具有更均匀的场利用率的螺旋形绕组制造技术

本发明专利技术涉及一种用于交流电机(1)的定子(3)，其具有磁极数p，‑其中定子(3)具有中心轴线A，‑其中定子(3)具有带有多个导体匝(13j)的定子绕组(4)，‑其中各个导体匝(13j)被分组为总共n个电绕组相线(u，v，w)，‑其中一个绕组相线的导体匝(13j)分别具有至少一个第一导体支路(23a)和至少一个第二导体支路(23b)，‑其中所述导体支路(23a，23b)围绕中心轴线(A)螺旋形地布置在其长度的主要部分(l)上，‑其中所述螺旋形布置的导体支路(23a，23b)分别具有螺距h，所述螺距h大于螺旋形导体支路(13j)的轴向长度l与极数p的乘积。此外本发明专利技术还涉及一种具有这种定子(3)的电机(1)。

Helical Winding with More Uniform Field Utilization Rate

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有更均匀的场利用率的螺旋形绕组
本专利技术涉及一种用于具有磁极数p的交流电机的定子，其中定子具有带有多个导体匝的定子绕组，所述导体匝分别至少在局部区段中螺旋形地延伸。此外，本专利技术涉及一种具有这种定子的电机。
技术介绍
已知定子绕组，其中导体匝关于定子的中心轴线螺旋式布置。这种绕组被称为螺旋形绕组或倾斜绕组。使用这种绕组类型尤其对于实现电机的特别高的功率密度是有利的，例如在用于车辆的驱动中的应用需要的那样。正好在用于飞机时，实现高的功率密度是优先的发展目标。特别有利地，考虑到高的功率密度，结合超导转子使用螺旋形的定子绕组。如此构建的机器例如在JamesL.Kirtley，1995年的文章“Air-corearmatureshape：Acomparisonofhelicalandstraight-with-end-turnswindings”ElectricMachinesandPowerSystems，23：263-278中进行了描述。传统电机的定子绕组通常被构建为直的绕组，其中对于电感应有效的导体支路相对于机器的中心轴线平行地延伸。然后，这些直的部段在其轴向端部区域中通过所谓的绕组端部连接，其中通过绕组端部将单个匝的直的部段在沿圆周方向桥接。这种传统几何形状的缺点在于，一方面这些绕组端部相对于定子的总重量占有大的重量份额，并且另一方面这些绕组端部难以冷却并且难以制造。绕组端部还具有大的空间要求，这在整体上增加了电机的结构体积。因此，为了实现具有高功率密度的机器，通常有利的的是尽可能小地构造绕组端部或者在理想情况下完全省去绕组端部。这通过使用螺旋形的绕组来实现，如在上面所引用的出版物中所描述的。在那里描述的定子绕组具有两个径向嵌套的绕组层，其中内绕组层和外绕组层中的螺旋形匝的旋转方向不同。通过连接单个内导体部段和外导体部段可以获得更上位或者高级的、关联的线环，在这些线环中可以进行电感应。当如在所述出版物中所描述的，待连接的上导体部段和下导体部段在轴向端部区域中分别在相同的圆周位置处接触，则可以完全省去传统的绕组端部。然后，通过在端部区域中设置的连接件来桥接仅仅上层与下层之间的径向距离。因此，连接件可以非常短并且因此可以节省空间和重量地设计。而不再需要具有在沿圆周方向的空间延展的传统绕组端部。所描述的定子绕组被分成三个独立的绕组相线，每个绕组相线配属于一个相，使得电机可以以传统的三相交流电流运行。然而，所描述的螺旋形定子绕组的缺点在于，场利用率要小于具有直的、基本上轴向延伸的定子绕组的传统电机的场利用率。尤其在轴向端部区域中，常规的螺旋形定子绕组的场利用率特别低。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种克服上述缺点的、具有螺旋形绕组的定子。