绕组系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于电机的转子和/或定子的绕组系统。
【背景技术】
[0002]在传统的电机中，具有仅几个端子(通常每个相仅具有一个或两个端子)的多相硬连线电绕组被连接至电力电子装置。在此情况下，实际电机和电力电子装置通常均被容纳在不同的外壳中。
[0003]这不仅导致整个系统的尺寸很大，而且取决于功率密度需要对电力电子装置和具有定子和转子以及电子绕组的实际电机进行单独的冷却。此外，因为电力电子装置与电机之间的电动机供电线携带具有谐波成分的高电流而使得需要额外的屏蔽测量，所以可能出现与电磁兼容有关的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是公开用于具有紧凑设计的电机的转子和/或定子的绕组系统。
[0005]通过根据权利要求1所述的绕组系统来达到所述目的。在从属权利要求中公开了改进之处以及实施方式。
[0006]在一种实施方式中，用于电机的定子和/或转子的绕组系统包括基本上被布置在绕组系统的相对侧之间的几个导体部。在绕组系统的第一侧设置有借助于半桥而与导体部耦接的两个环形导体。在绕组系统的相对侧设置有与至少一个导体部连接的至少一个半桥。
[0007]如在下面更加详细地描述的，半桥包括开关(特别是半导体电力开关)，导体部的相应端部借助于所述开关可以选择性地与两个环形导体之一连接。因此所提出的原理允许将电力电子装置(特别是半桥)整合至电机中。
[0008]因此，因为可以消除用于电力电子装置的额外的外壳而实现小的结构尺寸，并且整个系统会变得更加紧凑。
[0009]潜在需要的用于电机的冷却系统例如可以使用电动机的冷却气体或通过容纳在共用的水冷套中来同时冷却电力电子装置。
[0010]实际上在电绕组与电力电子装置之间不需要供电线，以使得与供电线相关联的噪声排放或噪声吸收或电动机供电线的替代性屏蔽测量也被消除。
[0011]在其之间布置有半桥的环形导体与导体部取代了设置在传统电机中的绕组和逆变器。在此情况下，环形导体取代了传统电机的端绕组。
[0012]因为在多个半桥中设置有电力电子开关，所以根据所提出的原理的各个电力电子开关会面临低到可以使用特别小的芯片表面来实现电力电子开关的电流和电压。
[0013]导体部可以均匀地分布在电机上，例如沿着旋转电机的圆周或按照不同的绕组拓扑来分布。
[0014]在一种实施方式中，电机设置有槽，以防止短路。在此情况下，导体部可以被置入相应的槽中。
[0015]如果将所提出的绕组系统用在电机的定子中，则可以在电机的操作期间改变定子侧的极对数以及气隙中的磁通势的谐波成分的分布。因此，与所有负载点的现有电机相比，这样的电机可以在其操作期间明显地得到进一步的优化。
[0016]如果将所描述的绕组系统用在定子以及PM转子中，则例如当需要高扭矩而同时可以借助于处于低负载的转子的磁通势的谐波成分来实现扭矩的产生时，定子可以复制转子的极对数。
[0017]如果选择异步转子，则所描述的绕组概念还可以利用磁阻效应来产生扭矩。为此，除了谐波成分以外，还在异步电机上调节转子同步场成分，其中所述场成分由于同步性而不与转子电流相互作用，但是可以利用转子槽与转子齿部之间电感的不同来产生扭矩。
[0018]在一种实施方式中，使用彼此平行布置的线性或直线导体部来实现绕组系统。例如，导体部可以被实现成平行于轴线或与轴线成某个角度被对准。导体部的线性和平行设计允许进行特别有成本效益的制造。
[0019]位于绕组的第一侧的两个环形导体优选地形成双极直流母线。
[0020]两个额外的环形导体优选地被设置在绕组系统的相对侧，并且同样地可以形成双极直流母线。
[0021 ] 位于绕组系统的相对侧的至少一个半桥可以与这两个环形导体连接。
[0022]可替代地，例如以下会是可能的:与导体部一样多的半桥被设置在导体部的两侧，并且与布置在绕组系统的各侧的相应的成对环形导体连接。在此情况下，导体部在两端分别借助于一个相应的半桥来親接至一对环形导体。
[0023]在其它实施方式中，例如以下也是可能的:导体部中的仅一些导体部借助于位于绕组系统的相对侧的半桥而连接至两个环形导体，并且将剩余导体部例如彼此短路。为此，可以设置短路环。
[0024]导体部可以包括如铜、铝、青铜、碳纳米管或石墨烯，以及上述物质的合金。
[0025]在一种实施方式中，设置有控制单元，并且将控制单元连接至半桥，以实现对半桥的激活。如参考示例在下面更加详细地描述的，例如可以利用集中逻辑或分布式逻辑来实现对半桥的激活。例如可以经由环形母线线路来激活半桥。
