CN113412569B - 具有带有交叉端部回路的平行路径的分布式定子绕组 - Google Patents
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Abstract
电机包括其中形成有多个槽的定子铁芯以及定位在定子铁芯的槽中的绕组。绕组包括分布在定子铁芯的层中的八条平行路径。八条平行路径包括四对相邻路径。第一对相邻路径与第二对相邻路径在定子铁芯的层中形成十字形交叉。第三对相邻路径与第四对相邻路径在定子铁芯的层中形成十字形交叉。第一对相邻路径和第二对相邻路径都不与第三对相邻路径和第四对相邻路径中之一或两者在定子铁芯的层中形成十字形交叉。
Description
技术领域
本申请涉及电机领域,更具体地涉及电机的绕组布置。
背景技术
电机被设计为根据电机的预期应用来满足特定的操作要求。根据电机的具体设计,电机将具有各种性能特征。有助于运行性能的设计特征的例子包括定子尺寸、转子尺寸、扭矩输出、效率、绕组的类型和布置、定子槽数、极数、每相每极的槽数、每槽的导体数、每相的平行路径数、匝数以及本领域普通技术人员将认识到的各种其他设计参数中的任何设计参数。
期望提供一种电机,其分布式绕组布置具有提高的动力、效率和冷却能力。对于这样的绕组布置,提供用于定子的改进的正弦波形也将是有利的,该改进的正弦波形减小了机器中的谐波电动势并减小了转矩脉动。如果这样的绕组布置可以用于各种动力应用,例如各种电动和/或混合动力电动车辆应用,包括对电机电压要求较低的一般轻型应用,将是有利的。如果这样的绕组布置可以被提供使得电机可以容易地制造,从而降低制造成本,将是将进一步有利的。虽然期望提供一种提供可能对于阅读本公开的人来说显而易见的这些或其他有利特征中的一个或多个特征的电机,但本文公开的教导扩展到落入所附权利要求范围内的那些实施方式,而不管它们是否实现了上述一个或多个优点。
发明内容
根据本公开的至少一个实施方式,电机包括其中形成有多个槽的定子铁芯以及定位在定子铁芯的槽中的绕组。绕组包括分布在定子铁芯的层中的八条平行路径。八条平行路径包括四对相邻路径。第一对相邻路径与第二对相邻路径在定子铁芯的层中形成十字形交叉。第三对相邻路径与第四对相邻路径在定子铁芯的层中形成十字形交叉。第一对相邻路径和第二对相邻路径都不与第三对相邻路径和第四对相邻路径中之一或两者在定子铁芯的层中形成十字形交叉。
在本公开的至少一个实施方式中,用于电机的定子包括其中形成有多个槽的定子铁芯以及定位在多个槽中的至少一个定子绕组。至少一个定子绕组包括至少四条平行路径,每条平行路径包括定位在槽的多层中的槽内导体以及在槽内导体之间延伸的端匝。第一平行路径与第二平行路径在定子铁芯的第一层组中形成十字形交叉。第三平行路径与第四平行路径在定子铁芯的第二层组中形成十字形交叉。第一平行路径和第二平行路径和第三平行路径和第四平行路径分别过渡到定子铁芯的第三层组和第四层组,而第一平行路径和第二平行路径中任一个都不与第三平行路径和第四平行路径中之一或两者形成十字形交叉。
在本公开的至少一个另外的实施方式中,用于电机的定子包括其中形成有多个槽的定子铁芯以及定位在定子铁芯的槽中的绕组,绕组包括分布在定子铁芯的层中的八条平行路径。每条平行路径包括定位在槽的多个层中的槽内导体以及在槽内导体之间延伸的端匝。八条平行路径包括四对相邻路径。端匝包括:(i)连接相同层中的相邻路径的槽内导体而不交换槽内导体的位置的标准端匝;(ii)连接相同层中的相邻路径的槽内导体并交换槽内导体的位置的交换端匝;(iii)将第一相邻路径从第一层移动到第二层并将第二相邻路径从第二层移动到第一层的十字形交叉端匝;以及(iv)将相邻路径从第三层移动到第四层而不使其他端匝形成十字形交叉的过渡端匝。
通过参照以下详细说明和附图,上述特征和优点以及其他特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加清楚。虽然期望提供一种具有提供这些或其他有利特征中的一个或多个特征的定子绕组布置的电机,但本文公开的教导扩展到落入所附权利要求范围内的那些实施方式,而不管它们是否实现了上述一个或多个优点。
附图说明
图1示出了包括定子的电机的剖视图,该定子具有分布式绕组,该分布式绕组具有交叉端部回路;
图2示出了图1的电机的定子铁芯的立体图;