特别是提供一种定子，其中，场利用率相比于已知的螺旋形绕组更均匀和/或更高。要解决的另一个技术问题是提供一种具有如此改进的定子的电机。这些技术问题通过权利要求1中描述的定子和权利要求10中描述的电机解决。根据本专利技术的定子设计用于具有磁极数p的交流电机并且具有中心轴线A。定子具有带有多个导体匝的定子绕组，所述导体匝被分组为总共n个电的绕组相线，其中绕组相线的导体匝分别具有至少一个第一和至少一个第二导体支路。这些导体支路在其长度的主要部分上围绕中心轴线A螺旋形地布置。这些螺旋形的导体支路分别具有螺距h，该螺距h大于螺旋形导体支路的轴向长度l与极数p的乘积。因此，定子被设计为用于在p极的磁场中感应电压。为此，定子绕组的布置可以特别具有相对于定子的中心轴线基本上p/2重的旋转对称性。螺旋形导体支路相对于定子的中心轴线倾斜地延伸。换言之，即一种螺旋形的绕组，其德语中也被称为斜绕组。在此，单个绕组特别是位于一个或多个共同的圆柱周面上，圆柱周面的圆柱体轴也是定子的中心轴线。在此，不同的导体支路可以分布在多个相互嵌套的圆柱周面上。因此，在螺旋形的部段中，导体匝特别是没有径向分量。单个绕组相线被设计为，使得每个绕组相线配属于一个电气的相。换言之，在配属于它们的导体匝中流动着相对于其他绕组相线相移的交流电流。对于根据本专利技术的设计方案，导体匝在在导体匝的长度的大部分上螺旋形地延伸是足够的。这特别地可以是定子的对于所有匝共同的轴向部段。这特别地可以是轴向内部的部段。因此不应排除在确定的子区域中，尤其是在轴向端部区域中导体匝的走向具有不同于螺旋形的形状。在定子绕组的设计为螺旋形的纵向截面中，相应绕组相线的单个导体支路可以并排地，即在沿圆周方向错移确定的角度地布置在共同的圆柱周面上。特别地，这些导体支路可以均匀地分布在该圆柱周面上，从而形成多头的或者多线的螺旋。特别地，给定的导体匝的第一和第二导体支路可分别具有电流的不同的轴向的方向分量。以这种方式，可以由两个或更多个这样的导体支路来构成具有环形电流的线圈的导体匝。在此，螺旋的所述螺距根据通常的几何定义应被理解为螺旋的一整圈所需的轴向长度。所述轴向长度l是螺旋形定子绕组的有效长度，即绕组的区域的长度，在该区域上螺旋地引导导体支路。在基本上完全螺旋形的绕组走向的情况中，l、即换言之绕组的轴向长度要减去为连接导体支路所需的端部区域的长度。根据本专利技术的设计方案的本质优点在于，螺距大于轴向长度l与极数p的乘积。如果螺距h恰好与乘积l*p一致，则定子绕组可以设计为，使得彼此待连接的导体支路在沿圆周方向恰好接触。在这种情况下，沿圆周方向就没有必须桥接的沿圆周方向的间隙。因此，这种沿圆周方向没有错移的设计在传统的螺旋绕组中实现沿圆周方向。如果螺距大于轴向长度l与极数p的乘积，则通常电斜度角γ小于180°，这点在下面结合实施例阐明。然而，在根据本专利技术的定子中，螺距应大于乘积l*p。在此，单个导体支路相对于中心轴线A的斜度因此小于传统设计，并且设置用于连接单个螺旋形导体支路的连接导体可以适宜地被设计为，使得这些连接导体能够桥接待连接的导体支路之间的在沿圆周方向的间隙。在这种情况下，连接件因此可以具有径向的组件或者分量和沿圆周方向的组件或者分量。通常，导体支路的减小的斜度和待连接的导体端部之间的错移的优点在于，通过该措施增加了定子绕组的场利用率。特别地，由此增加了在定子绕组的轴向端部区域中的场利用率，因为给定的定子匝的去线和回线(即第一和第二导体支路)之间的面积在端部区域中变得更大了。通过减小的斜度，因此在端部区域中实现了一种场利用率，其不会下降至约为零，并且整体上更接近直的定子绕组的场利用率。在此，螺旋形绕组的基本优点同时发挥作用，尤其是消除了昂贵且难以冷却的绕组端部并且与此相关地增加了功率密度。