[发明专利]用于电机的电压平衡绕组模式及组装这种绕组的方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及电机的定子，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。

背景技术

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。US 2014/0125187 A1、US 2013/0154428 A1和 US 2013/0187510 A1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。US 2014/0145540 A1 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。