CN116157982A - 用于电机绕组的导体阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机绕组的导体阵列，其中，第一组导体在平行于参考表面的第一表面上延伸，包括N_s个子组，每个子组具有N_c个第一导体，并且第二组第二导体在平行于所述参考表面的第二表面上延伸，也包括N_s个子组，每个子组具有N_c个第二导体。第一组的第一导体与第二组的第二导体在互连区处重叠，所述互连区包括上互连区以及相对于曲线与上互连区相反的下互连区，其中，第一导体可以连接至第二导体以形成线圈。本发明还涉及一种包括这种阵列的绕组、以及一种包括这种绕组的电机。

Description

用于电机绕组的导体阵列

发明领域

本发明涉及一种用于电机绕组的导体阵列、一种包括这种阵列的绕组、以及一种包括这种绕组的电机。

背景技术

文献WO 2016110549披露了一种电机绕组。多个导体串联连接以形成具有一个电流输入端子和一个电流输出端子的单相线圈。多个相线圈可以进行组合以形成多相绕组。然而，该绕组在组合导体以形成具有不同特性的相线圈方面不具有灵活性。

文献EP3297132披露了一种电机绕组结构以及一种用于设计绕组结构的方法。该方法的目的是设计一种在电机中运行时减小或消除循环电流(即，改善并联连接的线圈的平衡)的电机绕组结构。然而，没有提出形成线圈的导体的替代性组合。此外，在该文献的绕组结构中，在提供不同线圈布置方面的灵活性非常有限。

需要一种电机绕组来解决在线圈中组合绕组导体以获得期望的电压/电流组合的问题。可能期望例如设计具有大量线圈的绕组，这些线圈可以优选地/主要地并联布置以便减小端子电压的幅值，同时增大线电流的幅值，或者这些线圈可以优选地/主要地串联布置以便增大端子电压的幅值，同时减小线电流的幅值。此外，需要使得包括复杂导体互连的绕组能够容易、高效地制造，并且不会产生与由紧凑导线制成的传统绕组相关联的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电机绕组的导体结构或阵列，该导体结构或阵列在通过适当的导体组合来产生/形成多个线圈方面具有改善的灵活性。

本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定了有利的实施例。

根据本发明，提供了一种用于电机绕组的导体阵列。在下文中，一是指包括曲线的参考表面，所述曲线沿局部方向t延伸，参考表面在与所述方向t垂直的局部方向v上延伸。第一组第一导体在平行于所述参考表面的、与所述参考表面相距距离d处的第一表面上延伸，该距离是在与方向t和v局部垂直的方向u上测得的，第一导体在t和v增大的方向上延伸、包括N_s个子组，每个子组具有N_c个第一导体。方向t、u和v根据表面或曲线上的位置而变化，这在表面微分几何中是常见的。子组中的每个第一导体之间设置有距离，使得导体彼此隔离开。每个子组之间设置有较大的距离。这些距离是在方向t上测得的。第一组的子组的编号在方向t上从1至N_s增大。类似地，第二组第二导体在平行于所述参考表面的、且与所述表面相距距离-d处的第二表面上延伸，该距离是在所述方向u上测得的，第二导体在t增大且v减小的方向上延伸、包括N_s个子组，每个子组具有N_c个第二导体。此外，子组中的每个导体之间设置有距离，使得导体彼此隔离开。每个子组之间设置有较大的距离。此外，所述距离是在方向t上测得的。类似地，第二组的子组的编号在方向t上从1至N_s增大。

在编号为奇数的子组中的第一导体中流动的电流以及在编号为偶数的子组中的第二导体中流动的电流的参考正方向是沿t增大的方向。在编号为奇数的子组中的第二导体中流动的电流以及在编号为偶数的子组中的第一导体中流动的电流的参考正方向是沿t减小的方向。

第一组的第一导体与第二组的第二导体在互连区处重叠，该互连区包括上互连区和下互连区，在该上互连区处，对于介于1至N_s-1之间的所有i，第一组的子组i与第二子组的子组i+1重叠，在该下互连区处，对于介于1至N_s–1之间的所有i，第二组的子组i与第一组的子组i+1重叠。

互连区允许将第一导体连接至与所述第一导体重叠的第二导体。当阵列被实施为印刷电路板(“PCB”)时，用于实施这种连接的手段在本领域中被称为“过孔”，该过孔是PCB中填充有导电材料的孔，该导电材料将第一表面上的第一导体与第二表面上的在互连区中与第一导体重叠的第二导体进行电接合。在t和v增大的方向上延伸的第一导体可以包括单个直线段、一条曲线、多个直线段、或多条曲线，只要导体的第二末端相对于所述导体的第一末端位于t和v增大的位置处即可。类似的条件适用于第二导体。

