用于2线股转场式电机的多齿线圈绕组的制作方法

本发明涉及一种用于2线股转场式电机的绕组布置，并且涉及一种具有这种绕组布置的2线股转场式电机。逆变器供电的永磁体激励同步电机(pm同步电机)在众多技术应用中使用。出于成本原因，pm同步电机越来越多地利用所谓的齿线圈绕组来实现。齿线圈技术简化了pm同步电机的定子设计并且另外实现分段定子设计，使得定子可在构建块设计中以模块化方式生产。在齿线圈绕组中，不利的是其形成宽气隙磁场谱，所述宽气隙磁场谱取决于马达设计可能或多或少具有干扰性。在现有技术中，已知齿线圈绕组的不同绕组概念。印刷出版物us20120228981a1的目的是减少关于操作场波的次谐波并且提议利用由每凹槽至少两个线圈边组成的多层绕组来实现此目的，其中第一凹槽中的线圈边的导体数不同于第二凹槽中的线圈边的导体数，其中所述线圈被实现为齿线圈。在印刷出版物us20120001512a1中，提议一种与现有技术相比具有两倍凹槽数的定子。这里，线圈在每种情况下包围两个齿。线圈的特征在于具有相同线圈宽度的不同数目的绕组。印刷出版物us20140035425a1还涉及通过可有成本效益地生产的绕组减少不期望的顶部场。提议一种多层齿线圈绕组，其中线股的单独线圈具有不同数目的绕组，并且齿支撑不同数目的齿线圈。此绕组拓扑对于少极数而言也并非适当。在所谓的ac线路起动马达中，线路起动功能是必要的，其中齿线圈绕组的宽气隙磁场谱具有干扰作用，因为由于所得谐波转矩，线路起动马达整体的起动被干扰或甚至被阻止。因此，利用现有技术的齿线圈绕组无法合理地实现笼型转子马达和pm线路起动马达。例如另一方面，原则上可利用齿线圈技术来实现磁场定向在逆变器上操作并且越来越多地在高转速驱动器的扇区中使用的小型pm同步马达。另外的基本问题由在低极数的情况下齿线圈绕组的使用组成。由于齿线圈绕组的原理导致更高极数，因此只能在非常有限的程度上利用已知齿线圈绕组来实现用于高转速驱动器的低极数(例如，2极或4极)的pm同步马达。因此，本发明的目的是弥补以上提及的缺点并且提议一种呈齿线圈绕组形式的绕组拓扑，所述绕组拓扑可在低极数(2极和4极)的情况下被有效地使用并且另外具有有利的绕组磁场谱。因此，需要一种用于2线股马达设计的绕组系统，其生产起来简单并且有成本效益。本发明的目的由根据权利要求1所述的特征的组合来实现。本发明的基本思想在于提供一种齿线圈绕组，所述齿线圈绕组针对两个线股具有特定绕组方案、优选地具有两个绕组层，所述齿线圈绕组由具有多重交织(multiplyinterleaved)并且优选地具有连续变化的宽度的线圈的线圈组组成，其中所述线圈组的部分线圈被布置成使得所述部分线圈从内向外同心地彼此包围(而不使部分线圈的导体交叉)，围绕一个或多个齿并且具有相同或数目的线圈绕组，其中每个凹槽以每凹槽横截面相同的有效总导体横截面而被基本相等地占据。在线圈组相对于彼此沿直径对称地布置并且沿着其在绕组层中的布置中的圆周空间上部分重叠时是特别优选的。因此，根据本发明，提供一种具有含绕组齿的2p极定子的双线股转场式电机，所述双线股转场式电机在齿线圈技术中被形成为具有绕组布置，所述绕组布置包括两个绕组线股w1、w2，其中所述绕组布置由具有彼此重复地嵌套的线圈(部分线圈)的缠绕线圈组形成，其中所述线圈组中的所述部分线圈被布置成使得所述部分线圈从内向外同心地彼此包围并且围绕两个或更多个绕组齿，其中所述绕组齿之间的凹槽中的相应线圈绕组数被设置或缠绕成使得在每种情况下实现每个凹槽以每凹槽横截面所述线圈的相同有效总导体横截面而被基本相等地占据。在前区中的线圈组不重叠、即所述线圈组被设计成不使导体交叉、不使部分线圈或线圈组交叉时是特别优选的。所提及的目的可因此由2线股“多齿线圈绕组”来实现，所述2线股“多齿线圈绕组”还表示分配的齿线圈绕组。这种2线股多齿线圈绕组的基本元件和因此常见部分为q倍齿线圈，所述q倍齿线圈在每种情况下占据所述定子的2*q个相邻凹槽的一半(在顶部层或底部层中)。因数q优选地为q＝2、3或4。