CN1126002A - 带由扁平导线形零件组成的绕组的多相电机 - Google Patents

带由扁平导线形零件组成的绕组的多相电机 Download PDF

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Abstract

现有的杆状绕组和拉出的线圈由交叉部分恒定的弯曲杆状导体制成，因此，在端部绕组的空间没有充分利用。此外，由于要考虑的弯曲半径，尤其是高极数电机中的弯曲半径，长的连接部分与间距值有关，所以增加了重量和损耗。所公开的成型导线单件按其最终形状没有弯曲。交叉部分在端部绕组变化，所以可利用的空间大，产生的连接部分短。接续的成型导线布置于不同层，从而产生交替的多相双层。由串联连接的成型导线形成的导线的长度与槽深无关，交替的双层的所有相导线设计均相同。所得到的连接点都可以在端部绕组的前表面看到，其是由安装前成对组装具有不对称端的成型导线得到的。安装有所述成型导线的电动机和发电机的输出与功率密度高。

Description

带由扁平导线形零件组成的绕组的多相电机
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的多相电机，以及这种电机的制造方法。
在线圈体内很好地利用空间，在多相电机中通过短的连接线和大的导线截面创造了提高功率密度和效率的有利前提。
通过成形导线、槽形绕组杆和成形线圈虽然在槽内达到了高度的空间利用率，但是在线圈体内可以利用的导电空间利用得还不充分，由于需要考虑弯曲圆角，特别是在小步距时连接路程还是比较大。
在JP—63—287338中叙述了一种非铁的钟形绕组，它的导线形零件切向重叠在一个装置内。因此同一层的所有导线形零件的交叉简化在一个工序中，其中在两个线圈体内的导线端头向不同方向变形。接着，两个向不同方向变形的导线层在轴向相互穿插，预先压制好的导线端头在端面上相互连接。只有在导线截面较小时，交叉才不致于损伤绝缘性，而且只有不必考虑软磁体齿时才能在轴向靠在一起。
在DE—OS4111626A1中叙述了一种杆状绕组，其中通过采用盘状连接线避免了弯曲半径。无论如何这些线圈体中的连接线长度与槽深有关，因此这种结构形式仅仅在带较浅槽深的环形径向气隙电机中才有优越性。
由GB1329205已知一种用于直线电机的导线形零件，它制成不带弯曲圆角，这里全部导线层做成一种铸件形式。一个预制好的导线形零件复盖多个电极间距，其中所有槽形绕组杆与气隙具有同样的间距。因为导线形零件相互独立地制造，然后装在一起，要求以较小的公差预先加工成准确的形状。其次导线高度在槽的端面急剧地减少，因此产生一个非常小的临界截面。在线圈体内各相导线平整地叠在一起，因此那里形成了大的空隙，应该有利于冷却。
其次，由DE—OS4125044A1已知一种用于盘状电机的绕组层，其中在线圈体内导线横截面轴向缩短，横向加粗。多相绕组层的所有导线支路具有各自的结构形式。因此对于每一层必须有与相数相应数量的导线结构形式，其中由于导线形零件的大小和复杂性，制造费用很高。在径向气隙电机中不能采用这种结构形式。
因此本发明的基本目的在于：制造一种带相互重迭的导线支路的多相电机，使得以尽可能小的制造费用达到短的连接线长度和线圈体内良好的空间利用。
这个任务由按本发明权利要求1和14的重要特征来解决。通过导线形零件加宽端头的倾斜布置通常占一个电极间隔的步距由两个相互连接的、没有弯曲圆角的、预先制造好的导线形零件相互架通。不同相的导线支路在一个与气隙平行的、相互组合成一体的双层单元中相互错开设置，而不明显缩小导线横截面相对于槽横截面的尺寸，其中顺序连接的导线形零件设置在这种双层单元的不同层内。所以各个线圈体通道内在连接位置的导线布置相对于软磁体气隙表面的距离是交替更换的，其中在一个双层单元内变更方向是交替的。这样将避免导线横截面的缩小，其中在从槽到线圈体的过渡区在槽宽方向直接扩大了导线的横截面，它通过紧接着的倾斜走向极大地重新得到了补偿。即使在完全位于线圈体端面上的连接部位，它任何时候都可以接近，将避免电流导线截面的收缩，其中导线形零件端部在槽长方向略微加长。因此在组合成一体的双层单元连接时得到大的熔焊区，导线形零件最好预制成带非对称端头的，并且其狭窄的端头在一个单独的工序中在涂上绝缘层以前，必要时在加工以后拼组成V形零件。
必须的不同导线结构形式种数与相数无关。对于平面形气隙电机只需要三种不同的导线结构形式，由于它结构简单，外形尺寸小，可以很方便地例如通过冲压式激光切割由一个导体板不带弯曲圆角地制成。除补充的导线形零件外，仅仅还只需要一种换层导线结构形式和一种在导线支路的起点和终点输入、输出电流的导线结构形式。