阵列可以包括介于所述第一表面与所述第二表面之间的绝缘材料层。

有利地，所述绝缘材料层可以是柔性的。导体阵列可以是柔性的。这可以在第一导体和第二导体足够薄且绝缘材料层为柔性时获得。

在本发明的第一实施例中，阵列通常形成开放路径。曲线可以是开放的曲线，并且阵列包括左互连区和右互连区，在该左互连区处，第一组第一导体的第一子组与第二组第二导体的第一子组重叠，并且在该右互连区处，第一组第一导体的最后一个子组与第二组第二导体的最后一个子组重叠。从上互连区延伸至下互连区的第一导体和第二导体在下文被称为半环形导体。阵列的半环形导体的总数量N_hl等于2*(N_s-2)*Nc。从下互连区或上互连区延伸至左互连区或右互连区/从左互连区或右互连区延伸至下互连区或上互连区的第一导体和第二导体在下文被称为四分之一环形导体。阵列的四分之一环形导体的数量N_ql等于4*N_c。

本发明还提供了一种包括根据本发明的第一实施例的导体阵列的电机绕组，其中，通过一系列多个第一导体和第二导体在互连区处的连接形成N_t个线圈，每个线圈具有多个半环形导体和多个四分之一环形导体。绕组的等效四分之一环形导体的总数量N_eql等于2*N_hl+N_ql。每个线圈具有第一端子和第二端子，以用于向线圈馈送电流或接收来自线圈的电流。根据本发明，线圈的数量N_t是(i)N_hl的除数和N_ql的除数，或者(ii)N_hl+N_ql/2的除数。

当满足条件(i)时，如果N_eql/N_t是4*(N_s-1)的倍数(这意味着线圈的第一端子与所述线圈的第二端子位于同一互连区中，并且线圈穿过第一组导体和第二组导体的所有子组一次或多次，这种线圈在下文被称为“完整线圈”)，并且如果N_t等于N_c，则优选的是，至少一个线圈的第一端子和第二端子处于右互连区或左互连区中，或者至少两个线圈的第一端子和第二端子处于两个不同的互连区中，这意味着在绕组中，排除了所有线圈的第一端子和第二端子处于同一互连中的情况。

当满足条件(i)、但N_eql/N_t不是4*(N_s-1)的倍数(即，线圈不是“完整线圈”)时，这种被排除在外的情况就不适用，并且绕组包括多个N线圈，N为使得N*N_eql/N_t是4*(N_s-1)的倍数的最小整数，所述多个线圈中的第一线圈在第一互连区中具有第一端子，所述多个线圈中的最后一个线圈在所述第一互连区中具有第二端子，所述多个线圈中的线圈的第二端子与所述多个线圈中的一个线圈的第一端子处于同一互连区中。换言之，多个N线圈相当于一个“完整线圈”被切割成相等长度的部分，即，相等数量的等效四分之一环。这种复数的数量为N_t/N，意味着所有可用的第一导体和第二导体都被使用。优选地，这些线圈中的每个线圈从第一端子至第二端子的方向都遵循导体中电流的参考正方向。

当不满足条件i)而满足条件ii)时，

绕组包括Nt/N多个N线圈，N为使得N*N_eql/N_t是4*(N_s-1)的倍数的最小整数，所述多个线圈中的第一线圈在第一互连区中具有第一端子，所述多个线圈中的最后一个线圈在所述第一互连区中具有第二端子，所述多个线圈中的线圈的第二端子与所述多个线圈中的一个线圈的第一端子处于同一互连区中。换言之，多个N线圈相当于一个“完整线圈”被切割成相等长度的部分，即，相等数量的等效四分之一环。

绕组可以用于具有径向场的圆柱形电机。参考表面则为柱面，曲线为圆。电机可以具有包括沿所述曲线的一系列北磁极和南磁极的电感器结构，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。绕组的极数N_s-1可以等于或小于电感器结构的极数。如本领域众所周知的，为了电机的高效工作，第一导体和第二导体的子组之间的距离可以为使得所得绕组的极距与电感器结构的极距一致。