图3A示出了图2的定子铁芯的端匝的立体图,其中绕组布置在定子铁芯上;
图3B示出了图3A的定子铁芯的连接端的立体图;
图4A示出了图1的定子的一部分的剖视图,其中一个相的八条平行路径的导体定位在定子铁芯的三个槽组中;
图4B示出了图1的定子的一部分的剖视图,其中一个相的八条平行路径的导体定在为定子铁芯的两槽组中;
图5示出了图1的电机的定子绕组的槽图表,该槽图表示出了每条平行路径A至H的位置以及形成每条平行路径的定子绕组的顺时针两圈的相关联的端部回路连接;
图6示出了定位在车辆中的图1的电机。
具体实施方式
参照图1至图3b,电机10包括外壳12,定子组件20和转子组件14定位在该外壳12内。定子组件20包括定子铁芯22,该定子铁芯具有定位在定子铁芯22上的绕组布置40。如本文所公开的那样,绕组布置是分布式绕组布置,该绕组布置包括每相的多条平行路径以及在定位在槽中的金属丝或其他导体的不同组之间延伸的不同节距的多个交叉端部回路。
转子组件14定位在定子铁芯22的内部并且安装在轴16上。轴16由轴承18可旋转地支撑。轴16又支撑转子组件14。转子组件14包括相对于轴16固定的转子毂15,以及固定到转子毂15上并被构造为相对于定子20旋转的转子叠片17。在至少一个实施方式中,在转子叠片17上安装永磁体(未被示出)。在至少一个替代实施方式中,在转子叠片17上包括电绕组(未被示出)。转子14和轴16被构造为在电机10内旋转,而定子组件20保持静止。
定子组件20包括定子铁芯22和绕组布置40。定子铁芯22由铁磁材料构成并通常由多个钢板形成,这些钢板被冲压并彼此上下层叠以形成叠片层叠件(lamination stack)。定子铁芯22是由中心轴线24限定的大致圆柱形形状,并包括内周表面26和外周表面28。在定子铁芯22的内部上在内周表面26与外周表面28之间形成有多个齿31。每个齿径向向内延伸,并终止于内周表面26。在定子铁芯22的齿31之间形成有轴向槽30(在本文也可以被称为“槽段”)。
根据齿31的构造,槽30可以沿着定子铁芯16的内周表面26打开(如图2所示),或者可以是每个槽28靠近内周表面26的宽度小于靠近外周表面28的宽度的半封闭槽。通向槽30的开口被设置成穿过内周表面26以及定子铁芯22的端部32和34。如下面进一步详细所述,每个槽由相对的径向壁限定,并且金属丝或其他导体被保持在槽内。
定子铁芯22被构造为将绕组布置40保持在定子铁芯22的槽30内。在至少一个实施方式中,绕组布置40由多根细长金属丝(例如,铜丝)形成,这些细长金属丝在定子铁芯22的槽30内连续缠绕以形成绕组。在至少一个替代实施方式中,绕组布置40由多个分段导体42形成。将分段导体42从定子铁芯34的第一端部32(即,“插入端部”)插入槽30中。将分段导体42在定子铁芯16的相对端部22(即,“焊接端部”)连接在一起。可用于形成绕组布置的分段导体42的例子在美国专利第7,622,843号中示出,其内容通过引用并入本文。
图3a示出了定子20的插入端部32,其中多个分段导体42定位在定子铁芯22的槽中。每个分段导体42包括定位在一个槽中的第一槽内/轴向部分43(或“第一分支”)、定位在另一个槽中的第二轴向部分(或“第二分支”)以及在定子20的插入端部32上在第一轴向部分与第二轴向部分之间延伸的端部回路部分(也可以被称为“端匝”或“U形匝”部分)。U形匝部分44在图3a的定子的插入端部32上清晰可见。每个U形匝部分44在定子20的插入端部32上在多个槽上方延伸,并且槽的该数量(加1)限定了由分段导体42形成的相关联的线圈的端部回路节距。例如,如果U形匝部分44在5个槽(槽1#至槽#7)上方延伸,则端部回路被限定为具有6节距端部回路。分段导体42并不全都相同,因为一些导体由不同的端部回路节距限定,和/或可以由绕组布置40内的引线或其他连接部提供。
图3b示出了定子20的焊接端部34。如前所述,焊接端部是定子的与插入端部32相对的一侧。分段导体的分支端部46在定子的焊接端部34上清晰可见。相邻的分支端部46被焊接或以其他方式接合在一起以完成定子内的电路径。换言之,当多个分段导体的分支端部接合在一起时,在定子铁芯22上形成各种绕组。在至少一个实施方式中,绕组是每一相有多条路径的三相定子绕组,这在下面进一步详细说明。