[0026]在此情况下，可以设置驱动器，并且将驱动器连接在控制单元与半桥所包括的电力开关之间。
[0027]控制单元有利地使得以下成为可能:由于对半桥的激活而相应地改变定子或转子的极对数。
[0028]在一种实施方式中，绕组系统的每个导体部可以耦接至导体部的一个端上的至少一个半桥。
[0029]在一种实施方式中，导体部在其自由端耦接至绕组系统的相对侧的另外的半桥。
[0030]由两个环形导体形成的相应的双极直流母线可以相应地通过中间电路电压来供电。可替代地，电容器可以连接至绕组系统的两侧中的一侧的直流母线，以使得额外减少了布线工作。在此情况下，可以将直流母线划分成相应地由电容器或电池供电的几个单独部。因此可以改善电机的部分负载特性。可以向电机的端面上的两个直流母线之一施加直流电压，以对电机进行充电。
[0031]当借助于所施加的直流电压对电池进行充电时，可以将电机的电感用作上转换器或下转换器。以此方式，可以优选地根据它们的特性来对电池进行充电，其中仅需要恒定电压源作为充电装置。
[0032]可以经由母线例如CAN母线或I2C母线借助于控制单元来激活半桥。例如，在此情况下，可以仅将一个地址用于每个导体部，并且可以取决于电力需求而连接不同数目的导体部。
[0033]这导致在电机在操作期间的灵活行为以及小的地址空间和用于激活半桥的很小的协议开销。
[0034]在一种实施方式中，提供了一种定子，所述定子包括根据上述提出的原理的绕组系统。
[0035]在一种实施方式中，公开了一种转子，所述转子包括上述类型的绕组系统。
[0036]如果在转子中使用所提出的原理，则例如可以使用笼型转子。笼型转子通常包括多个导体部，其平行于轴线而布置，并且在两端分别连接至短路环。如果短路环被移除并且用所提出的具有半桥(其用于产生与导体部的耦接)的环形导体来取代，则实现根据所提出的原理的用于转子的绕组系统。
[0037]在一种实施方式中，以电感的方式、电容的方式或借助于滑环或换向器环向转子中的控制单元供给能量。例如，可以在导体部的端部设置抽头，并且将该抽头馈送至整流器。以此方式，定子的交变场可以在转子中的电子装置开始连接直流母线上的转子条之前初始地激活转子及其电子装置，并且由此允许电流和场的产生。仅在那时才产生扭矩。
[0038]在所提出的转子的操作期间，在一种实施方式中定子产生气隙谐波成分或与转子场的场生成成分尽可能少地相互作用的次谐波成分。因此，转子仍可以在没有不利地影响扭矩量的情况下被供以能量。在此情况下，转子中的控制电子装置可以能够测量气隙磁链，并且调节至其的转子磁链。
[0039]如果电机的滑动也应该被调节，则可以例如借助于无线电传输利用转子的激活来进行定子的附加通信。
[0040]电机可以以根据所提出的原理的定子为特征。
[0041]所述电机可以可替代地或附加地以根据所提出的原理的转子为特征。
【附图说明】
[0042]下面将参考在附图中示出的几个示例性实施方式来更加详细地描述所提出的原理的其它细节和实施方式。在这些附图中:
[0043]图1示出了根据所提出的原理的绕组系统的示例性实施方式；
[0044]图2示出了具有根据所提出的原理的两个半桥的导体部的示例性实施方式的框图；
[0045]图3示出了具有根据所提出的原理的绕组系统的定子的示例性实施方式的透视图；
[0046]图4示出了根据图3的实施方式的不同透视图；
[0047]图5示出了具有根据所提出的原理的定子的电机的示例性实施方式；
[0048]图6示出了根据图5的示例性实施方式的细节；
[0049]图7示出了根据图6的具有用于电力电子装置的载体的细节的改进；
[0050]图8示出了用于转子的根据所提出的原理的绕组系统的示例性实施方式的框图；
[0051]图9示出了具有根据所提出的原理的转子的电机的透视图；
[0052]图10示出了根据图9的示例的细节；
[0053]图11示出了具有根据所提出的原理的定子和转子的电机的另一示例性实施方式的俯视图；
[0054]图12示出了根据图11的实施方式的细节；
[0055]图13示出了侧视图形式的根据所提出的原理的电机的另一示例性实施方式；
[0056]图14示出了图13的说明的细节；
[0057]图15示出了具有集中逻辑的根据所提出的原理的定子的绕组系统的激活的示例性实施方式；
[0058]图16示出了根据图15的用于激活的中央控制单元的示例性实施方式；
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