用于电机的定子、电机以及制造方法

本发明是基于申请日为2016年7月21日、申请号为201680051159.3、发明名称为“用于电机的定子、电机以及制造方法”的中国专利申请(PCT国际申请PCT/EP2016/067357进入中国国家阶段)的母案的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于电机的定子，具有：定子支架，其具有多个带有相应的凹槽底部的凹槽；和马达绕组，其具有至少一个第一线路，其中，多个凹槽中的预定数量的第一凹槽与第一线路相关联，第一线路的至少一个线匝部段各自引入到每个第一凹槽中，第一线路具有多个电并联的单个金属线，其各自构造为圆金属线，并且单个金属线中的至少几个在每个线匝部段中在定子的径向方向上重叠地布置。此外，本发明涉及具有这样的定子和一个转子的电机。最后，本发明涉及用于制造用于电机的定子的方法。

背景技术

当前所感兴趣的是用于电机、特别是交流和三相电动机的定子。这样的定子具有在其中引入有多个凹槽的定子支架或者叠片组。此外，定子包括马达绕组，其例如能够具有多个线路。在此，每个线路能够关联一个相。在相应的凹槽中引入线路或者马达绕组的一部分。在此，线路特别地能够包括多个电并联的单个金属线。

回路绕组或轴绕组的线路的未引入到凹槽中的部分被称为绕组头。在此，开关侧的绕组头和非开关侧的绕组头之间还是有区别的。连接侧的绕组头描述了在其上布置有开关连接和绕组端部的绕组头。

特别地在电动车的范围中要求电动机提供高效率。当在电机运行时转子相对于定子运动时，是这种情况：在供给频率上升和/或供给电流上升的情况下，布置在凹槽中的单个金属线中感应出不同的电压。其原因在于，单个金属线通常在定子的径向方向上重叠地布置。因此，单个金属线具有到转子或者气隙的不同间距。此外，凹槽的径向方向上的有效频率不是恒定的。由于单个金属线的布置和不同的通量密度而感应到单个金属线中的不同电压导致了马达绕组之中的补偿电流。该情况也作为“环路电流”的概念已知。

为了避免该补偿电流特别地在大型涡轮发电机中已知的是，应用所谓的罗贝尔线棒。这样的罗贝尔线棒是棒状的电导体，其包括多个平行的子导体。这些子导体相互电绝缘并且专门分层。子导体如下绞转，使得每个子导体都在凹槽之中占据棒之中的每个位置。在此，子导体构造为具有矩形的横截面的金属线。

对此，US 2012/0181886Al描述了具有相绕组的旋转电机。每个相绕组都包括金属线束，其具有布置在定子的凹槽中的部段和布置在凹槽之外的转动部段。在转动部段中金属线束卷成绳。以该方式能够实现绕组中的均匀的阻抗分布以及均匀的电流。

此外，US 2002/0096959Al描述了用于电机的随机缠绕的绕组。在此，绕组能够包括具有随机缠绕的电线的相互连接的金属线层，这些金属线在布置在电机中时基本上具有相同的阻抗。绕组能够具有：第一线圈，在其中沿着第一层序列布置金属线层；和第二线圈，在其中沿着与第一层序列相反取向的第二层序列布置金属线层。

发明内容

本发明的目的在于，给出一种解决方案，例如能够可靠地运行电机，在其中在定子的凹槽中重叠地布置单个金属线。

根据本发明，该目的通过定子、电机以及本发明的方法实现。

用于电机的根据本发明的定子包括定子支架，其具有多个带有相应的凹槽底部的凹槽。此外，该定子包括马达绕组，其具有至少一个第一线路。在此，多个凹槽中的预定数量的第一凹槽与第一线路相关联。此外，第一线路的至少一个线匝部段各自引入到每个第一凹槽中，第一线路还具有多个电并联的单个金属线，其各自构造为圆金属线。此外，单个金属线中的至少几个在每个线匝部段中在定子的径向方向上重叠地布置。此外，线匝部段各自布置在第一凹槽中，以使得单个金属线到凹槽底部的平均的径向间距对于所有的单个金属线来说是相同的。

在定子的定子支架中引入多个凹槽，其例如能够沿着定子支架的周向方向均匀分布地布置。相应的凹槽能够基本上沿着定子或者电机的径向方向延伸。相应的凹槽能够具有凹槽开口和与凹槽开口相对置的凹槽底部。在此特别地，凹槽底部相应于凹槽的背离电机的转子或者说气隙的区域。定子支架例如能够由相应的叠片组形成。定子的马达绕组具有至少一个线路。原则上能够提出，马达绕组具有多个线路，其中，与每个线路关联有一个相位。第一凹槽的关联关系从电机的设计方案中、例如电机的极子对数量中得出。