绕组还可以用于圆柱形电机，其中，所述曲线为螺旋形。绕组可以沿所述螺旋形、围绕轴线卷绕多次。电机可以具有包括沿所述曲线的一系列北磁极和南磁极的电感器结构，电感器的极数小于或等于绕组的极数N_s-1，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。如本领域众所周知的，为了电机的高效工作，第一导体和第二导体的子组之间的距离必须为使得所得绕组的极距与电感器结构的极距一致。因此，所述距离必须逐渐增大，使得绕组的极之间的方位距离与电感器结构的极的方位距离一致。

绕组还可以用于线性电机，其中，所述参考表面为平面，并且所述曲线为直线。电机可以具有包括沿所述直线的一系列北磁极和南磁极的电感器结构，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。如本领域众所周知的，为了电机的高效工作，第一导体和第二导体的子组之间的距离必须为使得所得绕组的极距与电感器结构的极距一致。绕组的极数N_s-1可以小于、大于或等于电感器结构的极数。

绕组还可以用于具有轴向场的圆柱形电机。所述参考表面则为平面，所述曲线为圆。电机可以具有包括沿所述曲线的一系列北磁极和南磁极的电感器结构，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。如本领域众所周知的，为了电机的高效工作，第一导体和第二导体的子组之间的距离可以为使得所得绕组的极距与电感器结构的极距一致。绕组的极数N_s-1可以小于或等于电感器结构的极数。

在本发明的第二实施例中，阵列通常形成闭合路径，这意味着第一导体和第二导体的最后一个子组返回至第一导体和第二导体的第一子组。所述曲线为闭合曲线，并且阵列包括附加的上互连区和附加的下互连区，在该上互连区处，第一组第一导体的最后一个导体子组与第二组第二导体的第一导体子组重叠，在该下互连区处，第二组第二导体的最后一个导体子组与第一组第一导体的第一导体子组重叠。子组的数量N_s必须为偶数。阵列的第一导体和第二导体两者的半环形导体的总数量N_hl等于2*N_s*N_c。

本发明还提供了一种包括根据本发明的第二实施例的导体阵列的电机绕组，其中，通过一系列数量为N_hl/N_t的第一导体和第二导体在上互连区和下互连区处的连接形成N_t个线圈，每个线圈具有第一端子和第二端子，N_t为N_hl的除数，N_t为偶数，该电机绕组包括

·如果N_hl/N_t是N_s个线圈的倍数，则为多个线圈，其中，每个线圈的第一端子和第二端子处于同一互连区中；

·如果N_hl/N_t不是N_s的倍数，则为Nt/N多个N线圈，N为使得N*N_hl/N_t是N_s的倍数的最小整数，所述多个线圈中每个线圈的第一线圈在第一互连区中具有第一端子，所述多个线圈中的最后一个线圈在所述第一互连区中具有第二端子，所述多个线圈中的线圈的第二端子与所述多个线圈中的一个线圈的第一端子处于同一互连区中。

绕组可以用于具有轴向场的圆柱形电机。所述参考表面则为平面，所述曲线为圆。电机具有包括沿所述曲线的一系列N_s/2个北磁极和N_s/2个南磁极的电感器结构，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。如本领域众所周知的，为了电机的高效工作，第一导体和第二导体的子组之间的距离必须为使得所得绕组的极距与电感器结构的极距一致。

绕组还可以用于具有径向场的圆柱形电机。所述参考表面则为柱面，并且所述曲线为圆。电机可以具有包括沿所述曲线的一系列N_s/2个北磁极和N_s/2分南磁极的电感器结构，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。如本领域众所周知的，为了电机的高效工作，第一导体和第二导体的子组之间的距离必须为使得所得绕组的极距与电感器结构的极距一致。

本发明还提供一种电机，该电机包括根据本发明的绕组、以及插入式互连模块，该插入式互连模块适于连接至所述N_t个线圈中的每个线圈的第一端子和第二端子，并且包括用于将所述N_t个线圈进行串联或并联连接分组和/或串联与并联连接组合分组的互连、以及用于接入所得组的端子。

优选地，所述插入式互连模块可以包括可控开关和开关控制器，该开关控制器被配置用于控制可控开关以将所述N_t个线圈进行串联或并联连接分组。

在本披露内容的上下文中，整数n的除数(也被称为n的因数)是可以乘以某个整数以产生n的整数m。在这种情况下，还可以说n是m的倍数。如果m为n的除数，则整数n可被另一个整数m整除；这暗示着n除以m没有余数。

