專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有冗余定子繞組的電機(jī)，特別是同步電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有定子和轉(zhuǎn)子的電機(jī)，其中，定子具有多個(gè)定子槽， 這些定子槽內(nèi)布置有定子繞組，定子繞組由至少為三相的冗余繞組系統(tǒng)構(gòu) 成。此外，本發(fā)明還涉及一種電力驅(qū)動(dòng)裝置，這種電力驅(qū)動(dòng)裝置具有上述類(lèi) 型的電機(jī)和多個(gè)數(shù)量與電機(jī)極數(shù)相符的變換器，變換器用于為電機(jī)的至少為 三相的冗余繞組系統(tǒng)供電。
背景技術(shù)：
這種類(lèi)型的電機(jī)(特別是像異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)這樣的電動(dòng)機(jī))可 承擔(dān)多種驅(qū)動(dòng)任務(wù)，例如用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)適合用來(lái)驅(qū)動(dòng)高速運(yùn) 行的壓縮機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)優(yōu)選實(shí)施為二極疊片或?qū)嵭拇艠O轉(zhuǎn)子或渦輪轉(zhuǎn)子。
上述電機(jī)優(yōu)選由一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)變換器供電。所述變換器特定而言是用 于產(chǎn)生三相或多相輸出電壓的電壓變換器。通過(guò)帶有存儲(chǔ)電容器的電壓中間 電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電壓中間電路在其輸出端為作為變換器一部分的脈沖控制變 壓器供電。
在某些應(yīng)用領(lǐng)域，電力驅(qū)動(dòng)裝置有必要或必須采取冗余設(shè)計(jì)。對(duì)于上述
類(lèi)型的電力驅(qū)動(dòng)裝置而言，變換器和z或電機(jī)原則上可采取冗余實(shí)施方式。 一種已知措施是在由電流源變換器供電的二極同步電動(dòng)機(jī)中設(shè)置兩個(gè)繞組
系統(tǒng)或三相繞組，這兩個(gè)繞組系統(tǒng)或三相繞組實(shí)施為彼此偏轉(zhuǎn)30 。這兩個(gè) 繞組系統(tǒng)分別由一個(gè)變換器供電。
舉例而言，為能實(shí)現(xiàn)變換器側(cè)的冗余，可設(shè)置用于代替故障變換器的第 三變換器。在只存在兩個(gè)變換器的情況下，也可將額定功率設(shè)計(jì)為當(dāng)其中 一個(gè)變換器發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)變換器能承擔(dān)起全部的供電任務(wù)。這種冗余
變換器必須設(shè)計(jì)為具有相應(yīng)的功能。"額定功率"這一概念通常是指在持續(xù) 工作狀態(tài)下所消耗的最大電功率。
但如果電動(dòng)機(jī)側(cè)的其中 一個(gè)繞組系統(tǒng)發(fā)生故障，例如由于短路而發(fā)生故 障，則無(wú)論變換器側(cè)采取何種設(shè)計(jì)，都只能使用電機(jī)的一半額定功率或一半轉(zhuǎn)矩。
為能實(shí)現(xiàn)變換器側(cè)及電動(dòng)機(jī)側(cè)的冗余，這種電機(jī)必須采取從功率技術(shù)角
度看十分不利的設(shè)計(jì)，即當(dāng)兩個(gè)至少為三相的繞組系統(tǒng)中的其中一個(gè)發(fā)生 故障時(shí)，另一個(gè)繞組系統(tǒng)可以承載用于實(shí)現(xiàn)全轉(zhuǎn)矩的總電流。在此情況下， 電機(jī)必須具有特大尺寸，其中，在正常工作狀態(tài)下，每個(gè)繞組系統(tǒng)只承載最 大電流的一半。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種帶有冗余繞組系統(tǒng)的電機(jī)，這種電機(jī)只需積。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有上述電機(jī)的相應(yīng)的電力驅(qū)動(dòng)裝置。 上述目的通過(guò)一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)而達(dá)成，這種電機(jī)包括一
個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子，定子包括復(fù)數(shù)個(gè)定子槽，其中，這些定子槽內(nèi)布置有至 少為三相的冗余繞組系統(tǒng)。其他實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求2至9說(shuō)明。權(quán)利
