專利名稱：具有轉(zhuǎn)置繞組層的電機定子的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及電機定子，并且更特別地涉及定子鐵芯極對的多層繞組結(jié)構(gòu)和用于形成和連接該繞組層的技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著改進的電子控制系統(tǒng)和便攜式電源，作為內(nèi)燃機可行的替代或附件的用于車輛的高效電動機驅(qū)動的研發(fā)，已吸引了越來越多的注意。例如，兩個與本發(fā)明一起轉(zhuǎn)讓的授予Maslov等的美國專利6,492,756和授予Maslov等的美國專利6,617,746描述了如下的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過最小的功率消耗提供高扭矩輸出能力，這特別適合于電動車輛推進。電磁鐵用作構(gòu)造成定子環(huán)孔的隔離的導磁結(jié)構(gòu)。在事實上沒有磁通損失或關于其它電磁部件的有害的變壓干涉效應的情形下，電磁組的隔離允許磁芯組中磁通的單獨集中。從該分段電磁結(jié)構(gòu)獲得操作優(yōu)點。當極對繞組的通電被切換時，單獨極對與其它極組的磁路隔離消除了對鄰近組的磁通變壓效應。
電力牽引系統(tǒng)需要來自低電壓推進裝置的高扭矩。通過使電池數(shù)目最少并去掉另外高電壓保護需要的額外絕緣，低電壓限制滿足節(jié)約空間的需求。為了從低電壓源產(chǎn)生高扭矩，需要通過電機繞組引出高電流。該繞組必須粗以提供高電流容量。使用粗的單股線形成定子繞組典型地引起無法接受的高頻率表面效應損失。為了減小這種損失，習慣使用成束的(in a bundle)多股細線以提供需要的線圈粗度。在減小表面效應損失的同時各股可分擔電流負載。這種線束即通常所說的“承擔線(wires in hand)”。
在示意圖1中示出了用于形成成束多股定子繞組的傳統(tǒng)自動化技術(shù)。示例了四承擔線(wires in hand)過程。各線股10由單獨的線卷軸12提供。所有的股同時供應給線捆束機，其將股組合成四承擔線的單束16。然后該束纏繞在定子組件20的每個定子極18上。操作員圍繞緩慢旋轉(zhuǎn)的定子組件引導粗線束。多個缺點可歸因于該技術(shù)。由于每股需要線卷軸，所以必須容納增加的股數(shù)的繞組系統(tǒng)變得復雜。在保持繞線機所需的高張力同時在定子上彎曲粗線束是困難的。隨著粗度的增加，“溝槽占空因數(shù)”減小，該“溝槽占空因數(shù)”是對于繞組占據(jù)的槽體積量的測量。這些因素嚴重地限制了在傳統(tǒng)繞組結(jié)構(gòu)中可成束的股數(shù)。
因此存在對于粗定子繞組的需求，該粗定子繞組利用均勻的電感和電阻特性能夠提供最大的溝槽占空因數(shù)。需要將提供如下繞組的繞組技術(shù)對繞組粗度沒有固有限制，并且在最小的復雜性情形下能提供合適的彎曲。

發(fā)明內(nèi)容
通過在極對的每個定子極上連續(xù)地形成多個單層線股，本發(fā)明至少在部分上滿足上述需求。不同于在定子上纏繞單根粗線或許多成束線的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明形成許多繞組層，各繞組層由相同的較細線材規(guī)格構(gòu)成。繞組層單獨地形成在極對的每個極上。第一層直接放置在極上而每個連續(xù)層裝配在最后的先前層之上。極對中的一個極的每層與極對其它極的層串聯(lián)連接，以獲得在數(shù)字上等于層數(shù)的數(shù)量的單獨串聯(lián)線圈。由于層距離各極的距離增加，這些層的電感和電阻特性彼此不同，來自極對中的一個極的層以與其它極對不同的順序連接到相應的層。優(yōu)選地，進行層之間連接的換位，其中由一個極形成的第一層連接到其它極的最后層等等。因此平衡了電感和電阻特性。并聯(lián)連接用于極對的所有串聯(lián)連接。繞組具有粗線的特性，即其中多個繞組層電路分擔高電流載荷，同時便利利用相對小的線材規(guī)格的線的繞組的形成。該細線分層形式提供大溝槽占空因數(shù)。