根据本专利技术的电机具有根据本专利技术的定子。适宜地，这种机器附加地具有用于产生旋转磁场的转子。类似于根据本专利技术的定子的所述优点得到电机的优点。根据从属于权利要求1和10的权利要求以及以下描述得到本专利技术的有利设计方案和改进设计。在此，定子和电机的所述设计方案通常可以有利地相互组合。特别有利地，定子绕组在轴向端部区域中具有第一导体支路与第二导体支路之间的导电连接导体。特别地，这些连接导体具有径向的方向分量和沿圆周方向的方向分量。因此，借助连接导体可以桥接螺旋形导体支路之间的、在周向上存在的错移，并且可以通过导体支路之间的电连接实现具有至少一个并且优选地多个环形导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于交流电机(1)的定子(3)，所述交流电机(1)具有磁极数p，‑其中，所述定子(3)具有中心轴线A，‑其中，所述定子(3)具有带有多个导体匝(13j)的定子绕组(4)，‑其中，所述各个导体匝(13j)被分组为总共n个电绕组相线(u，v，w)，‑其中，一个绕组相线的导体匝(13j)分别具有至少一个第一导体支路(23a)和至少一个第二导体支路(23b)，‑其中，所述导体支路(23a，23b)在其长度的主要部分(l)上围绕所述中心轴线(A)螺旋形地布置，‑并且其中，所述螺旋形布置的导体支路(23a，23b)分别具有螺距h，所述螺距h大于螺旋形导体支路(13j)的轴向长度l与极数p的乘积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.14 DE 102016220040.21.一种用于交流电机(1)的定子(3)，所述交流电机(1)具有磁极数p，-其中，所述定子(3)具有中心轴线A，-其中，所述定子(3)具有带有多个导体匝(13j)的定子绕组(4)，-其中，所述各个导体匝(13j)被分组为总共n个电绕组相线(u，v，w)，-其中，一个绕组相线的导体匝(13j)分别具有至少一个第一导体支路(23a)和至少一个第二导体支路(23b)，-其中，所述导体支路(23a，23b)在其长度的主要部分(l)上围绕所述中心轴线(A)螺旋形地布置，-并且其中，所述螺旋形布置的导体支路(23a，23b)分别具有螺距h，所述螺距h大于螺旋形导体支路(13j)的轴向长度l与极数p的乘积。2.根据权利要求1所述的定子(3)，-其中，所述定子绕组(4)在轴向端部区域(17)中具有在第一导体支路(23a)与第二导体支路(23b)之间的导电的连接导体(19)，-其中，所述连接导体(19)具有径向的方向分量和沿圆周方向的方向分量。3.根据权利要求2所述的定子(3)，-其中，所述导电的连接导体(19)被设计为，使得针对每个绕组相线(u，v，w)产生至少一个上位的线圈装置(21)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的定子(3)，其中，所述定子绕组(4)具有数量为i的导体匝(13j)，其中，i与极数p与绕组相线数n的乘积一致或者与极数p与绕组相线数n的乘积的一半一致。5.根据权利要求4所述的定子(3)，-其中，i个导体匝中的每个导体匝具有第一导体支路(23a)和第二导体支路(24a)，-并且其中，所述螺距h选定为，使得相应导体支路(23a，23b)在其轴向长度l上螺旋形地旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：M弗兰克，J格伦德曼，M赫兰兹格拉西亚，W尼克，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE