即具有基本模式的绕组——的情况下，将不间断导线分段插入到槽中的顺序由表1中的数字所确定，即由不间断导线分段的标识符所确定。通过连续递增不间断导线分段的识别编号，不间断导线分段可以针对每个相位以单独的不间断导线分段被连续插入。换句话说，在具有下一个识别编号的不间断导线分段将被插入之前，所有相位中具有相同识别编号的不间断导线分段被逐个插入。根据另一种选择，在具有下一个识别编号的不间断导线分段将被插入之前，所有相位中具有相同识别编号的不间断导线分段被同时插入。

在组装根据第二实施例的绕组——即具有螺旋模式的绕组——的情况下，所有不间断导线分段可以同时被插入到定子铁芯中。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于电机的定子的电压平衡绕组。所述定子包括在所述定子的圆周方向以预定间隔排列的多个槽。所述绕组以所述定子的的圆周方向在D个圆周分段上分布，D是大于1的整数，以及在所述定子的径向方向在J个径向层上分布，J是大于或等于D的整数。所述绕组由至少两个相位组成，并且所述绕组的每个相位包括导线分段，每个扇区中的每个层一个导线分段，所述导线分段中的每一个包括以所述定子的轴向方向排列的多个直导线部分以及将所述直导线部分连接至波状模式的多个端部绕组。每个直导线分段被容纳在一个槽中。所述绕组的特征在于，多个导线分段被划分为串连的导线分段的支路，其中每个支路包括从D个不同分段d和D个不同层j所选择的至少D个导线分段，而使得(j+d)mod D等于预定数字。至少其中j1+d1＝ j2+d2的层j1和扇区d1的第一导线分段以及层j2和扇区d2的第二导线分段被整体形成为不间断导线分段。

以这种方式，能够减少个体导线分段的数量以及随之的外部连接的数量

在从层j和分段d中所选择而使得j和d之和等于预定数字的所有导线分段被整体形成为不间断导线分段的情况下，或者在所有串连的导线分段被整体形成为不间断导线分段的情况下，该优势能够进一步被最大化。

优选地，所有导线分段的电气连接都被部署在定子的一个轴向侧上。

优选地，导线分段被部署在槽中而使得连接一对槽的第一径向层中的两个直导线部分的第一端部绕组以及连接相同一对槽的与所述第一径向层相邻的第二径向层中的另两个直导线部分的第二端部绕组被部署在定子的相对轴向侧面上。

优选地，支路的第一导线分段和相同支路的第二导线分段通过将第一导线分段的末端和第二导线分段的末端电连接而被串连，所述第一导线分段的末端和所述第二导线分段的末端位于相邻的容纳相同相位的直导线部分的槽中，或者被偶数数量的容纳相同相位的直导线部分的槽所分隔开来。

优选地，第一支路的第三导线分段和所述第一支路以外的第二支路的第四导线分段通过将第三导线分段的末端和第四导线分段的末端电连接而被串连，所述第三导线分段的末端和所述第四导线分段的末端被奇数数量的容纳相同相位的直导线部分的槽所分隔开来或者位于相同的槽中。

优选地，所有支路的所有末端都在2q或更多个相邻的槽内接近于彼此地进行排列，其中q是相位的数量，且最优选地在不多于5q个相邻的槽内排列。可替代地，所有支路的所有端点也可以在定子周围的VD个周期内均匀分布，其中VD是每个相位的并行支路的数量。

在特别优选的实施例中，绕组的类型是伪螺旋绕组类型。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造电压平衡绕组的方法。所述方法的特征在于，将多个导线分段划分为支路，其中每个支路包括从D个不同分段d和D个不同层j所选择的至少D个导线分段，而使得(j+d)mod D等于预定数字；至少将其中j1+d1＝j2+d2的层j1和扇区d1的第一导线分段以及层 j2和扇区d2的第二导线分段整体形成为不间断导线分段；以及将每个支路的导线分段串连。

在优选实施例中，所述方法进一步包括预先构造多个部件到导线分段以及将预先构造的导线分段插入到槽中的步骤。

在这样做时，将不间断导线分段插入到槽中的顺序由可以由识别编号所确定，所述识别编号是相应导线分段的层指标j和分段指标d之和。

进一步地，在具有下一个识别编号的不间断导线分段将被插入之前，所有相位中具有相同识别编号的不间断导线分段可以被逐个插入。可替代地，在具有下一个识别编号的不间断导线分段将被插入之前，所有相位中具有相同识别编号的不间断导线分段被同时插入。

