[发明专利]具有可变截面定子绕组的电机

说明书

本发明涉及具有可变截面定子绕组的电机。一种电机(20)，其包括转子(22)，转子可操作地与具有多个定子绕组(38)的定子(24)联接。每个定子绕组限定成具有多个端匝分段(44)和设置在定子槽(36)内的多个轴向延伸分段(42)。限定第一截面积(80)的至少一个第一轴向延伸分段和限定较小第二截面积(82)的至少两个第二轴向延伸分段设置在每个定子槽(36)中。多个端匝分段(44)中的至少一个将所述多个槽中的第一槽中的单个第一轴向延伸分段导电地连接到所述多个槽中的第二槽中的至少两个第二轴向延伸分段。在一些实施例中，较大的第一轴向延伸分段全部都布置在较小的第二轴向延伸分段的径向外侧。可以使用发卡式导体(40，41)形成绕组。

技术领域

本发明涉及电机。

背景技术

对紧凑且高效的电机的需求日益增长。影响电机效率的一个因素是电机定子槽内的绕组密度。具有相对高绕组密度的电机通常将更有效，所述高绕组密度一般被称为高槽填充因子。

用于增强定子绕组密度的一种方法是使用发卡式导体(hairpin conductor)，所述发卡式导体具有插入定子芯的槽中的一对支腿。然后，将发卡式导体的自由端焊接到相邻的发卡式导体以限定定子绕组。使用具有矩形截面的这种发卡式导体可用于实现相对高的g槽填充因子。

然而，使用发卡式导体可使得制造复杂化，需要将各个发卡式导体插入槽中并形成适当的形状。最重要的是，使用发卡式导体还导致需要将发卡式导体的各个支腿中的每一个焊接到相邻导体以形成连续的定子绕组。为了降低制造成本，可以增加发卡式导体的截面尺寸以减少导体的数量，从而减少焊接的数量和组装要求。

虽然增加各个导体的截面尺寸减少了焊接的数量，但是它也可能带来不希望的后果。更具体地，当电机高速运转并产生振荡高频交流电流时，导体经受通常所说的集肤效应，只有导体的靠近导体外表面的部分传导电流。在这种情况下，导体的中心部分不会传导任何有意义的电流。所述效应有时被称为“AC铜损”，这是因为当导体由铜形成时，导体中心的铜材料不能有效地传导电流。

期望一种电机设计，其减少这种铜损，与此同时还能够以成本有效的方式制造。

发明内容

本发明提供一种电机，其具有拥有至少两个不同截面的定子绕组，从而平衡铜损和制造复杂性之间的折衷。

在本发明的一种形式中，本发明包括一种电机，所述电机包括可操作地与定子联接的转子，其中，定子包括定子芯，所述定子芯限定：轴向延伸的多个槽；和多个定子绕组。每个定子绕组限定连续电导体，所述连续电导体具有：多个轴向延伸分段，其中，轴向延伸分段中的每一个设置在槽中的一个槽内；和多个端匝分段，其连接设置在分开的槽中的成对轴向延伸分段。至少一个第一轴向延伸分段和至少两个第二轴向延伸分段设置在所述多个槽中的每个槽中，其中，所述多个槽中的每个槽中的第一轴向延伸分段限定第一截面积，所述多个槽中的每个槽中的第二轴向延伸分段限定第二截面积，其中，第一截面积大于第二截面积。所述多个端匝分段中的至少一个端匝分段将所述多个槽中的第一个中的单个第一轴向延伸分段导电地联接到所述多个槽中的第二个中的至少两个第二轴向延伸分段。

在一些实施例中，第一轴向延伸分段设置在所述多个槽中的每个槽中的第二轴向延伸分段的径向外侧。

在一些实施例中，多个绕组限定仅两个不同的截面积。

在一些实施例中，多个绕组中的每个绕组由多个发卡式导体限定，其中，发卡式导体各自具有限定端匝分段中的一个的中央部分和从中央部分延伸的一对相对的支腿。相对的支腿中的每一个限定：轴向延伸分段中的一个；和自由端，其中，自由端限定端匝分段的一部分，使得相邻发卡式导体的自由端焊接在一起以限定所述多个端匝分段中的一个。在具有这种发卡式导体的一些实施例中，每个发卡式导体在其整个长度上具有一致的截面积，并且通过将第一发卡式导体的自由端焊接到第二发卡式导体的两个自由端而形成所述至少一个端匝分段，所述第一发卡式导体的自由端构造成限定第一截面积，所述第二发卡式导体的两个自由端中的每一个构造成限定第二截面积。