CN111670530B - 分布式定子绕组 - Google Patents

Abstract

一种形成用于电机的定子的方法，该方法包括：使第一导体和第二导体形成为具有第一绕组节距的多个弯曲部，通过将第一导体和第二导体引入到定子的第一极中来制造绕组层，其中，第二导体在第一端部环交叉区域处在第一导体的顶部上。第一导体的绕组节距改变为第二绕组节距并且第二导体的绕组节距改变为第三绕组节距。第一导体在第一极与第二极之间相对于第二导体编织。将第一导体和第二导体引入到定子的第二极中，其中，第一导体在第二端部环交叉区域处在第二导体的顶部上。

Description

分布式定子绕组

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月1日提交的美国临时申请No.62/625,232的优先权，其公开内容通过参引并入本文中。

背景技术

示例性实施方式涉及电机领域，并且更特别地，涉及具有分布式绕组的电机。

电动马达或发电机的定子包括两个部分和绝缘材料。第一部分是层压件。层压件通常由被成形(冲压、轧制或弯折)为具有ID、OD以及堆叠高度的环形形状的电工钢的层压板形成。层压件还包括通向ID或OD的槽。槽具有宽度和深度。在每个槽之间的是层压件齿，该层压件齿从ID或OD层压件背铁(磁轭)延伸。

第二部分是绕组。绕组通常由绝缘铜线材形成。但是应理解，可以使用其他导电材料、比如铝。绕组包括多个相——通常为3个、5个或6个。相的数量可以改变。对于每个相，绕组包括具有槽部段和端部环的导体。槽部段被容置在层压槽中。端部环大部分周向地延展，并将两个槽部段连接在一起。绕组可以是三角形绕组或是星形绕组。

分布式绕组是具有一个相的极的绕组，该极包括一个以上的槽、通常是相邻的槽。例如，在三相绕组中，与相U相关的槽部段被容置在槽1和2中；与相V相关的插槽段被容置在槽3和4中；与相W相关的槽部段被容置在槽5和6中。与相U相关的槽部段同样被容置在槽7和8中，并且依此类推。短节距绕组或相移绕组将使每个相的每个极具有特定的槽，这些槽容置在一个相上的槽部段和另一个相上的槽部段。

发明内容

公开了一种形成用于电机的定子的方法，该方法包括：使第一导体形成为具有第一绕组节距的多个弯曲部；使第二导体形成为具有第一绕组节距的多个弯曲部；通过将第一导体和第二导体引入到定子的具有第一端部环交叉区域的第一极中来制造定子的绕组层。第二导体在第一端部环交叉区域处在第一导体的顶部上。第一导体的绕组节距被改变成不同于该第一绕组节距的第二绕组节距，并且第二导体的绕组节距被改变成不同于该第一绕组节距和该第二绕组节距的第三绕组节距。该方法进一步包括在定子的第一极与第二极之间将第一导体相对于第二导体编织，并且将第一导体和第二导体引入到定子的具有第二端部环交叉区域的第二极中，其中，第一导体在第二端部环交叉区域处在第二导体的顶部上。

附图说明

以下描述不应被认为是以任何方式进行限制。参照附图，以相同的方式对相同的元件进行编号：

图1示出了根据示例性实施方式的一方面的用于电机的、包括分布式绕组的定子的局部视图；

图2a示出了图表的第一部分，该图表说明了根据示例性实施方式的用于图1的分布式绕组的八(8)个导体的绕组组成；

图2b示出了图表的第二部分，该图表说明了根据示例性实施方式的用于图1的分布式绕组的八(8)个导体的绕组组成；

图3a描绘了根据示例性实施方式的一方面的图1的分布式绕组的导体；

图3b描绘了根据示例性实施方式的一方面的图1的分布式绕组的另一导体；以及

图4描绘了根据示例性实施方式的一方面的在图1的定子的端部环交叉区域处与第二导体编织的第一导体。

具体实施方式

本文中参照附图通过示例而非限制性的方式呈现了对所公开的设备和方法的一个或更多个实施方式的详细描述。

在图1中总体上以10表示用于电机的定子。定子10包括定子本体14，定子本体14具有限定外径(OD)的外表面17和限定内径(ID)的内表面19。定子10包括总体上以22表示的多个槽，所述多个槽由径向向内突出的、总体上以24表示的齿限定。定子槽22限定多个极28a至28l。极的数量可以改变。

