CN112106276A - 具有分布式绕组的旋转电机 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及一种用于机动车辆的旋转电机，包括：具有偶数个极对Np的转子；以及定子(10)，其包括具有狭槽的主体和插入在定子主体的狭槽中的三相绕组(14)。所述三相绕组(14)包括：与至少三个桥臂的第一组(21.1)相关联的至少相(U，V，W)部分的第一组(G1)和相(U，V，W)部分的第二组(G2)；以及与至少三个桥臂的第二组(21.1)相关联的至少相(U，V，W)部分的第三组(G3)和相(U，V，W)部分的第四组(G4)。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转电机。本发明在低压电机即在低于60V的电压下运行的电机中具有特别有利的应用。该电机被设计用于机动车辆，特别是混合动力车辆。
背景技术
旋转电机以已知的方式包括与轴一体的定子和转子。转子可以与驱动轴和/或从动轴成一体，并且可以属于以两种模式操作的交流发电机、电动机或可逆电机形式的旋转电机。
转子包括由金属板材堆叠形成的主体，金属板材通过适当的固定系统成组地保持。转子包括例如由永磁体形成的极，永磁体容纳在设置在主体中的腔内。
定子安装在壳体中，该壳体构造成通过滚子轴承使轴旋转。定子包括主体，该主体设置有多个限定凹口的齿，以及插入定子的凹口中的绕组。绕组例如由覆盖有搪瓷的连续导线或由销形式的导电元件获得，导电元件通过焊接彼此连接。可替代地，电机的相由单独的线圈形成，每个线圈都缠绕在定子齿上。
为了确保对旋转电机的控制，与发动机计算机相互作用的控制模块控制电流进入桥臂的内部，桥臂连接到电机的不同相位。这些桥臂包括通常为MOS晶体管形式的整流器元件。桥臂尤其根据定子温度、转子的位置和速度以及由发动机计算机提供的热力发动机的运行参数来控制。桥臂能够在逆变器模式或电压整流器模式下运行。
常规地，由机动车辆的电池提供的低压电机的功率约为15kW至30kW。为了增加该功率，已知调整桥臂的尺寸以便能够承受在电机中流通的电流强度的增加。然而，由于模块的大尺寸，这带来了与特定模块的开发相关的成本问题以及电子模块的集成问题。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种用于机动车辆的旋转电机来有效地消除这些缺点，其特征在于，该旋转电机包括：
-具有偶数个极对的转子；
-定子，其包括具有凹口的主体和插入在定子主体的所述凹口中的三相绕组，所述三相绕组包括：
-与至少三个桥臂的第一组件相关的至少一个相部分的第一组和至少一个相部分的第二组；以及
-与至少三个桥臂的第二组件相关的至少一个相部分的第三组和至少一个相部分的第四组。
通过使用两个逆变器而不是单个，并且通过将绕组分成多个相部分的组，本发明因此使得可以通过允许使用标准桥臂来促进系统的集成。另外，这有利于电机的生产和维护。本发明还限制了磁损耗和声学噪声，同时使电机的转矩波动最小化，而由于谐波的存在少而无需修改转子的构造。本发明还可以提供一种紧凑的电机。
根据一实施例，每个相部分的组在至少一个单个凹口中包括属于不同相的两个导体。
根据一实施例，每个相部分的组在至少两个相邻凹口中包括属于单个相的至少两个导体。
根据一实施例，每极和每相的凹口的数量严格大于1且等于或小于3。
根据一实施例，每极和每相的凹口的数量等于2.5。
根据一实施例，在定子的周围，具有在桥臂的第一组件的相部分的组和桥臂的第二组件的相部分的组之间的交替。
根据一实施例，对于包括四个相部分的组的三相定子，与桥臂的单个组件相关的相部分的组在直径上彼此相对。
根据一实施例，转子包括选自以下数量的极对：4、6、8、10或12。
根据一实施例，绕组是带有销的类型，销的横截面具有大致矩形。“大致”是指矩形可以具有圆角，以便在插入定子的凹口期间避免损坏电线。
根据一实施例，转子是具有永磁体的转子、绕线转子或混合转子。
根据一实施例，所述旋转电机具有低于60V的工作电压。
