CN113906655A - 用于旋转电机的缠绕定子 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于旋转电机的缠绕部件，包括：包括槽(37)的主体(27)，包括三个电相(43)的电绕组(28)，每个电相包括两个相端子(42)和多个匝。一个相的每个端子(42)电连接到另一相的另一个端子，从而形成连接点(47)，连接点以40°的机械角度彼此隔开。每个电相(43)具有电阻，所述电阻彼此相等。

Description

用于旋转电机的缠绕定子

技术领域

本发明尤其涉及一种用于旋转电机的缠绕部件。

背景技术

本发明特别有利地适用于旋转电机领域，例如交流发电机、起动机-交流发电机、电马达和可逆机器。应该记得，可逆机器是能够可逆操作的旋转电机，一方面当用作交流发电机时作为发电机，另一方面作为电马达，例如用于起动机动车辆的内燃发动机。

旋转电机包括可绕轴线旋转的转子，且包括固定定子。在交流发电机模式下，当转子旋转时，它在定子处感应出磁场，磁场转换成电流，以便向车辆的用电设备供电并给电池充电。在马达模式下，定子被供电并感应出驱动转子旋转的磁场，以便例如起动内燃发动机。

定子包括设有开口轴向槽的环形柱形主体，电导体布置在开口轴向槽中以形成绕组。这里，绕组由多个相形成，每个相包括至少一个导体，该至少一个导体形成串联电连接的一系列匝或环。每个匝包括穿过槽的轴向分支和布置在柱形主体外部的连接分支，该连接分支形成各个轴向分支之间的连接。连接分支则形成前线圈端和后线圈端，前线圈端和后线圈端在柱形主体的任一侧突起地轴向延伸。

每个相有两个相端子，每个相端子由导体的一端形成。这些端子彼此电连接，以便形成期望的电联接，两个相端子之间的每个连接形成布置在绕组的线圈端中的一个上方的连接点。该联接例如由第一相的输入端子和第三相的输入端子之间的第一连接点、第二相的输入端子和第一相的输出端子之间的第二连接点以及第三相的输出端子和第二相的输出端子之间的第三连接点形成。

连接点围绕定子的圆周分布，以便面向相关连接器的钩定位，从而允许绕组连接到桥式整流器。连接点之间的间距因此取决于连接器的钩的位置，并且因此取决于诸如二极管的功率模块的布置。

例如，如图7所示，当由两个相端子42的连接形成的连接点之间的间距等于20°角时，形成相的导体具有彼此相同的电阻。为了简化对图7的理解，主体的槽37示意性地显示为平坦的，特别是，两个正方形之间的每个空间代表槽。特别地，图7包括针对绕组的每个相的主体的表示，这些相将被叠置以形成完整的电绕组。因此，图7顶部的槽图示出了第一相43a，图7中部的槽图示出了第二相43b，图7底部的槽图示出了第三相43c。

然而，当这些相同的连接点彼此之间的间距等于40°角时，形成相的导体的电阻不再相同；特别是，相中的一个的导体长度不同于其他相，以确保该40°的间距，同时保持相同的绕组联接，这在相系统中造成不平衡。

本发明旨在避免现有技术的缺点。

发明内容

为此，本发明因此涉及一种用于旋转电机的缠绕部件，包括：主体，该主体包括轴向通向所述主体的前轴向端壁和后轴向端壁并且径向敞开的槽；电绕组，该电绕组包括三个电相，每个电相包括两个相端子和多个匝，每个匝包括至少一个导线，该至少一个导线由容纳在一系列相关槽中的一系列轴向线股和连接线股形成，连接线股通过交替地从前轴向端壁突出和从后轴向端壁突出地延伸来连接相继的轴向线股，从而形成线圈端。根据本发明，一个相的每个端子电连接到另一个相的另一端子，以形成连接点，连接点彼此间隔开40°的机械角度。仍然根据本发明，每个电相具有电阻，所述电阻彼此相等。