现在第一线路能够如下构造：其构成相应的线匝，这些线圈部分地布置在两个第一凹槽中。多个在凹槽中在径向方向上重叠布置的电连接的线匝形成线圈。所连接的线圈又产生线圈组。线匝的布置在第一凹槽中的相应的部段被称为线匝部段。相应地，每个线匝都具有两个线匝部段，即在与其相关联的第一凹槽中具有各一个。第一线路由多个电并联的单个金属线形成。单个金属线各自构造为圆金属线。这意味着，单个金属线具有圆形的横截面。单个金属线例如能够相互平行地布置。因此，布置在第一凹槽中的线匝部段也具有平行的单个金属线。此外，单个金属线如下地布置在第一凹槽中：单个金属线中的至少几个在径向方向上重叠或者说连续地布置。换句话说，单个金属线中的几个在径向方向上从凹槽底部出发地连续布置。该布置使得在电机运行时在相应的单个金属线中感应出不同的电压。这些感应电压由在电机持续运行时频率大于零的电磁场所引起。因为第一凹槽中的相应的单个金属线具有到气隙的不同的径向间距，并且凹槽交叉场从气隙出发到凹槽底部是变化的，所以在相应的单个金属线中也得出了不同的感应电压。

现在根据本发明提出，线匝部段各自布置在第一凹槽中，以使得到凹槽底部的平均的径向间距对于所有的单个金属线来说是相同的。换句话说这特别地意味着，第一凹槽中的相应的线匝部段不总是具有彼此相同的布置。原则上，单个金属线能够在相应的线匝部段中不同地布置。在此，单个金属线这样布置在第一凹槽中，即相应的单个金属线到凹槽底部的平均的径向间距对于所有的单个金属线来说基本上是相同的。例如，单个金属线能够这样布置在第一凹槽中，即其具有到凹槽底部小间距。在第一凹槽中的另一个中，该单个金属线能够具有到凹槽底部相比较大的间距。整体上这样选择单个金属线的布置，即金属线到凹槽底部的相应的间距对于所有的单个金属线来说平均上是相同的。因此能够实现的是，在第一线路的电并联的单个金属线中平均地感应出相同的电压。以该方式能够防止在单个金属线中形成相应的补偿电流或者说环路电流。由此能够减少由于补偿电流造成的损失。此外能够避免由于补偿电流而加热并且因此在最坏的情况下损坏单个金属线。因此能够保障电机的可靠运行。

此外，第一线路具有至少两个并联的支路，并且第一线路在每个支路中具有一个扭转区域。在扭转区域中，在缠绕第一线圈之后在至后来链接的线圈的过渡中，并联的单个金属线在一个线匝之内转动180°。换句话说，每个线路或每个相的扭转区域数量相应于线路或者说相的并联支路的数量。第一线路具有多个并联的支路，其中至少为并联支路中的每一个设置一个扭转区域。因此，对于并联支路中的每一个能够实现的是，在其中不形成补偿电流并且因此不损坏马达绕组。

优选地，第一凹槽中的相应的线匝部段分为第一组和第二组，第一组的线匝部段的单个金属线以第一序列在径向方向上布置，并且第二组的线匝部段的单个金属线以与第一序列相反的第二序列布置。优选地，在第一组和第二组中包含相同数量的线匝部段。换句话说，在第一凹槽的第一半部中单个金属线能够沿着第一序列布置，并且在第一凹槽的第二半部中单个金属线沿着第二序列布置。当线匝部段例如具有三个在径向方向上重叠布置的单个金属线的时候，例如在第一组中能够在径向方向上从凹槽底部出发，首先布置第一单个金属线。在第一单个金属线上能够布置第二单个金属线，并且在第二单个金属线上能够随后布置第三单个金属线。在第二组中从凹槽底部出发，首先布置第三单个金属线。在第三单个金属线上布置第二单个金属线，并且在第二单个金属线上随后布置第一单个金属线。在第一和第二组中各自布置在中间的第二单个金属线总是具有到凹槽底部相同的间距。在第一组中第一单个金属线直接布置在凹槽底部上。在第二组中第一单个金属线布置的离凹槽底部最远。因此，对于第一金属线来说，中间的第二单个金属线的位置也作为平均间距得出。这以同样的方式适用于第三单个金属线。原则上，每个线匝部段还能够包括更多的单个金属线，它们在定子的周向方向上并排地布置。通过将线匝部段这样划分为两个组，能够以简单的方式阻止补偿电流。