导线形零件也可以有利地运用在径向气隙电机中，其中对于x层必须预制x＋2种不同的导线形零件。
软磁体最好分成几块，并附加地在槽深方向插入预先加工好的绕组中。
其他优良的结构可以从分权利要求中看出。
附图表示出本发明优良的结构形式。
图1表示一个用于直线电机的带非对称端头的导线形零件的三向视图。
图2表示两相直线电机的一个组合成一体的双层单元的结构。
图3表示一个径向气隙电机在双层单元之间的过渡区的导线支路的局部视图。
图4表示一个带交流导线形零件的轴向气隙电机的一个导线支路的局部视图。
图1表示按本发明的用于直线电机的导线形零件1的一种结构形式，其中零件中部从2至2′的矩形截面填满了全部槽宽。两个端头4和4′伸展至线圈体的端面，其中线圈体内的零件部分(从2至3或从2′至3′)同时既在槽长方向又在槽宽方向伸展。在槽—线圈体—过渡区(在2和2′)导线截面在槽宽方向两侧各加宽半个齿宽。通过倾斜走线对于电流导线有效宽度在2至3和2′至3′的范围内重新减小到接近槽宽。为了扩大与前面的或后续的导线形零件在连接部位的接触面积或熔接面积，零件在端部区域(3至4或3′至4′)和在槽长方向的零件中部区域一样伸展。所画的结构形式具有不对称的端头，其中各个在一个由顺序连接的同样结构的导线形零件1的导线支路中的第二个连接部位(在4处)增大，而较窄的连接部位(在4′处)在装配以前拼合而成。
图2表示一个带开槽软磁体5的两相直线电机的组成一体的双层单元的导线分布，图上开槽的软磁体只能看到齿部。导线形零件具有非对称端头，这里在所表示的结构中在线圈体内在运动方向不断地变更从窄端到宽端的层间连接。因此与相数相应的同一层内的数种导线形零件在组合成一体的双层单元装配时可以作为一个组件使用，由此可以简化绕组的装配。一个两相双层单元由四个导线支路组成，它们各自表示在图2a、2b、2c和2d中。在所观察的局部视图中，每个这种导线支路由结构相同的V形零件6、7、8、9组成，而它们又各自由两个导线形零件组成，或者预先加工成一个零件。属于上面一层的导线形零件6a、7a、8a、9a由从左下到右上方的阴影线，而下面一层的导线形零件6b、7b、8b、9b由从左上到右下方的阴影线表示。图2e中表示在第1相中两个相互组合成一体的导线支路，此外图2f表示第2相中两个相互对称的补充导线支路。同一相导线支路或者V形零件的结构是相同的，V形零件6至9在图的右边单独地或补充地画出。图2g表示所有四个导线支路如何组成一个连成一体的双层单元10，这里双层单元在槽深方向具有二个平的表面，它在每一个位置的间距与槽内双倍导线高度一致。
这种结构紧凑的绕组对于任意相数，同时对于径向和轴向气隙电机可以通过相互重叠的多层导线形零件的拼合方便地制造。
图3表示一种径向气隙电机的两个组合成一体的双层单元之间的导线支路的交替更换。这里左面表示位于径向内侧的双层单元的两个最后的导线形零件11和12，右面表示径向向外连接的双层单元的四个起始的导线形零件13和14。因为径向气隙电机的步距随着半径的增加而增加，每一层都有自己的导线结构形状，它们通过不同的阴影线表示。在两个双层单元之间的交替变更处仍保留切向电流方向。因此每相由两个导线支路组成，其中一个导线支路向外右旋走向，另一个补充它的导线支路向内左旋布线。这两个导线支路可以各自根据所希望的电压—电流比例串连或并连。
特别地对于低压电机，两个相互连接的V形零件之间的层次更换也可以始终在相同的方向进行，因此不再形成组合成一体的双层单元。为此全部绕组相互组合成一体，并可以并接许多导线支路。因为在全部绕组装配好以后焊接到端面上，不同的连接方式只是稍微改变其制造费用。
带相同旋转方向的双层单元层次更换只有在旋转电机中才可能，这里双层单元每次占用全部圆周。在直线电机和摆动电机中带在槽宽方向正反向流动的电流的双层单元层间变更要在特殊的交流导线形零件中进行。
图4表示一个轴向气隙摆动电机的导线支路，其中交流导线形零件17在一个双层单元内将同一相的两个导线支路相互连接。在一个局部圆周上表示的相区内的两个导线支路由结构相同的V形零件15和16组成，它们又由结构相同的导线形零件预先加工而成。交流导线形零件17中的一半同样由一个这种导线形零件17a组成，而另一半17b具有在不同层内且有同样的切向组件的端部。零件中段的导线宽度与其余导线形零件相比增加一倍，其中导线宽度可以根据边槽的结构不同地设计。两个双层单元之间的交流导线形零件在一个端点仅仅只有位于外侧的一个接触面，而没有位于内侧的接触面。

