用于电机的具有最小连接数量的电压平衡绕组模式以及用于组装这种绕组的方法技术

一种用于具有大量极对的电机的定子的电压平衡绕组被分布在所述定子的若干圆周分段和若干径向层上。所述绕组由至少两个相位组成，并且所述绕组的每个相位包括多个导线分段，每个扇区中的每个层一个导线分段。每个导线分段包括以定子的轴向方向排列的多个直导线以及将所述直导线部分连接至波状模式的多个端部绕组。所述电压平衡绕组的特征在于，所述多个导线分段被划分为串联导线分段的支路，其中每个支路包括从D个不同分段d和D个不同层j所选择的至少D个导线分段，而使得(j+d)mod D等于预定数字，其中D是圆周分段的数量。至少其中j1+d1＝j2+d2的层j1和扇区d1的第一导线分段以及层j2和扇区d2的第二导线分段被整体形成为不间断导线分段。

Voltage balanced winding mode with minimum connection number for motor and method for assembling such winding.

A voltage balancing winding for a stator with a large number of pole pairs is distributed on a number of circumferential segments and a number of radial layers of the stator. The winding is composed of at least two phases, and each phase of the winding comprises a plurality of conductor segments, each layer of each sector is divided by one conductor. Each conductor segment includes a plurality of straight wires arranged in the axial direction of the stator and a plurality of end windings connected with the straight wire part to the wavy mode. The characteristic of the voltage balance winding is that the plurality of wires is divided into a branch section of a series wire segment, in which each branch consists of at least D wires selected from D different segments D and D different layers of J, making (j+d) mod D equal to a predetermined number, and the D is the number of circumference segments. At least the layer J1 of the j1+d1 = j2+d2 and the first lead segment of sector D1 and the second conductor segment of the layer J2 and sector D2 are integrated into an uninterrupted conductor segment.