在每个极28a至28l中布置有包括多个导体31的至少一个相绕组。由定子10支承的相绕组的数量可以改变。此外，用于每个相的导体数量也可以改变。在所示的实施方式中，定子10包括用于特定相绕组的八(8)个导体。导体A、导体B、导体C、导体D、导体E、导体F、导体G以及导体H。图2a和图2b描绘了根据示例性实施方式的、在槽22的被选择的一个槽中由导体A至导体H限定用于单相的槽部段以便限定定子10的十六(16)个极的示例性布置。

层被示出为1至8，其中，层1是最外侧的径向层，层8是最内侧的径向层。在图2中未示出端部环，该端部环在相邻极中将一个槽部段连接至相同字母的另一槽部段。例如，端部环将极28j的导体A的槽部段连接至极28k的同一层中的导体A的槽部段。第二相(未单独标记)和第三相(也未单独标记)的导体与第一相的A至H导体相同。图2的第二相的导体将插入到从第一相的导体偏移两个槽的空槽中，图2的第三相的导体将插入到偏移四个槽到第一相的导体的左侧的空槽中。

继续参照图2，导体A作为起始于极28p中的引导件，并且延伸穿过作为极28p的层1中的槽部段的定子槽1。具有节距N的端部环(未示出)从槽1中的槽部段向右延伸，并且连接至位于极28a的槽7的层1中的导体A的槽部段。具有节距N(未示出)的另一个端部环(也未示出)从槽7中的槽部段向右延伸，并连接至位于极28b的槽13的层1中的导体A的槽部段。导体B作为起始于极点28p的引线，并延伸穿过作为极28p的层1中的槽部段(槽2)的定子槽2。具有6或N的节距(未示出)的端部环从槽2中的槽部段向右延伸，并且连接至位于极28a的槽8的层1中的导体B的槽部段。具有节距N(未示出)的另一个端部环从槽8中的槽部段向右延伸，并连接至位于极28b的槽14的层1中的导体B的槽部段。

通过具有间距N的端部环连接位于槽N的层1中的导体A和位于槽N+1的层1中的导体B的这种样式一直延续到极28h。从极28p直至极28g，导体A的槽部段在导体B的槽部段左侧，并且导体B在位置30和位置31处位于导体A的顶部(图4)。将右导体(直至该点为导体B)放在左导体(直至该点为导体A)的顶部可以简化组装，并使端部环更好地嵌套在一起。

在极28g与极28h之间，用于导体A的端部环(未示出)从极28g的槽43的层1的槽部段延伸至极28h的层1的槽50。该端部环具有7或N+1的节距。在极28g与极28h之间，用于导体B的端部环(未示出)从极28g的槽44的层1的槽部段延伸至极28h的层1的槽49。该端部环具有5或N-1的节距。导体B的N-1节距的端部环和导体A的N+1端部环使导体A与导体B触发，并且现在对于极28h，导体A的槽部段位于右槽中并且导体B位于左槽中。(如最好地在图2中观察到的，绕组是相移的，并且一个极的导体16分布在1个完整槽和2个半槽上。应理解的是，术语左槽和右槽指的是每层的右槽和左槽——例如，极28c；层1的左槽是槽19，但是层5的左槽是槽20，并且层1的右槽是槽20，层5的右槽是槽21)。仍期望的是，端部环适当地嵌套并且位于左槽中的导体必须在位于极的右槽中的导体的后方。由于导体B现在位于左槽中，并且导体A位于用于极28h的右槽中，因此必须在该点处编织导体A和导体B以将导体B置于导体A的后方。这在图4中可以最佳的观察到，其中，导体A在极28g处位于导体B后方，而导体B在极28h处位于导体A的后方。

端部环连接左槽的层1中的导体B的槽部段和右槽的层1中的导体A的槽部段的样式从极28h一直延续至极28l。从极28m至极28p，导体A和导体B的端部环继续作为具有N的节距端部环，但端部环向内略微移动，从而使导体A和导体B的槽部段向内盘旋并位于极28L的层1中，然后位于极28m的层2中，然后位于极28N的层3中，然后位于极28o的层4中、最后位于极28p的层5中。

导体A和B在层5中的卷绕从极28p延续至极28g，其中，导体B的槽部段位于每个极的左槽中，并且导体A位于每个极的右槽中。对于这些极28p至极28g，导体A和导体B的槽部段位于层5中，并且导体B保持在导体A的后方。在极28g与极28h之间，用于导体B的端部环(未示出)连接位于极28g的层5的槽44中的槽部段与位于极28h的层5的槽51中的槽部段。该端部环具有7或N+1的节距。在极28g与极28h之间，用于导体A的端部环(未示出)连接位于极28g的层4的槽45中的槽部段与位于极28h的层1的槽50中的槽部段。该端部环具有5或N-1的节距。导体B的N-1节距的端部环和导体A的N+1端部环使导体A位于极28h的左槽中，并且使导体B位于极28h的右槽中。同样地，为了改善端部环的嵌套，两个导体A和B需要在层5中在极28g与28h之间编织，因此导体B在交叉区域80处位于导体A的后方，而导体A在交叉区域88处位于导体B的后方。这与图4所示相反。