在另一个实施方式中，第一线路形成具有绕组头的绕组，并且扭转区域布置在绕组头之中。当第一线路具有多个扭转区域的时候，其能够布置在绕组头的不同位置上。在绕组头的区域中能够简单地引入第一线路的扭转部。因此，能够简单地制造马达绕组或者说第一线路。

在一个设计方案中，第一线路具有多个线圈，其中，每个线圈具有至少一个线匝，其构造在两个第一凹槽之间，并且扭转区域布置在多个线圈的至少一个线圈之中。第一线路能够构造为：其包括多个线圈。在此，线圈能够具有相同的线圈宽度。也能够提出，线圈具有不同的宽度。在此在一个实施方式中，扭转部能够布置在线圈之中。在此，相应的线匝部段能够首先引入到凹槽中。随后能够执行线路的扭转，并且之后将第一线路的相应的线匝部段引入到另外的凹槽中。这特别适用于借助于手动缠绕提供马达绕组的情况。

在另一个实施方式中，第一线路具有多个线圈，其中，每个线圈具有至少一个线匝，其构造在两个第一凹槽之间，并且扭转区域布置在多个线圈的两个相邻的线圈之间。在该情况下，扭转部能够在两个连接的线圈之间引入。在此，能够首先缠绕第一线圈。在过渡至相邻的互联的线圈时，则使第一线路之中的并联的单个金属线的位置转动180°。在此也能够提出，在过渡至下个线圈之前再次进行180°的转动。在此特别地，扭转区域能够布置在两个线圈之间的线圈连接器中。这样的方法特别地适用于马达绕组构造为机器绕组的情况。

并联的单个金属线也能够组合在多个组中，并且这些组随后例如能够扭转180°。扭转区域随后能够布置在绕组头的区域中。

此外有利的是，每个线圈具有多个线匝，它们在径向方向上重叠地布置。因此，在每个第一凹槽中构成多个线匝部段，它们在径向方向上并排地布置。特别地，单个导体在每个线匝部段的布置都是相同的。因此也能够在其线圈具有多个线匝的马达绕组中有效地限制损耗机械。

优选地提出，马达绕组具有：第二线路，多个凹槽中的预定数量的第二凹槽与其相关联；和第三线路，多个凹槽中的预定数量的第三凹槽与其相关联。换句话说，马达绕组能够具有三个线路，其中，与每个线路相关联有一个相。在此，多个凹槽中的相对应的凹槽与每个线路相关联。

根据本发明的电机包括根据本发明的定子。此外，电机包括转子。特别地，转子布置在定子之中并且能够相对于定子转动。电机例如能够是异步电机、同步电机、永磁激励同步电机、同步磁阻电机或类似物。

根据本发明的方法用于制造电机的转子。该方法包括提供定子支架，其具有多个带有相应的凹槽底部的凹槽。此外包括提供马达绕组，其具有至少一个第一线路。在此，多个凹槽中的预定数量的第一凹槽与第一线路相关联。此外，第一线路的至少一个线匝部段各自引入到每个第一凹槽中，其中，第一线路具有多个电并联的单个金属线，其各自构造为圆金属线，并且单个金属线中的至少几个在每个线匝部段中在定子的径向方向上重叠地布置。此外，线匝部段各自布置在第一凹槽中，以使得单个金属线到凹槽底部的平均的径向间距对于所有的单个金属线来说是相同的。此外，第一线路具有至少两个电并联的支路，其中第一线路在每个支路中具有一个扭转区域，在该扭转区域处，在缠绕第一线圈之后在至后来链接的线圈的过渡中，并联的单个金属线在一个线匝之内转动180°。

如之前所提到的那样，马达绕组能够借助于手动缠绕制造。在此例如能够提出，首先将线圈的例如能够具有多个线匝的第一部分嵌入到第一凹槽中的一个中。之后能够将仍未嵌入的线匝中的所有线匝在扭转区域中转动180°。随后能够将这些线匝嵌入到下个第一凹槽中。在此，能够将各个线匝一个个地嵌入到下个第一凹槽中。这些步骤能够重复用于各线路或极的所有线圈。

对此可替换地，机器绕组借助于缠绕机器或者成套缠绕机器制造。缠绕机器例如能够具有牵引装置。此外，缠绕机器能够具有缠绕器和线圈塑形器，其还原了线圈的实际形状。此外，缠绕机器具有相应的牵引棒，在缠绕之后在其上存放相应的线圈。在此特别能够提出，单个金属线经由相应的引线器输送给缠绕器。引线器能够具有相应的通孔，通过其引导单个金属线。此外特别的，引线器能够构造为，其能够转动180°。以该方式能够实现的是，首先缠绕第一线圈，并且在过渡到接下来互联的线圈时使线匝之中的并联的单个金属线交换180°。因此，能够以简单和低成本的方式制造机器绕组。

