[发明专利]气隙式绕组

说明书

技术领域

本发明涉及用于电动机的无芯绕组领域。

背景技术

包括无芯绕组的电动机在本领域是已知的。无芯绕组还被称为无铁芯绕组或空心绕组或独立式绕组。无芯绕组相比于传统绕组的主要优点之一是减少的重量和低惯性，例如向转子提供快速加速和快速响应的低惯性。另一个优点是由于磁芯的缺乏引起的低电感，从而减少有关的例如电气干扰和电刷的渐进磨损的缺点，且增加了马达的寿命。

各种制造无芯绕组的技术是已知的。总体说来，无芯绕组的目标包括：最大化功率密度；最大化由线圈或绕组环收集的磁通量；对于给定的尺寸实现高的扭矩或速度，或者类似地，对于所需的扭矩或速度实现更小的尺寸。另一个重要的问题是简化导线(wire)的制造过程且特别是导线的绕制过程。又一问题是避免或至少减少导线之间的交叉。导线交叉引起的缺陷包括：较高风险的绝缘故障、以及需要减少环的数量以便在导线之间留出必要空间且避免导线的损坏。然而，减少环数量将减少绕组的性能，例如由包括绕组的转子输送的扭矩。

现有技术中电动机的无芯圆柱形绕组通常具有三角形线圈、六边形线圈或菱形线圈。可在DE 2931725中发现所述已知实施方式的概观。在US 3 360 668中公开了最早由Faulhaber博士介绍的三角形无铁电枢绕组。

无芯、独立式绕组的早期技术是不断发展的，例如在EP 2 642 636中公开了具有菱形线圈的改进的无芯绕组的最新示例。

事实上，具有持续的动机以改进用于电动机的无芯绕组的性能。特别地，具有强烈的动机以提供具有小直径但能够输送高扭矩和/或达到相当大速度的无芯转子的电动机，尤其在例如医疗设备、机器人学、航空航天和航空工业的技术领域。减少重量是另一个挑战，尤其在航空学领域。与无芯圆柱形绕组、尤其是小直径的无芯圆柱形绕组有关的一个技术问题是导线的布置，该导线构成绕组的每个单个线圈。

更具体地，现有技术中多相无芯绕组的缺点是导线环的非对称布局。制造无芯绕组的常规方法提供：每个相的环是每次一个被依次地绕制，从而形成围绕圆柱体的几个同心层。该技术的缺点是每个环必须布置在先前形成的环上。这导致了偏离对称布局，且偏离对称性将导致电力不平衡的绕组。现有技术的这种缺点借助于图20和图21能够被更好地理解。

图20示出了传统的三相波形绕组的根据垂直于绕组的主轴线且位于绕组的一半高度的位置处的平面的横截面。该横截面由区域100、区域101以及区域102组成，该横截面由每个单个相的环横切，例如区域100包括相U的环，区域101包括相V的环，区域102包括相W的环。如图中所示，区域100、区域101以及区域102具有不同的形状和尺寸。一个原因是：例如U相的环首先布置成围绕圆柱形表面，没有为随后的V相的环留下充足的空间，该V相的环需要转入到外层上(即离轴较远的距离)；然后，第三相W的环容纳在剩余的空间中。然而，如前面讨论的，该技术造成不期望的对称性缺乏和电不平衡性。

图21示出了传统的非对称叠绕组的横截面的典型的外观。

现有技术的另一个问题是难以控制线圈形成过程中电力导线的位置。导线通常围绕针状物绕制以获得期望的圆柱形绕组。在传统的三角形绕组中，在两个邻近的针状物之间具有的相对长的、笔直导线部分。该导线部分可以偏离两个针状物之间的理想直线，因此引起非对称性的另一根源。

由交叉区给出了又一问题。在多相圆柱形的线圈中，不同相的线圈在某些区域处、通常在围绕圆柱体的高度的三分之一和三分之二处交叉。在交叉区中，系统的某一相的导线(例如指向下)与另一相的导线(例如指向上)交叉。因此，导线密集地交错且更加暴露于机械应力，该机械应力可使导线的绝缘层恶化。

发明内容

本发明旨在改进上述现有技术并解决上述问题。

本发明的目的是提供一种用于电动机的无芯圆柱形绕组的新型布置，其中该无芯圆柱形绕组具有高的功率密度和相对于绕组的尺寸(直径)输送高扭矩或速度的能力。本发明的另一目的是简化特别地避免绕组的各个线圈的导线之间的交叉(重叠)的绕组技术。本发明的另一目的是减少绕组的非对称性，从而具有更好的电平衡。

根据所附的权利要求书，利用无芯绕组达到了这些目的。

本发明的第一实施方式是具有圆柱形形状的多相无芯绕组，其特征在于包括具有至少六个侧边且绕制成波形绕组的环。

在优选的实施方式中，绕组包括多个段，且针对每个相包括两个段以用于与其连接，绕组的用于每个相的两个段以180电角度相对，在绕组的连接到两个不同相的两个邻近段之间的角距离(偏移)是360/(2n)的电角度，其中n是相数。