本发明使得可以具有连接点之间的间距为40的绕组，同时具有带有平衡电阻的相系统。这提高了旋转电机的性能。

根据一个实施例，每个相包括形成轴向线股和连接线股的至少一个连续导线。例如，连续导线具有相同的长度。这使得不同的相的电阻可以相互协调。

根据一个实施例，每个电相包括多个连续导线。

根据一个实施例，电绕组具有三角形构造。

根据一个实施例，第一相具有连接到第三相的输入端子的输入端子，第二相具有连接到第一相的输出端子的输入端子，第三相具有连接到第二相的输出端子的输出端子。

根据一个实施例，相中的一个的端子之间的周向距离大于所述相中的另一个的端子之间的距离。

根据一个实施例，每个相包括形成匝外层的第一半相和形成匝内层的第二半相，内层相对于外层径向叠置在槽中，同一个相的每个半相的匝沿相反方向起伏。因此，半相相对于彼此以相反的方向缠绕。这使得可以通过在每个线圈端、也就是说在主体的任一侧分配连接线股来减少线圈端的体积。

根据一个实施例，其中一个半相的每匝导线的长度比另一个半相的每匝导线的长度长，并且其中一个半相的匝数大于另一个半相的匝数。这两个半相的相应匝数之间的差异(与导体长度的减少有关、特别是与其中一个半相的每匝导线的长度的减少有关)使得可以减少用于产生相的导线的总长度。相的导线的电阻随之降低，重量和生产成本也随之降低。旋转电机的整体性能因此得到改善。

根据一个实施例，具有最少匝的半相是具有最短导线长度的半相。

根据一个实施例，具有最少匝的半相比具有最多匝的半相径向更靠近定子主体的内壁布置。

根据一个实施例，绕组是仅包括三个电相的三相绕组。

替代地，绕组可以有多于三个的相，特别是双三相绕组，其包括两个三相系统，因此具有六个相。例如，两个系统的相可以具有彼此相等的电阻。

根据一个实施例，缠绕部件是旋转电机的定子。

本发明还涉及一种包括如上所述的缠绕部件的旋转电机。旋转电机可以有利地形成交流发电机、起动机-交流发电机、可逆机器或电马达。

附图说明

通过阅读以下对本发明的非限制性实施例的详细描述以及研究附图，可以更好地理解本发明。

[图1]示意性且部分地示出了根据本发明的一个实施例的旋转电机的剖视图。

[图2]示意性且部分地示出了根据本发明的一个示例性实施方式的定子绕组的俯视图。

[图3]示意性且部分地示出了根据本发明一个示例的处于平坦状态的电绕组。

[图4]示意性地和部分地示出了分解俯视图，其示出了根据本发明的一个示例在安装在槽中之前的电相的两个半相。

[图5]示意性且部分地示出了俯视图，其示出了图4的相，其中两个半相位轴向叠置。

[图6]示意性地和部分地示出了图5的相的两个半相的透视图。

[图7]，如上所述，示意性地和部分地示出了根据现有技术的处于平坦状态的电绕组。

具体实施方式

相同、相似或类似的元件从一个图到另一个图保持相同的参考。还将注意到，不同的附图不一定按照相同的比例。此外，下面描述的实施例决不是限制性的；特别地，可以设想本发明的变型，其仅包括与其他描述的特征分开的下述特征的选集。特别地，所有的变型和所有描述的实施例能够彼此结合——如果没有技术原因阻止这种结合。

图1示出了特别是用于机动车辆的紧凑型多相旋转电机10的例子。该电机10以交流发电机模式将机械能转换为电能，并且可以以马达模式操作以将电能转换为机械能。该旋转电机10例如是交流发电机、起动器-交流发电机、可逆机器或电马达。

在这个例子中，电机10包括壳体11。在该壳体11内，电机还包括轴13、牢固地紧固到轴13上以便与其一体旋转的转子12、以及环绕转子12的定子15。转子12的旋转运动围绕轴线X发生。在说明书的其余部分中，轴向方向对应于轴线X，轴线X穿过轴13的中心，而径向取向对应于与轴线X共点、特别是垂直于轴线X的平面。关于径向方向，命名“内部”对应于朝向轴线取向的元件，或者相对于第二元件更靠近轴线的元件，命名“外部”表示与轴线的间隔。

在这个例子中，壳体11包括连接在一起的前凸缘16和后凸缘17。这些凸缘16、17是中空形状的，并且每个都在中心支承轴承，该轴承联接到相应的球轴承18、19，用于轴13的旋转安装。此外，壳体11包括允许旋转电机10安装在车辆中的紧固器件14。

诸如滑轮20的驱动构件可以紧固到轴13的前端。该构件使得可以将旋转运动传递到轴上，或者允许轴将其旋转运动传递到带上。在说明书的其余部分，命名“前/后”引用该构件。因此，前面是朝向构件的方向取向的面，而后面是朝远离所述构件的方向取向的面。