因此，能够以高效的方式来制造用于电机的定子的电压平衡绕组。

附图说明

本发明的以上和其它目标及特征将由于以下结合附图所给出的描述和优选实施例而变得更加清楚明白，其中：

图1是具有两个并联支路的三相位绕组的示意图；

图2示出了不间断导线分段；

图3是用于三相位绕组的具有被插入两个径向层中的线缆的若干槽的示意图；

图4a-c是圆周分段和径向层的示意图，分别示出了均具有4个径向层的2、 3和4个圆周分段的情形；

图5是处于四个径向层和四个圆周分段的配置的由四个支路所组成的一个相位的示意图，所述支路由若干不间断导线分段组成；

图6a是依据本发明实施例的J＝4、D＝4且VD＝4的基本模式的示例的示意图，其中支路端点处于电机的一个部分；

图6b是依据本发明实施例的J＝4、D＝4且VD＝4的基本模式的示例的示意图，其中支路端点绕电机进行分布；

图7a是依据本发明实施例的J＝4、D＝2且VD＝2的基本模式的示例的示意图，其中支路端点处于电机的一个部分；

图7b是依据本发明实施例的J＝4、D＝2且VD＝2的基本模式的示例的示意图，其中支路端点绕电机进行分布；

图8是依据本发明实施例的J＝4、D＝4且VD＝4的螺旋模式的示例的示意图；

图9示出了依据本发明实施例的指示J＝2、D＝2且VD＝2的情况下的支路端点和支路端点位置的3D模型，其中一个不间断导线分段针对相同相位的一个槽有所偏移；

图10示出了依据本发明实施例的具有J＝4、D＝2且VD＝2配置的内部定子的3D模型，示出了末端全部存在于定子的相同轴向方向的不间断导线分段的末端以及不间断导线分段末端的部分的偏移量；

图11图示了依据本发明实施例的基于基本模式的电机的生产过程中的步骤 1、2和4。

具体实施方式

图1是电机的示意性表示。所述电机具有包括多个相位的绕组。每个相位可以由互相并联的若干支路构成。各相位中的每个支路等同或近似等同于任意的其它支路。在图1的非限制性示例中，有三个均由两个支路所组成的相位。

在优选实施例中，使用所谓的波状绕组，其中导线在圆柱体(即，定子) 的横向表面上进行排列，所述圆柱体具有以轴向方向排列的多个直导线以及其间的180°弯曲或任意其它形状的端部绕组。通过这样的导线的电流因此将交替地以正轴向方向和负轴向方向流动。

所述绕组的每个支路由一个或多个不间断导线分段3所构成。图2中示出了这样的不间断导线分段的示例。不间断导线分段是具有开头和末端4的连续 (或整体)的一根导线，其间没有任何中间连接。每个不间断导线分段具有多个直的部分5以及其间的端部绕组6。不间断导线分段的长度关于直的部分的数量来衡量。每个不间断导线分段的长度至少是三个直的部分。

图3是用于三相位绕组的具有被插入两个径向层中的线缆的若干槽的示意图。定子铁芯7具有多个齿部8和槽9，其中线缆10或另一个导线的宽度接近于槽宽度。所述定子足够高而使得线缆能够被插入J个径向层11，其中J至少为2。在图3中，层被标记以从1至2的数字j。该示图示出了由字母u、w、v 标记的三个相位以及由

针对相反方向进行标记的情形。

在优选实施例中，定子槽的数量调整为使得其针对多于一个的圆周分段12 支持关于相位数量和支路数量而且还关于径向层数量的对称性，这与表1或6 相符，如图4a-c所示。

图5是处于四个径向层(J＝4)和四个圆周分段(D＝4)的配置的由四个支路所组成的一个相位的示意图，所述支路由若干不间断导线分段组成。图5图示了一个相位的支路2如何由一个或多个不间断导线分段进行配置，而使得所有支路关于它们的平均径向位置以及它们于电机周围在圆周分段中的存在是等同的，并且因此形成没有任何电压失衡且仅有数量非常有限的短桥接13的绕组。其它相位的支路与图5所示的相同。