附图说明
通过阅读以下描述并检查随附的附图，将会更好地理解本发明。这些附图仅以举例说明的方式提供，绝不限制本发明。
图1示出了根据本发明的用于旋转电机的定子的四分之一的局部透视图；
图2是根据本发明的分布式三相绕组(divided three-phase winding)的相部分的不同组的示意图；
图3是根据本发明的绕组的相部分的不同组与对应桥臂的两个组件的连接的示意图；
图4a和4b分别是用标准集中式绕组和根据本发明的分布式三相绕组获得的谐波电平的图形表示；
图5是用根据本发明的旋转电机获得的扭矩波动的图形表示；
图6示出了与桥臂的两个不同组件相关的相部分的组的定子周围的布置；
图7是根据本发明的旋转电机的纵向截面图。
在各个附图中，相同、相似或类似的元件保留相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的旋转电机的绕线定子10的一部分。定子10被设计成围绕图7所示的转子11，并且在转子11的外周与定子10的内周之间存在气隙。转子11包括偶数个极对。极对的数量有利地选自：4、6、8、10或12。
定子10被设计为固定在壳体(未示出)上，该壳体配置为通过球轴承和/或滚针轴承旋转转子11的轴。有利地，旋转电机是同步类型的，并且具有25至30kW之间的功率。
更具体地，定子10包括主体13和多相绕组14，其尤其是三相的，插入主体13的凹口Ei的内部中。定子主体13由借助于适当的固定系统(例如包括铆钉15)保持在一起的轴向堆叠扁平金属板构成。定子主体13包括齿16，齿16有规律地围绕轭17的内周成角度地分布。这些齿16界定凹口Ei(i是整数)，使得每个凹口Ei由两个连续的齿16界定。凹口Ei轴向通向定子主体13的轴向端面。凹口Ei还朝向定子主体13的内部径向敞开。定子10可以在齿16的自由端的侧面上设置有齿根18。每个齿根18在相应齿16的两侧周向延伸。
在所示的示例中，绕组14由导体20制成，导体20由总体上呈“U”形的销构成。通常，将导体20的轴向分支插入凹口Ei的内部。在凹口Ei的内部中的分支径向堆叠包括导体20的外层和导体20的内层。换句话说，定子10每个凹口Ei包括两个导体20。导体20的自由端彼此电连接，特别是通过焊接，尤其是激光类型。在这种情况下，导体20具有基本矩形形状的横截面，以便优化凹口的填充，但作为变型，它们可以具有圆形形状的横截面。
作为变型，绕组14可以由在定子10的凹口的内部中形成起伏的连续导线获得。在所有情况下，导体20有利地由覆盖有搪瓷层或可选地铝层的铜制成。
从图2和3中可以看出，绕组14有利地包括三相U，V，W，它们被分成与桥臂的两个不同组件21.1和21.2相关的多个相部分的组G1，G2，G3，G4。在图2中，术语“+”对应于电流的输入，术语“-”对应于各相电流的输出。
每个组件21.1、21.2以常规方式包括三个桥臂24，即每相一个桥臂24。桥臂由两个受控开关I1和I2形成，以便将相应的相U，V，W有选择地连接到电机的正电源电位B+或接地。连接到各相的桥臂24由控制模块控制。每个开关I1、I2可以由例如MOS类型的功率晶体管构成，其优选地与续流二极管相关联。
有利地，如图3所示，相U，V，W部分的第一组G1和相U，V，W部分的第二组G2与组件21.1相关。相U，V，W部分的第三组G3和相U，V，W部分的第四组G4与组件21.2相关。一个相部分对应于围绕定子主体13的周围的一部分延伸的给定相U，V，W的绕组的一部分。
在这种情况下，对于连接到桥臂的第一组件21.1的组G1和G2，第一组G1的相U部分串联连接到第二组G2的相U部分。第一组G1的相V部分串联连接到第二组G2的相V部分。第一组G1的相W部分串联连接到第二组G2的相W部分。
对于连接至桥臂的第二组件21.2的组G3和G4，第三组G3的相U部分串联连接至第四组G4的相U部分。第三组G3的相V部分串联连接到第四组G4的相V部分。第三组G3的相W部分串联连接到第四组G4的相W部分。