图4A示出了定子铁芯22的多个槽30的放大剖视图。出于说明的目的,一些槽是空的,而其他槽包含定位在其中的分段导体42。槽30形成在齿31之间。因此,每个槽30由与一个齿相关联的第一壁部分36和与相邻齿相关联的相对的第二壁部分38限定。每个槽30的第一壁部分36和第二壁部分38被后壁部分37隔开,后壁部分37形成槽宽度。第一壁部分36和第二壁部分38都从后壁部分37径向向内延伸到定子铁芯22的内周表面26。第一壁部分36、第二壁部分38和后壁部分37全都从定子铁芯的插入端部32轴向延伸到定子铁芯的焊接端部34。因此,每个槽提供了穿过定子铁芯22的通道,该通道从铁芯的插入端部32延伸到焊接端部34。每个槽的宽度在尺寸上足以接收绕组布置的至少一个导体。另外,每个槽的深度被构造为接收绕组布置40的多个导体。虽然槽30在图4A中被示出为在内周表面26处是完全打开的,但是将认识到,在至少一些实施方式中,槽可以是部分封闭的或完全封闭的槽。
本文公开的实施方式中的绕组布置40是通过将导体42插入定子铁芯22的每个槽中而形成的。在本文公开的实施方式中,导体42在每个槽30中布置成单列,并且在每个槽中(即,在层1至8中)定位有八个导体。为简单起见,图4A仅示出了完整的绕组布置40的单相绕组50(例如,U相、V相和W相中的一个相)的导体42。绕组布置40的每一相包括八个导体(A至H),它们在槽30中以导体42的4-8-4模式布置。每个4-8-4模式与绕组布置40的极相关联。与绕组布置40的特定相的极相关联的多个槽30在本文中可被称为“槽组”54。在图4A的实施方式中,每个槽组54是三槽组,其中在槽组的第一槽301(即,“左”槽)中有四个导体,在槽组的第二槽302(即,“中间”槽)中有八个导体,并在槽组的第三槽303(即,“右”槽)中有四个导体。每个槽组54中的槽全都相邻,其中左槽301与中间槽302相邻,中间槽302与右槽302相邻。
每个三槽组承载绕组布置40的单个相的导体的八条平行路径(A至H)。因此,如图4A所示,被标记为“A”、“B”、“C”、“D”、“E”、“F”、“G”和“H”的每个导体代表与绕组的单个相的八条平行路径中的一条路径相关联的导体(即,在附图中,被标记为A至H的每个导体42代表单个绕组相的一条平行路径;导体A至H不代表绕组布置的不同相)。通过经由端匝部分和连接部连接各个槽中的导体42而形成绕组的完整的平行路径。
在每个三槽组54中,八条平行路径中的每一条平行路径的两个导体定位在一个或两个槽42中。例如,在图4A的槽组54中,平行路径A包括左槽301的层1中的第一导体(被标记为“A”)和右槽303的层6中的第二导体(也被标记为“A”);在中间槽302中没有路径A导体。作为另一个例子,在图4A的槽组54中,平行路径B包括中间槽302的层1中的第一导体(被标记为“B”)和中间槽302的层6中的第二导体(也被标记为“B”);在左槽301或右槽303中没有路径B导体。在左槽301和右槽303中被标记为“X”的导体是与另一相绕组相关联的导体。因此,应理解的是,槽组54与图4A的4-8-4布置中的相之间的槽重叠。
应理解的是,图4A仅示出了绕组50的一个槽组54,并且完整绕组包括布置在定子铁芯的多个槽组中的每条路径A至H,使得每条平行路径围绕定子铁芯编织以完成定子铁芯的多圈(例如,下面的图5所示的两圈)。因此,每条路径包括槽内部分43(如图4A所示)和连接该槽内部分的端匝44,以便围绕铁芯形成波形绕组。在2019年1月25日提交的题为“Electric Machine With Distributed Winding Having Double Cross End Loops”的美国专利申请第16/258,270号中公开了波形绕组布置的例子,其全部内容通过引用并入本文。
图4B示出了替代绕组布置40中的槽组54的布置。在图4B中,绕组布置40的每一相也包括八个导体(A至H),但是导体在两槽组中以导体42的8-8模式布置(即,与绕组布置40的每个极相关联的八个导体定位在两个相邻槽中)。尽管图4A和图4B仅示出了绕组布置40的槽组54的两个实施方式,但是应当认识到具有不同配置的平行路径的其他槽组也是可行的。