参考根据本发明的定子提出的优选的实施方式和其优点相应的适用于根据本发明的电机以及根据本发明的方法。

本发明的另外的特征由附图和附图说明得出。上述在描述中所述的特征和特征组合以及接下来在附图说明中所述的和/或在附图中单独示出的特征或特征组合不仅能应用在各个给出的组合中，也能应用在其它的组合或独特地位中，这并不脱离本发明的保护范围。

附图说明

现在根据优选的实施例以及参照幅图详细阐述。在此示出：

图1是根据现有技术的电机的局部图，其中，电机具有带有多个凹槽的定子，在凹槽中各自引入有单个金属线；

图2是描述凹槽中的磁通密度走势的图表；

图3是一个电机的局部图；

图4是根据本发明的一个实施方式的电机的局部图；

图5是图4的放大图；

图6是根据图4的电机的缠绕接线图；

图7是另一个电机的缠绕接线图；并且

图8是另一个电机的缠绕接线图。

在附图中相同和功能相同的元件用相同的标号标注。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的电机1的侧面局部图。电机1包括定子2。此外，电机包括转子3，其布置在定子2之中。在定子2和转子3之间构成有气隙4。

定子2包括定子支架5或者说叠片组，在其中引入多个凹槽N1至N48。在当前的实施例中，定子2包括48个凹槽N1至N48，其中，当前仅示出凹槽N1、N2、N11、N12、N13、N14、N23和N24。凹槽N1至N48中的每个都包括凹槽底部6，其相应于相应的凹槽N1至N48的朝向转子或者说气隙4的区域。此外，凹槽N1至N48中的每个都包括凹槽开口7，其与凹槽底部6相对置。相应的凹槽N1至N48沿着电机1或者说定子2的径向方向r延伸。此外，凹槽N1至N48沿着定子2的周向方向U均匀分布地并排地布置。

此外，定子2包括马达绕组8，其能够具有多个线路9、10、11。当前示出了马达绕组8的第一线路9。如接下来详细描述的那样，多个凹槽N1至N48中的第一凹槽第与一线路相关联。第一线路9在此这样缠绕，即其具有多个线圈12。当前线圈12构成在凹槽N2和N11上。线圈12包括多个线匝18，其在径向方向r上连续或者说重叠地布置。在当前的实施例中，线圈12包括六个线匝18。在凹槽N1至N48中布置有线匝的各一个线匝部段13。当前标注了线匝部段13中的几个。例如凹槽N11中的最下面的线匝部段13标记为“U11f+”。在此，“U”标记了相或者说线路9、10、11。数字“11”表示其中布置有线匝部段13的凹槽N11。字母“f”表示线圈12之中的线匝部段13的位置。最后，“+”标记了线匝部段13的极性。

第一线路9包括多个单个金属线14，其构造为圆金属线。因此，线匝部段13中的每个也包括多个单个金属线14。当前每个线匝部段13包括十二个单个金属线14。在此，各四个单独金属线14在周向方向U上并排地布置，并且各三个单个金属线14在径向方向r上重叠地布置。此外，线匝部段13中的相应的单个金属线的布置是相同的。在电机1运行时由于电磁场频率大于零，在单个金属线14中能够感应出电压。由于凹槽N1至N48中的相应的单个金属线14在径向方向r上具有到定子3的不同的间距，并且电磁场在相应的凹槽N1至N48中的位置是不同的，因此相应的感应电压是不同的。该差别引起能够导致损耗并且在最坏情况下导致单个金属线14损坏的补偿电流。

对此，图2示出了描述凹槽N1至N48中的一个中的磁通密度B走势的图表。横坐标为沿着径向方向r的以mm为单位的间距d。纵坐标为以T为单位的磁通密度B。曲线19表示了磁通密度B沿着径向地位于凹槽N1至N48中的虚线的法向分量。两个点P1和P2或者说标记表示了两个单个金属线14的中点的位置。磁通密度B在凹槽N1至N48之中具有非线性的走势。因此，凹槽N1至N48的在径向方向r上的凹槽交叉场不是恒定的。不同的磁通密度B导致了不同的电压，其在单个金属线中感应出。结果是马达绕组8中的补偿电流。