【技术实现步骤摘要】
用于电机的具有最小连接数量的电压平衡绕组模式以及用于组装这种绕组的方法
本专利技术涉及电机的定子，尤其涉及用于具有多个相位绕组的定子的绕组模式，以及相应的制造方法。
技术介绍
在现代牵引应用中所使用的电机的定子必须在机器的气隙中表现出电流到磁通量的高效转化。电机的定子中的损失包括铁芯中的损失以及绕组中的损失。在高扭矩电机中，后者通常是显性的并且因此需要特别关注。通过具有高填充因数和其它细节的创新性的绕组技术，绕组中的损失得以减少。高扭矩、高极对机器中通常使用的绕组拓扑群组之一是波状绕组拓扑。所述绕组在多个槽上以圆周方向展开，其中端部绕组位于每个轴向侧上。在每个槽中，线缆在径向层中均匀部署，通常每一层内有一跟线缆。这些绕组确保了高效率以及优异的散热性能，但线缆的实心横截面和高频率却放大了不利影响。电机的绕组可以由一个或多个支路组成，所述支路在一个相位内并联，以便增加用于电流传送的铜的横截面以及以便具有与电力电子和能量存储规范兼容的正确电压水平。如果上述支路并未全部以磁性等同的方式位于槽中，则它们的电感会有差异。高极对机器中的电感差异的主要来源在于所述支路相对于其它支路的槽层位置。在极对数少于10的的传统电机中，这种效应并不严重，因为与电机磁性定子-转子气隙相比，较大的槽宽度尺寸使得槽漏泄并不大。但是随着极对数量的增长，槽宽度也减小并且槽漏磁通量变得与横穿定子-转子气隙的通量相当。在这种情况下，每个支路的槽层位置的问题就很严重并且必须要解决以便防止循环电流在支路间流动。这些电流导致效率降低、控制问题，而且还使得绕组随时间发生过热以及绝缘退化。这种也被称作电压失衡的问题在波状绕组中甚至更为重要，这是因为绕组中的层仅在少量不同层中相互堆叠，这使得槽中的不同线缆具有明显不同的电感。在消除波状绕组中的电压失衡时，同样非常重要的是使用尽可能少量的不间断导线分段以及在策略上定义支路的末端位置以避免冗长、昂贵且在热力方面存在问题的连接线或线束。具有连接数量少在降低定子生产时间和成本以及提高生产可靠性的方面也具有关键性优势。通过在绕组的层间形成连接，波状绕组中的平行导线的电压失衡得以解决，以平衡绕组的感应电压和电阻。螺旋型的波状绕组要求以受限方式进行交织绕组层，这借助于将正确层连接在一起以接近平衡的平行支路。US2014/0125187A1、US2013/0154428A1和US2013/0187510A1中所给出的解决方案基于螺旋绕组拓扑以解决上述问题。然而，它们仅提供了有关如何实现具有波状绕组的电压平衡绕组的总体指导，而并未提供如何实现具有最小连接数量的电压平衡绕组的技术方案。而这正是电机性能的一个非常重要的方面。伪螺旋绕组是波状绕组的一种类型，其中具有相同相位的相邻导线在圆周方向跨其长度互相向上或向下叠放。针对同一相位的相邻导线，槽中的有源部分向上或向下互相叠放。针对同一相位的相邻导线，绕组突出部分，其也被称为端部绕组，向上或向下互相叠放。伪螺旋绕组的关键方面在于其非交织拓扑结构。它允许逐一地插入导线。不要求同时插入更多的导线。US2014/0145540A1中公开了伪螺旋绕组的示例。针对完全非交织绕组的替代方案也是一种解决方案，其中多个导线首先以交织方式进行缠绕，但是随后它们作为导线组而以非交织方式进行定位。还出现了有趣的绕组策略选项，其针对交织或非交织绕组类型要求且允许完全或接近完全平衡的平行支路电感。然而，在这种情况下，该解决方案也未能实现连接数量的减少。在其中线缆并未交织的伪螺旋绕组的范围内，尚未提出一种绕组的完全平衡的平行支路的设计方案。
技术实现思路
本专利技术涉及到波状绕组拓扑，其中导线是线缆直径基本上接近于槽宽度的实心铜线。在这种情况下，槽中放置导线的层是感应电压和支路电阻的失衡的主要原因。本专利技术的关键方面在于，提供一种确保在连接线数量和长度最小的情况下以等同的方式在所有层中表示所有并联支路的设计。此外，并联的支路在电机的不同圆周分段中同样以等同的方式进行表示。如将在本文随后所给出的，通过正确地识别个体不间断导线分段的长度和它们相对于分段末端的圆周位置以及径向位置的放置(也被称作层数量)以及与其它正确选择的不间断导线分段的连接，可以实现这一点。这里，术语“不间断导线分段”是指连续、整体的一条线缆或其它导线类型，诸如线束或线盘或者另一种导线形状。不间断导线分段具有开头和末端，而它们之间没有任何连接部件。每个不间断导线分段可以具有至少三个直分段，所述直分段位于属于相同相位的相邻的槽之间。绕组的圆周方向在一个不间断导线分段内是恒定的。正确连接且定位的不间断导线分段形成平行支路，从电压平衡的角度来看，所述平行支路完全或接近完全地等同于所有并联并且由利用相同策略定位且连接的其它不间断导线分段所形成的其它支路。本专利技术还能够与例如在US2014/0145540A1中所公开的伪螺旋波状绕组拓扑一起使用。伪螺旋波状绕组是一种具体类型的波状绕组，其中某个不间断导线的每个端部绕组被叠放在相邻的不间断导线的端部绕组上方。其实现方式为：处于给定径向层以及在给定轴向侧的第一不间断导线的端部绕组始终与位于相同径向层和轴向侧中的相邻的第二不间断导线以统一的方式交叉，所述统一的方式即始终交叉或始终处于下方。本专利技术的绕组装配通过将不间断导线分段叠放到定子铁芯上来实现。所述分段可以被逐一插入而无需一次性插入多个分段，但是并不要求如此。为了得到所预期的电压平衡绕组，必须要遵循一套规则。在q-相位定子中，相同长度的q个不间断导线分段被顺序插入，在相同的预定方向中与先前分段具有一定子槽的偏移量。在以下描述中，将仅对第一相位线缆的位置进行描述，因为其它q-1个相位按照相同的定位规则被给出。如果槽的总数为q*Ns，则在描述定位时将考虑第一相位的Ns个槽。一个相位的槽也围绕定子堆叠的整个圆周等同地间隔开来。本专利技术提供了一种具有电压平衡绕组的定子。所述定子包括以预定间隔在圆周方向进行排列的多个槽。所述定子绕组由至少两个相位组成。每个相位由多个电导线形成。导线被定位在定子铁芯的槽中。所述电导线形成波状绕组。电导线被定位在J个径向层中。J至少为2。在圆周位置，电导线被定位在D个圆周分段中。D至少为2。每个定子绕组相位由并行电连接的VD个支路组成，其中VD至少为2。VD也可以被选择为使得J是VD的整数倍，包括J＝VD。每个支路由串连的不间断导线分段组成。每个不间断导线分段占据同一相位的至少三个相邻的槽。至少一个不间断导线分段占据至少两个不同层和两个不同圆周分段的位置。本专利技术的第一实施例也被称作基本模式。用于将不间断导线分段定位到J个径向层和D个圆周分段之中的基本模式由以下规则所定义。每相位的不间断导线分段的典型数量为J+D-1。不间断导线分段由连续数字来标识。不间断导线分段向各个径向层和圆周分段的分配以如下方式来确定。令j为表示径向层位置1至J的整数而d则是表示圆周分段位置1至D的整数。圆周分段通常在圆周长度上是相等或相似的。第j层和第d圆周分段中的不间断导线分段的识别编号被计算为j+d-1。换句话说，给定相位的不间断导线分段要被部署在定子上而使得径向层j和圆周分段d包含具有识别编号j+d-1的不间断导线分段。如果我们绘制出按照它们在不同径向层j和不同圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于具有大量极对的电机的定子的电压平衡绕组，所述定子包括以预定间隔在定子的圆周方向排列的多个槽，所述绕组是在定子的圆周方向的D个圆周分段以及定子的径向方向的J个径向层上分布的波状绕组，D是大于1的整数，J是大于或等于D的整数，所述绕组由至少两个相位组成，绕组的每个相位包括：多个导线分段，每个扇区中的每个层一个导线分段，每个所述导线分段包括以定子的轴向方向排列的多个直导线以及将所述直导线部分连接至波状模式的多个端部绕组，每个直导线分段被容纳在一个槽中，其特征在于多个导线分段被划分为串联导线分段的支路，其中每个支路包括从D个不同分段d和D个不同层j所选择的至少D个导线分段，而使得(j+d)mod D等于预定数字，其中至少j1+d1＝j2+d2的层j1和扇区d1的第一导线分段以及层j2和扇区d2的第二导线分段被整体形成为不间断导线分段。

