CN114223108A - 具有经简化绕组的旋转式电机定子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转式电机(1)的定子(2)，所述定子包括：定子块(25)，所述定子块包括凹槽(21)；电导体(22)，所述电导体容置于所述凹槽(21)中并形成多相绕组，所述多相绕组至少具有第一相位(a)和第二相位(b)，第一相位的(a)的输入电导体(A)位于第一凹槽(凹槽号1)中，第二相位(b)的一个或多个电导体位于第二凹槽(凹槽号2)中，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，第二凹槽紧随第一凹槽。

Description

具有经简化绕组的旋转式电机定子

本发明要求于2019年7月29日提交的法国申请1908622的优先权，该申请的内容(正文、附图和权利要求)通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及旋转式电机，更具体地涉及这种电机的定子。

本发明更具体地涉及交流式同步或异步电机。本发明尤其涉及电动(BatteryElectric Vehicle(电池电动车辆))和/或混合动力(Hybrid Electric Vehicle-Plug-inHybrid Electric Vehicle(混合动力电动车辆-插电式混合动力电动车辆))机动车辆(例如个人轿车、货车、卡车或公交车)的牵引或推进电机。本发明还应用于用于工业和/或能源生产应用(尤其是船舶、航空或风力发电应用)的旋转式电机。

背景技术

存在需求以便受益于一种易于组装的旋转式电机定子，该旋转式电机定子能够有效填充凹槽，同时确保令人满意的电磁性能。

还存在需求以便尤其通过简化所述定子的绕组(例如通过使要使用的零件的数量最小化)减少电机的制造成本。

还存在需求以便进一步改善所述电机定子，尤其是减小由感应电流、电磁振动和噪声引起的转矩波动和焦耳损耗AC。

发明内容

定子

本发明旨在满足该需求，并且根据本发明的其中一个方面通过一种旋转式电机的定子来实现该需求，所述定子包括：定子块，所述定子块包括凹槽(encoche)；电导体，所述电导体容置于所述凹槽中并形成多相绕组，所述多相绕组至少具有第一相位和第二相位，第一相位的输入电导体位于第一凹槽中，第二相位的一个或多个电导体位于第二凹槽中，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，第二凹槽紧随第一凹槽，所述绕组尤其包括具有n个凹槽宽度的U形针(épingle en U)和具有n-1个凹槽宽度的U形针。

在本发明中，第一相位的输入电导体位于第一凹槽中，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，第一凹槽正好在接收第二相位的一个或多个电导体的第二凹槽之前。

因此，第一相位的输入电导体位于与通常位置相反的位置，即在通常位置中，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，接收第一相位的输入电导体的第一凹槽由接收同一第一相位的一个或多个电导体的第二凹槽紧随。在本发明中，第一相位的输入凹槽由容置有不同于第一相位的第二相位的电导体的凹槽跟随。

因此，同一相位的输入电导体与输出电导体之间的凹槽数量被减少。一个相位的第一输入凹槽可接近于该同一相位的第三输出凹槽。即，分隔一个相位的第一输入凹槽与该同一相位的第三输出凹槽的凹槽数量可以更少。因此，本发明的实施能够减小用于连接不同绕组路径的电导体的齿距(所述不同绕组路径围绕所述电机的旋转轴线在同一方向上)前进，并且能够减小每个相位的围绕所述电机的旋转轴线周向测量出的平均长度，这是由于构成所述绕组的电导体的子组件的更好嵌套。一个相位的平均长度的缩短能够改善线性阻抗和热力性能，并且能够减少所需的铜质量。

本发明的实施还能够对于所述电导体在与焊接相反的一侧获得具有较小高度的线圈头部。制造所述导体所需的铜的量因此被减少，这在经济上是有利的。另外，所述电导体在所述凹槽中的插入可被便利化。

此外，第一相位的输出电导体可位于第一凹槽中，第二相位的一个或多个电导体位于第二凹槽中，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，第二凹槽紧随第一凹槽。在本发明中，第一相位的输出电导体位于第一凹槽中，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，第一凹槽正好在接收第二相位的一个或多个电导体的第二凹槽之前。

因此，第一相位的输出电导体位于与通常位置相反的位置，即在通常位置中，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，接收第一相位的输出电导体的第一凹槽由接收同一第一相位的一个或多个电导体的第二凹槽紧随。在本发明中，第一相位的输出凹槽由容置有不同于第一相位的第二相位的电导体的凹槽跟随。

相位输入可偏移例如30°、60°、90°或120°的角度。

所述电导体可形成分布式绕组。

所述绕组可形成单星形或单三角形回路。所述绕组尤其不可形成连接为三角形的双星形回路。

针

至少一些电导体，甚至是所述电导体中的大部分，可具有U形或I形针的形状。所述针可具有U形形状(英文为“U-pin”)，或为直的并具有I形形状(英文为“I-pin”)。

针形且扁平的电导体能够增加凹槽填充系数，使所述电机更加紧凑。由于较高的填充系数，所述电导体与所述定子块之间的热交换被改善，这能够降低凹槽内部的电导体温度。

另外，由于所述电导体具有针的形状，所述定子的制造可更加便利。最后，所述针无需具有打开的凹槽，而是能够具有闭合的凹槽，所述闭合的凹槽能够保持所述针并且可因此省去插入定子垫片的步骤。

一些电导体，甚至是所述电导体中的大部分，在凹槽中轴向地延伸。所述电导体可通过所述电机的两个轴向端部中的一个或两个插入对应的凹槽中。

具有I形形状的电导体具有两个轴向端部，所述两个轴向端部每个放置在所述定子的其中一个轴向端部处。该I形的电导体穿过单个凹槽并且可在所述定子的轴向端部位置处在该电导体的轴向端部的每个处与两个其它电导体焊接。所述定子可以例如包括6、10、12、14、18、22或26个具有I形形状的电导体，其它电导体可全部具有U形形状。