附图说明

将通过举例方式并参考附图对本发明的这些和进一步方面进行更详细解释，在附图中：

图1示意性地表示了根据本发明的第一实施例的示例阵列的俯视图。

图2示意性地表示了根据本发明的所述第一实施例的、类似于图1的阵列的示例阵列的俯视图。

图3a示意性地表示了根据本发明的第二实施例的示例阵列的俯视图。

图3b示意性地表示了根据本发明的所述第一实施例的另一示例阵列的俯视图。

图4a示意性地表示了从图2的导体阵列获得的、具有一个完整线圈的绕组。

图4b表示了图4a的绕组的等效电路。

图5a至图5d示意性地表示了从图2的导体阵列获得的、具有两个完整线圈的四个绕组。

图5e表示了图5a至图5d的绕组的等效电路。

图6a至图6c示意性地表示了从图2的导体阵列获得的、具有四个完整线圈的其他三个绕组。

图6d表示了图6a至图6c的绕组的等效电路。

图7a示意性地表示了从图2的导体阵列获得的绕组的另一示例，其中，八个线圈是“不完整线圈”。

图7b表示了图7a的绕组的等效电路。

图8是由图3的阵列制成的绕组在电机中的透视图。

图9是由图1或图2的阵列制成的绕组在电机中的透视图。

图10a、图10b和图10c表示了互连区中的连接。

图11a、图11b和图11c是在互连区的区域中绕组的示意性截面视图。

图12a和图12b表示了根据本发明的绕组与插入式模块相关以获得不同线圈组合。

图13表示了根据本发明的绕组与控制插入式模块相关。

附图既未按比例绘制也不成比例。通常，在附图中，相同的部件由相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1示意性地表示根据本发明的第一实施例的示例导体阵列10的俯视图。参考表面20被表示为点虚线矩形。曲线23被表示为点虚线。在该示例中，曲线23为直线。向量t指示沿曲线23的局部方向。垂直于t的向量v指示第一表面延伸所沿的方向。

第一表面上的第一组30第一导体31被表示为实线。该示例表示了阵列10，其中，第一导体31的六个子组32(N_s＝6)为第一组30导体的一部分。每个子组32都包括四个第一导体31(N_c＝4)，并且阵列总共包括24个第一导体31。第一子组32中连续的第一导体31、31’间隔开一定距离，使得两个连续的第一导体31、31’电性不同，并且使得没有电流可以从一个第一导体流至另一个第一导体。第一导体的连续的第一子组32、32’间隔开较大的距离，使得在连续的子组32之间形成开放的空间。这些较大的距离可以被设计为使得可以在这些空间中提供绕组的更多相，以形成多相绕组。

第二表面上的第二组40第二导体41被表示为虚线。此外，第二导体41的六个子组42(N_s＝6)为第二组40导体的一部分。第二导体41的每个子组42包括四个第二导体41(N_c＝4)，并且阵列总共包括24个第二导体41。适用于第一导体的关于距离的条件同样适用于第二导体。

第一导体31的子组与第二导体41的子组在表示为虚线菱形的互连区中重叠。在图1的实施例中，存在五个上互连区50、五个下互连区51、一个左互连区52、以及一个右互连区53。第一导体31与第二导体41的连接可以在16(通常为N_c²)个重叠点之一中实现。如下文所讨论的，可能在一个互连区中并不是所有这16个重叠点都存在。在图1的实施例中，曲线23为开放曲线，并且导体阵列在下文被限定为“开放路径”阵列。

图2示意性地表示了根据本发明的同一第一“开放路径”实施例的另一示例导体阵列10的俯视图，该阵列类似于图1的阵列，但是其中的子组数量N_s等于五(N_s＝5)。

图3a示意性地表示了根据本发明的第二实施例的、包括偶数个子组的另一示例导体阵列10的俯视图。如所表示的，这里的曲线23为闭合曲线，诸如圆，具有与该圆相切的方向t以及呈径向的方向v。参考表面为包含该圆的平面。在下文，导体阵列被限定为“闭合路径”阵列。

第一组导体30包括顺时针方向上编号从1至8的八个子组32(N_s＝8)。

类似地，第二组导体40包括顺时针方向上编号从1至8的八个子组42。

第一导体的第一子组与第二导体的第二子组在上互连区50中重叠。

第二导体的第一子组与第一导体的第二子组在下互连区51中重叠。

对于i＝2至N_s-1，第一导体的后一子组i与第二导体的子组i+1在上互连区中重叠。

对于i＝2至N_s-1，第二导体的后一子组i与第一导体的子组i+1在下互连区中重叠。

第一导体的最后一个子组与第二导体的第一子组在上互连区50’中重叠，并且第二导体的最后一个子组与第一导体的第一子组在下互连区51’中重叠，从而使导体阵列的路径闭合。