轴13的后端在这里支承属于换向器22的滑环21。属于电刷架24的电刷23布置成摩擦抵靠滑环21。电刷架24连接到电压调节器(未示出)。

前凸缘16和后凸缘17可以包括用于空气流通过的基本上侧向的开口，以便允许通过布置在转子12的前轴向面上的前风扇25和布置在所述转子的后轴向面上的后风扇26的旋转所带来的空气流通来冷却机器10。

在该示例中，转子12是包括两个爪极31的爪极转子。每个爪极31包括横向取向的板32、形成磁极的多个爪33和柱形芯34。转子包括围绕芯缠绕的线圈35。例如，属于换向器22的滑环21通过导线连接而被连接到所述线圈35。转子12还可以包括置于两个相邻爪33之间的磁性元件，例如永磁体。通道地，转子可以由容纳形成磁极的永磁体的叠层形成。

如图2的例子所示，定子15包括环形柱形主体27，其形式为设有槽37的叠层。每个槽37轴向通向主体27的前轴向端壁38和后轴向端壁39，并且径向通向所述主体的内壁40。电绕组28安装在主体27上。该绕组28穿过主体的槽37，并在定子的主体的每一侧形成前线圈端29和后线圈端30。定子15可以设置有槽绝缘体(未示出)，用于将电绕组28安装在槽内，和/或闭合楔块(未示出)，其允许绕组在槽37内保持在位。

绕组28由多个电相43形成。每个相包括穿过槽37并形成线圈端的部分的至少一个导体。绕组28经由相端子42电连接到电子组件36。

电子组件36包括至少一个电子功率模块，其允许驱动绕组的相。该功率模块形成桥式电压整流器，用于将交流发电机10产生的AC电压转换成DC电压，以向车辆的电池和车载网络提供电能。

如图3至6所示，每个相43包括由连续导线形成的至少一个导体。特别地，每个相包括多个导体，每个导体由连续导线形成，例如由2至6个连续导线形成。为了清楚起见，在图2至6中，在这些图中每个相仅示出一个导体，并且应当理解，形成相同相的所有导体彼此相同。每个连续导线围绕主体缠绕，以形成多个起伏的匝54。每个匝包括容纳在一系列相关槽37中的一系列轴向线股44和连接线股45、46，连接线股45、46通过交替地从前轴向端壁38突出和后轴向端壁39突出延伸来连接相继的轴向线股。因此，上连接线股45形成前线圈端29的部分，下连接线股46形成后线圈端30的部分。

在图2和3所示的例子中，电绕组28是三相绕组，也就是说包括三个相43的绕组。为了简化对图3的理解，主体的槽37示意性地显示为平坦的，特别是，两个正方形之间的每个空间代表槽。特别地，图3包括针对绕组的每个相的主体27的表示，这些相将被叠置以形成完整的电绕组28。因此，图3顶部的槽图示出了第一相43a，图3中部的槽图示出了第二相43b，图3底部的槽图示出了第三相43c。

例如，一系列槽37与三个相中的一个相关联。同一系列槽中的两个连续槽被相邻槽分开，每个相邻槽对应于与另外两个相43中的一个相关联的另一系列槽。因此，两个相邻的槽在每个系列的两个槽之间是空闲的。换句话说，相43的导体被插入三个相邻槽中的一个槽中。在图3的例子中，主体27包括36个槽，并且形成第一相43a的导体布置在槽号3、6、9、12、15、18、21、24、27、30、33和36中；形成第二相43b的导体布置在槽号1、4、7、10、13、16、19、22、25、28、31和34中；并且形成第三相43c的导体布置在槽号2、5、8、14、17、23、26、29、32和35中。

每个导体包括两个相端子42。因此，第一相43a的导体包括输入端子E1和输出端子S1；第二相43b的导体包括输入端子E2和输出端子S2；第三相43c的导体包括输入端子E3和输出端子S3。在这两个端子42之间，每个导体包括形成轴向线股44和连接线股45、46的多个匝54，这将参考图4至6更详细地描述。一个相43的每个端子42电连接到另一相的另一端子，从而形成连接点47。

在图3中，绕组28具有三角形构造。因此，相端子成对连接以形成所述连接点，连接点则电连接到电子组件。特别地，这里，第一相43a的输入端子E1电连接到第三相43b的输入端子E3，第二相43b的输入端子E2电连接到所述第一相的输出端子S1，并且所述第三相的输出端子S3电连接到所述第二相的输出端子S2。由此形成三个连接点47。