具有U形形状的电导体具有两个轴向端部，所述两个轴向端部全部放置在所述定子的其中一个轴向端部处。这两个轴向端部由U的两个腿部限定。该U形的电导体穿过两个不同的凹槽并且可在所述定子的同一轴向侧位置处在该电导体的轴向端部的每个处与两个其它电导体焊接。U形的底部，即U的形成线圈或线圈头部的一侧，布置在所述定子的另一个轴向侧。

所述电导体中的至少一部分，甚至是所述电导体中的大部分，尤其具有U形针形状。

另外，在线圈头部位置处的电导体的体积被减小。这使所述电导体的嵌套便利化。

另外，所述电导体中的至少一部分可具有针(尤其是I形针)的形状，并且在所述凹槽中轴向地延伸。所述I形针可尤其形成相位中的每个的输入及输出电导体。所述绕组可以例如包括6个I形针。

另外，所述电导体中的至少一部分可具有宽针的形状，所述宽针称为“带”，并且能够联接周向地围绕所述电机的旋转轴线在相反方向上前进的两个绕组路径。在一个相位中，可具有5个绕组路径，例如在一个方向上的三个以及在另一个方向上的两个。在变型中，在一个相位中可具有7个绕组路径，例如在一个方向上的四个以及在另一个方向上的三个。带是U形针，该U形针的两个腿部在凹槽中具有同一径向位置，即该U形针的两个腿部不改变在两个凹槽中的梯级。

所述绕组可包括每个相位的带。在一个实施例中，所述绕组包括三个带。带可具有更大的宽度(即该带所覆盖的凹槽数量)，因为返回部分被缩短。

在一个实施例中，所述绕组的所有带可位于同一梯级上。所述绕组可不包括布置在两个不同梯级上的带。

所述电导体中的至少一部分，甚至是所述电导体中的大部分，可具有U形针形状，包括具有第一宽度的U形针和具有第二宽度的U形针。

所述绕组可不设有具有第三宽度的U形针，第三宽度不同于第一和第二宽度。在现有技术的一些实施例中，存在至少具有三种不同宽度的U形针。在现有技术中，如没有具有不同于第一和第二宽度的第三宽度的U形针，就没有具有第一宽度的U形针和具有第二宽度的U形针。U形针的宽度等于齿距数量+1。

因此，在本发明中，制造所述定子所需的零件数量可被减少。这能够使供应、调节和所需的工具便利化，并且能够使维护便利化。

U形针包括第一和第二腿部，第一和第二腿部分别在第一和第二凹槽中轴向地延伸。U形针的宽度由分隔U形针的第一和第二腿部的凹槽数量来限定，其中包括容置有所考虑的U形针的两个腿部的两个凹槽。第一和第二腿部可由数量在3与20之间(最好在6与16之间，例如6、7、8、9或10或11)的凹槽分隔开。

在一个实施例中，所述绕组可包括具有N个凹槽宽度的U形针和具有N-l个凹槽宽度的U形针。

因此可改善所述绕组的针的嵌套。由于针的种类较少，所述绕组可更加紧凑。此外，限制了制造所述针所需的工具数量，并且因此限制了所需的有用占地面积以及维护。

所述绕组可不设有具有N+l个凹槽宽度的U形针。邻近于容置有输入或输出电导体或带的第一凹槽的凹槽可仅容置有具有N个或N-1个凹槽宽度的U形针。带可具有N-l凹槽宽度。因此，U形针和邻近的带可因此具有同一宽度，这能够有利于它们的并置，以避免它们之间的间隔。因此，U形针和邻近的带可相对于法向于所述电机的纵向轴线的法向平面具有同一倾斜度。所述电导体的插入因而被改善，并且所述电导体的内部应力因而被减小。

在一个实施例中，所述绕组可包括具有12个凹槽宽度的U形针和具有11个凹槽宽度的U形针。所述绕组可不设有具有13个凹槽宽度的U形针。邻近于容置有输入或输出电导体或带的第一凹槽的凹槽可仅容置有具有11个或12个凹槽宽度的U形针。

在所述绕组包括63个凹槽的情况下，所述绕组可以例如包括42个具有12个凹槽宽度的U形针和15个具有11个凹槽宽度的U形针。

在一个实施例中，所述绕组可包括具有10个凹槽宽度的U形针和具有9个凹槽宽度的U形针。所述绕组可不设有具有11个凹槽宽度的U形针。邻近于容置有输入或输出电导体或带的第一凹槽的凹槽可仅容置有具有9个或10个凹槽宽度的U形针。

在所述绕组包括72个凹槽和8个磁极的情况下，所述绕组可以例如包括54个具有10个凹槽宽度的U形针和12个具有9个凹槽宽度的U形针。

在一个实施例中，所述绕组可包括具有7个凹槽宽度的U形针和具有8个凹槽宽度的U形针。所述绕组可不设有具有9个凹槽宽度的U形针。

邻近于容置有输入或输出电导体或带的第一凹槽的凹槽可仅容置有具有7个或8个凹槽宽度的U形针。

在所述绕组包括48个凹槽的情况下，所述绕组可以例如包括36个具有8个凹槽宽度的U形针和26个具有7个凹槽宽度的U形针。

在一个实施例中，所述绕组可包括具有8个凹槽宽度的U形针和具有9个凹槽宽度的U形针。所述绕组可不设有具有7个凹槽宽度的U形针。邻近于容置有输入或输出电导体或带的第一凹槽的凹槽可仅容置有具有8个或9个凹槽宽度的U形针。