图6、7和8中示出了可替代的配置。图6a和6b示出了J＝4、D＝4且VD＝4 的基本绕组模式的两个示例性实施例。两种配置都被示出，但是并不局限于内部定子铁芯7。给出了单个相位的绕组。它仅由在圆周分段12和径向层11中排列的不间断导线分段3所组成。两个示例性实施例在(每个相位的)不间断导线分段之间都仅要求3个短桥接13。图6a的实施例使得四个支路端点14基本上以相同的角位置排列，即以非常小的角度排列，这允许简单且有效的短的末端连接。图6b的实施例则使得其支路端点以VD对称的方式绕定子均匀分布，这允许到多个反向器的均匀间隔的连接。

图7a和7b示出了J＝4、D＝2且VD＝2的基本绕组模式的两个示例性实施例。细节与图6a和6b的那些类似。

图8是一个相位的J＝4、D＝4且VD＝4的螺旋模式的示例的示意性表示。该实施例能够在没有任何桥接的情况下实施。每个支路由单个不间断导线分段3 构成。支路端点14在圆周分段12的边缘绕圆周均匀分布。在这样的配置中，每个支路能够轻易地连接至单独反向器以便并行操作。

图9示出了诸如3所描述的J＝2、D＝2且VD＝2的3相位绕组的3D模型的截取图。在该配置中，每个相位具有三个不间断导线分段。示出了位于少量槽处的不间断导线分段4的末端，它们全部处于定子的相同轴向侧面上。第一不间断导线分段的末端被标记以e1，第二不间断导线分段的末端被标记以b2和e2，并且第三不间断导线分段的末端被标记以b3。在图9所示的实施例中，第二不间断导线分段向右以3个槽(每个相位一个槽)发生偏移。e2从b3下方第一层向b3右侧旁的第一层有所偏移。b2从e1上方的第二层向b3下方的第一层有所偏移。e1和b3位于其中的槽属于不同的圆周分段。因此，当第二不间断导线分段有所偏移时，b2改变圆周分段d并且因此根据表3而改变径向层j。为了形成有效的VD＝2连接，处于相同槽中的b2和b3形成两个并行支路的起始支路端点，而以两个相位槽有所偏移的e1和e2则形成两个并行支路的终止支路端点，其中b3和e1属于相同支路。通过使得第二不间断导线分段b2和e2的末端以相同相位的一个槽有所偏移，相同槽中相邻层的导线的终止绕组6处于定子的不同轴向侧面上，并且末端部绕组能够轻易地相互叠放。这一优势在径向层的数量更大时更为突显。而且，定子齿部更为对称地被绕组所封闭。在第二不间断导线分段以每个相位任意奇数数量的槽有所偏移的情况下，同样能够形成关于轴向的端部绕组位置具有相同对称性的有效VD2连接。

图10示出了在内部定子铁芯7上具有三个(q)相位的J＝4、D＝2且VD＝2 的基本模式的绕组的3D模型。不间断导线分段的末端以全部处于相同轴向方向的方式位于狭窄的圆周区域中，从而允许短、有效且简单的支路端点和桥接。在绕组中每个相位仅有不间断导线分段的两个末端的一个部分中，所有末端都处于2*q＝6个槽中。在所述绕组的相反一侧，每个相位有不间断导线分段8个末端。虽然也可能使得所有末端处于很少槽内，但是每隔一个层开始的不间断导线分段的末端由于端部绕组对称性而首先以每个相位一个槽发生偏移，以及以每个相位两个槽发生附加偏移(总共每个相位三个槽)，从而为支路端点的连接和桥接获得多一点空间。桥接的长度并不被该偏移量所影响。

图11示意性地示出了基于J＝4、D＝4的基本模式的绕组的不间断导线分段的插入顺序。针对该具体实施例，每个相位的七个分段需要在相同数量的步骤中被连续插入，其中每个相位的不间断导线分段能够在每个步骤内被同时或连续地插入。在图11中，示出了步骤1、2和4。首先，针对所有相位连续或同时地插入具有识别编号1的不间断导线分段。其次，针对所有相位具有识别编号2 的不间断导线分段被插入。接着，以相同的方式，具有连续更高识别编号的不间断导线分段被插入到定子槽中。

