CN109088490A - 具有不均匀导体的定子组件 - Google Patents

Abstract

一种定子组件，该定子组件包括多个定子槽，该多个定子槽包括限定槽轴线的第一定子槽。多个导体至少部分地定位在第一定子槽中并且形成绕组套。该组件的特征在于不均匀的导体长度和绕组套的线圈组的串联和并联连接的组合。该绕组套包括具有串联连接的导体的至少一个线圈组和具有并联连接的导体的至少一个线圈组。导体的至少一个沿着槽轴线延伸第一导体长度，且导体的至少另一个沿着槽轴线延伸第二导体长度。第一导体长度不同于第二导体长度。该组件导致减小绕组交流损失，增强电机转矩以及增加匝数选项。

Description

具有不均匀导体的定子组件

引言

本发明总地涉及一种定子组件，并且更具体地说涉及定子组件中的导体的构造。电动机器通常包括定子和转子，该定子具有多个定子绕组，且该转子能在定子内旋转。在发电机模式中，转子的旋转在定子绕组中感应出电压，这对外部负载供电，例如对电池组充电。替代地，如果电流通过定子绕组，则励磁线圈可致使转子旋转，且机器会作为电动机执行。定子组件的匝数由于各种原因受限制。附加地，该组件可产生绕组交流损失。

发明内容

定子组件包括多个定子槽，包括限定槽轴线的第一定子槽。多个导体(下文称为“导体”)至少部分地定位在第一定子槽中并且形成绕组套。该组件的特征在于不均匀的导体长度和绕组套的线圈组的串联和并联连接的组合。绕组套包括具有串联连接的导体的至少一个线圈组和具有并联连接的导体的至少一个线圈组。导体的至少一个沿着槽轴线延伸第一导体长度，且导体的至少另一个沿着槽轴线延伸第二导体长度。第一导体长度不同于第二导体长度。该组件导致减小绕组交流损失，增强电机转矩以及增加匝数选项。

多个导体可包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八导体。在第一实施例中，第一、第二、第三、第四导体各自沿着槽轴线延伸第一导体长度，而第五、第六、第七和第八导体各自沿着槽轴线延伸第二导体长度。在第二(和第四)实施例中，第一至第六导体各自沿着槽轴线延伸第一导体长度，且第七和第八导体各自沿着槽轴线延伸第二导体长度。在第三实施例中，第一至第四导体各自延伸第一导体长度，第五和第六导体各自延伸第二导体长度，且第七和第八导体各自延伸第三导体长度。第三导体长度不同于第一和第二导体长度。

绕组套包括第一线圈组和第二线圈组，该第一线圈组具有串联连接的第一和第二导体，且该第二线圈组具有串联连接的第三和第四导体。在第一实施例中，绕组套进一步包括第三线圈组和第四线圈组，该第三线圈组具有并联连接的第五和第六导体，且该第四线圈组具有并联连接的第七和第八导体。在第二和第三实施例中，绕组套包括第三线圈组和第四线圈组，该第三线圈组具有串联连接的第五和第六导体，且该第四线圈组具有并联连接的第七和第八导体。在第四实施例中，绕组套包括第三线圈组和第四线圈组，该第三线圈组具有并联连接的第五和第六导体，且该第四线圈组具有并联连接的第七和第八导体。

该组件可包括不均匀的定子槽，该定子槽在槽开口附近缩窄，从而导致降低的齿饱和程度。该组件可包括第一定子槽，该第一定子槽邻近于第一定子齿定位。第一定子槽具有第一槽部分和第二槽部分，以使得第二槽部分相对于第一槽部分径向地向外。第一槽部分限定第一槽宽度，该第一槽宽度基本上垂直于槽轴线。第二槽部分可限定第二槽宽度，该第二槽宽度基本上垂直于槽轴线，以使得第一槽宽度小于第二槽宽度。

第一定子槽可具有第三槽部分，该第三槽部分相对于第二槽部分径向地向外定位，以使得第三草部分限定第三槽宽度，该第三槽宽度基本上垂直于槽轴线。第二槽宽度可小于第三槽宽度。

当结合附图时，从用于执行本发明的最佳模式的以下详细描述中，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点显而易见。