现在参照图5,示出了完整绕组布置40的一个相的槽图表,该绕组布置包括三槽组,例如图4A的那些三槽组。图5的槽图表示出了绕组布置的每个极/槽组54(即,槽组541至5424)的槽30以及布置在每个槽的层48中的路径(A至H)的导体(即,对于每个槽,层1至8中哪层保持哪条路径)。图5中的字母“A”、“B”、“C”、“D”、“E”、“F”、“G”和“H”表示路径在给定槽内的位置,并且箭头表示在该相的相邻槽组(即,相邻槽组541至5424)之间延伸的端部回路的组。将认识到,槽组541至5424中的每一个槽组包括两个相邻槽组(即,在给定槽组两侧的左槽组和右槽组)。尽管为方便起见,定子铁芯22在图5中被示为线性的,但是可以理解的是,定子铁芯22实际上是环形的,因此槽组541和5424也是相邻槽组。
如图5所示,绕组布置40的每个三槽组54包括以4-8-4配置布置的导体。换言之,每个槽组54包括左槽的八层中的四层中的四个导体、中间槽的八层中的八个导体以及右槽的八层中的四层中的四个导体。为简单起见,图5仅示出了绕组布置的单个相的槽组54。尽管图5中的每个相邻槽组之间的空间55只是单个槽的尺寸,但是应理解的是,每个空间55实际上代表容纳绕组布置40的其他相绕组所在的槽组的三个槽。由于每个相的导体的4-8-4配置,应理解的是,绕组布置的不同相的槽组54重叠。例如,U相槽组的左槽可以是W相槽的右槽(即,单个槽中可能有四个U相导体和四个W相导体)。
继续参照图5,将认识到绕组布置40包括始终定位在槽组的同一层中的平行路径的组。例如,路径A和B始终位于给定槽组的同一层。因此,在图5的槽组5419中,路径A和B被显示在层2的左槽和中间槽中,也被显示在层5的中间槽和右槽中。类似地,在槽组5414中,路径A和B被显示在层1的左槽和中间槽中,并且也被显示在层6的中间槽和右槽中。由于槽30的层中的“A”的每种情况包括相邻槽的同一层中的“B”的情况,因此平行路径A和B在本文中被称为一对“相邻路径”(例如,“相邻路径A-B”或“相邻路径A和B”)。每对平行路径C-D、E-F和G-H分别也是相邻路径。
图5包括一系列箭头,包括用于说明相邻路径A和B的槽内部分之间的端匝连接的箭头。箭头包括表示标准端匝的箭头56、表示特殊节距过渡端匝的箭头57、表示十字形交叉端匝的箭头58以及表示交换端匝的箭头60。通过沿着箭头可以看出,平行路径A和B各自围绕铁芯22进行顺时针两圈。为了简单起见,没有使用箭头来表示相邻路径C和D、E和F以及G和H围绕铁芯的圈,但本领域普通技术人员将认识到,这些平行路径中的每一条平行路径也围绕定子铁芯完成两圈。即使绕组没有完全环绕定子铁芯完整的360°,所使用的术语“圈”也是指基本上围绕定子铁芯并穿过定子铁芯的槽的导体的缠绕(例如,尽管由于某种原因(例如,以引线结束的平行路径),围绕定子铁芯缠绕345°的平行路径可能没有完全环绕定子铁芯360°,但是它也被认为进行定子铁芯的一圈)。
引线52由引入和引出绕组布置40的图5的箭头表示。第一组八根引线52设置在定子铁芯的第一端部(即,插入端部或焊接端部)上,并允许绕组50的八条平行路径在四个不同的三组槽54(即,槽组5410至5413)处进入定子铁芯22。相邻路径A-B在槽组5410的层1处作为引线52进入定子铁芯(由围绕槽组5410的层1中的路径A-B的框表示)。类似地,相邻路径C-D在槽组5411的层2处作为引线52进入定子铁芯(由围绕路径C-D的框表示),相邻路径E-F在槽组5412的层3处作为引线52进入定子铁芯(由围绕路径E-F的框表示),并且相邻路径G-H在槽组5413的层4处作为引线52进入定子铁芯(由围绕路径G-H的框表示)。在层1处进入第一三槽组后,每对相邻路径前进到相继的槽组,如图5所示。相邻路径AB和CD以及EF和GH的引线52在(该相的)4个相邻槽组中进入定子铁芯。
现在将参照相邻路径A-B来描述示例性绕组前进。在槽组5410的层1处进入定子铁芯后,相邻路径A-B以波状方式前进到相继的槽组54,保持在绕组50的层1中,直到到达槽组5415。使用节距为6的端部回路接合相邻槽组之间的导体的槽内部分。
在槽组5415和5416之间,相邻路径A-B过渡到层2(十字形交叉箭头58指出相邻路径A-B在该位置与相邻路径C-D形成十字形交叉)。此后,相邻路径A-B前进到相继的槽组,保持在绕组50的层2中直到到达槽组5421。同样,使用节距为6的端部回路接合相邻槽组之间的导体的槽内部分。
