CN113452172A - 具有串联的线圈绕组的定子绕组系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机的定子的定子绕组系统，所述绕组系统具有多个绕组，所述绕组能够定位在所述定子的定子齿上。至少两个沿电流的电流流动方向彼此相继的并且由此串联布置的绕组在此以形成绕组链的方式由沿所述电流流动方向不被中断的电导体形成。

Description

具有串联的线圈绕组的定子绕组系统

技术领域

本发明涉及一种电机，其能够例如作为电动马达或作为电发电机用于驱动系统。尤其本发明旨在这样的电机的定子并且在此具体地旨在设置在定子中或在定子处的绕组。

背景技术

对于可移动的应用，例如用于驱动空中行驶工具、如例如飞机或直升飞机或但是还用于电驱动的陆地或水路行驶工具等，作为对于常用的内燃发动机的备选方案研究和使用基于电驱动系统的构思。这种能够构造为纯电或还构造为混电驱动系统的电驱动系统通常具有至少一个电机，所述电机为了驱动空中行驶工具的推进器件作为电动马达运行。此外，设置有相应的用于供给电动马达的电能源以及通常设置有功率电子设备，借助于其来运行电动马达。在混电驱动系统的情况下，此外设置有内燃机，所述内燃机串联地或并联地集成到驱动系统中并且例如驱动发电机，所述发电机本身提供电能供使用，所述电能能够存储在电池中和/或被供应给电动马达。

对这种电机的要求最大程度上独立于相应的应用情况不断地提高。通过尤其关于功率密度对电机的不断的优化而决定的是，尽可能地降低用于其构件的结构大小或空间需求。然而，在机器的定子的传统的单个齿配置中必须将各个绕组与彼此电连接，这对于具有高的极偶数和由此大数量的单个绕组的机器来说一方面与高的时间消耗相关并且另一方面还与相应复杂的并且相对重的装置相关。

发明内容

因此本发明的任务是，说明一种用于简化定子绕组系统的结构和制造的可行方案。

所述任务借助于在权利要求1中描述的定子绕组系统以及借助在权利要求7中描述的方法来解决。从属权利要求描述有利的设计方案。

用于电机的定子的定子绕组系统包括多个能够定位在定子的定子齿上的绕组。至少两个沿流动通过绕组系统的电流的电流流动方向彼此相继的绕组以形成绕组链的方式串联连接并且在此由沿电流流动方向不被中断的电导体形成。换言之，也就是说，这样的绕组链包括多个单个绕组，其中，所述绕组链由不被中断的电导体成型。

导体“不被中断”这一特征尤其意味着，如此形成的绕组和所述绕组链不是通过连接到绕组之间的分离的中间件连接，而是在一定程度上由线材件卷绕而成。

定子绕组系统设计成用于以单或多相位的电流进行加载并且为此具有与电流的相位的数量相应的数量的子绕组系统，其中，每个子绕组系统包括绕组链中的至少一个。

以电流进行“加载”这一概念应该不仅明确地包括如下情况，其中定子绕组系统和由此还有其不同的绕组例如由外部的电流源以电流进行供给，如同例如在电机的运行状态中作为电动马达进行那样。还应该一同包括相反的情况，其中，机器例如作为发电机工作并且以电流进行“加载”在于，由于已知的电磁相互作用在绕组中感应电流。

在此，每个子绕组系统能够具有多个沿电流流动方向依次连接的绕组链。在这种情况下，相应的子绕组系统的绕组链能够通过配属于定子绕组系统的互连单元与彼此电连接。

每个绕组链为了以电流进行加载能够具有电联接部的对。互连单元本身成对地具有接触部位或具有接触部位对，借助其所述互连单元能够与相应的绕组链的联接部对电连接。在此，相应的对的所述两个接触部位不与彼此电连接，只要其不与相应的绕组链的联接部对连接。在互连单元处或在互连单元中设置有电连接部，所述电连接部相应地将第一接触部位对的接触部位中的一个与第二接触部位对的接触部位中的一个连接，从而子绕组系统中的一个的布置在第一接触部位对处的绕组链与同一子绕组系统的布置在第二接触部位对处的另外的绕组链电连接。因此借助于互连单元，能够以简单的方法和方式通过绕组链的互联促使子绕组系统的构建。

互连单元的接触部位和绕组链的联接部理想地如下地彼此配合地构造，使得其能够插接到彼此上。由此，定子绕组系统的装配被明显简化。

也就是说，在用于制造这种用于电机的定子的定子绕组系统的方法中，原则上制造所需数量的具有相应多个单个绕组的绕组链，方式为，对于每个绕组链，不被中断的电导体如下地成型，使得其形成相应的绕组链的多个绕组。