所述连接点47围绕绕组28的圆周间隔开40°的机械角度。换句话说，第一连接点和第三连接点彼此间隔开80°角，第二连接点布置在所述第一和第三连接点之间，以便与所述第一和第三连接点中的每一个形成40°角。

为了提高旋转电机10的性能，每个相43的导体的电阻应该彼此相同。例如，在这里，导体，特别是连续导线，具有相同的长度，特别是相同的直径。因此，形成绕组28的所有导体在尺寸上是相同的。换句话说，三个相43中的每一个相由与形成其它相的连续导线的长度相同的至少一个连续导线形成，特别是由与形成其它相的所述连续导线的长度相同的多个连续导线形成。

如图3所示，第三相43c在其输入端子E3和输出端子S3之间的圆周距离大于第一相43a和第二相43a的所述相应输入端子E1、E2和输出端子S1、S2之间的距离。这使得可以在连接点之间形成40°的间距，同时保持上面指定的三角形构造。随着第三相43c的所述相端子42之间的间距增加，并且形成该相的一个或多个导体的长度与形成其他相的一个或多个导体的长度相同，所述第三相的每个连接线股45、46的长度略长于第一相和第二相的连接线股45、46的长度。然而，由于该长度差分布在所述相的所有连接线股上，线圈端29、30的轴向高度仅略微增加，这不会影响或仅可忽略地影响旋转电机10的性能。

图4至图6示出了绕组28中的一个相的电导体的布置。每个相43包括形成匝54外层的第一半相49和形成匝54内层的第二半相50，内层相对于外层径向叠置在槽37中。两个半相49、50通过连接部分53彼此电连接。

内层比外层径向更靠近主体27的内壁40。因此，每个半相的轴向线股44以这样的方式布置在槽37中，使得第二半相50的轴向线股比第一半相49的轴向线股径向更靠近内壁40。第一半相49的连接线股45、46形成属于外层的外线圈端，第二半相50的连接线股45、46形成属于外层的内线圈端。每个前线圈端29和后线圈端30包括内线圈端和外线圈端。

每个半相49、50包括呈具有轴线A的规则星形形式的相同匝的叠置，轴线A与电机的轴线X同轴。

同一个相43的每个半相位49、50的匝沿相反方向起伏。因此，第一半相49的上连接线股45和第二半相50的上连接线股45围绕轴线A成角度地偏移，这同样适用于下连接线股46。此外，第一半相49的匝例如顺时针缠绕，第二半相50的匝逆时针缠绕。

这种类型的相称为“分布波(distributed wave)”绕组。例如，文献FR2846481中详细描述了这种绕组及其插入方法。

将相43插入定子主体27的一种已知方法将在下面简要描述。

在第一安装步骤中，相43形成为平坦的，也就是说，匝54每个在基本垂直于轴线A的平面中延伸。在第二安装步骤中，相43通过变形安装在主体27上。更准确地说，通过在轴向上从后到前逐渐扭转轴向线股44并通过同时将所有轴向线股的方向从垂直于轴线A的方向改变到平行于所述轴线A的方向而将相43定位在槽37中。这种变形例如是使用插入块(这里未示出)获得的。当相包括多个导体时，这些步骤对同一相的所有导体同时进行。然后重复这些安装步骤，以便插入其他相43，从而形成电绕组28。

为了便于其他相的插入，已经安装的相的外层和内层的线圈端被径向向外推动，以便清除自由槽的轴向孔，自由槽不形成与该相相关的一系列槽的部分。这种操作可以清除槽的轴向孔，从而不妨碍其他相的插入，特别是不干扰其他线圈端。

对于每个半相49、50，轴向线股44具有相同的长度。然而，第二半相50的连接线股45、46比第一半相49的连接线股45、46长。更具体地，第二半相50的上连接线股45布置在以轴线A为中心的具有直径D4的圆上，直径D4大于其上布置第一半相49的上连接线股45的圆的直径D2。此外，第二半相50的下连接线股46布置在以轴线A为中心的具有直径D3的圆上，直径D3大于其上布置第一半相49的下连接线股46的圆的直径D1。因此，如图5所示，第二半相50的连接线股45、46相对于所述半相49的连接线股径向向内和向外突出。更具体地，第二半相50的连接线股45、46的长度在这里等于第一半相49的连接线股45、46的长度加上当相43安装在定子的主体27中时轴向线股44将在相关槽37中占据的径向厚度。例如，第二半相50的每个匝54的导线长度比第一半相49的每个匝54的导线长度长2％至10％。