在槽组5421与5422之间,相邻路径A-B交叉,使得槽位置改变(即,从A-B到B-A,但它们保持为同一对相邻路径)。特别地,A路径从左槽移动到中间槽,B路径从中间槽移动到左槽。节距为7和5的特殊端部回路用于完成这种转换(即,A路径使用7节距端部回路来多延伸一个槽,而B路径使用一个5节距端部回路少延伸一个槽)。此后,相邻路径B-A前进到相继的槽组,保持在绕组50的层2中,直到到达槽组549。
在槽组549与5413之间,相邻路径B-A从层2移动到层6。在槽组549与5410之间,相邻路径B-A过渡到层3。此外,这些端匝是特殊的七节距端匝,其将相邻路径B-A向右移动,从而产生槽组54的4-8-4导体布置。在槽组5410与5411之间,相邻路径B-A过渡到层4,再次返回到槽组之间的标准六节距端匝。在槽组5411与5412之间,相邻路径B-A过渡到层5。在槽组5412与5413之间,相邻路径B-A过渡到层6。此后,相邻路径B-A前进到相邻槽组5414。
在槽组5414与5415之间,相邻路径B-A过渡到层5。此后,相邻路径A-B前进到后续的槽组,保持在绕组50的层5中,直到到达槽组5421。十字形交叉箭头58指出,相邻路径A-B在该位置与相邻路径C-D形成十字形交叉。
在槽组5421与5422之间,相邻路径B-A交叉,使得槽位置改变(即,从B-A回到A-B)。特别地,B路径从中间槽移动到左槽,A路径从右槽移动到中间槽。节距为7和5的特殊端部回路用于完成此转变(即,B路径使用7节距端部回路来多延伸一个槽,而A路径使用5节距端部回路来少延伸一个槽)。此后,相邻路径A-B前进到相继的槽组,保持在绕组50的层5中,直到到达槽组549。
在槽组549处,A-B路径连接至第二组八根引线52。第二组引线52设置在定子铁芯的第一端部,并允许绕组50的八条平行路径在四个不同的三组槽54(即,槽组549-5412)处退出定子铁芯22。相邻路径A-B在槽组549的层5处退出定子铁芯,相邻路径C-D在槽组5410的层6处退出定子铁芯(由围绕路径C-D的框表示),相邻路径E-F在槽组5411的层3处进入定子铁芯(由围绕路径E-F的框表示),并且相邻路径G-H在槽组5412的层4处进入定子铁芯(由围绕路径G-H的框表示)。
如前所述,虽然未在此详细描述,但绕组50的其余平行路径(包括相邻路径C-D、E-F和G-H)以与上文结合相邻路径A-B所述的类似方式围绕定子铁芯前进。一个微小的区别是路径C-D的外引线52位于槽组5411的层2中,路径E-F的外引线52位于槽组5412的层3中,而路径G-H的外引线52位于槽组5413的层4中。因此,路径C-D的内引线52位于层6中,路径E-F的内引线52位于层7中,而路径G-H的内引线52位于层8中。
从前面的描述和图5的各种标记将认识到,所公开的绕组50的特征在于多个特征。首先,绕组是具有八条平行路径的两匝绕组。接下来,如十字形交叉箭头58所示,在绕组中的四个不同位置处使用十字形交叉端匝来交换相邻路径所在的层。例如,使用十字形交叉端匝使槽组5415和5416之间的相邻路径A-B和C-D形成十字形交叉。结果,相邻路径A-B从绕组的层1过渡到层2,并且相邻路径C-D从绕组的层2过渡到层1。这使相邻路径A-B的导体从极5410到极5415在层1中,然后从极5415到极549在层2中,并且对于相邻路径C-D的导体,反之亦然。类似地,大约2极之后(即,在极5417和5418之间),相邻路径E-F和G-H的导体完成相同的十字形交叉,但层为3和4。同样如箭头58所示,在层5和6中,相邻路径A-B与相邻路径C-D在槽组5414和5415之间形成十字形交叉,而在层7和8中,相邻路径E-F与相邻路径G-H在槽组5416和5417之间形成十字形交叉。这些十字形交叉端匝使槽中的导体平衡,导致每条路径在整个绕组上具有相似的定子槽的深度(即,层)位置。