定子绕组系统设计成用于以单或多相位的电流进行加载并且为此装备有与电流的相位的数量相应的数量的子绕组系统，其中，每个子绕组系统装备有绕组链中的至少一个。

此外，每个子绕组系统能够装备有多个沿电流流动方向依次连接的绕组链。

相应的子绕组系统的绕组链能够通过配属于定子绕组系统的互连单元与彼此电连接，以便由此形成相应的子绕组系统。

互连单元在制造绕组链之后为了相应的子绕组系统的绕组链与彼此的电连接被插接到相应的绕组链的电联接部上，所述互连单元具有相应的绕组链用于以电流进行加载。

在此，互连单元理想地在将绕组链定位在定子齿上之后才被插接到联接部上。

绕组链能够定位在定子齿上，方式为，不被中断的电导体直接地卷绕到相应的定子齿上。

备选地，相应的绕组链的绕组能够首先在第一步骤中成型为空心线圈。如此成型的空心线圈在第二步骤中定位在相应的定子齿上。

在另外的备选方案中，绕组链能够借助于针卷绕方法进行制造。

基于本发明的构思在于，定子绕组系统的多个待串联连接的单个绕组直接由不被中断的电导体件卷绕而成，从而得到定子绕组系统的简化的结构。在与提到的互连单元组合的情况下，能够得出同一互连单元的还进一步简化的布置以及制造。由此得出另外的优点，如同例如防止导体的绝缘部在其它情况下发生的激光焊接或钎焊期间的温度引入和/或可能的损伤、由于连接部位的减少导体的较高的电流承受能力和与此相关的整个导体的反射系数的降低。

另外的优点和实施方式从附图和相应的描述中得出。

附图说明

下面，本发明和示例性的实施方式根据附图更详细地进行阐释。在此处，在不同的图中的相同的构件通过相同的附图标记进行标记。因此可行的是，在描述第二幅图时，对于已经结合其它的第一幅图进行阐释的确定的附图标记不进行更详细地阐释。在这样的情况下，在第二幅图的实施方式中能够从如下出发，即在此处以所述附图标记进行标记的构件即使在没有结合第二幅图进行更详细的阐释的情况下也具有与结合第一幅图所阐释的相同的特性和功能。此外，为了清楚明了起见，部分地不是全部的附图标记在全部图中示出而是仅仅在相应的图的描述中所参考的附图标记被示出。

其中：

图1示出已知的电机，

图2示出用于定子绕组系统的绕组的电接触的互连单元，

图3示出根据本发明的绕组链，

图4示出具有多个绕组链的子绕组系统。

具体实施方式

应该说明的是，“相邻”这一概念应该结合结构部件、例如结合线圈或定子齿进行表述，即在“相邻的结构部件”的情况下在这两个结构部件之间尤其不存在另外的这种结构部件，而是例如存在空的中间空间或必要时存在不同类型的物体。

为了清楚明了起见，在图中部分地在如下情况下，在所述情况中，结构部件多重地存在，通常并非全部被示出的结构部件都设有附图标记。

图1强烈简化地示出示范性地构造为电动马达的电机100，如其在现有技术中已知的那样并且如其例如能够应用于电驱动系统那样。应该提到的是，电机100以类似的结构原则上还能够作为发电机运行。此外应该强调的是，在下面所描述的机器100的结构被强烈地简化并且仅仅用于说明电动马达或电机的基本的功能方式。能够假设为已知的是，根据电机100的作为发电机或作为电动马达和/或作为例如具有构造为内部或还有外部转动件的转子等的径向或轴向通量机器的具体的期望的构造，机器100的不同的构件能够不同地进行布置。然而在此所讨论的情况中，具有构造为内部转动件的转子的机器是有益处的。

电动马达100具有带有定子绕组系统121的定子120以及在此构造为内部转动件的、基本上柱状的转子110，其中，转子110在定子120之内并且与所述定子同心地进行布置并且在电动马达100的运行状态中绕旋转轴线进行旋转。转子110或其基本上柱状的转子基体111抗转动地与轴130连接，从而转子110的旋转能够通过轴130传递到未示出的待驱动的构件上，例如传递到飞机的推进器上。

定子120此外具有多个定子齿123以及第一磁性器件122，所述第一磁性器件实现为定子绕组系统121的绕组122。相应的绕组122分别定位到定子120的定子齿123中的一个上并且在电动马达100的运行状态中由电流流过，从而产生磁场。转子110具有第二磁性器件112，所述第二磁性器件例如能够构造为永磁体112并且布置在转子基体111的面向定子120的表面处。