以下条款概括了本发明另外的优选实施例。

条款1：一种用于具有十个或更多极对的电机的电压平衡绕组，包括具有以预定间隔在圆周方向排列的多个槽的环形定子铁芯，以及由均由在J个径向层中形成波状绕组的多个电导线所形成的至少两个相位组成的定子绕组，其中J至少为2，以及其中每个相位由并行电连接的VD支路2组成的定子绕组，并且支路由占据相同相位的至少3个相邻槽的多个不间断导线分段3组成，以及其中至少一个不间断导线分段占据两个不同径向层11以及两个不同圆周分段12中的位置，并且其中属于不同相位的导线占据相邻的槽，

其中层和圆周分段12中的所有相位的不间断导线分段3的位置遵循表格的预定模式，所述表格具有从1至J的行中的层数量以及数量从1到D的列中的圆周分段的数量，并且其中所述表格中的数值为d+j-1，其中d表示所述表格的行和径向层数量而j表示所述表格的列和圆周分段数量，以及其中至少所述表格中被标记以相同数字的位置表示相同的不间断导线分段3。

条款2：根据条款1所述的用于电机的电压平衡绕组，其中所述绕组类型为伪螺旋。

条款3：根据之前任一项条款所述的用于电机的电压平衡绕组，其中电连接被定位于一个轴向侧上。

条款4：根据条款1和2所述的用于电机的电压平衡绕组，其中至少一个不间断导线分段3的至少一端以一个径向层中的导线的两个相邻的直部分的端部绕组连接与相邻径向层中的导线的两个相邻的直部分的端部绕组连接相比位于所述定子相对的轴向侧面上。

条款5：根据条款1和3所述的用于电机的电压平衡绕组，其中串连由相同相位的奇数数量的槽分开的不间断导线分段的起始和末端所形成，并且并联由以相同相位中偶数数量的槽分开或者相同槽中的不间断导线分段的起始和末端所形成。

条款6：根据条款1和3所述的用于电机的电压平衡绕组，其特征在于通过连接不间断导线分段3的起始或末端所形成的不同连接位于相差从相同相位的1 个槽至相同相位的5个槽的圆周位置处。

条款7：根据条款1所述的用于电机的电压平衡绕组，其中至少形成至少一个支路端点或者至少一个支路的桥接的不间断导线分段的末端的预定圆周位置远离将从对称设计所得出的位置达相同相位的五个槽进行定位。

条款8：根据条款1所述的用于电机的电压平衡绕组，其中参数为J＝4、D＝4 以及每个相位七个不间断导线分段关于层和圆周分段占据以下位置{{1,1},{2,1 和1,2},{3,1和2,2和1,3},{4,1和3,2和2,3和1,4},{4,2和3,3和2,4,},{4,3和 3,4},{4,4}}，其中第一个数字表示径向层位置，并且第二个数字表示圆周分段。

条款9：根据条款1所述的用于电机的电压平衡绕组，其中参数为J＝4、VD＝2 且D＝2以及具有每个相位五个不间断导线分段占据利用关于层和圆周分段的以下位置所描述的四个径向层和两个圆周分段占据以下位置{{1,1},{2,1和 1,2},{3,1和2,2},{4,1和3,2},{4,2}}，其中第一个数字表示径向层位置，并且第二个数字表示圆周分段。

条款10：一种用于具有10个或更多极对的电机的电压平衡绕组，包括具有以预定间隔在圆周方向排列的多个槽的环形定子铁芯，以及由均由安装在所述定子铁芯上在J个径向层中形成波状绕组的多个电导线所形成的至少两个相位组成的定子绕组，其中J至少为2，以及其中每个相位由并行电连接的VD支路 2组成的定子绕组，并且支路由占据相同相位的至少3个相邻槽的多个不间断导线分段3组成，以及其中至少一个不间断导线分段占据至少两个不同径向层以及两个不同圆周分段，并且其中属于不同相位的导线占据相邻的槽，

其中径向层和圆周分段中的所有相位的不间断导线分段的位置遵循表格的模式，所述表格具有从1至J的行中的层数量以及数量从1到D的列中的圆周分段的数量，并且其中所有单元格中的数值在d>＝j情况下为d+j-1或者在d<j 的情况下为d-j+1+J，其中d表示行(层)数量而j表示列(圆周分段)数量，并且其中至少被标记以相同数字的位置表示相同的不间断导线分段。