在所述绕组包括60个凹槽的情况下，所述绕组可以例如包括45个具有9个凹槽宽度的U形针和9个具有8个凹槽宽度的U形针。

第二凹槽可仅包括同一相位的一个或多个电导体。

第一相位的第一输入凹槽可仅包括第一相位的一个或多个电导体。

在变型中，第一相位的第一输入凹槽可包括第一相位的一个或多个电导体和第二相位的一个或多个电导体。第一相位的一个或多个电导体可放置在磁轭一侧或在变型中在气隙一侧。第二相位的一个或多个电导体可放置在气隙一侧或在变型中在磁轭一侧。相位的输入和输出可放置在磁轭一侧或在变型中在气隙一侧。

线股

在一个实施例中，每个电导体可包括一个或多个线股(英文为“wire”或“strand”)。“线股”是指用于导电的最基本的单元。线股可具有圆形横截面(由此可称之为线)，或具有扁平状横截面。扁平状的线股可成形为例如U形或I形的针。每个线股都涂覆有绝缘瓷漆。

由于每个凹槽可包括多个导体和/或多个线股，这能够使由感应电流造成的损耗或焦耳AC损耗(所述损耗随供电频率的平方而变化)最小化，在高频率下并且当运行速度较高时这特别有利。因此，能够在高速下获得更好的效率。

当凹槽闭合时，能够得到通过所述导体观察到的漏磁通的减小，这导致在所述线股中减小了涡电流损耗。

在一个实施例中，每个电导体可包括多个针，每个针都形成线股，如上所述。同一电导体的所有线股可在所述凹槽的出口处彼此电联接。彼此电联接的线股放置成短路。被电联接在一起的线股的数量可大于或等于2，例如在2至12之间，例如为3、4、6或8个线股。

多个线股可形成同一电导体。同一相位的同一电流在同一电导体的所有线股中流动。同一电导体的所有线股可尤其在所述凹槽的出口处彼此电联接。同一电导体的所有线股可尤其在所述凹槽的出口处在这些线股的两个轴向端部的每个处彼此电联接。这些线股可并联电联接。

具有围绕所述电机的旋转轴线位于同一周向位置的自由端部的电导体的所有线股(无论径向位置如何)可彼此电联接。

在一个实施例中，每个电导体包括单个线股。在另一个实施例中，每个电导体包括三个线股。

在一个凹槽包括两个电导体的情况下，一个凹槽可因此容置有两个线股，或在变型中容置有六个线股，所述线股例如分布在这两个电导体之间。

在变型中，一个凹槽包括四个电导体。每个电导体可包括两个线股。所述凹槽由此容置有八个线股，所述八个线股分布在这四个电导体之间。

所述线股可定位在所述凹槽中使得其围绕所述电机的旋转轴线的周向尺寸大于径向尺寸。这种配置能够减小在所述线股中的涡电流损耗。

线股的宽度可在1mm至5mm之间，例如为大约2.5或3mm。线股的宽度限定为其围绕所述电机的旋转轴线在周向方向上的尺寸。

线股的高度可在1mm至5mm之间，例如为大约1.6或1.8mm。线股的高度限定为其在径向尺寸中的厚度。

所述电导体可由铜或铝制成。

绕组

绕组由数量为m的相位组成，这些相位在空间中偏移，以便使得在其由多相电流系统供电时产生旋转场。

所述电导体可形成集中式绕组，尤其是全节距或分数节距式的。“集中式绕组”是指所述电导体在所述定子中被电联接在一起，并且相位之间的连接实施在所述定子中，例如在端子盒中，而非在所述定子外部。

所述这些电导体可形成分布式绕组。所述绕组未集中或绕线于齿上。

所述绕组可以是全节距式的。每个凹槽仅容置有同一相位的电导体，并且/或者电导体的宽度等于凹槽数量除以磁极数量。

在变型中，所述绕组可以是经缩短节距式的。一些凹槽可容置有不同相位的电导体。在一个实施例中，至少一个凹槽容置有第一相位的电导体和第二相位的电导体，并且/或者所述电导体中的大部分的宽度小于凹槽数量除以磁极数量。

在本发明中，所述绕组是整体或分数式的。所述绕组可为有和无缩短的全节距式的，或在变型中为分数节距式的。在一个实施例中，所述电导体形成分数绕组。

对于分数绕组，每个磁极和每个相位的凹槽数量是分数，即由q＝Ne/(2pm)限定的比值q以不可简化的分数z/n的形式书写，z和n是两个非零整数，n不同于1，其中，Ne是所述定子的凹槽数量，m是所述绕组的相位数量，并且p是所述定子的磁极对数量。

所述定子的凹槽数量可在18至96之间，最好在30至84之间，例如为18、24、27、30、36、42、45、48、54、60、63、72、78、81、92、96，并且最好为60或63。所述定子的磁极数量可在2至24之间，甚至在4至12之间，例如为6或8。

所述定子的凹槽数量/磁极数量的组合可选自以下列表中的组合，其中包括并且不限于：30/4、42/4、45/6、48/8、63/6、60/8、78/8、84/8。

在一个实施例中，所述定子的凹槽数量/磁极数量的组合为60/8。在该情况下，得到q＝60/(2*4*3)＝5/2。

在一个实施例中，所述定子的凹槽数量/磁极对数量的组合为63/6，在该情况下，得到q＝63/(2*3*3)＝7/2。

更广泛地说，对于三相绕组，所述定子的凹槽数量Ne与磁极对数量p之间的组合可以是以下表格1中打叉的组合之一。

表格1

在该情况下，相位数量为三个，但如果相位数量不同，例如为两个，则所述电机包括两相绕组；或例如为5、6、7、9、11或13个，则所述绕组是多相的。

所述绕组可以是波状的。所述电导体的串联放置可实施成所谓的波状绕组。在“波状绕组”所指的绕组中，同一相位且同一磁极的电导体彼此电联接使得，对于绕线路径，该相位的电流在围绕所述电机的旋转轴线旋转的电导体中总是在单一方向上流动。对于绕线路径，当垂直于所述电机的旋转轴线观察时，同一相位且同一磁极的电导体不重叠。