附图说明

图1是根据第一实施例的定子组件的示意部分剖视图；

图2是用于图1所示组件的电气连接的示意图；

图3是用于图2中示出的电气连接的示例绕组布置；

图4是根据第二实施例的定子组件的示意部分剖视图；

图5是用于图4所示组件的电气连接的示意图；

图6是根据第三实施例的定子组件的示意部分剖视图；

图7是用于图6所示组件的电气连接的示意图；

图8是根据第四实施例的定子组件的示意部分剖视图；以及

图9是用于图8所示组件的电气连接的示意图；

图10是用于图9中示出的电气连接的示例绕组布置。

具体实施方式

参照附图，其中类似的附图标记指代整个若干视图中的相同或类似部件，图1是定子组件10的一部分的示意剖视图，该定子组件可以是电动机器12的一部分。机器12可包括这样的装置，该装置构造成例如通过将电能转换成旋转运动来产生电动机器转矩。机器12可构造成接收来自诸如电池阵列(未示出)的电源的电能，以产生旋转运动。机器12可进一步构造成在设有机械能量(例如发动机的机械能量(转矩))时产生电能。

参照图1，机器12包括转子14，该转子能绕纵向轴线(未示出，延伸出图1中的纸页)相对于组件10并且在该组件内旋转。转子14可以是环形的。在一个示例中，转子14包括多个转子槽16，这些转子槽的一部分或者整体填充有永磁体18。转子14可包括但不限于内部永磁体、表面永磁体、感应、同步、磁阻或分别激励/绕场转子。

参照图1，组件10包括多个定子槽20，这些定子槽远离定子芯部22延伸。参照图1，多个定子槽20(下文省略“多个”)包括第一定子槽24、第二定子槽26、第三定子槽28、第四定子槽30、第五定子槽32以及第六定子槽34。定子槽20可沿着纵向轴线纵长地延伸，并且可周向地彼此均匀隔开。虽然在实施例中示出的是，定子槽20是部分打开的槽，但定子槽20也可以是闭合的或完全打开的槽。每个定子槽20均限定相应的槽轴线。例如，第一定子槽24限定槽轴线SA。应理解的是，组件10可包括适合于手头应用的任何数量的槽或磁极。

参照图1，组件10包括发夹或导体38，该发夹或导体构造成允许电流从定子槽20的一个中的相应第一支腿流动至定子槽20的另一个中的相应第二支腿。导体38可包括基本上矩形横截面。可采用其它横截面形状。应理解的是，图1中示出的导体38仅仅是示意性的，且并不意指表示本领域技术人员所理解的导体38的比例或特定形状。定子槽衬垫(未示出)可***到定子槽20内，以使得导体38与定子芯部22并且彼此电气地隔离。

定位在第一定子槽24和第二定子槽26中的导体38至少部分地形成绕组套40。图2是用于绕组套40的电气连接的示意示例。在一个实施例中，绕组套40限定三个相同相位的一个。在另一个实施例中，绕组套40限定五个相同相位的一个。机器12并不限于三个或五个相位机器，且相位的数量可与本文描述的相位不同。

如上所述，组件10的特征在于不均匀的导体长度和绕组套40的线圈组的串联和并联连接的组合。参照图1，导体38的至少一个限定第一导体长度41(沿着槽轴线SA)，且导体38的至少另一个限定第二导体长度43(沿着槽轴线SA)。第一导体长度41不同于第二导体长度43。在组件10中提供不均匀的导体允许附加的匝数选项。

参照图1，第一定子槽24分别包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八导体C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18。在图1中示出的第一实施例中，第一、第二、第三、第四导体C11、C12、C13、C14各自沿着槽轴线SA延伸第一导体长度41，而第五、第六、第七和第八导体C15、C16、C17、C18各自沿着槽轴线SA延伸第二导体长度43。

参照图2，绕组套40包括第一线圈组42、第二线圈组44、第三线圈组46以及第四线圈组48。绕组套40包括具有串联连接的导体38的至少一个线圈组和具有并联连接的导体38的至少一个线圈组。组件10的此种构造通过提供附加的匝数选项导致减小绕组交流损失，允许针对目标需求定制电机转矩速度性能。参照图1-2，第一线圈组42具有串联连接的第一和第二导体C11、C12，从而产生8匝(C11连接于C12，但在下个磁极中的另一个槽中，而非同一槽中)。第二线圈组44具有串联连接的第三和第四导体C13、C14，从而产生8匝。第三线圈组46具有在一组两个并联分支中连接的第五和第六导体C15、C16，从而产生4匝。第四线圈组48具有在一组两个并联分支中连接的第七和第八导体C17、C18，从而产生4匝。因此，在该实施例中，总匝数是24。绕组套40可包括具有类似构造的第五线圈组50、第六线圈组52、第七线圈组54以及第八线圈组56。在该实施例中，第一线圈组42串联地(参见图2-3中的连接W)连接于第二线圈组44。第二线圈组44串联地(参见图2-3中的连接X)连接于第三线圈组46。第三线圈组46(具有并联连接的第五和第六导体C15、C16)串联地连接于(参见图2-3中的连接Y)第四线圈组48(具有并联连接的第七和第八导体C17、C18)。替代地，第三线圈组46和第四线圈组48可组合以具有两个并联分支(参见图2中的连接Z)，以使得第五导体C15和第七导体C17形成两个并联分支的一个，且第六导体C16和第八导体C18形成两个并联分支的另一个。