条款11：根据条款10所述的用于电机的电压平衡绕组，其中所述绕组类型为伪螺旋。

条款12：根据条款1所述的用于电机的电压平衡绕组，其中在最少2q个相邻槽内，所有支路端点连接位于绕组的小的圆周区域中，其中q是相位的数量。

条款13：根据条款1所述的用于电机的电压平衡绕组，其中支路端点连接在机器周围的VD个周期内均匀分布，其中VD是每个相位的并行支路的数量。

条款14：一种生产具有10个或更多极对的旋转电机的定子的方法，所述定子包括具有以预定间隔在圆周方向排列的多个槽的环形定子铁芯，以及由均由在J个径向层中形成波状绕组的多个电导线所形成的至少两个相位组成的定子绕组，其中J至少为2，以及其中每个相位由并行电连接的VD支路2组成的定子绕组，并且支路由占据相同相位的至少3个相邻槽的多个不间断导线分段3 组成，以及其中至少一个不间断导线分段占据两个不同径向层11以及两个不同圆周分段12中的位置，并且其中属于不同相位的导线占据相邻的槽，

其中径向层和圆周分段12中的所有相位的不间断导线分段3的位置遵循表格的预定模式，所述表格具有从1至J的行中的层数量以及数量从1到D的列中的圆周分段的数量，并且其中所述表格中的数值在所有单元格中为d+j-1，其中d表示所述表格的行和径向层数量而j表示所述表格的列和圆周分段数量，以及其中至少所述表格中被标记以相同数字的位置表示相同的不间断导线分段，

其中所述不间断导线分段在定子之外生产并且被插入定子铁芯中。

条款15：根据条款14所述的生产具有10个或更多极对的旋转电机的定子的方法，其特征在于其中不间断导线根据不间断导线分段识别编号从较低至较高识别编号在连续步骤中被插入的过程，其中所有相位的不间断导线分段在每个步骤内被连续或同时地插入。

条款16：根据条款14所述的生产具有10个或更多极对的旋转电机的定子的方法，其中参数为J＝4、D＝4以及每个相位七个不间断导线分段关于径向层和圆周分段占据以下位置：1{1,1},2{2,1和1,2},3{3,1和2,2和1,3},4{4,1和3,2 和2,3和1,4},5{4,2和3,3和2,4,},6{4,3和3,4}以及7{4,4}，其中括号中的每一对数字针对每个不间断导线分段利用第一数字表示径向层位置以及利用第二数字表示圆周分段。

条款17：根据条款16所述的生产具有10个或更多极对的旋转电机的定子的方法，其中参数为J＝4、VD＝2且D＝2以及每个相位五个不间断导线分段关于径向层和圆周分段占据以下位置：1{1,1},2{2,1和1,2},3{3,1和2,2},4{4,1和3,2} 和5{4,2}，其中括号中的每一对数字针对每个不间断导线分段利用第一数字表示径向层位置以及利用第二数字表示圆周分段。

条款18：一种生产具有10个或更多极对的旋转电机的定子的方法，所述定子包括具有以预定间隔在圆周方向排列的多个槽的环形定子铁芯，以及由均由安装在所述定子铁芯上在J个径向层中形成波状绕组的多个电导线所形成的至少两个相位组成的定子绕组，其中J至少为2，以及其中每个相位由并行电连接的VD支路2组成的定子绕组，并且支路由占据相同相位的至少3个相邻槽的多个不间断导线分段3组成，以及其中至少一个不间断导线分段占据至少两个不同径向层以及两个不同圆周分段12，并且其中属于不同相位的导线占据相邻的槽，

其中径向层和圆周分段中的所有相位的不间断导线分段的位置遵循表格的模式，所述表格具有从1至J的行中的层数量以及数量从1到D的列中的圆周分段的数量，并且其中所有单元格中的数值在d>＝j情况下为d+j-1或者在d<j 的情况下为d-j+1+J，其中d表示行(层)数量而j表示列(圆周分段)数量，并且其中至少被标记以相同数字的位置表示相同的不间断导线分段，

其中所述不间断导线分段在定子之外生产并且被同时全部插入定子铁芯中。

Claims (16)

1.一种用于具有极对的电机的定子的电压平衡绕组，所述定子包括以预定间隔在定子的圆周方向排列的多个槽，所述绕组是在定子的圆周方向的D个圆周分段以及定子的径向方向的J个径向层上分布的波状绕组，D是大于1的整数，J是大于或等于D的整数，所述绕组由至少两个相位组成，绕组的每个相位包括：