相U，V，W有利地以星形形式耦合。桥臂的两个组件21.1、21.2的中性点N优选地分开，以便避免谐波在两个组件21.1、21.2之间的任何再流通。然而，作为变型，中性点N可被组合。
从图2中可以看出，每个相U，V，W部分的组G1，G2，G3，G4在至少单个凹口Ei中包括属于不同相的两个导体20。因此，在每个组G1，G2，G3，G4中，凹口E1，E2和E9包含分别与相U和相W相关的导体20；凹口E4，E11和E12包含分别与相V和相W相关的导体20；凹口E6，E7和E14包含分别与相U和相V相关的导体20。
另外，每个相U，V，W部分的组G1，G2，G3，G4在至少两个相邻的凹口中即在彼此相邻设置并且用共同齿16分开的两个凹口Ei中包括属于单个相的至少两个导体20。
在所示的示例中，与相U相关的导体20因此布置在凹口E1，E2，E6，E7，E8，E9和E15中。与V相相关的导体20布置在凹口E4，E5，E6，E7和E11，E12，E13，E14中。与相W相关的导体20布置在凹口E1，E2，E3，E4，E9，E10，E11和E12中。
在定子10的周围，具有在桥臂的第一组件21.1的相部分的组和桥臂的第二组件21.2的相部分的组之间的交替。因此，如图6所示，对于包括四个相部分的组G1，G2；G3，G4的三相定子10，与桥臂的单个组件21.1、21.2相关的相部分的组在直径上彼此相对。与第一组件21.1相关的相部分的组G1和G2在直径上彼此相对，并且与第二组件21.2相关的相部分的组G3和G4在直径上彼此相对。
有利地，每极和每相的凹口的数量(对于“每极每相的分布”的参数称为“spp”)严格大于1且等于或小于3，并且优选地等于2.5。
根据非限制性优选实施例，电机包括三相定子10，其具有60个凹口并且在转子11上具有4对极的极性。对于每个组G1，G2，G3和G4的15个凹口的基本图案重复4次。这样，每极和每相就有2.5个凹口的配置。由不同桥臂的组件21.1、21.2提供的定子电路优选地由一对极隔开。
图4a示出了具有集中式绕组的常规定子10构造，即由缠绕在定子10的齿16上的线圈形成，具有4对极，并且每极和每相0.5个凹口，产生子谐波SH，其会产生大量的磁损耗。如图4b所示，根据本发明的配置使得可以消除由绕组14产生的子谐波，并且可以限制谐波的总数及其幅度。
另外，如图5所示，根据本发明的电机的转矩波动Ond_C低。应当记住，这种波动是由最大转矩和最小转矩之差除以平均转矩来定义的。该转矩波动Ond_C等于或小于5％，而无需修改转子11的构造。
定子10可以与任何类型的转子11一起使用，特别是具有永磁体的转子11、绕线转子11或包括由线圈和至少一个相关磁体形成的极的混合转子11。
以已知的方式，磁体可以由铁氧体或稀土制成，这取决于应用和电机所需的功率。转子11可以具有磁通量集中，即位于两个连续腔中的磁体的相对侧面具有相同的极性。
图7示出了根据本发明的定子10在紧凑的多相交流发电机22的内部中的植入的非限制性示例，特别是用于机动车辆。交流发电机22可以将机械能转换成电能，并且可以是可逆的。这种可逆的交流发电机22，称为交流发电机-起动器，使得可以将电能转换成机械能，特别是为了启动车辆的热力发动机。
该交流发电机22包括壳体23，并且在壳体的内部，其包括具有安装在轴25上的爪的转子11和围绕转子11的定子10，同时通过气隙与转子分离。轴25沿其延伸的轴线X形成电机的轴线。
壳体23包括支撑定子的前支承件27和后支承件28。支承件27、28具有中空形式，并且它们每个都在中心支撑球轴承，用于旋转地装配轴25。
更具体地，转子11包括两个磁体轮30、31，每个具有横向取向的凸缘32，在其外周上设有爪33，其例如具有梯形形式和轴向取向。一个轮30、31的爪33轴向面对另一个轮30、31的凸缘32。一个磁体轮30、31的爪33因此穿透到存在于另一个磁体轮30、31的两个相邻爪33之间的空间中，从而使磁体轮30、31的爪33相对于彼此成叠瓦状(imbricated)。