图3是与图2中示出的电气连接相对应的用于绕组套40的示例绕组布置的示意图。虽然图3示出总数是48个定子槽，但应理解的是，槽的数量可改变。槽标号在右侧由字母“S”括起来(以使得标号1至48指代每个定子槽)，且附图的右侧裹绕在附图的左侧之上或者与之结合。图3示出第一至第八导体层L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆、L₇和L₈。虽然图3中的绕组布置针对单个相示出，但针对其它相的布置是类似的。图3中的字母“A_L”和“A_N”分别指代相A引线和相A中性连接。如本领域技术人员所理解的是，可作出替代构造，例如不具有公用中性或三角形连接的“Y”构造。

在图4-5中示出第二实施例。参照图4，定子组件110包括导体138，这些导体定位在第一和第二定子槽124、126中并且形成绕组套140。组件110的特征在于不均匀的导体长度和绕组套140的线圈组的串联和并联连接的组合。参照图4，第一至第六导体C111、C112、C113、C114、C115、C116各自沿着槽轴线SA延伸第一导体长度141。第七和第八导体C117、C118各自沿着槽轴线SA延伸第二导体长度143。

参照图5，绕组套140包括第一线圈组142、第二线圈组144、第三线圈组146以及第四线圈组148。绕组套140包括具有串联连接的导体138的至少一个线圈组和具有并联连接的导体138的至少一个线圈组。参照图4-5，第一线圈组142具有串联连接的第一和第二导体C111、C112(C111连接于C112，但在另一槽中，而非在同一槽中)，以产生8匝。第二线圈组144具有串联连接的第三和第四导体C113、C114，从而产生8匝。第三线圈组146具有串联连接的第五和第六导体C115、C116，以产生8匝。第四线圈组148具有在一组两个并联分支中连接的第七和第八导体C117、C118，从而产生4匝。因此，在第二实施例中，总匝数是28。绕组套140可包括具有类似构造的第五线圈组150、第六线圈组152、第七线圈组154以及第八线圈组156。

在图6-7中示出第三实施例。参照图6，定子组件210包括导体238，这些导体定位在第一和第二定子槽224、226中并且形成绕组套240。组件210的特征在于不均匀的导体长度和绕组套240的线圈组的串联和并联连接的组合。参照图6，第一至第四导体C211、C212、C213、C214各自沿着槽轴线SA延伸第一导体长度241。第五和第六导体C215、C216各自沿着槽轴线SA延伸第二导体长度243。第七和第八导体C217、C218各自沿着槽轴线SA延伸第三导体长度245。第三导体长度245不同于第一和第二导体长度241、243。导体238可同样具有不同的宽度。

参照图7，绕组套240包括第一线圈组242、第二线圈组244、第三线圈组246以及第四线圈组248。绕组套240包括具有串联连接的导体238的至少一个线圈组和具有并联连接的导体238的至少一个线圈组。参照图6-7，第一线圈组242具有串联连接的第一和第二导体C211、C212，以产生8匝。第二线圈组244具有串联连接的第三和第四导体C213、C214，从而产生8匝。第三线圈组246具有在一组两个并联分支中连接的第五和第六导体C215、C216，从而产生4匝。第四线圈组248具有在一组四个并联分支中连接的第七和第八导体C217、C218，从而产生2匝。因此，在第三实施例中，总匝数是22。绕组套240可包括具有类似构造的第五线圈组250、第六线圈组252、第七线圈组254以及第八线圈组256。

