线圈结构制造技术

本发明专利技术公开线圈结构，用于电动机的定子，电动机具有被配置为围绕轴线旋转的转子。线圈结构包括被配置为提供线圈的导体；线圈包括围绕定子的磁芯的一个或多个线圈匝，以在使用时在磁芯中感应磁通量。导体包括一个或多个第一部分，包括相互并联的多个子导体；和一个或多个与一个或多个第一部分串联耦合的第二部分。其中一个或多个第二部分中的每一个都包括单个子导体或者较少数量的并联子导体；并且至少一个线圈包括一个或多个第一部分中的一个第一部分、以及一个或多个第二部分中的一个第二部分。第一部分和第二部分之间的过渡发生在磁芯的两个轴向外端。本发明专利技术提供了铜区域的最佳使用，这是为了在机器的整个工作频率范围内提供尽可能低的电阻，并提供了一种制造在宽频率范围内有效的电动机和变压器的方法。范围内有效的电动机和变压器的方法。范围内有效的电动机和变压器的方法。

【技术实现步骤摘要】
线圈结构


[0001]本专利技术涉及线圈结构，例如电动机的定子绕组。

技术介绍

[0002]典型的同步电动机包括固定的定子，其具有磁耦合到转子并围绕转子的线圈绕组。通常，这样的电动机由三相交流电供电，该三相交流电同步切换定子中电磁铁的极性以产生扭矩。
[0003]在高交流频率的电磁机器中，高交流频率在电气绕组中产生的损耗比使用直流电流或低频电流运行时相同绕组中的损耗高几个数量级。这种电磁机器和电感绕组通常用利兹线(Litz wire)绕制。利兹线是一束较小的导体，带有多股较细的电线，每根导体相互绝缘，并以某种方式扭绞，以最大限度地减少由于频率增加而导致的电阻增加。由于与相同外径的实心导体相比，多根导体或多股线的总铜面积较小，因此利兹线的直流电阻高于同等尺寸的单根导体。然而，随着频率的增加，由于交流效应降低，利兹线的电阻不会迅速增加。在高于几kHz的电频率下，利兹线将提供更有效的导体。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于电磁装置的线圈结构，该线圈结构包括导体，该导体被配置为提供线圈，该线圈包括围绕磁芯的一个或多个线圈匝，以在使用时在磁芯中感应出磁通量。该导体包括一个或多个第一部分，该第一部分包括多个并联的子导体，以及一个或多个与第一部分串联耦合的第二部分，其中该第二部分或每个第二部分包括单个子导体或较少数量的并联的子导体。因此，导体可以从在线圈的一部分中具有多个子导体的利兹线变为在另一部分中的单个子导体。子导体数量之间的这种变化可以配置为即使在线圈的单匝中也可发生，以提高性能。也就是说，每个线圈匝可以包括一个或多个第一部分中的第一部分、以及一个或多个第二部分中的第二部分。
[0005]上述的线圈结构可被配置为用于电动机的定子，该电动机具有被配置为绕轴线旋转的转子。至少一个线圈匝可以包括一个或多个第一部分的一个第一部分和一个或多个第二部分的一个第二部分，其中第一部分和第二部分之间的过渡基本上发生在磁芯的两个轴向外端。通常情况下，第一部分沿定子的磁芯轴向排列，而当它在磁芯的任何一端退出槽的时候，过渡到第二部分(例如，单一子导体)。因此，在本实施方案中，导体的第一部分位于定子的有源区，而导体的第二部分，即构成线圈的端部绕组，位于有源区之外。
[0006]该第一部分或每个第一部分的多个子导体可以包括2到10个范围内的多个子导体。令人惊讶的是，已经发现相对少量的并联子导体提供了良好的结果。
[0007]优选地，第一部分或每个第一部分的子导体彼此缠绕(例如，它们具有螺旋形状)。通常，子导体围绕垂直于导体横截面轮廓的轴线(假想线)扭转。轴线通常位于横截面轮廓的中心点和横截面轮廓的外边缘之间，并且可以居中或偏心。该第一部分或每个第一部分的多个子导体优选地被扭绞以提供每个子导体的一个或多个完整旋转。这允许每个子导体
具有基本相等的磁场暴露。在实施例中，还可以具有接近整数的匝数。例如，每个子导体可以包括一整个匝的90％到100％之间，或一个或多个整圈和最多10％的额外匝。该第一部分或每个第一部分的子导体可以编织在一起。
[0008]导体可以被配置为通过单个子导体耦合第一和第二部分。线圈结构可以包括多个所述导体以提供对应的多个线圈(例如，电动机的每个定子槽具有一个线圈)。
[0009]根据本公开的第二方面，提供了一种电磁装置，包括根据上述第一方面的线圈结构。电磁装置包括第一和第二磁芯，在磁芯(例如电动机的定子磁芯和转子磁芯)之间具有气隙。对于该线圈或每个线圈，该线圈匝或每个线圈匝围绕第一磁芯布置，使得导体的该第一部分或每个第一部分比导体的该第二部分或每个第二部分更靠近气隙。
[0010]有利地，对于该线圈或每个线圈而言，导体可以布置成使得当电磁装置在使用中时，导体的该第一部分或每个第一部分经历比该第二部分或每个第二部分更强的磁场。
[0011]电磁装置可以是具有包括所述第一磁芯和所述线圈结构的定子、和包括所述第二磁芯的转子的电动机。多个线圈被配置为提供电动机的多个相绕组。例如，线圈可以与其他线圈串联和/或并联，以提供三相绕组。每个线圈匝可以包括第一部分和第二部分，其中第一部分位于定子的与气隙相邻的槽中，并且第二部分在该槽的外部提供返回路径(例如，用于提供环形线圈结构)。或者，线圈可以缠绕在定子齿上，使得导体的第一部分位于两个相邻定子槽中的气隙附近，第二部分位于相同的两个定子槽中，但距离气隙更远，和/或定位在定子槽之间的顶部和底部(端部绕组)，此时交流效应可能较低。相邻定子槽中的第一部分然后可以通过单个子导体(即，在两个定子槽之间的顶部和底部上的非利兹线)连接。