要求10涉及的是一種相應(yīng)的電力驅(qū)動(dòng)裝置，這種電力驅(qū)動(dòng)裝置具有上述類(lèi) 型的電機(jī)。電機(jī)的有利實(shí)施方式包含在權(quán)利要求11和13中。
本發(fā)明的電機(jī)具有多個(gè)極，極數(shù)至少為四。所述電機(jī)還具有一定數(shù)量的 定子槽，這些定子槽的數(shù)量等于相數(shù)與極數(shù)平方的乘積，或者等于這個(gè)乘積 的整數(shù)倍。所述電機(jī)多數(shù)情況下設(shè)計(jì)成三相電機(jī)，即電機(jī)的相數(shù)為三。在所 述電機(jī)為四極三相電機(jī)的情況下，其槽數(shù)為48或48的整數(shù)倍。
此外，所述電機(jī)還具有數(shù)量與極數(shù)相符的繞組系統(tǒng)或三相繞組。數(shù)量與 極數(shù)相符的那些同相繞組單元分別組成一個(gè)相繞組單元組。這些相繞組單元
組以相循環(huán)的方式逐極布置在定子的定子槽內(nèi)。每一極和每一相繞組單元組 都設(shè)置有一個(gè)與極數(shù)相符的槽區(qū)。槽分配的結(jié)果為，那些同相繞組單元按其 編號(hào)均勻分布在相應(yīng)槽區(qū)的相應(yīng)槽上。
通過(guò)采用本發(fā)明的槽分配方式，可在借助變換器進(jìn)行同相電流激勵(lì)的過(guò) 程中有利地避免并聯(lián)布置的繞組系統(tǒng)中出現(xiàn)相偏移。主要是在電壓變換器供 電過(guò)程中，這種相偏移特別就電機(jī)中的電損耗和諧波分量增加這一方面而言 具有決定性作用。
根據(jù)本發(fā)明，在其中一個(gè)繞組系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，如果其余繞組系 統(tǒng)的供電情況未發(fā)生變化，就可使用3/4的額定轉(zhuǎn)矩，而非僅是一半額定轉(zhuǎn)
矩。在電機(jī)極數(shù)為6的情況下，可使用5/6的額定轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)極數(shù)為8的 情況下，甚至可使用7/8的額定轉(zhuǎn)矩。
另一優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的電機(jī)可實(shí)現(xiàn)得更為節(jié)省空間。在所述電機(jī)為四 極電機(jī)的情況下，如果所述電機(jī)就繞組系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)而言只增加1/3的尺 寸，就可在其中一個(gè)繞組系統(tǒng)發(fā)生故障，增加其余繞組系統(tǒng)的電流激勵(lì)強(qiáng)度 后仍持續(xù)使用全額定功率或全額定轉(zhuǎn)矩。
而對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的二極電機(jī)而言，須將繞組尺寸擴(kuò)大至原來(lái)的兩倍。
另一優(yōu)點(diǎn)在于，在所述電機(jī)僅為四極電機(jī)的情況下，如果又一繞組系統(tǒng) 發(fā)生故障，甚至有第三個(gè)繞組系統(tǒng)發(fā)生故障，即使在此情況下通常無(wú)法使用 全額定功率或全額定轉(zhuǎn)矩，也至少可以使電機(jī)進(jìn)行應(yīng)急運(yùn)行。
而對(duì)于上文所述的二極電機(jī)而言，當(dāng)?shù)诙€(gè)繞組系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，根本 就無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步工作，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)應(yīng)急運(yùn)行。
這種循環(huán)換位可如上文所述使同相繞組單元沿定子內(nèi)圓周均勻分布。這種循 環(huán)換位可確保繞組單元恒定不變地分布在相應(yīng)的槽上。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，同相繞組單元的槽分配按其編號(hào)逐極最多
上文所述的槽分配方式相比，兩極之間的槽位并不會(huì)發(fā)生急劇變化。最大轉(zhuǎn) 移距離與電機(jī)極數(shù)減1相符。
根據(jù)另一實(shí)施方式，定子具有雙層繞組，這個(gè)雙層繞組具有上部繞線層 和下部繞線層。上部繞線層和下部繞線層彼此錯(cuò)開(kāi)一個(gè)繞組節(jié)距。
根據(jù)一種特別的實(shí)施方式，所述電機(jī)是同步電機(jī)，特別是同步電動(dòng)機(jī)。 這個(gè)同步電動(dòng)機(jī)可具有用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)子繞組，或具有永磁激勵(lì)。