在图8-9中示出第四实施例。参照图8，定子组件310包括导体338，这些导体定位在第一和第二定子槽324、326中并且形成绕组套340。组件310的特征在于不均匀的导体长度和绕组套340的线圈组的串联和并联连接的组合。参照图8，第一至第六导体C311、C312、C313、C314、C315、C316各自沿着槽轴线SA延伸第一导体长度341。第七和第八导体C317、C318各自沿着槽轴线SA延伸第二导体长度343。

参照图9，绕组套340包括第一线圈组342、第二线圈组344、第三线圈组346以及第四线圈组348。绕组套340包括具有串联连接的导体338的至少一个线圈组和具有并联连接的导体338的至少一个线圈组。参照图9，第一线圈组342具有串联连接的第一和第二导体C311、C312。第二线圈组344具有串联连接的第三和第四导体C313、C314。第三线圈组346具有串联连接的第五和第六导体C315、C316，以构成8匝。第四线圈组348具有在一组四个并联分支中连接的第七和第八导体C317、C318，从而产生2匝。因此，在该实施例中，总匝数是26。绕组套340可包括具有类似构造的第五线圈组350、第六线圈组352、第七线圈组354以及第八线圈组356。

参照图10，针对单个相，示出用于图9所示电气连接的示例绕组布置。标号1至48指代每个定子槽，且附图的右侧裹绕在附图的左侧之上或者与之结合。图10示出第一至第八导体层L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆、L₇和L₈。图10中的字母“A_L”和“A_N”分别指代相A引线和相A中性连接。如上所述，第四线圈组348具有在一组四个并联分支中连接的第七和第八导体C317、C318，从而产生2匝。参照图10，线圈组348中的部分360和部分362各自示出正形成的两匝。这些部分360和362的每个具有并联的两个两匝线圈。在部分360中形成两匝之后，中性引线AN构成如箭头366所示离开(如图10中所示，大约围绕机器12半程)，且部分362中示出的下个两匝开始。在部分362中形成两匝之后，中性引线AN构造成如箭头364所示离开(与图3中的部分60和62相比)。

虽然图10示出总数是48个定子槽，但应理解的是，槽的数量可改变。槽标号在右侧由字母“S”括起来(以使得标号1至48指代每个定子槽)，且附图的右侧裹绕在附图的左侧之上或者与之结合。如本领域技术人员所理解的是，可作出替代的构造。

参照图6和8，组件210、310可包括不均匀的定子槽。参照图6，组件210包括第一定子齿225，该第一定子齿邻近于第一定子槽224和第二定子槽226定位并且定位在第一定子槽和第二定子槽之间。参照图8，组件310包括第一定子齿325，该第一定子齿邻近于第一定子槽324和第二定子槽326定位并且定位在第一定子槽和第二定子槽之间。第一定子槽224、324在槽开口附近缩窄。这提供如下技术优点：加宽槽开口附近的齿，并且降低槽饱和程度。

参照图6，第一定子槽224具有第一槽部分251、第二槽部分253和第三槽部分255，以分别限定第一槽宽度257、第二槽宽度259和第三槽宽度261。这些槽宽度基本上垂直于槽轴线SA。第二槽部分253相对于第一槽部分251径向地向外，且第三槽部分255相对于第二槽部分253径向地向外。第一槽宽度257大于第二槽宽度259，且第二槽宽度259大于第三槽宽度261。

参照图8，第一定子槽324具有第一槽部分351和第二槽部分353，以分别限定第一槽宽度357和第二槽宽度359，各个槽宽度基本上垂直于槽轴线SA。第二槽部分353相对于第一槽部分351径向地向外。第一槽宽度357大于第二槽宽度359。

导体和定子槽的尺寸可针对每个特定应用而按需求来选择。这些数值可通过使用本领域中采用的有限元分析模拟工具或其它建模方法执行的优化过程来得出。例如，可基于如下构造来选择导体长度和宽度：这些构造最大程度地减小转矩波动，同时维持可接受的转矩输出。

详细描述和附图或视图是对本发明的支持和描述，但本发明的范围仅仅由权利要求所限定。虽然已详细地描述了用于执行所要求的本发明的其中一些最佳模式和其它实施例，但存在用于实践限定在所附权利要求中的本发明的各种替代设计和实施例。此外，视图中示出的实施例或者本说明书中提及的各个实施例的特征并非必须理解为彼此独立的实施例，而是，在实施例的其中一个示例中描述的每个特征能与来自其它实施例的一个或多个其它期望特征相组合，从而产生并未用词语或者通过参照附图描述的其它实施例。因此，这些其它实施例落在所附权利要求的范围框架内。