根据同一“闭合路径”实施例的阵列也可以通过将闭合曲线23作为圆并将参考表面作为包围该圆的柱面来获得。如在该示例中，当N_s为偶数时，线圈的数量N_t必然为偶数，因为第一导体的偶数个子组和第二导体的奇数个组与第一导体的奇数个子组和第二导体的偶数个子组形成一个单独的路径。

图3b示意性地表示根据本发明的所述第一实施例的另一示例导体阵列10的俯视图。这里的曲线23为圆，即，闭合曲线，具有与该圆相切的方向t以及呈径向的方向v。参考表面为包含该圆的平面。从这种阵列获得的绕组可以用于具有轴向场的电机。多个这种绕组可以围绕圆的中心布置以形成一个完整的圆，或者子组的数量及其之间的距离可以被设计为使绕组沿圆的360度延伸。

以图2的导体阵列作为示例，现在展示可以如何形成开放路径结构的不同绕组。

在这种情况下，N_eql的值为64。阵列包括从左互连区或右互连区至上互连区或下互连区的、数量为N_ql的四分之一环形导体71，在示出的示例中，四分之一环形导体71的数量为16(通常，N_ql＝4*N_c)。

阵列还包括分别从上互连区或下互连区至下互连区或上互连区的、数量为N_hl的半环形导体70，在示出的示例中，半环形导体70的数量为24(通常，N_hl＝2*(N_s–2)*N_c)。

在上述所讨论的条件i)中，即，当N_t是N_hl的除数和N_ql的除数时，

如果N_hl/N_t是N_s的倍数，

则N_t必须是24(通常为N_hl)的除数以及16(通常为N_ql)的除数。于是，在这种情况下，可能会出现以下N_t的值，值N_eql/N_t给出了一个线圈中等效四分之一环的数量：

N_t	N_eql/N_t	完整线圈	N
				1	64	是
2	32	是
				4	16	是
8	8	否	2

在上述所讨论的条件ii)中，即，当N_t是N_hl+N_ql/2的除数时，N_t必须为32(N_hl+N_ql/2)的除数，并且排除满足条件i)的值。

在这种情况下，可能会出现以下N_t的值：

N_t	N_eql/N_t	完整线圈	N
				16	4	否	4
32	2	否	8

在条件i)和条件ii)两者中，数量N分别为2、4和8(N_t＝8、16和32)的线圈必须在整个互连区按顺序形成。

图4a示意性地表示从图2的导体阵列获得的N_t＝1的绕组。

单个线圈(N_t＝1)是通过以下方式形成的：从连接至第二导体的第一端子91(用白点标记)开始，并且继续从互连区前进至后一互连区，其中，第二导体和第一导体在互连区的标记了黑点的互连处连接。通过像这样前进，在上文所定义的电流的参考正方向上，在每个互连区处选择一个自由导体(即，尚未在线圈中使用的导体)，该自由导体在64个等效四分之一环之后到达线圈的第二端子91’处。所得线圈形成一个四极绕组。该线圈示例是穿过所有子组四次的“完整线圈”。

图4b示出了等效电路。可以通过在“t”方向上使多个这种线圈发生偏移来获得多相绕组。

图5a至图5d示意性地表示从图2的导体阵列获得的N_t＝2的四个不同的示例绕组。在每个示例中，两个线圈是穿过所有子组两次的“完整线圈”，并且形成一个四极绕组。白点标记每个线圈的第一端子。黑点标记第一导体和第二导体在互连区处的互连。

图5e示出了绕组80的等效电路。

图6a至图6c示意性地表示从图2的导体阵列获得的N_t＝4的三个不同的示例绕组。在每个示例中，四个线圈是穿过所有子组一次的“完整线圈”，并且形成一个四极绕组。白点标记每个线圈的第一端子。黑点标记第一导体和第二导体在互连区处的互连。图6d示出了绕组80的等效电路。

图7a示意性地表示由图2的导体阵列形成的N_t＝8(即，八个单独的线圈)的绕组。这些线圈是不完整线圈，因为等效四分之一环的数量为64，每线圈等效四分之一环的数量(N_eql/N_t)等于8并且不是4*(N_s-1)的(即，16的)倍数。第一线圈从具有端子1的互连区开始，继续前进三个半环形导体和两个四分之一环形导体，并在具有端子1’的另一互连区处结束。第二线圈从具有端子2的所述其他互连区开始，继续前进两个四分之一环形导体和三个半环形导体，直至位于同一互连区中的端子2’。第一线圈和第二线圈形成N＝2的多个线圈。这同样适用于线圈3、4，线圈5、6，以及线圈7、8。图6d示出了等效电路。

以图3的导体阵列作为示例，现在展示当N_s为偶数时，可以如何形成闭合路径结构的不同绕组。

在这种情况下，N_hl的值为64。

阵列包括分别从上互连区或下互连区至下互连区或上互连区的、数量为N_hl的半环形导体，在示出的示例中，半环形导体的数量为64(通常，N_hl＝2*N_s*N_c)。线圈的数量N_t必须为64(通常为N_hl)的偶数除数。于是，在这种情况下，可能会出现以下N_t的值，值N_hl/N_t给出了一个线圈中半环的数量：

N_t＝2、4和8时，满足条件i)，即，N_hl/N_t是N_s的倍数。在这种情况下，线圈的第一端子和第二端子处于同一互连区中，即，上互连区或下互连区中。

如果N_hl/N_t不是N_s的倍数，即，当值N_t＝16、32和64时，则数量N分别为2、4和8的线圈必须在整个互连区按顺序形成。

图8是由图3a的阵列制成的绕组在闭合路径实施例中、或由图3b的阵列制成的绕组在开放路径实施例中可以如何与电感器100一起使用的透视图，该电感器具有四个北磁极和四个南磁极，每个磁极产生大致垂直于参考表面20而被定向的一个磁场。磁极沿曲线23设置。为了清楚起见，未在图7上描绘出绕组。

图9是由图1或图2的阵列制成的绕组在开放路径实施例中可以如何与电感器100一起使用的透视图，该电感器具有一个北磁极和一个南磁极，每个磁极产生大致在径向方向上被定向的一个磁场。绕组围绕曲线23卷绕一次或多次。绕组的极之间的距离为使得在每个连续的层中，极的方位距离彼此一致并且与电感器的极的方位距离一致。

图10a、图10b和图10c描绘了第一导体31与第二导体41之间的互连区50中的连接可以如何实施。图10a示出了基本的实施方式，其中，每个第一导体通过由黑点表示的连接而连接至第二导体。在图10b中，不存在导体超出连接点的部分，这降低了绕组的重量和成本。在图10c中，通过提供水平捷径，导体在互连区中进一步缩短，以减小绕组的电阻，而不影响绕组与电感器的磁耦合。

图11a、图11b和图11c是第一导体31与第二导体41之间的互连的不同实施例中互连区的区域中绕组的示意性截面视图。

在图11a的实施例中，绝缘材料层60的第一表面21上的第一导体31连接至绝缘材料层60的第二表面22上的第二导体41。过孔61为贯穿绝缘材料层的孔，其中，导电材料将第一导体31与第二导体41接合。导电材料可以是铆钉、沉积的导电材料、焊接接头。参考表面20由虚线表示。第一表面21和第二表面22与参考表面20相距距离“d”。

在图11b的实施例中，第一导体31和第二导体41是通过3d打印获得的，并且通过与导体一起3d打印的互连部分62进行互连。中间层60可以是空气并且可以保持开放，或者可以在之后的阶段用树脂、或待固化或仍为液体的其他液体来填充。绝缘材料可以被选择用于执行散热功能。

在图11c的实施例中，第一导体31和第二导体41为导电材料条，并且在互连区中进行冲压以形成连接63。

从本发明的导体阵列获得的绕组在设计上具有灵活性，例如，根据应用的需求，形成的各个线圈可以串联或并联连接、或以串联与并联分组的组合方式进行连接。通过在互连区中添加连接，或通过在不同的互连区之间提供连接，可以在导体阵列自身上实施线圈的分组。描述提供了绕组的几何形状的示例，诸如具有径向磁通的圆柱形、具有轴向磁通的圆形、线性。然而，许多其他几何形状可以被设计用于本发明的阵列和绕组，只要第一表面21和第二表面22以及曲线23使得绕组可以与电感器交互即可。

如图12a和图12b表示的，分组还可以通过使用不同于绕组80的插入式互连模块110来进行。这根据应用提供了这样的可能性：使用单一设计的绕组、结合不同的插入式互连模块110。在图12a的示例中，插入式互连模块110形成绕组的四个单独线圈的串联连接。在图12b的示例中，插入式互连模块110形成并联的两组线圈，每两个线圈串联连接。

此外，如图13上表示的，分组可以通过控制插入式模块113来动态地控制，该控制插入式模块包括开关控制器114和可控开关116，从而允许根据所需扭矩来实时改变绕组结构或在电机的启动阶段期间改变连接。

表示根据本发明的绕组的附图描绘了单个相。技术人员了解如何组合在“t”方向上偏移的多个相，以获得多相绕组。当导体已经被表示为在某个方向上延伸的直线时，导体还可以包括大致在所述方向上延伸的多个直线段或者具有弯曲的形状。

Claims (15)

1.一种用于电机绕组(80)的导体阵列(10)，

参考表面(20)包括曲线(23)，所述曲线(23)沿局部方向t延伸，所述参考表面(23)沿垂直于所述方向t的局部方向v延伸，

所述阵列包括：

第一组(30)第一导体(31)，其在平行于所述参考表面(20)的、与所述参考表面(20)相距距离d处的第一表面(21)上延伸，所述距离是在与方向t和v局部垂直的方向u上测得的，这些第一导体(31)在t和v增大的方向上延伸、包括N_s个第一导体(31)的子组(32)，每个子组具有N_c个第一导体(31)，子组(32)中的每个导体(31)之间设置有距离，每个第一导体子组(32)之间设置有较大的距离，所述距离是在方向t上测得的，所述第一组(30)的子组(32)的编号在所述方向t上从1至N_s增大；以及

第二组(40)第二导体(41)，其在平行于所述参考表面的、且与所述表面相距距离-d处的第二表面(22)上延伸，所述距离是在所述方向u上测得的，这些第二导体(41)在t增大且v减小的方向上延伸、包括N_s个第二导体(41)的子组(42)，每个子组具有N_c个第二导体(41)，子组(42)中的每个导体(41)之间设置有距离，每个子组(42)之间设置有较大的距离，所述距离是在方向t上测得的，所述第二组(40)的子组(42)的编号在所述方向t上从1至N_s增大；

所述第一组(30)中的第一导体(31)与所述第二组(40)中的第二导体(41)在互连区处重叠，这些互连区包括：

上互连区(50)，在所述上互连区处，对于介于1至N_s-1之间的所有i，第一组的子组i与第二子组的子组i+1重叠；以及

下互连区(51)，在所述下互连区处，对于介于1至N_s-1之间的所有i，第二子组中的子组i与第一组的子组i+1重叠，互连区(50，51)允许将第一导体(31)连接至与所述第一导体(31)重叠的第二导体(41)。

2.根据权利要求1所述的导体阵列(10)，包括介于所述第一表面(21)与所述第二表面(22)之间的绝缘材料层(60)。

3.根据权利要求2所述的导体阵列(10)，其特征在于，所述绝缘材料层(60)是柔性的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的导体阵列(10)，

进一步包括：左互连区(52)，在所述左互连区处，所述第一组(30)第一导体(31)的第一子组(32)与所述第二组(40)第二导体(41)的第一子组(42)重叠；以及右互连区(53)，在所述右互连区处，所述第一组(30)第一导体(31)的最后一个子组(32)与所述第二组(40)第二导体(41)的最后一个子组(42)重叠，

从上互连区(50)延伸至下互连区(51)的第一导体(31)和第二导体(41)为半环形导体(70)，所述阵列的半环形导体(70)的数量N_hl等于2*(N_s-2)*Nc，

从下互连区(51)或上互连区(50)延伸至左互连区(52)或右互连区(53)的第一导体(31)和第二导体(41)为四分之一环形导体(71)，该阵列(10)的四分之一环形导体(71)的数量N_ql等于4*N_c。

5.一种包括根据权利要求4所述的导体阵列(10)的电机绕组(80)，其中，通过一系列多个第一导体(31)和第二导体(41)在互连区(50，51，52，53)处的连接形成N_t个线圈，每个线圈具有多个半环形导体(70)和多个四分之一环形导体(71)，所述绕组的等效四分之一环形导体的数量N_eql等于2*N_hl+N_ql，

每个线圈具有第一端子(91)和第二端子(91’)，

N t为：

i)N_hl的除数和N_ql的除数，或者

ii)N_hl+N_ql/2的除数，

并且其中，当满足条件i)时，

如果N_eql/N_t是4*(N_s-1)的倍数并且N_t等于N_c，则形成N_t个线圈，

如果N_eql/N_t不是4*(N_s-1)的倍数，则形成多个N线圈，N为使得N*N_eql/N_t是4*(N_s-1)的倍数的最小整数，所述多个线圈中的第一线圈在第一互连区中具有第一端子(91)，所述多个线圈中的最后一个线圈在所述第一互连区中具有第二端子(91’)，所述多个线圈中的线圈的第二端子(91’)与所述多个线圈中的一个线圈的第一端子(91)处于同一互连区中，