端部环连接左槽的层5中的导体A的槽部段和右槽的层5中的导体B的槽部段的的样式从极28h一直延续至极28l。从极28m至极28p，导体A和导体B的端部环继续作为具有N的节距的端部环，但端部环向内略微移动，从而使导体A和导体B的槽部段向内盘旋并位于极28L的层5中，然后位于极28m的层6中，然后位于极28N的层7中，然后位于极28o的层8中。

类似于导体A和B，相2的导体A2和B2(未示出，但除了与导体A和B偏移2个槽之外与导体A和B相同)以成对的方式编织在一起。类似地，导体A3和B3(未示出，但除了与导体A和B偏移4个槽之外与导体A和B相同)以成对的方式编织在一起。类似地，编织的对由导体C和D、C2和D2、C3和D3、E和F、E2和F2、E3和F3、G和H、G2和H2、G3和H3组成。

已经对插入到定子芯槽中之后的图2中的绕组进行了描述。然而，在螺旋插入到定子芯中之前，必须将所有导体A至H嵌套在一起。为了完成嵌套，使导体平整且线性地布置而不进行螺旋。在平坦线性的状态下，导体A和导体B如前所述进行编织，然后进行线性布置。导体A和导体B的槽部段将全部位于线性绕组的第1行中。第二相的经编织的一对导体A2和B2(未示出，但与导体A和导体B完全相似)放置在导体A和导体B的顶部并从导体A和导体B偏移2个槽。经编织的一对导体A3和B3(未示出，但与导体A和导体B完全相似)放置在导体A、B、A2以及B2的顶部并从导体A和导体B偏移4个槽。

导体A、B、A2、B2、A3、B3的槽部段都位于线性绕组的行1中。经编织的一对导体C和D线性地放置在导体A至B3的顶部并从导体A和导体B偏移一个极。导体C和D的槽部段均位于线性绕组的行2中——位于线性绕组的行1中的极28o中的初始槽部段除外。对于经编织的导体对C2和D2、C3和D3、E和F、E2和F2、E3和F3、G和H、G2和H2、以及G3和H3，继续进行在现有绕组顶部上加载这些编织对的这些步骤。导体G、H、G2、H2、G3以及H3的槽部段均位于线性绕组的行4中——极28m(行1)、极28n(行2)、极28o(行3)中的初始槽部段除外。

现在将循照图3a，并继续参照图2a和图2b，在描述导体A时应理解，导体C、导体E和导体G类似地形成。导体A包括：具有第一绕组节距X1的第一多个弯曲部55a、55b和55c；具有第二绕组节距X2的弯曲部59和弯曲部60；以及具有第三绕组节距X3的弯曲部62。多个弯曲部55a、弯曲部59以及弯曲部55b可以限定第一绕组层64(图2)，弯曲部55c、弯曲部62以及弯曲部55d可以限定第二绕组层65，并且60可以限定第一绕组层65与第二绕组层65之间的过渡区。每个导体的绕组层的数量可以改变。

现在将参照图3b描述导体B，应理解导体D、导体F和导体H类似地形成。导体B包括：具有第一绕组节距X1的第一多个弯曲部68a、68b、68c以及65d；具有第二绕组节距X2的弯曲部71和弯曲部72；以及具有第三绕组节距X3的弯曲部75。多个弯曲部68a和弯曲部75可以限定第一绕组层64(图2a)，弯曲部68c、68d以及弯曲部72可以限定第二绕组层65，并且弯曲部72可以表示限定第一绕组层64与第二绕组层65之间的过渡区。每个导体的绕组层的数量可以改变。

在实施方式中，第二绕组节距X2大于第一绕组节距X1，并且第三绕组节距X3大于第一绕组节距X1。此外，如将在本文中详细描述的，对于每个绕组层，从第一绕组节距X1到第二绕组节距X2或第三绕组节距X3的改变仅在两个相邻的极之间存在的端部环交叉区域处发生一次。根据示例性实施方式的一方面，第一绕组节距X1可以代表六个(6)节距，第二绕组节距X2可以代表七个(7)节距，并且第三绕组节距X3可以代表五个(5)节距。