在本发明的有利设计中，因此提供：在每种情况下所述定子的相邻绕组齿或凹槽被绕组线股部分地缠绕，即在所述顶部层中或在所述底部层中。还有利地提供：线圈组的更远外置部分线圈的导体数高于或大于由所述更远外置部分线圈同心地围绕的内部部分线圈的导体数。在本发明的有利设计中，提供：所述部分线圈的导体数从所述外部部分线圈到所述内部部分线圈减小。在这里特别有利的设计中，提供：所述部分线圈的导体数从所述外部部分线圈到所述内部部分线圈连续地减小，或者说，所述导体数的减小从部分线圈到部分线圈以相等增量减小。在实践中特别相关的设计提供：在q＝3时，精确地3个部分线圈被缠绕在多齿线圈中，并且多齿线圈的所述部分线圈的导体数被分配如下：a.最外侧部分线圈(t)：zo导体+δz导体b.中心部分线圈(t)：zo导体c.内部部分线圈(t)：zo导体-δz导体。因此，值zo表示所述部分线圈中的预定导体数，而δz表示所述导体数与相应外置或内置部分线圈相比的差值。本发明的另外有利的设计在所附权利要求中表征并且与参考附图的本发明的优选实施方案的说明一起在下文更详细地描述。在图中：图1示出对于情况q＝2、3和4的具有线圈导件的标记的带状平面图，图2示出对于情况q＝2、3和4的2极、2线股齿线圈绕组的线股带状平面图，图3示出对于情况q＝4的2极、2线股齿线圈绕组的带状平面图，图4示出对于q＝3的多齿线圈的不同导体数的带状平面图，图5示出对于q＝3的多齿线圈的不同导体数的图4带状平面图的替代设计，图6示出对于q＝4的多齿线圈的不同导体数的两个带状平面图，图7示出对于q＝4的多齿线圈的2极、2线股齿线圈绕组的带状平面图，其中具有减小的导体数但相同的凹槽填充，图8示出对于q＝3的多齿线圈的2极、2线股齿线圈绕组的带状平面图，其中底部层和顶部层中的绕组具有不同导体数，图9示出对于情况q＝3的具有不等齿宽的2极、2线股齿线圈绕组的带状平面图，并且图10在每种情况下示出对于情况q＝2和3的2极、2线股不完整齿线圈绕组的另外的实施方案的带状平面图。本发明参考图1至10进一步详述，其中相同的附图标号代表相同的结构或功能特征。图1示出对于情况q＝2、3和4的具有线圈导件的标记的带状平面图(其中x和*表示绕组方向和因此电流方向)。具有多齿线圈绕组的2极、双线股转场式定子包括精确地n＝2x2q＝4q个凹槽n，这在图1所示的实施方案实例中意味着q＝2(8个凹槽)、q＝3(12个凹槽)以及q＝4(16个凹槽)。这里，每个绕组线股w1、w2根据图2由两个多齿线圈组成，所述两个多齿线圈可位于底部层us中或顶部层os中，其中图2中的绕组线股在us中。绕组线股的两个多齿线圈相对于彼此偏置精确地一个极间距，也就是说n/2p凹槽间距(其中2p为极数)，并且在所提及的实施方案实例中，偏置2q凹槽间距，并且因此所述两个多齿线圈沿直径对称地布置。然而，绕组线股w1、w2的两个多齿线圈的绕组方向和相应地电流方向被颠倒。尽管到更高定子凹槽数的转变增加了绕组工作量，但由此改善了绕组在定子的层压堆叠上的顶部场行为和热耗散。此外，部分线圈的低铜含量允许缠绕过程期间的简化。图2示出对于情况q＝2、3和4的2极、2线股齿线圈绕组的线股带状平面图。根据图3的2极转场式绕组的两个绕组线股w1、w2相对于彼此偏置n/4p凹槽间距，所述凹槽间距对应于实施方案实例中的q凹槽间距。在图3中，表示对于情况q＝4的2极、2线股齿线圈绕组的带状平面图。如果具有更高极数的转场式绕组是必要的，则这可简单地实现：将图3所示的带状平面图根据期望的极对数倍增，也就是说就4极绕组而言加倍。因此，考虑到2线股多齿线圈绕组的实施方案的气隙磁场谱，具有以下阶数的气隙磁场谱被激励：v/p:1+4*g其中g＝0、±1、±2、±3、±4、…如果考虑到凹槽狭缝可忽略不计，则结果值为如在以下表中对于q＝2、3和4所表示而周期性重复的精确地q个不同绕组因数。