本發(fā)明特別有利的是電機具有多個極對段，每個極對段具有如上所述連接的多繞組層。這種彼此間隔開并鐵磁隔離的極對段提供高扭矩和高效操作的好處。
通過以下的詳細描述，對于那些本領域的技術(shù)人員，本發(fā)明其它的優(yōu)點將變得顯而易見，其中簡單地通過實現(xiàn)本發(fā)明的期望最優(yōu)模式，僅僅示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。如將意識到的那樣，本發(fā)明能夠有其它并且不同的實施例，并且其多個細節(jié)能在各種明顯的方面改進，而不會脫離本發(fā)明。因此，實質(zhì)上將附圖和描述認為是例證性的，而非限制性的。


在附圖的圖形中，通過實例而非通過限制示出本發(fā)明，并且附圖中相同的參考數(shù)字指示相似的元件，在附圖中圖1是用于形成成束多股定子繞組的傳統(tǒng)自動化技術(shù)的示意圖。
圖2a至2d是根據(jù)本發(fā)明的多個繞組層的形成的示意圖。
圖3是如在圖2a至2d中所示形成的繞組層的互連的示意圖。
具體實施例方式
圖2a至2d描述了在極對段的定子極22上的四繞組層的形成。四層的選擇僅僅作為本發(fā)明層數(shù)的代表，因為層數(shù)能夠根據(jù)各種因素調(diào)整，包括電流負荷需求、特定的線材規(guī)格、線圈匝數(shù)以及極結(jié)構(gòu)。在圖2a中，繞組層形成在極22上。形成繞組的線具有較低的線材規(guī)格并且從未示出的線卷軸供應。當線的彎曲不困難時可利用傳統(tǒng)設計的較低張力繞線機。在圖2b中，第二繞組層26形成在第一繞組24之上。來自于相同卷軸的線由相同的繞線機使用。當使用相同線源的單股來形成兩層時，可獲得高的溝槽占空因數(shù)。分別如圖22c和22d所示，以相似的形式，繞組層28和30形成在先前層之上。從線圈繞組機器看，因為每層作為來自于相同卷軸供給的單股，能夠形成的層數(shù)沒有限制。
如參考圖2a至2d所描述的那樣，圖3的簡化示意圖描述了極22以及極對段的其它極22a。以如參考繞組層24、26、28和30的形成所描述的相同形式，繞組層24a、26a、28a和30a形成在極22a上。在優(yōu)選實施例中，每個繞組層具有相同數(shù)量的繞組匝數(shù)。因為層的平均繞組長度從底層到頂層增加，層的電阻和電感也將自底到頂增加。為了避免由層內(nèi)的隨機串聯(lián)或并聯(lián)連接產(chǎn)生的層間電流，極22和22a的層通過層換位彼此串聯(lián)連接。換句話說，極22的層24連接到極22a的層30a，極22的層26連接到極22a的層28a，極22的層28連接到極22a的層26a，和極22的層30連接到極22a的層24a。對在虛線框32中所示的內(nèi)層端子進行連接。作為層換位的結(jié)果，包含來自每個極的層的四個串聯(lián)電路關于它們的電阻和電感特性平衡。串聯(lián)電路在它們的外端子處并聯(lián)連接。
如在上述Maslov等的專利中所示，圖3的定子電磁極對結(jié)構(gòu)優(yōu)選地是圍繞氣隙分布的多個定子段中的一個。每段可對應于多相電機控制系統(tǒng)中的一個相，每個電磁極對從單獨受控供給供應。或者，多相控制系統(tǒng)的每相可供應多個電磁鐵。
正如能夠意識到的那樣，在避免成束線的限制的同時，已經(jīng)提供了大大簡化的繞組技術(shù)。平衡層連接的多線股分擔電流負載而無明顯的繞組間電流。該優(yōu)選示出的實施例已預見用于利用分段電磁結(jié)構(gòu)的應用。但是，預期到，當應用于連續(xù)凸極定子鐵芯時，相同的分層繞組和連接技術(shù)提供相同的優(yōu)點。