第一和第二磁性器件122、112如下地进行构造并且通过空隙150与彼此间隔开地相对于彼此进行布置，使得其在电动马达100的运行状态中电磁地与彼此互相作用。所述构思包括对于磁性器件112、122或转子110和定子120的构造和精确的布置的条件在内本身是已知的并且因此在下面没有更详细地进行阐释。仅仅应该提到的是，为了电机100作为电动马达的运行，定子绕组系统121或其绕组122借助于未示出的电流源以电流进行加载，所述电流促使绕组122产生与此相应的磁场，所述磁场与转子110的永磁体112的磁场进入电磁的互相作用中。这引起，如下转矩沿切向方向或周缘方向作用于永磁体112，所述转矩在永磁体112足够固定地与转子基体111连接的假设下引起在所提及的构件的相对于彼此合适的构造和布置的情况下转子110以及伴随其轴130被置于旋转中。

电机100构造为电动马达这一构思能够假设为已知的。电机100作为发电机的备选的配置和应用也能够假设为已知的。由发电机100以已知的方式提供的电流/电压信号被供应给消耗器、例如电池，并且在此处相应地进行处理。电机100的这两种构造方案由于构思的已知在下面没有进一步进行详细说明。

定子绕组系统121典型地多相位地进行设计，例如具有n=3个相位，其中，相位A、B或C分别配属有多个绕组122。配属于相应的相位A、B或C的绕组122A、122B或122C的数量形成定子绕组系统121的相应的子绕组系统121A、121B或121C。在此，相应的子绕组系统121A、121B或121C的绕组122A、122B或122C串联连接，从而相应的相位的电流相继流经相应的绕组122A、122B或122C。为此，配属于相应的相位A、B或C的绕组122A、122B或122C必须相应地与彼此连接。

传统地，为了将相应的相位A、B或C的各个绕组122与彼此连接应用可导电的中间件或桥等。然而，为了制造全部连接部的相应必要的消耗是巨大的，尤其定子绕组系统121通常设计成用于以多相位的电流进行加载。这导致，借助中间件不能够将在空间上相邻的绕组122与彼此连接，而且将处于与彼此间隔开的绕组122连接，从而在许多部位处引起所需的中间件的相交，这导致复杂性的提高。

备选地，能够使用在图2中示出的互连单元200，所述互连单元在合适的部位处具有插接连接件202，所述插接连接件能够以简单的方式与绕组122的相应的联接部122e1、122e2连接，必要时借助于相应的适配器件122ad和/或202ad进行连接。这在图2中为了清楚明了起见仅仅针对唯一的绕组122示出。就此而言正好应该说明的是，在下面描述的“绕组链”中的一个还能够进到各个绕组122的部位处，其电联接部然后会插接到与此相应地定位的连接件202上。

在应用在电动马达处的情况下由电流源提供的并且在应用在发电机处的情况下在消耗器处待提供的电流通过相应的主联接部203A、203B、203C传导到互连单元200中或从其中传导出来，所述电流在所示出的示例中应该包括三个相位A、B、C。在互连单元200之内设置有电连接部201A、201B、201C，所述电连接部将互连单元200的如下插接连接件202与彼此连接，所述插接连接部插接到待与彼此连接的绕组122的联接部122e1、122e2上。由此，借助于互连单元200将从属于相应的相位A、B或C的绕组122A、122B或122C与彼此连接。在图2中，为了清楚明了起见这仅仅针对相位A示出，也就是说，在上面以及在下面参考图2以附图标记122B、122C、201B、201C提到的构件在图2中没有被标记，还因为互连单元没有呈现本发明的重要的点。

虽然互连单元200降低了在制造定子绕组系统121时的消耗。然而，由于大量的待连接的绕组122A、122B或122C，所述互连单元应该相对复杂地进行构建，因为其必须具有相应于多个绕组122的多个连接件202。此外，在互连单元200中走向的电连接部201必须与彼此良好地绝缘。

相应于本发明，所述情况的改善通过如下方式来实现，即相应的相位A、B或C的各个绕组122A、122B或122C中的至少几个一开始就与彼此连接。在下面，这示范性地根据相位A和相应的绕组122A进行阐释。然而，相同的内容以相应的方式适用于剩余的相位。