虽然十字形交叉端匝有助于使绕组中的导体路径平衡,但它们不会使制造过程过于复杂。例如,相邻路径E-F和G-H从不在层1和2中,相邻路径A-B和C-D从不在层7和8中。同时,相邻路径A-B和C-D在极549和5412之间的过渡区域中螺旋向内时,它们仅在层3和4中。类似地,当相邻路径E-F和G-H在极549和5413之间的过渡区域中螺旋向内时,它们仅在层5和6中。绕组是一种独特的配置,其中相邻路径A-B与相邻路径C-D形成十字形交叉,并且相邻路径E-F与相邻路径G-H形成十字形交叉,但一些导体从不与其他导体形成十字形交叉(例如,相邻路径A-B和C-D从不与相邻路径E-F和G-H形成十字形交叉,反之亦然)。如上所述,绕组50还在相邻平行路径A-B和C-D从层1和2过渡到层5和6以及相邻平行路径E-F和G-H从层3和4过渡到层7和8的区域中包括特殊的7节距端匝。这些特殊的7节距端匝使每个槽组/极的导体形成4-8-4模式。这是减少电机中的扭矩脉动的有利布置。在图5中,为了便于显示层之间的过渡,在极5410到5412处的过渡区域中的层被显示为从其他极的层偏移;然而,应认识到,这些极中的每一个极中的导体也布置成八层,并且槽组左侧的数字显示了该过渡区域中相关联的导体的实际层数。
对于大多数槽组54,例如5418,槽模式4-8-4以共同的层模式分布,其中4个导体位于容纳在4个最外层(层1至4)的左槽中,并且位于右槽中的4个导体容纳在5个内层(层5至8)中。但是,槽组5410、5411和5412存在特殊的层模式。对于槽组5410,特殊的层模式由位于容纳在层1、2、4、5的左槽中的四个导体A、D、H、F以及位于容纳在层3、6、7、8的右槽中的四个导体A、D、F、H组成。对于槽组5411,特殊的层模式由位于容纳在层1、2、5、6的左槽中的四个导体A、C、H、F和位于容纳在层3、4、7、8的右槽中的四个导体A、C、H、F组成。对于槽组5412,特殊的层模式由位于容纳在层1、2、3、6的左槽中的四个导体A、C、E、H和位于容纳在层4、5、7、8的右槽中的四个导体A、C、E、H组成。可以看出,所有槽组的槽模式都是相同的,即4-8-4,但是三个槽组5410、5411、5412的层模式与其余槽组54的层模式不同。
除了上述之外,绕组布置还包括特殊的端匝,其使相邻路径的导体翻转(flip-flop)/交换左右位置(这些端匝在本文中可以被称为“交换端匝”)。交换端匝由图5中的箭头60表示,并具有5/7节距,五节距端匝使相邻路径对的右侧导体移动成后续槽组的左侧导体,七节距端匝使相邻路径对的左侧导体移动成后续槽组中的右侧导体。例如,在极5421和5422之间,A和B路径中的导体从A-B到B-A交换位置。
如图5所示,有四个相继交换端匝(具有5-7节距),如相继槽组5421-541之间的箭头60所示。相邻路径A-B在极5421和5422之间交换位置,相邻路径C-D在极5422和5423之间交换位置,相邻路径E-F在极5423和5424之间交换位置,相邻路径G-H在极5424和541之间交换位置。通过相邻路径交换位置,导体在绕组布置的左右槽之间平衡。例如,导体A在左槽(即,导体B的左边)中的次数与金属丝B(相对于A)的次数相同。对于其他相邻路径C-D、E-F和G-H的导体也是如此。中间槽也是如此,从而导致槽中导体的布置是平衡的。还应注意的是,由于相邻路径A-B、C-D、E-F和G-H的导体在极5410、5411、5412和5413的层1、2、3、4中依次开始,然后通过十字形交叉端匝反位(参见箭头58),用于交换端匝的箭头60在极5421和5424之间不是按顺序的。换言之,箭头60在以层1开始到以层4结束的槽组5421和5424之间不是按顺序的,而是由于在相邻路径组的层之间的先前十字形交叉,在槽组5421和5424之间以层2、1、4、3的顺序发生。然而,在层5-8中,相邻路径组再次在槽组5415和5417中形成十字形交叉;结果,用于交换端匝的箭头60在与层5-8相关联的极5421和5424之间是按顺序的。
由于交换端匝60和十字形交叉端匝58,如上所述,提供了一种绕组布置,其中一些路径形成十字形交叉,而其他路径不形成十字形交叉。例如,路径A和B形成十字形交叉(例如,在槽组5421和5422之间),路径H和G形成十字形交叉(例如,在槽组5424和541之间),但在绕组50内,路径A和路径B都不与路径H和路径G中的任一个形成十字形交叉。另外,绕组从外层组过渡到内层组,而在过渡期间路径不形成十字形交叉。例如,在图5的示例性绕组中,第一平行路径(例如,路径A)与第二平行路径(例如,路径C)在定子铁芯的第一层组(即,层1和2)中形成十字形交叉,第三平行路径(例如,路径E)与第四平行路径(例如,路径G)在定子铁芯的第二层组(即,层3和4)中形成十字形交叉,并且第一和第二平行路径以及第三和第四平行路径分别在过渡区域中过渡到第三层组(即,层5和6)和第四层组(即,层7和8),而第一和第二平行路径中的任何一个都不与第三和第四平行路径中之一或两者形成十字形交叉(即,在从槽组549到5413的过渡中没有任何平行路径交叉)。该区域中的特殊端匝还允许对于每个绕组相将槽组配置为4-8-4层布置。