现在将参照图4进一步描述根据示例性实施方式的在第一绕组层64中的导体A和导体B的编织。导体A可以包括槽部段78，该槽部段78位于多个槽22中的限定极28g的一个槽中。导体B可以包括槽部段79，该槽部段79位于多个槽22中的限定极28g的一个槽的相邻的槽中。第一端部匝交叉区域80被限定在槽部段78和槽部段79的紧左侧。在第一端部匝交叉区域80处，导体B在导体A的顶部上。

导体A还可以包括槽部段84，该槽部段84位于多个槽22中的限定极28h的一个槽中。导体B可以包括槽部段85，该槽部段85位于多个槽28h中的相邻的一个槽中。第二端部匝交叉区域88被限定在槽部段84和槽部段85的紧右侧。导体A在第一端部匝交叉区域80与第二端部匝交叉区域88之间相对于导体B编织。因此，导体A在第二端部匝交叉区域88处位于导体B的顶部。在实施方式中，具有第三节距绕组X3的弯曲部75嵌套在具有第二节距绕组X2的弯曲部59内，因此产生过渡区，从而允许导体A在第二端部匝交叉区域88处位于导体B之上。导体A和导体B的编织促进了定子10的电平衡，而导体A和导体B的嵌套减小了定子线圈的整体径向厚度。如在图4中可以观察到的，存在一系列连续的交叉区域，其中，导体A在具有第二绕组节距x2和第三绕组节距x3的端部环左侧位于导体B的后方，并且存在一系列连续的交叉区域，其中，导体B在具有第二绕组节距x2和第三绕组节距x3的端部环右侧位于导体A的后方。

如本文所讨论的，用于第二绕组层65的导体A和导体B的编织与图4相同，相反之处在于，导体A在交叉区域80处在导体B的后方，并且导体B在交叉区域88处位于导体A的后方。其余导体编织成：C和D成对、E和F成对、G和H成对以用于第一相；并且A2和B2成对、C2和D2成对、E2和F2成对、G2和H2成对以用于第二相；A3和B3成对、C3和D3成对、E3和F3成对、G3和H3成对以用于第三相。一旦将绕组放置在如先前所限定的线性绕组中，绕组被螺旋成2个绕线并插入到定子中，使得绕组的几乎前半部分具有位于层1至层4中的槽部段，一组过渡槽部段在极28n、28n、28o和28p处，并且其余的几乎一半绕组具有位于层5至8的槽部段。

导体A和B径向向内螺旋，然后形成为第二层65，该第二层65在不同极处包括相应的端部匝交叉区域。如图2a和图2b所示，每个附加导体C至H都卷绕在定子10中，其中，每个绕组层包括相应的端部匝交叉区域，这导致整体的电气平衡，并且减小了定子10的厚度。

几乎完成的设计具有8个导体，这8个导体各自绕层压件顺时针(CW)卷绕两次，并且因此每个线材都有2个电匝。然而，期望的是平衡的4匝定子。此时，两个导体的端部通过反向连接而连接在一起。这产生了具有四个导体的定子，这四个导体在一个方向上具有2个绕线(绕组层)，而在相反方向上具有另外的2个绕线(绕组层)。因此，这些导体现在具有4个电匝。导体可以串联连接，以使左CCW槽中的槽段的平均位置相同。对于中间槽也是相同的。对于最右侧(CW)槽也是相同的。在实施方式中，导体A可以串联连接至导体H；导体B可以串联连接至导体G；导体C可以串联连接至导体F；并且导体E可以串联连接至导体D。通过这些连接，每个导体层都是槽和在各极28A至28i的左槽、中槽、右槽平衡的层。

然后绕组可以连接在一起以作为三角形绕组或星形绕组。通过将导体A的中性端部连接在一起以用于U、V和W相、将导体B的中性端部连接在一起以用于U、V、W相等等，星形绕组可以具有4个单独的中性部。示例性实施方式描述了采用具有5至7对节距端部环的6节距绕组和7节距绕组以用于进行相移。然而，应理解的是，示例性实施方式也可以实现为具有N节距、N+1和N-1对节距端部环以及N+1(或N-1)节距端部环的绕组以用于相移。

本文所使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，并且不意在限制本发明。如本文中所使用的，除非上下文另外明确指出，单数形式“一”、“一种”和“该”也意在包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，其指定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或他们的组。

尽管已经参照一个或更多个示例性实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种改型并且可以用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以做出许多改型以使特定情况或材料适于本发明的教示。因此，意在使不仅限于作为实施本发明所设想的最佳方式而公开的特定实施方式，而是，本发明将包括落入权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (19)