图3示出定子绕组系统121的所提及的相位A的四个绕组122A。为了清楚明了起见，绕组122A能够定位在其上的定子齿123或定子120本身未示出。所示出的绕组122A沿电流流动方向I来看依次或串联地连接。这通过如下方式实现，即相位A的绕组122A以形成相位A的绕组链122KA的方式由不被中断的电导体129成型。导体129“不被中断”这一特征尤其意味着，如此形成的绕组链122KA没有通过连接到绕组122A之间的分离的中间件或类似物连接，而是在一定程度上由线材件卷绕而成。

在图3中示出的绕组链122KA具有第一电联接部122KA-e1以及第二电联接部122KA-e2，通过所述第一电联接部以及第二电联接部，所述绕组链能够以电流进行加载。此外，在此所示出的实施方式中，所述绕组链示范性地包括四个单个绕组122A1、122A2、122A3、122A4以及在绕组122A2与122A3之间的相对长的连接区段122'。这应该纯示范性地进行理解，也就是说，绕组链122KA还能够包括或多或少的绕组122A，然而不少于两个绕组122A。连接区段122'的设置以及其布置和定尺寸也仅仅是示范性的。

如已经提到的那样，定子绕组系统121典型地进行设计，以便引导多相位的电流，并且与此相应地包括与待引导的相位A、B、C的数量相应的数量的子绕组系统121A、121B、121C。每个子绕组系统121A、121B或121C本身能够包括一个或多个绕组链122Kx，其中x=A、B、C。这在下面又根据相位A和子绕组系统121A进行阐释。实施方案相应地适用于其它的子绕组系统121B、121C。

图4示范性地并且作为原理图示示出，子绕组系统121A能够包括四个绕组链122KA1、122KA2、122KA3、122KA4。绕组链122KA1、122KA2、122KA3、122KA4沿电流流动方向I来看依次或串联连接。绕组链122KA1、122KA2、122KA3、122KA4中的每个包括多个单个绕组122Ai，例如其中i=1、2、3、4并且能够例如与在图3中示出的一样构建。

相应两个沿电流流动方向I依次连接的绕组链122KAj（其中,j=1、2、3、4）通过连接部201与彼此电连接，例如借助于相应地构造的互连单元200，如其在上面已经提到的那样。与全部的绕组122与图2的相应复杂的互连单元200的互联不同，在此必要时所使用的经匹配的互连单元200能够呈现为明显不太复杂的，因为所述互连单元仅仅还必须具有联接部、例如插接连接件用于绕组链122KA的相应的联接部122KA-e1、122KAe2等，而不是用于单个绕组122的联接部。原则上，经匹配的互连单元200与图2的复杂的互连单元200完全一样地进行构建，其仅仅具有较少的联接部202，因为如提到的那样每个单个的绕组122不再必须与互连单元200接触，而是仅仅还有绕组链122Kx与互连单元200接触。也就是说，互连单元的所需的联接部202的数量以如下系数降低，所述系数相应于在绕组链122Kx中的单个绕组122的数量。因为互连单元200不是本发明的主题，所以放弃经匹配的互连单元200的单独的图示。

为了制造包括所阐释的绕组链122Kx（其中，x=A、B、C等）的定子绕组系统121，首先将所需要的具有相应两个或更多单个绕组122的由不被中断的电导体129构成的绕组链122Kx进行卷绕。在此，绕组122或绕组链122Kx能够例如作为空心线圈或但是直接地卷绕到相应的定子齿123上。备选地还能够考虑的是，绕组链122Kx通过所谓的针卷绕方法产生。对于绕组122实现为空心线圈这一情况，如此制造的绕组链122Kx接着被推到定子齿123上。

在将绕组链122Kx定位在定子齿123上之后，其相应的联接部122Kx-e1、122Kx-e2如下地电接触，使得相应的相位电流I能够以期望的顺序流动通过相应子绕组系统121x的绕组链122Kx，其中x=A、B、C。为了接触，能够例如应用互连单元200，所述互连单元以其联接部202插接到绕组链122Kx的相应的联接部122Kx-e1、122Kx-e2上。备选地，绕组链122Kx的联接部122Kx-e1、122Kx-e2能够以传统的方式电接触，例如借助于相应的中间件或桥等，以便构建子绕组系统121x。

在如下极端情况下，其中，子绕组系统121x分别仅仅具有唯一的绕组链122Kx，前后一致地省去联接部122Kx-e1、122Kx-e2的消耗的接触部的必要性。在这种情况下，同样不需要互连单元200。联接部122Kx-e1、122Kx-e2能够基本上直接与电流供给部进行连接。