【技术特征摘要】
2016.12.22 DE 102016226123.11.一种用于具有大量极对的电机的定子的电压平衡绕组，所述定子包括以预定间隔在定子的圆周方向排列的多个槽，所述绕组是在定子的圆周方向的D个圆周分段以及定子的径向方向的J个径向层上分布的波状绕组，D是大于1的整数，J是大于或等于D的整数，所述绕组由至少两个相位组成，绕组的每个相位包括：多个导线分段，每个扇区中的每个层一个导线分段，每个所述导线分段包括以定子的轴向方向排列的多个直导线以及将所述直导线部分连接至波状模式的多个端部绕组，每个直导线分段被容纳在一个槽中，其特征在于多个导线分段被划分为串联导线分段的支路，其中每个支路包括从D个不同分段d和D个不同层j所选择的至少D个导线分段，而使得(j+d)modD等于预定数字，其中至少j1+d1＝j2+d2的层j1和扇区d1的第一导线分段以及层j2和扇区d2的第二导线分段被整体形成为不间断导线分段。2.根据权利要求1所述的电压平衡绕组，其中从层j和分段d所选择而使得j和d之和等于预定数字的所有导线分段被整体形成为不间断导线分段。3.根据权利要求1所述的电压平衡绕组，其中所有串联导线分段被整体形成为不间断导线分段。4.根据之前任一项权利要求所述的电压平衡绕组，其中所有导线分段的电连接被部署在定子的一个轴向侧面上。5.根据之前任一项权利要求所述的电压平衡绕组，其中导线分段被部署在槽中而使得连接一对槽的第一径向层中的两个直导线部分的第一端部绕组和连接同一对槽的与第一径向层相邻的第二径向层中的另两个直导线部分的第二端部绕组被部署在定子的相对轴向侧面上。6.根据之前任一项权利要求所述的电压平衡绕组，其中支路的第一导线分段和相同支路的第二导线分段通过将第一导线分段的末端和第二导线分段的末端电连接而被串连，所述第一导线分段的末端和所述第二导线分段的末端位于相邻的容纳相同相位的直导线部分的槽中，或者被偶数数量的容纳相同相位的直导线部分的槽所分隔开来。7.根据之前任一项权利要求所述的电压平衡绕组，其中第一支路的第三导线分段和第一支路以外的第二支路的第四导线分段通过将第三导线分段的末端和第四导线分段的末端电连接而被串连，所述第三导线分段的末端和所述第四导线分段的末端被奇数数...

【专利技术属性】
技术研发人员：哥拉兹德·兰姆皮驰，哥拉兹德·哥托瓦兹，马汀·斯托伊尼克，
申请(专利权)人：依拉菲推进技术有限公司，
类型：发明
国别省市：斯洛文尼亚,SI