本發(fā)明的冗余繞組系統(tǒng)的布置方式或槽分配方式也可有利地應(yīng)用于異 步電機(jī)，尤其可有利地應(yīng)用于異步電動(dòng)機(jī)。
所述電機(jī)特定而言是額定功率至少為10kW的大型電機(jī)，尤其是額定功 率至少為1 MW的大型電機(jī)。本發(fā)明的冗余繞組系統(tǒng)的布置方式原則上也可 應(yīng)用于功率較小的電機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的一種特別有利的實(shí)施方式，布置在定子槽內(nèi)的至少為三相 的冗余繞組系統(tǒng)在電氣方面設(shè)計(jì)為當(dāng)其中一個(gè)繞組系統(tǒng)發(fā)生故障或未得到 供電時(shí)，電機(jī)可繼續(xù)以其額定功率或額定轉(zhuǎn)矩進(jìn)行工作。在此情況下，可如 上文所述增大其余繞組系統(tǒng)中的定子電流，以便提供電機(jī)的最大的額定功率 或最大的額定轉(zhuǎn)矩。
所述電機(jī)優(yōu)選是具有四個(gè)布置在定子槽內(nèi)的冗余三相繞組系統(tǒng)的四極 電機(jī)。
本發(fā)明的目的還通過(guò)一種電力驅(qū)動(dòng)裝置而達(dá)成，這種電力驅(qū)動(dòng)裝置具有 本發(fā)明的電機(jī)和至少一個(gè)變換器，所述變換器用于為所述電機(jī)的至少為三相 的冗余繞組系統(tǒng)供電。
與現(xiàn)有技術(shù)中的驅(qū)動(dòng)裝置相比，這種驅(qū)動(dòng)裝置的體積有所減小。 由此產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)是在其中一個(gè)變換器發(fā)生故障的情況下，其余的變換 器可承擔(dān)起為繞組系統(tǒng)供電的任務(wù)。在此情況下，可在輸出電流方面加強(qiáng)電 機(jī)變換器的電力部分。在所述電機(jī)為四極電機(jī)的情況下，可針對(duì)增大了約1/3 的輸出電流對(duì)電力部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。 所述變換器特定而言可彼此以鎖相狀態(tài)進(jìn)行工作。借此可簡(jiǎn)化對(duì)變換器 的控制工作。
根據(jù)一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述變換器是變頻器，借此可對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn) 行可變調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到對(duì)受驅(qū)動(dòng)組件(例如壓縮機(jī)單元)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行可變調(diào) 節(jié)的目的。


下面借助附圖對(duì)本發(fā)明的其他有利特性進(jìn)行示范性說(shuō)明，其中 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的電機(jī)沿其旋轉(zhuǎn)軸截取的縱剖圖； 圖2為本發(fā)明的電機(jī)的定子芯的疊片局部圖3為具有符合現(xiàn)有技術(shù)的二極三相電機(jī)和兩個(gè)變換器的電力驅(qū)動(dòng)裝 置，所述電機(jī)具有冗余繞組系統(tǒng)，兩個(gè)變換器用于為兩個(gè)繞組系統(tǒng)供電；
圖4為本發(fā)明的具有四極三相電機(jī)和四個(gè)變換器的電力驅(qū)動(dòng)裝置，所述 電機(jī)具有四個(gè)冗余繞組系統(tǒng)，四個(gè)變換器用于為四個(gè)繞組系統(tǒng)供電；
圖5為本發(fā)明針對(duì)四極三相電機(jī)的具有單獨(dú)一個(gè)繞線層的第一種槽分配
圖6為本發(fā)明具有上部繞線層和下部繞線層的第二種槽分配圖，所述上
部繞線層和下部繞線層彼此錯(cuò)開(kāi)一個(gè)繞組節(jié)距； 圖7為槽分配情況如圖5所示的電機(jī)的截面分布情況；以及
圖9為同相繞組單元根據(jù)圖8所示實(shí)施方式的替代實(shí)施方式按其編號(hào)逐 極分布在相應(yīng)槽區(qū)的槽上的分布情況。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示的是現(xiàn)有技術(shù)中的電機(jī)1沿其旋轉(zhuǎn)軸截取的縱剖圖。電機(jī)1具 有定子2和圍繞旋轉(zhuǎn)軸安裝的轉(zhuǎn)子5。定子2具有定子芯3,定子芯3具有 用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)^t場(chǎng)的定子繞組4。定子繞組4具有多個(gè)未詳細(xì)圖示的多相(特
別是三相)繞組系統(tǒng)。定子芯3和轉(zhuǎn)子芯通常實(shí)施為疊片結(jié)構(gòu)，以便達(dá)到減