q＝2q＝3q＝4v/p|ξv||ξv||ξv|…………90.65330.23570.127450.27060.17250.150310.65330.64400.6407-30.27060.23570.2250-70.65330.17250.1274…………还可能实现多齿线圈的q个同心的部分线圈t，所述q个同心的部分线圈根据图1表示具有不同导体数的重复常见部分以便进一步改进气隙磁场谱。这里，适当的是在每种情况下选择部分线圈t的不同导体数，使得仍在所有凹槽中实现等量凹槽填充。为了增加基本磁场绕组因数，有必要使多齿线圈的q个同心的部分线圈t的导体数交错，使得所述导体数从外部部分线圈t到内部部分线圈t连续地、即规律地减小。此缠绕状态在图4中表示。为此，图4示出对于q＝3的多齿线圈的不同导体数的带状平面图。因此，图4示出在实践中特别相关的实施方案，即q＝3的情况。对于完整的2线股转场式绕组的所有凹槽n，如果使用导体数的以下交错，则这会导致等量凹槽填充。线圈组g的部分线圈t的导体数接着被分配如下：a.最外侧部分线圈t：zo导体+δz导体b.中心部分线圈t：zo导体c.内部部分线圈t：zo导体-δz导体。在替代性实施方案中，可选择导体数的非连续交错。为此，图5示出对于q＝3的多齿线圈的不同导体数的带状平面图的替代设计。所得转场式绕组仍是对称的，但定子凹槽没有均匀的凹槽填充。对于利用不等导体数进行非均匀凹槽填充的这种情况，多齿线圈绕组的部分线圈t可实现为具有不同绕组线直径。由此，可增加铜含量以及凹槽填充，并且在所有凹槽上的有效总导体横截面仍可被设计成是大部分均匀的。在特别有利的实施方案(未表示)中，多齿线圈绕组的部分线圈t可形成为具有相同绕组线直径，但具有含x倍绕组数的x个平行连接的线圈以便增加凹槽填充度并且使其均匀。在低性能范围内，在2极转场式电机中，情况q＝4也具有高实践相关性。在图6中，表示了导体交错的两种可能，这在完整的2线股转场式绕组中导致所有定子凹槽中具有相同凹槽填充。图7在每种情况下示出对于q＝4的多齿线圈的2极、2线股齿线圈绕组的带状平面图，其中具有减小的导体数但相同的凹槽填充，其中在顶视图中，导体数发生连续减小，而在底视图中，表示了导体数几乎连续减小的带状平面图。当q可除以2得到整数时(也就是说对于q＝2、4、6、…)，可始终实现导体数几乎连续地减小，其中仅使用两个不同导体数。如果za指代外部部分线圈t的更高导体数，并且zi指代内部部分线圈t的更低导体数，则可选择以大约为0.41的值的zi/za比率对导体数进行分配，其中第3阶和第5阶的绕组因数变为零并且基本磁场绕组因数可同时增加大约17％，如以下表中对于情况q＝4的所示。在图8中，以另外有利的设计示出对于q＝3的多齿线圈的2极、2线股齿线圈绕组的带状平面图，其中底部层和顶部层中的绕组具有不同导体数，其中发生凹槽占据，使得多齿线圈的q个部分线圈t中的至少一个线圈至少部分地布置在相应其他绕组层中。如作为图8中的实例所表示，齿线圈3-4、7-8、11-12和15-16位于相应其他绕组层us或os中。这具有一个优点：非常紧凑的绕组头部设计成为可能。因此，面对的部分线圈t可实现为具有更低绕组数以便调整利用不同绕线直径或更大导体数、同时利用平行连接进行的凹槽填充。在另一有利的设计中，从根据图3的设计角度出发，由多齿线圈绕组的内部部分线圈t围绕的绕组齿z的宽度与相邻绕组齿相比可减少。为此，图9示出对于情况q＝3的具有不等齿宽的2极、2线股齿线圈绕组的带状平面图。带状平面图中的实心竖直双线应被理解为宽绕组齿zb，并且虚线双线应被理解为宽度减少的绕组齿zs。图10在每种情况下示出对于情况q＝2(顶视图)和q＝3(底视图)的2极、2线股不完整齿线圈绕组的另外的实施方案的带状平面图。在此实施方案中，省略了多齿线圈的中心部分线圈。结果是不完整的多齿线圈绕组。如在例如图9中可见，省略了凹槽1与2、4与5等之间的宽度减少的绕组齿。避免了外部部分线圈在凹槽上的所得“弦形成”并且线圈宽度现在为精确地一个极间距，由此基本磁场绕组因数会增加。类似地，这对于情况q>2是可能的。当前第1页12