图3示出了一个电机1的局部图。根据图3的电机1的实施方式并不是本发明的部分。然而其有助于理解本发明。在此，第一线路9或者说线匝具有至少一个扭转区域15，在其中第一线路9转动180°。在当前的实施例中，第一线路9具有四个所示的扭转区域15。在此，扭转区域15布置在线圈12之中。在线圈12中当前设置扭转部，其中在该线圈中线匝18引入到凹槽N2和N11中。在此，线圈12中的各个线匝部段13相应于根据图1的那些。在从凹槽N11过渡到凹槽N2上时所有的线匝18都转动180°。这导致的是，在凹槽N2中线匝部段13以及单个金属线14与凹槽N11相比在相反的方向上布置。在例如能够借助于手动缠绕实现的制造情况下，能够首先将线圈12的包括六个线匝部段13的第一部分引入到凹槽N11中。随后能够将所有还未引入的线匝18转动180°，并且之后引入到凹槽N2中。为与凹槽N1和N12相关联的线圈12执行相同的设置。此外，对于与凹槽N13和N24相关联的线圈12以及对于与凹槽N14和N23相关联的线圈12来说得出了相同的布置。

图4示出了根据本发明的一个实施方式的电机1的局部图。在此，包括凹槽N2和N11的线圈12相应于根据图1的线圈12。与该线圈12互联的包括凹槽N1和N12的线圈12构造为，使得线匝部段13在相反的方向上布置在相应的凹槽N1、N12中。在此，能够在制造马达绕组8时首先缠绕包括凹槽N2和N11的线圈。在过渡到接下来互联的包括凹槽N1和N12的线圈12时，将平行的单个金属线14在线匝之中转动180°。这在利用相应的缠绕机器缠绕机器绕组8时特别适合。对于包括凹槽N14和N23的线圈12和包括凹槽N13和N24的线圈12来说得出了相同的布置。

原则上，与用于第一线路9的第一凹槽相关联的线匝部段13能够分为两个组。在此，在第一组中的线匝部段13中，单个金属线14能够在径向方向r上根据第一序列16布置。在与第二组相关联的线匝部段13中，单个金属线14能够在径向方向上以与第一次序16相反的第二次序17布置。这在当前根据图5加以说明，该附图示出了图4的放大图。在此，凹槽N14中的线匝部段13与第一组相关联。凹槽13的线匝部段13与第二组相关联。在凹槽N14中，当前以字母a至l标记的单个金属线14以第一序列16在径向方向r上布置。在此优选地，相同数量的线匝部段13与第一和第二组相关联。

当前示例性地考虑以a、e和i标记的单个金属线14。在凹槽N14中其在径向方向r上沿着第一方向16布置。在此，以e标记的单个金属线14居中布置。以i标记的单个金属线14布置得离凹槽底部6最近并且因此离转子3最近。以a标记的单个金属线14在这些单个金属线14中离凹槽底部6最远。在凹槽N14中以a、e和i标记的这些单个金属线在相反的第二方向17上布置。在此，以a标记的单个金属线14布置的离凹槽底部6最近。以e标记的单个金属线14再次居中布置。以i标记的单个金属线14具有到凹槽底部6最大的间距。通过这两个不同的布置或者沿着第一序列16和第二序列17的布置，以线匝部段13中的所有的单个金属线14的平均得出了在径向方向上到凹槽底部6的相同的平均间距m。因此能够使得总体上在单个金属线14中感应出相同的电压。因此能够防止的是，在单个金属线14之中形成补偿电流。

图6示出了根据图4的电机1的缠绕接线图。在此，实线表示第一线路9，虚线表示第二线路10并且点线表示第三线路11。在此作为第一凹槽，凹槽N1、N2、N11、N12、N13、N14、N23、N24、N25、N26、N35、N36、N37、N38、N47和N48与第一线路9相关联。为缠绕接线图去除了凹槽N1至N48与线路10和11的另外的关联关系。当前，每个线路9、10、11具有四个并联支路。原则上提出，对于各并联支路，每个线路9、10、11具有一个扭转区域15，在其中第一线路转动180°。在此，与每个线路9、10、11都相关联有一个相。

与此相比较地，图7示出了一个电机1的缠绕接线图。与图6相比，每个线路9、10、11仅具有一个并联支路。在此，在每个线路9、10、11中设置一个扭转区域15。

图8示出了一个电机1的缠绕接线图。在此，电机1设计有36个凹槽N1至N36。在此，每个线路9、10、11也具有一个支路。在每个线路9、10、11中设置有一个扭转区域15。在图7的实例中，电机1具有为4的偶数孔数。孔数相应于各线路凹槽N1至N48的数量和极对数。在根据图8的实施方式中孔数为3并且因此是奇数。在附图7和附图8中示出的实施方式并不是本发明的部分，但其有助于理解本发明。