[0012]根据本公开的第三方面，提供了一种形成用于电磁装置并且包括一个或多个线圈的线圈结构的方法。该方法包括形成大致U形的部分、形成顶部、以及将顶部固定到大致U形的部分，以为该线圈或每个线圈提供连续导体，该连续导体提供一个或多个线圈匝。当零件固定在一起时，线圈匝就完成了。该方法可以用于形成上述根据第一方面的线圈结构。
[0013]形成大致U形部分的所述步骤可以包括通过增材制造形成U形部分，并且可选地形成顶部。例如，U形部分和顶部可以分别进行3D打印，然后固定在一起。
[0014]或者，形成大致U形导体部分和可选地顶部的所述步骤可以包括铸造其中一个或多个部分。例如，可以通过增材制造形成模具。将部件固定在一起的步骤可以包括键合、焊接或软焊。
[0015]该方法还可以包括在固定顶部之前将磁芯(例如定子芯)插入到大致U形的部分中。
[0016]根据本公开的第四方面，提供了一种形成根据第一方面的线圈结构的方法。该方法包括通过增材制造形成该导体或每个导体，以及在该导体或每个导体的部分与其子导体之间形成绝缘结构，其中该绝缘结构在增材制造期间为该导体或每个导体提供支撑。例如，导体和绝缘结构可以通过双材料3D打印工艺形成。该方法还可以包括在形成导体期间将磁芯插入线圈结构中。
[0017]根据本公开的第五方面，提供了一种存储设计文件的计算机可读存储介质，该设计文件表示根据第一方面的线圈结构的几何布置或形状。
[0018]根据本公开的第六方面，提供了一种包括计算机可执行指令的计算机程序，所述计算机可执行指令在由处理器执行时使处理器控制增材制造设备以制造根据第一方面的
线圈结构。
[0019]根据本公开的第七方面，提供了一种通过增材制造制造装置的方法。该方法包括获得表示根据第一方面的线圈结构的几何形状的电子文件，以及控制增材制造设备在一个或多个增材制造步骤中根据电子文件中指定的几何形状制造线圈结构。
[0020]根据本公开的第八方面，提供了一种用于电动机的定子的线圈结构，该电动机具有被配置为围绕轴线旋转的转子。该线圈结构包括被配置为提供线圈的导体；该线圈包括围绕定子的磁芯的一个或多个线圈匝，以在使用时在磁芯中感应磁通量。该导体包括一个或多个第一部分，其包括相互并联的多个子导体；和一个或多个与一个或多个第一部分串联耦合的第二部分。其中一个或多个第二部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电动机的定子的线圈结构，该电动机具有被配置为围绕轴线旋转的转子，所述线圈结构包括被配置为提供线圈的导体；该线圈包括围绕所述定子的磁芯的一个或多个线圈匝，以在使用时在所述磁芯中感应磁通量，该导体包括：一个或多个第一部分，其包括相互并联的多个子导体；和一个或多个与所述一个或多个第一部分串联耦合的第二部分；其中所述一个或多个第二部分中的每一个都包括单个子导体或者较少数量的并联子导体；并且其中至少一个所述线圈包括所述一个或多个第一部分中的一个所述第一部分、以及所述一个或多个第二部分中的一个所述第二部分；所述第一部分和所述第二部分之间的过渡发生在所述磁芯的两个轴向外端。2.根据权利要求1所述的线圈结构，其中，所述一个或多个第一部分中的每一个的所述多个子导体，包括2个至10个范围内的多个子导体。3.根据权利要求1或2所述的线圈结构，其中，所述一个或多个第一部分中的每一个的子导体彼此缠绕。4.根据权利要求3所述的线圈结构，其中，所述一个或多个第一部分中的每一个的所述多个子导体被扭绞以提供每个子导体的一个或多个完整旋转。5.根据权利要求1所述的线圈结构，其中所述导体被配置为通过单个子导体耦合所述第一部分和所述第二部分。6.根据权利要求1所述的线圈结构，包括多个所述导体，以提供对应的多个线圈。7.一种电动机，包括根据前述权利要求中任一项所述的线圈结构，其中所述电动机包括定子的磁芯以及转子的磁芯，并且这两个磁芯之间具有气隙；所述线圈结构包括一个或多个导体，其中每一个所述导体都被配置为提供线圈，并且对于所述一个或多个导体的线圈而言，一个或多个线圈匝中的每一个围绕所述定子的所述磁芯布置，使得所述导体的一个或多个第一部分中的每一个，比所述导体的一个或多个第二部分中的至少一个更靠近所述气隙。8.根据权利要求7所述的电动机，其中，对于所述线圈而言，所述导体被布置成使得在使用中，所述导体的一个或多个第一部分中的每一个，在所述电动机的使用过程中，经历比所述一个或多个第二部分中的每一个更强的磁场。9.根据权利要求8所述的电动机，其中所述线圈结构包括多个导体以提供多个线圈，所述多个线圈被配置为提供多个相绕组。...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德，
申请(专利权)人：泰克尼莱克有限公司，
类型：发明
国别省市：