所述绕组可包括单一绕线路径或多个绕线路径。同一相位的电流在“电导体”中通过绕线路径流动。“绕线路径”是指所述电机的由同一相位的同一电流流经的所有电导体。这些电导体可彼此串联或并联或串并联连接。在具有单一路径的情况下，所述电导体串联连接。在具有多个路径的情况下，每个路径的电导体串联连接，并且这些路径并联连接。

电导体

在“电导体”中流动有绕线路径的同一相位的电流。多个串联导体形成“线圈”(英文为“coil”)。每个相位的线圈数量最大等于所述定子的磁极数量或磁极对数量。

在每个凹槽中，可具有一个或多个层。“层”(英文为“layer”)是指属于布置在同一凹槽中的同一相位的串联导体。在凹槽的每个层中，都具有同一相位的电导体。通常，定子的电导体可分布为一个层或两个层。当所述电导体分布为单一层时，每个凹槽仅容置有同一相位的电导体。

在本发明中，所述电导体可仅分布为两个层。在该情况下，其中一个或多个凹槽可容置有两个不同相位的电导体。对于经缩短节距式绕组也是如此。在一个实施例中，所述绕组不能够包括多于两个层。在一个实施例中，所述绕组尤其不设有四个层。

容置于第一凹槽中的至少一个第一电导体与容置于第二凹槽中的第二电导体可在这些凹槽的出口处电联接。

“电联接”是指尤其通过焊接或通过机械夹紧实施的任何类型的电联接，所述焊接包括不同的可用焊接方法，尤其是激光、感应、摩擦、超声波、振动或钎焊，所述机械夹紧尤其例如通过压接、螺纹连接或铆接。所述焊接步骤可借助于热源实施，尤其是激光或电弧，例如借助于钨电极产生的电弧。使用钨电极的焊接方法可以是TIG焊接(英文为“TungstenInert Gas(钨极惰性气体保护)”)。在该焊接方法中，电弧基于钨电极和等离子体产生。热源的使用能够实施线股的自由端部的熔合而不会损害一个或多个导体的线股的组装。可使用单个热源以实施相同的焊接。在变型中，可使用多个热源以实施相同的焊接。

容置于第一凹槽中的电导体中的每个可与容置于第二凹槽中的对应第二电导体在这些凹槽的出口处电联接。至少一个凹槽，最好是所述凹槽中的大部分，甚至是所述凹槽中超过一半，最好是所述凹槽的三分之二，甚至是所有凹槽，可包括第一电导体，所述第一电导体中的每个与容置于第二凹槽中的对应第二电导体在这些凹槽的出口处电联接。

第一和第二电导体可在第一和第二凹槽的出口处电联接，即该电联结在所述定子块的轴向端部处正好在所述电导体离开这两个凹槽之后形成在所述电导体上。该电联结可实施在垂直于所述电机的旋转轴线的平面中。该电联结的平面可远离所述定子块小于60mm，最好是小于40mm，例如为大约27mm或38mm。

在一个实施例中，具有围绕所述电机的旋转轴线位于同一周向位置的自由端部的所有电导体无论所述电导体的径向位置如何均被电联接在一起。

第一和第二电导体每个可包括倾斜部分。所述倾斜部分可围绕所述电机的旋转轴线在周向方向上延伸。这两个倾斜部分可配置成彼此汇聚并且因此能够实施所述电联结。

一个电导体可包括两个倾斜部分，并且在其两个端部的每个处各一个。同一电导体的两个倾斜部分可在相反方向上延伸。这两个倾斜部分可彼此发散。该两个倾斜部分可彼此对称。

所述电导体中的大部分可包括一个或多个如上文所述的倾斜部分。

两个电导体之间的电联结可安置在所述定子的第二侧，该第二侧与所述定子的布置有相位输入和输出和/或线圈头部的第一侧相反。

在线圈头部一侧，同一相位的线圈头部可组合成具有m个或m+1个相邻电导体的组合。同一相位的线圈头部不能够组合成具有少于m个或m+1个相邻电导体的组合。尤其是，同一相位的线圈头部不能够组合成具有仅m-1个相邻电导体的组合。同一相位的线圈头部的两个组合可由另一相位的线圈头部的至少一个组合分隔开。

在一个实施变型中，在线圈头部一侧，同一相位的线圈头部可组合成具有3个或4个相邻电导体的组合。同一相位的线圈头部不能够组合成具有少于3个或4个相邻电导体的组合。尤其是，同一相位的线圈头部不能够组合成具有仅2个相邻电导体的组合。同一相位的线圈头部的两个组合可由另一相位的线圈头部的至少一个组合分隔开。

在一个实施变型中，在线圈头部一侧，同一相位的线圈头部可组合成具有2个或3个相邻电导体的组合。

同一相位的线圈头部不能够组合成具有少于2个或3个相邻电导体的组合。尤其是，同一相位的线圈头部不能够组合成具有仅1个电导体的组合。同一相位的线圈头部的两个组合可由具有另一相位的线圈头部的至少一个组合分隔开。

所述电导体可分布式地布置在所述凹槽中。“分布”应理解为离开和返回的电导体各自容置于不同且非连续的凹槽中。所述电导体的至少其中一个可在两个非连续的凹槽中依次通过。所述电导体能够以行的方式布置在所述凹槽中。“行”是指所述电导体不是杂乱地而是以有序的方式布置在所述凹槽中。所述电导体以非随机方式堆叠在所述凹槽中，例如布置成在径向方向上对齐的电导体的行。

所述电导体可在横截面上具有大体矩形形状，尤其是具有圆角边缘。电导体的周向尺寸可基本对应于凹槽的宽度。因此，凹槽在其宽度上仅能够包括单个电导体。所述凹槽的宽度在其围绕所述电机的旋转轴线的周向尺寸上测量。

所述电导体可通过其较宽的侧(也称作扁平侧)彼此相邻。

这种堆叠优化使得能够在所述凹槽中布置更多数量的电导体。

每个凹槽可包括两个至36个电导体，尤其两个至24个、最好是2个至12个电导体。

所述绕组可包括每个凹槽的两个导体。在变型中，所述绕组可包括每凹槽的多于两个导体，例如三个、四个、五个、六个、七个或八个电导体。每个凹槽可包括两个至八个电导体，尤其是两个至六个电导体，尤其是两个至四个电导体，例如两个或四个电导体。在一个实施变型中，每个凹槽包括两个电导体。在另一个实施变型中，每个凹槽包括四个电导体。

绝缘体

所述电导体通过绝缘涂层(尤其是瓷漆)与外部电气绝缘。所述电导体可通过绝缘体，尤其通过至少一个绝缘片，与凹槽的壁分隔开。这种片式绝缘体能够更好地使所述电导体相对于所述定子块绝缘。闭合凹槽的使用能够改善所述绝缘体的围绕所述凹槽中的电导体的保持。

部分闭合或完全闭合的凹槽

所述凹槽可至少部分闭合。部分闭合的凹槽允许在气隙位置处安置开口，该开口可以例如用作于用于填充凹槽的电导体的安装。部分闭合的凹槽尤其安置在两个齿之间，所述两个齿中的每个包括在其自由端部位置处的极靴，所述极靴至少部分地闭合所述凹槽。

在变型中，所述凹槽可完全闭合。“完全闭合凹槽”是指不径向上朝向气隙打开的凹槽。

在一个实施例中，至少一个凹槽，甚至是每个凹槽，可在气隙一侧由材料桥连续闭合，所述材料桥与限定凹槽的齿一体成型。所有凹槽可在气隙一侧由用于闭合这些凹槽的材料桥闭合。所述材料桥可与限定所述凹槽的齿一体成型。所述定子块由此在所述齿与用于闭合所述凹槽的材料桥之间没有切口，并且所述凹槽由此在气隙一侧由材料桥连续闭合，所述材料桥与限定凹槽的齿一体成型。

另外，所述凹槽还可在与气隙相反一侧由磁轭闭合，所述磁轭附接至所述齿或与所述齿一体成型。所述凹槽由此不在径向上朝向外部打开。所述定子块在所述齿与所述磁轭之间可没有切口。

在一个实施例中，所述凹槽中的每个具有连续闭合的轮廓。“连续闭合”是指在垂直于所述电机的旋转轴线截取的横截面中观察时，所述凹槽具有连续闭合的轮廓。能够完整环绕所述凹槽而不会在所述定子块中遇到切口。

所述闭合凹槽的存在能够通过使谐波含量、所述电导体中的涡电流损耗、所述凹槽中的漏磁通、在气隙中的磁场波动以及所述电机的发热最小化而改善在气隙中的磁场质量方面的电机性能。所述闭合凹槽允许具有闭合圆柱形气隙，并且能够减少所述凹槽中的漏磁通，这能够减少所述定子绕组中的AC损耗。因此，由于AC损耗的减少，电机效率被提高，电池续航得以延长。

另外，这些闭合凹槽的存在能够通过机械地加强所述定子并且通过减少振动来改善所述定子的机械硬度。可尤其实现远离于对应于2p的变形模式的共振频率，p是所述定子的磁极对数量。振动的减小可有助于使所述电机的运行更安静，当所述定子旨在与变速箱系统关联时这可特别有利。

此外，由于闭合了所述凹槽，这能够减小所述定子的绕组与转子之间的寄生电容，这减小了泄漏电流并且能够避免必须使用轴电流的消耗环(bague)或刷(balais)。

所述定子块可通过磁性片材的堆叠而制成，通过切割所述片材形成凹槽。所述定子块还可通过在被烧结或凝聚的磁粉块中割切而制成。所述凹槽在气隙一侧的闭合由与所述片材的剩余部分或与形成所述定子块的块体的剩余部分一体成型的材料桥来获得。

根据本发明的定子不设有用于闭合所述凹槽的附加磁性垫片。因此消除了这些垫片意外脱落的风险。

材料桥

所述定子块可包括安置在凹槽之间的齿，所述齿在气隙一侧由材料桥彼此联接。因此，每个凹槽在气隙一侧由使所述定子块的两个连续的齿彼此联接的材料桥闭合。所述材料桥在气隙一侧在底部各自联接两个相邻的齿并且在气隙一侧在这些齿之间限定出所述凹槽的底部。所述材料桥与相邻的齿一体成型。

两个连续的齿在与气隙相反一侧由磁轭联接。所述磁轭可实施成与所述齿一体成型。所述定子可因此不设有附加至齿冠上的磁轭。

如上所述，所述凹槽没有朝向气隙的开口，这能够避免产生电磁干扰，尤其是由磁通条纹(franges de flux)导致的“磁性”气隙的增加、由于该相同原因造成的在转子表面处的较大铁损、又或是脉动转矩、径向力、以及焦耳AC损耗。所述电机的电磁性能由此得到改善。

所述材料桥可实施成使得在所述电机的运行期间发生磁饱和。因此限制了磁通量从一个凹槽通向另一个凹槽，而又不会阻止磁通量从所述转子通向所述定子。

所述材料桥优选地是不可变形的。这增加了所述定子的硬度并且改善了所述电机的使用寿命。

所述材料桥的最小宽度例如在0.2至0.5mm之间。该最小宽度可为例如大约0.35mm。

所述材料桥的宽度可与所述片材的厚度具有相同的数量级。

例如，所述定子块呈现堆叠片材的形式，并且具有在气隙一侧由材料桥在底部彼此联接的齿。所述材料桥与所述齿一体成型。

所述材料桥每个可具有至少一个局部收缩部，所述至少一个局部收缩部由至少一个缺口形成。为了获得饱和，可以例如通过设置一个缺口而局部地减少所述材料桥可用于通过磁通量的截面。所述定子的内表面优选地为回转圆柱形。

凹槽

至少一个凹槽，最好是所有凹槽，可在横截面上具有大体矩形形状。

至少一个凹槽可具有彼此平行的反向径向边缘，最好是所有凹槽具有彼此平行的径向边缘。凹槽的宽度优选地在其整个高度上基本恒定。因此得到了更好的凹槽填充率。

在变型中，所述凹槽的径向边缘彼此不平行。

至少一个凹槽，最好是所有凹槽，可具有圆弧或其它形状的直线底部。所述至少一个凹槽的底部是位于磁轭一侧的凹槽底部，该侧与所述材料桥并且与气隙相反。

至少一个凹槽，最好是所有凹槽，具有的凹槽长度相对于宽度的比值可在2与6之间，最好在3至4之间。凹槽的宽度对应于其在围绕所述电机的旋转轴线所测量的周向方向上的尺寸，并且其长度对应于在径向方向上的尺寸。

所述定子可包括传感器以测量所述电导体的温度，所述传感器布置在所述凹槽中，例如为热电偶。该传感器可至少部分容置于用于闭合凹槽的材料桥的缺口中。所述传感器例如容置于最接近于所述材料桥的导体与所述材料桥之间的空间中。

至少一个齿，最好是所有齿，可在横截面上具有大致梯形形状。至少一个齿，最好是所有齿，可具有在远离所述电机的旋转轴线时发散的边缘。

所述定子块可通过片材堆叠而制成。所述齿由材料桥彼此联接，并且在相反一侧由磁轭彼此联接。闭合的凹槽可完全通过在所述片材中的切割而制成。该片材堆的每个片材可以是单件。

每个片材例如在片中切割出，所述片是磁钢片或包含磁钢，例如0.1至1.5mm厚的钢。所述片材可在组装在该堆内部之前在其相反的表面上涂覆电绝缘漆。在必要的情况下，还可通过对所述片材的热处理获得来该电绝缘。

在变型中，可基于被压实或凝聚的磁粉来制造所述定子块。

电机和转子

本发明的目的还在于提供一种旋转式电机，例如同步发动机或同步发电机，该旋转式电机包括如上文所述的定子。所述电机可以是同步或异步的。所述电机可以是磁阻式的。所述电机可构成同步发动机。所述电机不能够构成交流发电机。

所述电机的最大旋转速度可以较高，例如高于10000tr/min，最好是高于12000tr/min，例如为大约14000tr/min至15000tr/min，甚至为20000tr/min或25000tr/min。所述电机的最大旋转速度可低于100000tr/min，甚至低于60000tr/min，还甚至低于40000tr/min，最好是低于30000tr/min。

所述旋转式电机可包括转子。所述转子可以是永磁体式的，所述永磁体带有表面或埋入式磁体。所述转子可处于磁通集中状态。该转子可包括一个或多个磁体层，所述磁体布置成I形、U形或Y形。在变型中，所述转子可以是一种绕线式或鼠笼式转子，或是可变磁阻式转子。

所述转子的直径可小于400mm，最好是小于300mm，并且大于50mm，最好是大于70mm，例如在100与200mm之间。

所述转子可包括转子块，所述转子块沿旋转轴线延伸并且围绕轴布置。所述轴可以包括转矩传输部件以驱动所述转子块旋转。

所述转子可以是悬臂式的，也可以不是悬臂式的。

所述电机可单独插入壳体中或插入变速箱壳体中。在该情况下，该电机插入还容置有变速箱的壳体中。

制造方法

独立地或结合上述内容，本发明的目的还在于提供一种用于制造旋转式电机定子(尤其例如上文所述的定子)的制造方法，其中，通过从所述定子的两个轴向端部中的一个或两个将电导体引入对应的凹槽中，从而将所述电导体布置在所述定子的定子块的凹槽中。

引入所述凹槽中的至少一个电导体，甚至所述电导体中的大部分，具有U形针形状。所述电导体可在被引入所述凹槽中之前成形。具有U形针形状的所有电导体可同时或依次成形，然后同时或依次引入所述定子块中。

该成形可包括用于组装同一电导体的线股的第一步骤。

可将具有U形形状的同一电导体布置在所述定子的定子块的非连续的两个不同凹槽中。在电导体具有U形形状的情况下，该电导体可在所述电机的同一侧与两个其它电导体焊接。

可将具有I形形状的两个电导体彼此联接，这两个电导体被预先引入所述定子的定子块的非连续的两个不同凹槽中。在电导体具有I形形状的情况下，该电导体可在所述电机的两个相反侧与两个其它电导体焊接。

在本发明中，可将具有围绕所述电机的旋转轴线位于同一周向位置的自由端部的所有电导体(无论所述电导体的径向位置如何)电联接在一起。

附图说明

通过阅读以下对非限制实施例的详细说明和附图，本发明的其它特征和优点将更加清楚，在附图中：

-图1是根据本发明实施的定子的示意性局部透视图。

-图2是图1的定子的示意性局部透视图。

-图3是图1的定子的细节透视图。

-图4示出了根据本发明的定子的示意性局部剖视图。

-图5示意性示出了图1至图4的定子的绕组的示意图。

-图6是图5的细节图。

-图7是图5的示出了单一相位的另一细节图。

-图8示意性示出了图1至图4的定子的绕组的剖视示意图。

-图9a是图7的细节图。

-图9b是未实施本发明的类似于图9a的视图。

-图10是一个可选实施例的类似于图8的视图。

-图11是一个可选实施例的类似于图8的视图。

-图12是一个可选实施例的类似于图8的视图。

-图13是图12的定子的示意性局部剖视图。

具体实施方式

图1至图8示出了旋转式电机1的定子2，该旋转式电机还包括未图示的转子。所述定子能够生成用于驱动转子旋转的旋转磁场，在同步发动机的背景下，并且在交流发电机的情况下，所述转子的旋转引起在所述定子的电导体中的电动势。

下文所示的示例是示意性的，不一定遵循与不同组成元件相关的尺寸。

定子2包括电导体22，所述电导体布置在凹槽21中，所述凹槽安置在定子块25的齿23之间。凹槽21被闭合。

凹槽21在气隙一侧由材料桥27闭合，所述材料桥各自联接定子块25的两个连续的齿，并且所述凹槽在相反一侧由磁轭29闭合。该磁轭与齿23一体成型。

电导体22中的大部分具有针的形状，即U形或I形针形状，并且在所述凹槽中轴向地延伸。

容置于第一凹槽中的第一电导体与容置于第二凹槽中的第二电导体在这些凹槽的出口处电联接。

第一和第二凹槽是非连续的。在所示的示例中，该第一和第二凹槽由7个其它凹槽分隔开。在变型中，第一和第二凹槽例如由3、4、5、6、8、9、10或11个其它凹槽分隔开。

尤其是，在图3上可见第一和第二电导体的端部表面22a，这些端部表面旨在接收该电联结。该电联结实施在垂直于所述电机的旋转轴线的平面中。该电联结的平面可远离所述定子块小于40mm，尤其为大约27mm。

在所述定子块的轴向端部处，该电联结正好在这些电导体离开这两个凹槽之后形成在这些电导体上。这两个导体每个包括倾斜部分22b，这些倾斜部分彼此汇聚。

所述电导体分布式地布置在所述凹槽中，并形成分布式绕组，所述分布式绕组在该示例中描述为分数绕组。在该示例中，凹槽数量为63。所述定子的磁极数量为6。因此，所述定子的凹槽数量/磁极数量的组合为63/6。

所述电导体形成分数绕组，其中，由q＝Ne/(2pm)限定的比值q以不可简化的分数z/n的形式书写，z和n是两个非零整数，n不同于1，其中，Ne是所述定子的凹槽数量，m是所述绕组的相位数量，并且p是所述定子的磁极对数量。尤其在三相分数绕组的情况下在图4上独立观察到相位的线圈。由此，对于具有63个凹槽和6个磁极的该电机，得到q＝63/(3x6)＝7/2。线圈由通过相邻凹槽的同一相位的离开电导体和通过相邻凹槽的同一相位的返回电导体形成。

电导体22以行的方式布置在凹槽21中，形成对齐的电导体的行。

所述电导体可在横截面上具有大体矩形形状，尤其是带有圆角顶点。在所描述的示例中所述电导体径向地叠置为单行。电导体的周向尺寸基本对应于凹槽的宽度。因此，所述凹槽包括在其宽度上的单一电导体。所述凹槽可包括在其径向尺寸上的多个电导体。所述凹槽在所描述的示例中包括两个电导体。

电导体22由铜或铝制成，或由涂瓷漆或涂覆有任何其它合适绝缘涂层的任何其它导电材料制成。

在图5至图7上示出了针，所述针在焊接一侧带有椭圆形端部。U形针在线圈头部一侧以圆圈示意性示出。相位的输入和输出包括I形针。在所描述的示例中，所述输入和输出位于线圈头部一侧。分别将A、B和C表示为相位a、b、c的输入，并且分别将A’，B’和C’表示为相位a、b、c的输出。

容置于凹槽21中的电导体22形成多相绕组，所述多相绕组至少具有第一相位和第二相位。第一相位a的输入电导体A位于被数字标记为1的第一凹槽中，第二相位b的一个或多个电导体位于被数字标记为2的第二凹槽中，如图8上可见，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上(即在图8上从左至右)围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，第二凹槽2紧随第一凹槽1。观察到，第一相位a的输入电导体A位于第一凹槽1中，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，该第一凹槽正好在接收第二相位b的一个或多个电导体的第二凹槽2之前。

类似地，在图8上，第一相位a的输出电导体A’位于被数字标记为12的第一凹槽中，第二相位b的一个或多个电导体位于被数字标记为13的第二凹槽中，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，第二凹槽13紧随第一凹槽12。

在本发明中，第一相位a的输出电导体A’位于第一凹槽12中，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，该第一凹槽正好在接收第二相位b的一个或多个电导体的第二凹槽13之前。

如图5至图7上可见，同一相位a的输入电导体A与输出电导体A’之间的返回的长度被缩短。还在这些图上可见每个相位a、b、c的由虚线水平表示的带A”、B”和C”。所述带在该示例中具有11个凹槽的宽度。