Claims (17)

1.带一个绕组的多相电机，它的导线支路在一个与气隙相平行的导线层(10)内伸展，并由制成不带弯曲圆角的导线形零件(1、11至14)并合成，它部分地装在软磁体(5)槽内，并在线圈体内同时在槽长方向和槽宽方向伸展，其中每个导线支路在各个线圈体通道处变更层次，两个顺序连接的导线形零件的连接在层次更换处进行。
2.按权利要求1的多相电机，其特征在于：导线形零件(1、11至14)具有两个与软磁体的气隙表面相平行的表面。
3.按权利要求1的多相电机，其特征在于：在槽—线圈体—过渡区(2或2′)处，在多个槽宽方向导线形零件(1)的导线横截面加大。
4.按权利要求1的多相电机，其特征在于：导线形零件(1)在两个端头(4或4′)沿槽长方向一直伸展至线圈体的端面。
5.按权利要求4的多相电机，其特征在于：导线形零件(1)在两个端头(4或4′)沿槽长方向加长。
6.按权利要求4的多相电机，其特征在于：导线形零件(1)在两个端头(4或4′)沿槽宽方向具有不同的尺寸。
7.按权利要求1的多相电机，其特征在于：导线支路除在层的端部以外都由结构相同的导线形零件(11至14)组合成，它在槽宽方向的长度大致相当于一个电极间距。
8.按权利要求1的多相电机，其特征在于：两个顺序连接的导线形零件(6a、6b或7a、7b)构成预制好的V形零件(6或7)。
9.按权利要求8的多相电机，其特征在于：V形零件(6、7、8、9)的两个端头在槽宽方向大于零件的中间部位，层次更换在此处进行。
10.按权利要求1的多相电机，其特征在于：每相的两个导线支路在顺序相连的槽内交替地、上/下重叠地伸展。
11.按权利要求10的多相电机，其特征在于：所有相的相互组合成一体的导线支路共同形成一个多相的组合成一体的双层单元(10)，装入槽内的导线形零件的双倍导线高度相当于槽在深度方向的尺寸。
12.按权利要求11的多相电机，其特征在于：在双层单元(10)端部的导线形零件(12、13)具有与它同一层其他导线形零件一样的外形尺寸，但是它在槽深方向的接触面设置在不同的侧面上。
13.按权利要求11的多相电机，其特征在于：在直线电机和摆动电机中双层单元(10)的端部装入交流导线形零件(17)，它的端头(17a、17b)在槽宽方向向同一侧延伸。
14.一种多相电机的制造方法，它带一个其导线支路由导线形零件并合而成的绕组，导线形零件由导体板经过切割制成，并将切割好的形状拼接在线圈体的端面上。
15.按权利要求14的一种多相电机的制造方法，其特征在于：导线形零件的各个较窄的端头在涂绝缘层以前在一个单独的工序中与不对称的端头并接在一起。
16.按权利要求15的一种多相电机的制造方法，其特征在于：在组合成一体的双层单元装配时，V形零件在软磁体的外面沿槽深和槽长方向相互交错地装在一起，接着绕它的在槽长方向伸展的中心轴线轻微地扭转。
17.按权利要求14的一种多相电机的制造方法，其特征在于：径向气隙电机的组合成一体的双层单元按各个单独的功能预先加工好，然后在装入软磁体齿块以前轴向推合在一起形成一个多层绕组，接着把已经在轴向相互叠在一起的非绝缘接触面焊死。
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