Claims (10)

1.一种定子组件，包括：

多个定子槽，所述多个定子槽包括限定槽轴线的第一定子槽；

多个导体，所述多个导体至少部分地定位在所述第一定子槽中并且形成绕组套；

其中，所述绕组套包括具有串联连接的多个导体的至少一个线圈组和具有并联连接的多个导体的至少一个线圈组；以及

其中，所述多个导体的至少一个沿着所述槽轴线延伸第一导体长度，且所述多个导体的至少另一个沿着所述槽轴线延伸第二导体长度，所述第一导体长度不同于所述第二导体长度。

2.根据权利要求1所述的定子组件，其中：

所述多个导体包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八导体；

所述第一、第二、第三、第四导体各自沿着所述槽轴线延伸所述第一导体长度；以及

所述第五、第六、第七和第八导体各自沿着所述槽轴线延伸所述第二导体长度。

3.根据权利要求2所述的定子组件，其中，所述绕组套包括：

第一线圈组，所述第一线圈组具有串联连接的所述第一和第二导体；

第二线圈组，所述第二线圈组具有串联连接的所述第三和第四导体；

第三线圈组，所述第三线圈组具有并联连接的所述第五和第六导体；以及

第四线圈组，所述第四线圈组具有并联连接的所述第七和第八导体。

4.根据权利要求2所述的定子组件，其中，所述绕组套包括：

第一线圈组，所述第一线圈组具有串联连接的所述第一和第二导体；

第二线圈组，所述第二线圈组具有串联连接的所述第三和第四导体；

第三线圈组和第四线圈组，所述第三线圈组具有所述第五和第六导体，且所述第四线圈组具有所述第七和第八导体；

其中，所述第三线圈组和第四线圈组组合以具有两个并联分支，以使得所述第五导体和所述第七导体形成两个并联分支中的一个，且所述第六导体和所述第八导体形成两个并联分支中的另一个。

5.根据权利要求1所述的定子组件，其中：

所述多个导体包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八导体；

所述第一至第六导体各自沿着所述槽轴线延伸所述第一导体长度；以及

所述第七和第八导体各自沿着所述槽轴线延伸所述第二导体长度。

6.根据权利要求4所述的定子组件，其中，所述绕组套包括：

第一线圈组，所述第一线圈组具有串联连接的所述第一和第二导体；

第二线圈组，所述第二线圈组具有串联连接的所述第三和第四导体；

第三线圈组，所述第三线圈组具有串联连接的所述第五和第六导体；以及

第四线圈组，所述第四线圈组具有并联连接的所述第七和第八导体。

7.根据权利要求1所述的定子组件，其中：

所述多个导体包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八导体；

所述第一至第四导体各自沿着所述槽轴线延伸所述第一导体长度；

所述第五和第六导体各自沿着所述槽轴线延伸所述第二导体长度；以及

所述第七和第八导体各自沿着所述槽轴线延伸第三导体长度，且所述第三导体长度不同于所述第一和第二导体长度。

8.根据权利要求7所述的定子组件，其中，所述绕组套包括：

第一线圈组，所述第一线圈组具有串联连接的所述第一和第二导体；

第二线圈组，所述第二线圈组具有串联连接的所述第三和第四导体；

第三线圈组，所述第三线圈组具有并联连接的所述第五和第六导体；以及

第四线圈组，所述第四线圈组具有并联连接的所述第七和第八导体。

9.根据权利要求1所述的定子组件，其中：

所述第一定子槽具有第一槽部分和第二槽部分，以使得所述第二槽部分相对于所述第一槽部分径向地向外；

所述第一槽部分限定第一槽宽度，所述第一槽宽度基本上垂直于所述槽轴线；以及

所述第二槽部分限定第二槽宽度，所述第二槽宽度基本上垂直于所述槽轴线，且所述第一槽宽度小于所述第二槽宽度。

10.一种定子组件，包括：

多个定子槽，所述多个定子槽包括限定槽轴线的第一定子槽；

多个导体，所述多个导体至少部分地定位在所述第一定子槽中并且形成绕组套；

其中，所述绕组套包括具有串联连接的多个导体的至少一个线圈组和具有并联连接的多个导体的至少一个线圈组；以及

中性引线，所述中性引线操作地连接于所述多个导体并且构造成在大约围绕所述机器半程之后离开。