在本公開中，僅僅示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例以及其通用性的僅僅少數(shù)實例。要理解本發(fā)明能夠在各種其它組合和環(huán)境下使用，并且能夠在在此表達的獨創(chuàng)性概念的范圍內(nèi)改變和修改。例如，替代單根粗線或成束線的多層細線材規(guī)格的提供，能夠應用于利于在開槽定子鐵芯上裝配繞組。如早先討論的那樣，本發(fā)明還可應用于除四以外的數(shù)量的極繞組層，使得能夠適應變化的負載需求和線材規(guī)格。還應該意識到盡管上文已經(jīng)時論在每層中的線圈匝數(shù)相等，但這些層可調(diào)整以具有不同的數(shù)目，或者在相同極的層之間或者在極對的兩個極上的層之間具有不同數(shù)目。
權(quán)利要求
1.纏繞具有至少一個極對的電機的定子鐵芯的方法，所述方法包括的步驟為在極對段的每個極上以連續(xù)順序形成預定數(shù)目的卷繞線股單獨層；和將所述極對中的第一極的每個所述層與所述極對的第二極的層串聯(lián)連接，以在極對上獲得在數(shù)量上等于所述預定數(shù)目的單獨串聯(lián)線圈連接，其中在每個串聯(lián)線圈連接中的層形成的順序彼此不同。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中電機定子包括彼此間隔開并鐵磁隔離的多個極對段，以及所述形成和連接的步驟被應用于所述多個極對段中的每一個。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成步驟包括將第一層直接裝配在極上和將每個連續(xù)層裝配在最后的先前層之上，并且所述連接步驟包括將形成在所述極對的每個極上的第一層連接到形成在另一極上的最后層，以獲得層連接換位。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，包括并聯(lián)連接所述極對的所有串聯(lián)連接的額外步驟。
5.電機定子包括芯，該芯具有一對極；多個線圈層，該多個線圈層纏繞在所述芯的每個極上，所述層圍繞所述極在適當?shù)奈恢眠B續(xù)地彼此覆蓋，所述第一極的層以與所述相應的層圍繞所述極的布置的相反順序連接到所述第二極的層。
6.如權(quán)利要求5所述的電機定子，其中每個極上的層數(shù)相同并且形成單獨串聯(lián)電路的所述連接層在數(shù)字上與層數(shù)相等。
7.如權(quán)利要求6所述的電機定子，其中兩極的多個繞組層中的每一個包括相同數(shù)量的線圈匝數(shù)。
8.如權(quán)利要求6所述的電機定子，其中所述每個串聯(lián)電路包括來自于每個極的層并且該每個串聯(lián)電路并聯(lián)連接。
9.電機定子，其包括多個極對，每對具有多個如權(quán)利要求5所述構(gòu)造并連接的線圈層。
10.如權(quán)利要求9所述的電機定子，其中所述多個極對中的每一個包括鐵磁芯段，該鐵磁芯段與所述其它各極對鐵磁地隔離。
全文摘要
電機設置有多層繞組定子鐵芯結(jié)構(gòu)。線股的多個單獨層連續(xù)地形成在極對的各定子極上。各繞組層由相同的較細線材規(guī)格構(gòu)成。第一層直接放置在極上而各連續(xù)層裝配在先前的最后層頂上。極對中的一個極的各層與極對其它極的層串聯(lián)連接，以獲得單獨串聯(lián)線圈的數(shù)目在數(shù)字上等于層數(shù)。由于當層從各極距離增加時層的電感和電阻特性彼此不同，從極對中的一個極的層以與其它極對不同的順序連接到相應的層。
文檔編號H02K3/18GK1989677SQ200580024835
公開日2007年6月27日 申請日期2005年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月20日
發(fā)明者齊亞·拉赫曼 申請人:波峰實驗室責任有限公司