本文公开的绕组布置40包括具有相对较少匝数(即,两个)、相对较多平行路径数(即,八个)和每相每极两个或三个槽的绕组50。因此,绕组50被独特地配置为用于与相对较低电压(例如,48V)的电机和相关应用(例如,轻型汽车)一起操作。虽然本文公开的绕组50用于三相绕组布置的单个相,但其余两相是相同的,只是位于不同的槽组中。因此,第二相和第三相的槽组从本文公开的第一相的槽组移位。
应理解的是,本文公开的绕组布置可以以各种构造中的任何构造和各种应用中的任何应用在电机中实施。例如,可以通过插入到槽中并连接在一起的分段导体或缠绕在槽上的连续导体来提供绕组。作为另一个例子,结合绕组布置的电机可用于电驱动马达、发电机或组合式的交流发电机/发电机。
参照图6,在至少一个实施方式中,绕组具有带有交叉端部回路的平行路径的电机10被提供作为混合电力驱动系统99的一部分,例如用于混合电动车辆的驱动系统。混合电力驱动系统99包括可操作地与内燃机70的驱动轴连接的电机10。电机10还通过变矩器或离合器75可操作地与变速箱80连接。变速箱是可操作的以驱动混合动力电动车辆的车轮85。另外,电机10通过电力电子逆变器/整流器95可操作地连接至蓄电池组90。电力电子逆变器/整流器95是可操作的以向电机输送电力或从蓄电池吸收电力。
在混合动力电动车辆的运行期间,电机既充当马达又充当发电机。驾驶操作包括起动马达操作和车辆驱动操作。首先,电机10作为发动内燃机70的电启动马达运行。在发动机发动的这段时间内,离合器75使变速箱80与电机分离。在低速车辆驱动操作期间,离合器75连接电机10和变速箱80,从而允许电机用作推进驱动器,转动车辆的车轮85。电机10还可在车辆加速期间用作车辆的推进辅助装置。在车辆高速行驶期间,电机10由内燃机70驱动并作为交流发电机运行,从而为车载电力负载提供电力并为蓄电池组充电。最后,在车辆制动和减速期间,电机10充当将来自车辆的动能转换为电能以对蓄电池组90充电的再生器。
在此仅通过举例而非限制的方式呈现定子绕组连接布置的一个或多个实施方式的前述详细描述。将认识到,本文所述的某些个别特征和功能具有可在不结合本文所述的其他特征和功能的情况下获得的优点。此外,将认识到,上述公开的实施方式和其他特征和功能的各种替代、修改、变化或改进或其替代可以合乎需要地组合成许多其他不同的实施方式、系统或应用。本领域技术人员随后可以做出目前未预见或未预料到的替代、修改、变化或改进,它们也旨在被所附权利要求涵盖。因此,任何所附权利要求的精神和范围不应限于本文所包含的实施方式的描述。
在附图和随附的描述中呈现了各种实施方式。可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下设计本公开的替代实施方式及其等同物。应注意的是,本文关于“一个实施方式”、“实施方式”、“示例性实施方式”等的任何讨论表示,所描述的实施方式可以包括特定的特征、结构或特性,但这样的特定的特征、结构或特性不一定包括在每个实施方式中。另外,对前述内容的引用不一定包括对相同实施方式的引用。最后,无论是否明确描述,本领域普通技术人员将容易理解的是,给定的实施方式的每个特定的特征、结构或特性可以与本文讨论的任何其他实施方式的那些特征、结构或特性结合或组合使用。
Claims (17)
1.一种用于电机的定子,其包括:
定子铁芯,其中形成有多个槽;以及
定位在所述定子铁芯的所述槽中的绕组,所述绕组包括分布在所述定子铁芯的层中的八条平行路径,所述八条平行路径包括四对相邻路径,其中第一对相邻路径与第二对相邻路径在所述定子铁芯的所述层中形成十字形交叉,第三对相邻路径与第四对相邻路径在所述定子铁芯的所述层中形成十字形交叉,并且所述第一对相邻路径和所述第二对相邻路径都不与所述第三对相邻路径和所述第四对相邻路径中之一或两者在所述定子铁芯的所述层中形成十字形交叉,并且
其中四对相邻路径中的每一对都包括在所述槽中的左侧导体和右侧导体、使所述左侧导体和所述右侧导体在所述槽中交换位置的交换端部回路以及使相邻路径中的每条路径从所述槽的四个外层中的一个外层移动到所述槽的四个内层中的一个内层的过渡端部回路。