圆柱形芯35轴向地介于轮30、31的凸缘32之间。在这种情况下，芯35由两个半芯构成，每个属于其中一个凸缘32。该芯35在其外周上支撑励磁线圈36，其缠绕在绝缘体37上，该绝缘体37径向地介于芯35和线圈36之间。
轴25在其前端侧支撑皮带轮39，该皮带轮39属于在交流发电机22与机动车辆的热力发动机之间将运动传递到至少一条皮带或链条的装置。
后支承件28支撑设置有电刷41的电刷架40，电刷41设计成与收集器43的环42摩擦，以确保向转子11的绕组供电。
定子10也可以结合在其他类型的电机的内部，特别是仅以电动机模式运行的电机。
应当理解，以上描述仅是通过示例的方式提供的，并且不限制本发明的领域，通过以任何其他等同方式替换不同的要素也不会构成对本发明的偏离。
另外，本发明的不同特征、变型和/或实施例可以根据不同的组合彼此关联，只要它们不是不兼容或相互排斥的即可。
Claims (11)
1.一种用于机动车辆的旋转电机，其特征在于，该旋转电机包括：
-具有偶数个极对的转子(11)；
-定子(10)，其包括具有凹口(Ei)的主体(13)和插入在所述定子主体(13)的所述凹口(Ei)中的三相绕组(14)，所述三相绕组(14)包括：
-与至少三个桥臂的第一组件(21.1)相关的至少一个相(U，V，W)部分的第一组(G1)和至少一个相(U，V，W)部分的第二组(G2)；以及
-与至少三个桥臂的第二组件(21.2)相关的至少一个相(U，V，W)部分的第三组(G3)和至少一个相(U，V，W)部分的第四组(G4)。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，每个相(U，V，W)部分的组(G1，G2，G3，G4)在至少一个单个凹口(Ei)中包括属于不同相(U，V，W)的两个导体(20)。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，每个相(U，V，W)部分的组(G1，G2，G3，G4)在至少两个相邻凹口(Ei)中包括属于单个相(U，V，W)的至少两个导体(20)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机，其特征在于，每极和每相(U，V，W)的凹口(Ei)数量严格大于1且等于或小于3。
5.根据权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，每极和每相(U，V，W)的凹口(Ei)数量等于2.5。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其特征在于，在所述定子(10)的周围，具有在桥臂的第一组件(21.1)的相部分(G1，G2)的组和桥臂的第二组件(21.2)的相部分(G3，G4)的组之间的交替。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转电机，其特征在于，对于包括四个相部分(G1，G2，G3，G4)的组的三相定子(10)，与桥臂的单个组件(21.1、21.2)相关的相部分的组在直径上彼此相对。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述转子(11)包括选自以下数量的极对：4、6、8、10或12。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述绕组(14)是具有销的类型，所述销的横截面具有大致矩形形状。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述转子(11)是具有永磁体的转子、绕线转子或混合转子。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述旋转电机具有低于60V的工作电压。
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