附图标记列表

100 电机

110 转子

111 转子基体

112 永磁体

120 定子

121 定子绕组系统

121A、121B、121C 子绕组系统

122 绕组

122A、122B、122C 绕组

122A1、122A2、122A3、122A4 单个绕组

122ad 适配器件

122e1、122e2 电联接部

122KA、122KB、122KC 绕组链

122KA-e1、122KA-e2 电联接部

122' 连接区段

123 定子齿

129 电导体

130 轴

150 空隙

200 互连单元

201A、201B、201C 电连接部

202 插接连接件

202ad 适配器件

203A、203B、203C 电的主联接部。

Claims (15)

1.定子绕组系统（121），用于电机（100）的定子（120），包括多个能够定位在所述定子（120）的定子齿（123）上的绕组（122），其中，至少两个沿电流的电流流动方向I彼此相继的绕组（122Ai）以形成绕组链（122Kx，x=A、B、C）的方式串联连接并且在此由沿所述电流流动方向不被中断的电导体（129）形成。

2.根据权利要求1所述的定子绕组系统（121），其特征在于，所述定子绕组系统（121）设计成用于以单或多相位的电流进行加载并且为此具有与所述电流的相位（A、B、C）的数量相应的数量的子绕组系统（121x，x=A、B、C），其中，每个子绕组系统（121x）包括所述绕组链（122Kx）中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的定子绕组系统（121），其特征在于，每个子绕组系统（121x）具有多个沿所述电流流动方向依次连接的绕组链（122Kx）。

4.根据权利要求3所述的定子绕组系统（121），其特征在于，相应的子绕组系统（121x）的绕组链（122Kx）通过配属于所述定子绕组系统（121）的互连单元（200）与彼此电连接。

5.根据权利要求4所述的定子绕组系统（121），其特征在于，每个绕组链（122Kx）为了以所述电流进行加载具有电联接部（122Kx-e1、122Kx-e2）的对，其中，

- 所述互连单元（200）成对地具有接触部位（202），借助于所述接触部位，所述互连单元能够与相应的绕组链（122Kx）的联接部（122Kx-e1、122Kx-e2）电连接，

- 在所述互连单元（200）处或在所述互连单元（200）中设置有电连接部（201x），其相应地将第一接触部位对的接触部位（202）中的一个与第二接触部位对的接触部位（202）中的一个连接，从而所述子绕组系统（121x）中的一个的布置在所述第一接触部位对（202）处的绕组链（122Kx）与同一子绕组系统（121x）的布置在所述第二接触部位对（202）处的另外的绕组链（122Kx）电连接。

6.根据权利要求4至5中任一项所述的定子绕组系统（121），其特征在于，所述互连单元（200）的接触部位（202）和所述绕组链（122Kx）的联接部（122Kx-e1、122Kx-e2）如下地彼此配合地进行构造，使得其能够插接到彼此上。

7.用于制造根据权利要求1所述的用于电机（100）的定子（120）的定子绕组系统（121）的方法，其特征在于，制造一定数量的绕组链（122Kx），方式为，对于每个绕组链（122Kx）所述不被中断的电导体（129）如下地成型，使得其形成所述相应的绕组链（122Kx）的多个绕组（122x）。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述定子绕组系统（121）设计成用于以单或多相位的电流进行加载并且为此装备有与所述电流的相位（A、B、C）的数量相应的数量的子绕组系统（121x），其中，每个子绕组系统（121x）装备有所述绕组链（122Kx）中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，每个子绕组系统（121x）装备有多个沿所述电流流动方向依次连接的绕组链（122Kx）。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，相应的子绕组系统（121x）的绕组链（122Kx）通过配属于所述定子绕组系统（121）的互连单元（200）与彼此电连接。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，每个绕组链（122Kx）为了以电流进行加载具有第一和第二电联接部（122Kx-e1、122Kx-e2），其中，所述互连单元（200）在制造所述绕组链（122Kx）之后为了将所述相应的绕组链（122Kx）与彼此电连接被插接到所述联接部（122Kx-e1、122Kx-e2）上，以便形成相应的子绕组系统（121x）。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述互连单元（200）在将所述绕组链（122Kx）定位在所述定子齿（123）上之后插接到所述联接部（122Kx-e1、122Kx-e2）上。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述绕组链（122Kx）定位在所述定子齿（123）上，方式为，所述不被中断的电导体（129）直接地卷绕到所述相应的定子齿（123）上。

14.根据权利要求7至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述相应的绕组链（122Kx）的绕组（122x）首先在第一步骤中成型为空心线圈并且所述空心线圈在第二步骤中定位在所述相应的定子齿（123）上。

15.根据权利要求7至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述绕组链（122Kx）借助于针卷绕方法进行制造。

Images