1.一种形成用于电机的定子的方法，所述方法包括：

使第一导体形成为具有第一绕组节距的多个弯曲部；

使第二导体形成为具有所述第一绕组节距的多个弯曲部；

通过将所述第一导体和所述第二导体引入到定子的具有第一端部环交叉区域的第一极中来制造所述定子的绕组层，其中，所述第二导体在所述第一端部环交叉区域处在所述第一导体的顶部上；

将所述第一导体的绕组节距改变成第二绕组节距，所述第二绕组节距不同于所述第一绕组节距；

将所述第二导体的绕组节距改变成第三绕组节距，所述第三绕组节距不同于所述第一绕组节距和所述第二绕组节距；

在所述定子的所述第一极与第二极之间将所述第一导体相对于所述第二导体编织；以及

将所述第一导体和所述第二导体引入到所述定子的具有第二端部环交叉区域的所述第二极中，其中，所述第一导体在所述第二端部环交叉区域处在所述第二导体的顶部上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一导体引入到所述第二极中包括：引入具有以所述第一绕组节距形成在所述第一导体中的弯曲部的所述第一导体。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述第二导体引入到所述第二极中包括：引入具有以所述第一绕组节距形成在所述第二导体中的弯曲部的所述第二导体。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述第一导体的节距包括：相对于所述第一绕组节距减小所述第一导体的节距。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，改变所述第二导体的节距包括：相对于所述第一绕组节距增大所述第二导体的节距。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，对于每个绕组层，将所述第一导体相对于所述第二导体编织发生不超过一次。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一导体形成为具有所述第一绕组节距的多个弯曲部包括：形成所述第一导体的具有六(6)节距的多个弯曲部。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述第一导体的所述第一绕组节距改变成所述第二绕组节距包括：将所述第一导体的多个弯曲部改变成五(5)节距。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述第二导体的所述第一绕组节距改变为所述第三绕组节距包括：将所述第二导体的多个弯曲部改变成七(7)节距。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述定子的第三极与第四极之间将所述第一导体相对于所述第二导体编织，使得所述第二导体在所述第一导体的顶部上。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述第三极与所述第四极之间将所述第一导体相对于所述第二导体编织发生在所述定子的另一绕组层中。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述第三极与所述第四极之间将所述第一导体相对于所述第二导体编织包括：在所述第一极和所述第二极的另一绕组层中将所述第一导体相对于所述第二导体编织。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一导体和所述第二导体引入到所述定子的所述第一极中包括：在所述第一端部环交叉区域之前的至少两个相邻的极中，使所述第二导体保持在所述第一导体的顶部上。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述第一导体和所述第二导体引入到所述定子的所述第一极中包括：在所述第一端部环交叉区域之前的至少两个相邻的极中，以所述第一绕组节距形成所述第一导体的多个弯曲部和所述第二导体的多个弯曲部。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一导体和所述第二导体引入到所述定子的所述第二极中包括：在所述第二端部环交叉区域之后的至少两个相邻的极中，使所述第一导体保持在所述第二导体的顶部上。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述第一导体和所述第二导体引入到所述定子的所述第二极中包括：在所述第二端部环交叉区域之后的至少两个相邻的极中，以所述第一绕组节距形成所述第一导体的多个弯曲部和所述第二导体的多个弯曲部。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述第一导体的多个弯曲部的绕组节距包括：在所述第一端部环交叉区域与所述第二端部环交叉区域之间减小所述第一导体的多个弯曲部的所述第一绕组节距。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述第二导体的多个弯曲部的绕组节距包括：在所述第一端部环交叉区域与所述第二端部环交叉区域之间增大所述第二导体的多个弯曲部的所述第一绕组节距。

19.根据权利要求1所述的方法，还包括：

使第三导体形成为具有第一绕组节距的多个弯曲部；

使第四导体形成为具有所述第一绕组节距的多个弯曲部；

将所述第三导体和所述第四导体引入到所述定子的所述第一极中，其中，所述第四导体在所述第一端部环交叉区域处在所述第二导体的顶部上；

将所述第三导体的节距改变成所述第二绕组节距，所述第二绕组节距不同于所述第一绕组节距；

将所述第二导体的节距改变成所述第三绕组节距，所述第三绕组节距不同于所述第一绕组节距和所述第二绕组节距；

在所述定子的所述第一极与所述第二极之间将所述第三导体相对于所述第四导体编织；以及

将所述第三导体和所述第四导体引入到所述定子的所述第二极中，其中，所述第三导体在所述第二端部环交叉区域处在所述第四导体的顶部上。