多个导线分段，每个扇区中的每个层一个导线分段，每个所述导线分段包括以定子的轴向方向排列的多个直导线以及将所述直导线部分连接至波状模式的多个端部绕组，每个直导线分段被容纳在一个槽中，

其特征在于

多个导线分段被划分为串联导线分段的支路，其中每个支路包括从D个不同分段d和D个不同层j所选择的至少D个导线分段，而使得(j+d)mod D等于预定数字，

其中至少j1+d1＝j2+d2的层j1和扇区d1的第一导线分段以及层j2和扇区d2的第二导线分段被整体形成为不间断导线分段。

2.根据权利要求1所述的电压平衡绕组，其中从层j和分段d所选择而使得j和d之和等于预定数字的所有导线分段被整体形成为不间断导线分段。

3.根据权利要求1所述的电压平衡绕组，其中所有串联导线分段被整体形成为不间断导线分段。

4.根据之前任一项权利要求所述的电压平衡绕组，其中所有导线分段的电连接被部署在定子的一个轴向侧面上。

5.根据权利要求1所述的电压平衡绕组，其中导线分段被部署在槽中而使得连接一对槽的第一径向层中的两个直导线部分的第一端部绕组和连接同一对槽的与第一径向层相邻的第二径向层中的另两个直导线部分的第二端部绕组被部署在定子的相对轴向侧面上。

6.根据权利要求1所述的电压平衡绕组，其中支路的第一导线分段和相同支路的第二导线分段通过将第一导线分段的末端和第二导线分段的末端电连接而被串连，所述第一导线分段的末端和所述第二导线分段的末端位于相邻的容纳相同相位的直导线部分的槽中，或者被偶数数量的容纳相同相位的直导线部分的槽所分隔开来。

7.根据权利要求1所述的电压平衡绕组，其中第一支路的第三导线分段和第一支路以外的第二支路的第四导线分段通过将第三导线分段的末端和第四导线分段的末端电连接而被串连，所述第三导线分段的末端和所述第四导线分段的末端被奇数数量的容纳相同相位的直导线部分的槽所分隔开来或者位于相同的槽中。

8.根据权利要求1所述的电压平衡绕组，其中所有支路的所有末端都在2q或更多个相邻的槽内接近于彼此地进行排列，其中q是相位的数量，且在不多于5q个相邻的槽内排列。

9.根据权利要求1所述的电压平衡绕组，其中所有支路的所有端点在定子周围的VD个周期内均匀分布，其中VD是每个相位的并行支路的数量。

10.根据权利要求1所述的电压平衡绕组，其中所述绕组的类型是伪螺旋绕组类型。

11.一种制造用于具有极对的电机的定子的电压平衡绕组的方法，所述定子包括以预定间隔在定子的圆周方向排列的多个槽，所述绕组是在定子的圆周方向的D个圆周分段以及定子的径向方向的J个径向层上分布的波状绕组，D是大于1的整数，J是大于或等于D的整数，所述绕组由至少两个相位组成，绕组的每个相位包括多个导线分段，每个扇区中的每个层一个导线分段，每个所述导线分段包括以定子的轴向方向排列的多个直导线以及将所述直导线部分连接至波状模式的多个端部绕组，每个直导线分段被容纳在一个槽中，所述方法的特征在于

将多个导线分段划分为支路，其中每个支路包括从D个不同分段d和D个不同层j所选择的至少D个导线分段，而使得(j+d)mod D等于预定数字；

至少将其中j1+d1＝j2+d2的层j1和扇区d1的第一导线分段以及层j2和扇区d2的第二导线分段整体形成为不间断导线分段；以及

将每个支路的导线分段串连。

12.根据权利要求11所述的方法，其中从层j和分段d所选择而使得j和d之和等于预定数字的所有导线分段被整体形成为不间断导线分段。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所有串联导线分段被整体形成为不间断导线分段。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，进一步包括预先构造多个部件到导线分段以及将预先构造的导线分段插入到槽中的步骤，所述槽以预定间隔在定子的圆周方向排列以用于容纳直导线部分。

15.根据权利要求14所述的方法，其中将不间断导线分段插入到槽中的顺序由识别编号所确定，所述识别编号是相应导线分段的层指标j和分段指标d之和。

16.根据权利要求15所述的方法，其中在具有下一个识别编号的不间断导线分段将被插入之前，所有相位中具有相同识别编号的不间断导线分段被逐个插入或者被同时插入。

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