相位a的被数字标记为1的第一输入凹槽接近于该同一相位a的被数字标记为12的第三输出凹槽。换句话说，用于分隔一个相位的第一输入凹槽与该同一相位的第三输出凹槽的凹槽数量可以更少。

所示的绕组包括15个具有11个凹槽宽度的U形针和42个具有12个凹槽宽度的U形针。具有12个凹槽宽度的U形针由空心圆圈表示，并且具有11个凹槽宽度的U形针由中心带点的圆圈表示。

在图9a上可见符合本发明的配置的优点。U形针和相邻的带具有相同的宽度，这能够有利于它们的并置，以避免它们之间的偏差。因此，U形针和邻近的带可相对于法向于所述电机的纵向轴线的法向平面具有相同的倾斜度。所述电导体的插入因而被改善，并且所述电导体的内部应力因而被减小。

相反，为了理解本发明的优点，图9b中上示出了根据现有技术的配置。因此，相对于具有11个凹槽宽度的带，在具有13个凹槽宽度的U形针之间存在应力区。图10至图12上示出了三个不同的实施变型。

在图10的实施例中，所述绕组包括72个凹槽和8个磁极，并且每个凹槽仅容置有同一相位的电导体。所述绕组包括54个具有10个凹槽宽度的U形针和12个具有9个凹槽宽度的U形针。该绕组不设有具有11个凹槽宽度的U形针。邻近于容置有输入或输出电导体或带的第一凹槽的凹槽仅容置有具有9个或10个凹槽宽度的U形针。在图11的实施例中，所述绕组包括48个凹槽和8个磁极。所述绕组包括36个具有8个凹槽宽度的U形针和6个具有7个凹槽宽度的U形针。该绕组不设有具有9个凹槽宽度的U形针。邻近于容置有输入或输出电导体或带的第一凹槽的凹槽仅容置有具有7个或8个凹槽宽度的U形针。

最后，在图12的实施例中，所述绕组包括60个凹槽和8个磁极。所述绕组包括45个具有9个凹槽宽度的U形针和3个具有8个凹槽宽度的U形针。该绕组不设有具有7个凹槽宽度的U形针。邻近于容置有输入或输出电导体或带的第一凹槽的凹槽仅容置有具有8个或9个凹槽宽度的U形针。

图13上示出了该实施例的定子。所述电导体分布式地布置在所述凹槽中，并且所述电导体形成分布式绕组，该分布式绕组在所描述的示例中为分数绕组。在该示例中，所述定子的凹槽数量/磁极数量的组合为60/8。

所述电导体形成分数绕组，其中，由q＝Ne/(2pm)限定的比值q以不可简化的分数z/n的形式书写，z和n是两个非零整数，n不同于1，其中，Ne是所述定子的凹槽数量，m是所述绕组的相位数量，并且p是所述定子的磁极对数量。对于具有60个凹槽和8个磁极的该电机，得到q＝60/(3x8)＝5/2。线圈由通过相邻凹槽的同一相位的离开电导体和通过相邻凹槽的同一相位的返回电导体形成。电导体22以行的方式布置在凹槽21中，形成对齐的电导体的行。

在上述所有示例中，所述绕组是波状的。第一和第二电导体每个包括倾斜部分22b，所述倾斜部分围绕所述电机的旋转轴线在周向方向上延伸，并且彼此汇聚。

Claims (14)

1.一种旋转式电机(1)的定子(2)，所述定子包括：定子块(25)，所述定子块包括凹槽(21)；电导体(22)，所述电导体容置于所述凹槽(21)中并形成多相绕组，所述多相绕组至少具有第一相位(a)和第二相位(b)，第一相位(a)的输入电导体(A)位于第一凹槽(凹槽号1)中，第二相位(b)的一个或多个电导体位于第二凹槽(凹槽号2)中，当在围绕所述电机的旋转轴线的电流流动方向上围绕所述电机的旋转轴线周向移动时，第二凹槽紧随第一凹槽，

所述绕组包括具有n个凹槽宽度的U形针和具有n-1个凹槽宽度的U形针。

2.根据权利要求1所述的定子，所述电导体(22)形成分布式绕组。

3.根据权利要求1或2所述的定子，所述电导体(22)中的至少一部分，甚至是所述电导体中的大部分，具有U形针形状。

4.根据上述权利要求中任一项所述的定子，所述电导体(22)中的至少一部分，甚至是所述电导体中的大部分，具有U形针形状，包括具有第一宽度的U形针和具有第二宽度的U形针。

5.根据权利要求4所述的定子，所述绕组不设有具有第三宽度的U形针，第三宽度不同于第一宽度和第二宽度。

6.根据上述权利要求中任一项所述的定子，第二凹槽仅包括同一相位的一个或多个电导体。

7.根据上述权利要求中任一项所述的定子，所述绕组是波状的。

8.根据上述权利要求中任一项所述的定子，所述绕组包括每个凹槽的两个导体。

9.根据上述权利要求中任一项所述的定子，所述绕组是全节距式的。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的定子，所述绕组是经缩短节距式的。

11.根据上述权利要求中任一项所述的定子，容置于第一凹槽中的至少一个第一电导体与容置于第二凹槽中的第二电导体在第一凹槽和第二凹槽的出口处电联接。

12.根据上述权利要求中任一项所述的定子，其中，具有围绕所述电机的旋转轴线位于同一周向位置的自由端部(22a)的所有电导体(22)无论所述电导体的径向位置如何均被电联接在一起。

13.根据上述权利要求中任一项且除去权利要求9所述的定子，所述电导体形成分数绕组。

14.一种旋转式电机(1)，包括根据上述权利要求中任一项所述的定子(2)以及转子。

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