2.根据权利要求1所述的用于电机的定子,其中,所述八条平行路径分布在围绕所述定子铁芯至少两圈的所述定子铁芯的所述层中。
3.根据权利要求1所述的用于电机的定子,其中,所述绕组是多相绕组布置中的单个相,其中所述绕组的所述八条平行路径定位在所述定子的槽组中。
4.根据权利要求3所述的用于电机的定子,其中,每个所述槽组包括左槽、中间槽和右槽,其中在所述左槽中定位有所述绕组的四个导体,在所述中间槽中定位有所述绕组的八个导体,并且在所述右槽中定位有所述绕组的四个导体。
5.根据权利要求1所述的用于电机的定子,其中,所述绕组包括在每个槽组的导体之间延伸的端部回路,每个所述端部回路由端部回路节距限定,所述端部回路包括五节距端部回路、六节距端部回路以及七节距端部回路。
6.一种用于电机的定子,其包括:
定子铁芯,其中形成有多个槽;以及
定位在所述多个槽中的至少一个定子绕组,所述至少一个定子绕组包括至少四条平行相邻路径,每条平行相邻路径包括定位在所述槽的相邻层中的槽内导体以及在所述槽内导体之间延伸的端匝,其中第一平行相邻路径与第二平行相邻路径在所述定子铁芯的第一层组中形成十字形交叉,第三平行相邻路径与第四平行相邻路径在所述定子铁芯的第二层组中形成十字形交叉,并且其中所述第一平行相邻路径和所述第二平行相邻路径和所述第三平行相邻路径和所述第四平行相邻路径过渡到所述定子铁芯的第三层组和第四层组。
7.根据权利要求6所述的用于电机的定子,其中,所述第一平行相邻路径与所述第三平行相邻路径在所述第一层组和所述第二层组中不形成十字形交叉。
8.根据权利要求6所述的用于电机的定子,其中,所述第一平行相邻路径与所述第三平行相邻路径在所述第三层组和所述第四层组中不形成十字形交叉。
9.根据权利要求6所述的用于电机的定子,其中,第一组十字形交叉端匝使所述第一平行相邻路径与所述第二平行相邻路径形成十字形交叉,并且第二组十字形交叉导体使所述第三平行相邻路径与所述第四平行相邻路径形成十字形交叉。
10.根据权利要求9所述的用于电机的定子,其中,所述至少四条平行相邻路径由八条平行路径提供,所述八条平行路径被构造为四对相邻路径,其中每条相邻路径包括左侧槽内导体、右侧槽内导体以及使所述左侧槽内导体和所述右侧槽内导体在所述槽中交换位置的交换端部回路。
11.根据权利要求10所述的用于电机的定子,其还包括使所述相邻路径中的每条路径从所述槽的所述第一层组和所述第二层组移动到所述槽的所述第三层组和所述第四层组的过渡端部回路。
12.根据权利要求11所述的用于电机的定子,其中,所述绕组是多相绕组布置的单个相,其中所述绕组的所述八条平行路径定位在所述定子上的槽组中。
13.根据权利要求12所述的用于电机的定子,其中,所述槽组是三槽组,每个槽组包括左槽、中间槽和右槽,其中在所述左槽中定位有所述绕组的四个导体,在所述中间槽中定位有所述绕组的八个导体,并且在所述右槽中定位有所述绕组的四个导体。
14.根据权利要求6所述的用于电机的定子,其中,每条相邻平行路径包括进入所述定子铁芯槽中的两根引线,并且所述四条平行相邻路径的两根引线进入所述定子铁芯槽的四个相邻槽组中。
15.根据权利要求14所述的用于电机的定子,其中,所述四条平行相邻路径的两根引线进入所述定子铁芯的四个不同层中。
16.根据权利要求6所述的用于电机的定子,其中,所述四条平行相邻路径以第一层模式和第二层模式填充定子的槽组。
17.一种用于电机的定子,其包括:
定子铁芯,其中形成有多个槽;
定位在所述定子铁芯的所述槽中的绕组,所述绕组包括分布在所述定子铁芯的层中的八条平行路径,每条平行路径包括定位在所述槽的多个层中的槽内导体以及在所述槽内导体之间延伸的端匝,所述八条平行路径包括四对相邻路径,所述端匝包括:连接相同层中的相邻路径的槽内导体而不交换所述槽内导体的位置的标准端匝;连接相同层中的相邻路径的槽内导体并交换所述槽内导体的位置的交换端匝;将第一相邻路径从第一层移动到第二层并将第二相邻路径从所述第二层移动到所述第一层的十字形交叉端匝;以及将相邻路径从第三层移动到第四层而不使其他端匝形成十字形交叉的过渡端匝。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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