当相43安装在主体27上时，内层的线圈端的轴向高度高于外层的线圈端的轴向高度。线圈端的轴向高度被定义为主体27的轴向端壁38、39中的线圈端从其轴向延伸的一个轴向端壁与由所述线圈端形成的内部拱的最远点之间的轴向距离。

当线圈端被径向向外推动时，槽37被完全清除以插入其他相，但是由于没有线圈端从定子法人主体径向向外突出，因此机器的体积减小。

此外，从图4至图6中可以清楚地看到，半相49、50中的一个的匝54的数量大于另一半相的匝数。特别地，具有最少匝54的半相49、50是具有最短导线长度的半相。因此，这里，第一半相49比第二半相50具有更大的匝数。

优选地，半相49、50中的一个的匝54的数量和另一半相49、50的匝的数量之间的差严格大于1。在图4的例子中，相43包括六个匝54。这些匝54以这样的方式分布，即第一半相包括四个匝54，第二半相包括两个匝54。在图6所示的另一个例子中，相43包括八个匝54。这些匝54以这样的方式分布，即第一半相包括六个匝54，第二半相包括两个匝54。

优选地，所有相43都具有半相49、50，其匝54的数量大于另一半相49、50的匝的数量。特别地，相43在第一半相和第二半相之间具有相同的匝54的数量分布，从而不会使所述相43的相应电阻不平衡。

已经参照一种方法描述了本发明，在该方法中，各相相继地安装在定子主体中。然而，本发明也适用于这样的安装方法，其中至少两个相或者甚至所有相同时安装在定子主体中。

本发明特别适用于交流发电机或可逆电机的定子领域，但是它也可以应用于任何类型的旋转电机。

当然，以上描述仅作为示例给出，并不限制本发明的范围；用任何其他等同物替换各种元件不会构成对所述范围的偏离。

Claims (10)

1.一种用于旋转电机的缠绕部件，包括：

主体(27)，包括轴向通向所述主体的前轴向端壁(38)和后轴向端壁(39)并且径向敞开的槽(37)，

电绕组(28)，包括三个电相(43)，每个电相包括两个相端子(42)和多个匝，每个匝包括由容纳在一系列相关槽(37)中的一系列轴向线股(44)和连接线股(45，46)形成的至少一个导线，所述连接线股通过交替地从所述前轴向端壁(38)突出和从后轴向端壁(39)突出地延伸来连接相继的轴向线股(44)，以形成线圈端；

所述缠绕部件的特征在于，一个相的每个端子(42)电连接到另一个相的另一端子，以形成连接点(47)，所述连接点彼此间隔40°的机械角度，并且每个电相(43)具有电阻，所述电阻彼此相等。

2.根据权利要求1所述的缠绕部件，其特征在于，每个相(43)包括形成所述轴向线股和所述连接线股的至少一个连续导线。

3.根据权利要求2所述的缠绕部件，其特征在于，所述连续导线具有相同的长度。

4.根据权利要求2或3所述的缠绕部件，其特征在于，每个电相(43)包括多个连续导线。

5.根据前述权利要求中任一项所述的缠绕部件，其特征在于，所述电绕组(28)具有三角形构造。

6.根据权利要求5所述的缠绕部件，其特征在于，第一相(43a)具有连接到第三相(43c)的输入端子(E3)的输入端子(E1)，第二相(43b)具有连接到第一相(43a)的输出端子(S1)的输入端子(E2)，第三相(43c)具有连接到第二相(43b)的输出端子(S2)的输出端子(S3)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的缠绕部件，其特征在于，相(43)中的一个的端子(42)之间的圆周距离大于所述相(43)中的另一个的端子(42)之间的距离。

8.根据前述权利要求中任一项所述的缠绕部件，其特征在于，每个相(43)包括形成匝(54)外层的第一半相(49)和形成匝(54)内层的第二半相(50)，内层相对于外层径向叠置在所述槽(37)中，同一个相的每个半相的匝沿相反方向起伏。

9.根据权利要求8所述的缠绕部件，其特征在于，半相(49，50)中的一个的每个匝(54)的导线长度比另一半相(49，50)的每个匝(54)的导线长度长，并且半相(49，50)中的一个的匝(54)的数量大于另一半相(49，50)的匝的数量。

10.一种旋转电机，包括根据前述权利要求中任一项所述的缠绕部件。

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