并且当不满足条件i)而满足条件ii)时，形成N_t/N多个N线圈，N为使得N*N_eql/N_t是4*(N_s-1)的倍数的最小整数，

多个线圈中的第一线圈在第一互连区中具有第一端子(91)，所述多个线圈中的最后一个线圈在所述第一互连区中具有第二端子(91’)，所述多个线圈中的线圈的第二端子(91’)与所述多个线圈中的一个线圈的第一端子(91)处于同一互连区中。

6.根据权利要求5所述的绕组(80)的用途，其中，所述参考表面(20)为柱面，所述曲线(23)为圆，在具有包括沿所述曲线(23)的一系列北磁极和南磁极的电感器结构(100)的电机中，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。

7.根据权利要求5所述的绕组(80)的用途，其中，所述曲线(23)为螺旋形，在具有包括沿所述曲线(23)的一系列北磁极和南磁极的电感器结构(100)的电机中，所述电感器的极数小于或等于所述绕组的极数N_s-1，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。

8.根据权利要求5所述的绕组(80)的用途，其中，所述参考表面(20)为平面，所述曲线(23)为直线，在具有包括沿所述直线的一系列北磁极和南磁极的电感器结构(100)的电机中，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。

9.根据权利要求5所述的绕组(80)的用途，其中，所述参考表面(20)为柱面，所述曲线(23)为圆，在具有包括沿所述曲线(23)的一系列北极和南磁极的电感器结构(100)的电机中，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的导体阵列(10)，

其中，所述曲线为闭合曲线并且N_s为偶数，

所述阵列进一步包括：

附加的上互连区(50’)，在所述附加的上互连区处，所述第一组(30)第一导体中的导体(31)的最后一个子组(32)与第二组(40)第二导体中的导体(41)的第一子组(42)重叠；以及

以及附加的下互连区(51’)，在所述附加的下互连区处，所述第二组(40)第二导体中的导体的最后一个子组(42)与所述第一组第一导体中的导体的第一子组(32)重叠，

所述阵列的第一导体和第二导体的数量N_hl等于2*N_s*N_c。

11.一种包括根据权利要求10所述的导体阵列(10)的电机绕组(80)，其中，通过一系列数量为N_hl/N_t的第一导体(31)和第二导体(41)在上互连区(50，50’)和下互连区(51，51’)处的连接形成N_t个线圈，每个线圈具有第一端子(91)和第二端子(91’)，N_t为N_hl的除数，该电机绕组包括：

·如果N_hl/N_t是N_s的倍数，则为N_t个线圈，

·如果N_hl/N_t不是N_s的倍数，则为N_t/N多个N线圈，N为使得N*N_hl/N_t是N_s的倍数的最小整数，多个线圈中的第一线圈在第一互连区(50，50’，51，51’)中具有第一端子，所述多个线圈中的最后一个线圈在所述第一互连区中具有第二端子(91’)，所述多个线圈中的线圈的第二端子(91’)与所述多个线圈中的一个线圈的第一端子处于同一互连区中。

12.根据权利要求10所述的绕组(80)的用途，其中，所述参考表面(20)为平面，所述曲线(23)为圆，在具有包括沿所述曲线(23)的一系列N_s个北磁极和南磁极的电感器结构(100)的电机中，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。

13.根据权利要求10所述的绕组(80)的用途，其中，所述参考表面(20)为柱面，所述曲线(23)为圆，在具有包括沿所述曲线(23)的一系列N_s个北磁极和南磁极的电感器结构(100)的电机中，每个磁极大致在局部方向u上产生一个磁场。

14.一种包括根据权利要求5或权利要求11所述的绕组(80)的电机，所述电机包括插入式互连模块(110，112)，所述插入式互连模块适于连接至所述N_t个线圈中的每个线圈的第一端子(91)和第二端子(91’)，并且包括用于将所述N_t个线圈进行串联或并联连接分组和/或串联与并联连接组合分组的互连、以及用于接入所述所得组的端子。

15.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述插入式互连模块(112)包括：

可控开关(116)；以及

开关控制器(114)，所述开关控制器被配置用于控制所述可控开关(116)以对所述N_t个线圈进行串联或并联连接分组。

Images