小渦流損耗的目的。參考符號(hào)6表示的是作為轉(zhuǎn)子5的一部分的轉(zhuǎn)子軸。 圖2顯示的是本發(fā)明的電機(jī)的定子芯3的疊片局部圖。所述電機(jī)可以是
電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。所述電機(jī)可以是同步電機(jī)或異步電機(jī)。所述電機(jī)特定而言
是額定功率至少為10 kW的大型電機(jī)，尤其是額定功率至少為1 MW的大型
電機(jī)。這個(gè)大型電機(jī)也可具有好幾百kW的額定功率。
所述疊片具有復(fù)數(shù)個(gè)齒7和復(fù)數(shù)個(gè)槽(確切地說(shuō)是定子槽8 )，電機(jī)繞組
系統(tǒng)的繞組單元9布置在這些槽內(nèi)。圖2僅對(duì)帶有四個(gè)冗余繞組系統(tǒng)的四極
三相電機(jī)的總共48個(gè)槽8中的七個(gè)槽8進(jìn)行了示范性圖示。根據(jù)本發(fā)明，
定子槽8的數(shù)量等于電機(jī)相數(shù)與電機(jī)極數(shù)平方的乘積。
根據(jù)本發(fā)明，繞組系統(tǒng)的數(shù)量與電機(jī)極數(shù)相符。本實(shí)施例中的電機(jī)具有
四個(gè)繞組系統(tǒng)。
圖3顯示的是具有符合現(xiàn)有技術(shù)的二極電機(jī)1和兩個(gè)變換器11、 12的 電力驅(qū)動(dòng)裝置，所述電機(jī)具有冗余繞組系統(tǒng)，兩個(gè)變換器用于為兩個(gè)繞組系 統(tǒng)供電。兩個(gè)變換器11、 12涉及的例如是脈沖控制變壓器，可將輸入端的 直流電壓轉(zhuǎn)換成輸出端U、 V、 W上的三相交流電壓。兩個(gè)脈沖控制變壓器11、 12彼此以鎖相狀態(tài)進(jìn)行工作。輸出端U、 V、 W對(duì)應(yīng)于變換器ll、 12的各相 U、 V、 W。用框圖表示的變換器ll、 12中帶箭頭的波紋符號(hào)表示的是，所述 脈沖控制變壓器涉及的是用于產(chǎn)生變頻三相交流電壓的變頻器。每個(gè)變換器 11、 12的輸出端U、 V、 W均通過(guò)一根三相供電線21、 22與相應(yīng)的三相繞組 系統(tǒng)U1、 VI、 Wl; U2、 V2、 W2相連。如開(kāi)篇所述，在這兩個(gè)繞組系統(tǒng)U1、 VI、 Wl; U2、 V2、 W2的其中一個(gè)發(fā)生故障后，大約只能"f吏用 一半額定功率或 一半額定轉(zhuǎn)矩。
圖4顯示的是一個(gè)具有四極三相電機(jī)l和四個(gè)變換器11-14的電力驅(qū)動(dòng) 裝置，所述電機(jī)具有四個(gè)冗余三相繞組系統(tǒng)U1、 VI、 Wl;…；U4、 V4、 W4， 四個(gè)變換器用于為四個(gè)繞組系統(tǒng)Ul、 VI、 Wl;…；U4、 V4、 W4供電。
四個(gè)冗余三相繞組系統(tǒng)Ul、 VI、 Wl;…；U4、 V4、 W4布置在電機(jī)1的 定子槽8內(nèi)。從電氣技術(shù)角度看，這四個(gè)至少為三相的冗余繞組系統(tǒng)Ul、 VI、 Wl;…；U4、 V4、 W4特定而言設(shè)計(jì)為當(dāng)其中一個(gè)繞組系統(tǒng)U1、 VI、 Wl;…； IM、 V4、 W4發(fā)生故障或未得到供電時(shí)，電機(jī)1可繼續(xù)以其額定功率或額定轉(zhuǎn) 矩進(jìn)行工作。
所述電力驅(qū)動(dòng)裝置一般情況下至少具有多個(gè)數(shù)量與電機(jī)1的極數(shù)PZ相 符的變換器11-14,這些變換器用于為電機(jī)1的至少為三相的冗余繞組系統(tǒng) Ul、 VI、 Wl;…；U4、 V4、 W4供電。為能對(duì)至少為三相的冗余繞組系統(tǒng)Ul、 VI、 Wl;…；U4、 V4、 W4進(jìn)行供電，必須布置至少一個(gè)變換器11-14。圖4 所示的電機(jī)l的極數(shù)可以是6、 8、 10或10以上的偶數(shù)。電機(jī)l的相數(shù)可以 是4、 5、 6或6以上。
變換器11-14優(yōu)選是用于在輸出端U、 V、 W產(chǎn)生至少為三相的交流電壓 的脈沖控制變壓器或變頻器。變換器11-14 (即圖4所示的實(shí)施例中的四個(gè) 脈沖控制變壓器11-14)彼此以鎖相或同相狀態(tài)進(jìn)行工作。每個(gè)變換器ll-l4 的輸出端U、 V、 W均通過(guò)一根三相供電線21-24與相應(yīng)的三相繞組系統(tǒng)U1、 VI、 Wl;…；U4、 V4、 W4相連。如開(kāi)篇所述，在這四個(gè)繞組系統(tǒng)Ul、 VI、 Wl; U2、 V2、 W2的其中一個(gè)發(fā)生故障后，大約還能使用3/4的額定功率或 3/4的額定轉(zhuǎn)矩。
圖5顯示的是針對(duì)四極三相電機(jī)的具有單獨(dú)一個(gè)繞線層的第一種槽分配 圖。本發(fā)明的電機(jī)具有一定數(shù)量NZ的定子槽，這些定子槽的數(shù)量等于相數(shù) 與極數(shù)PZ的平方的乘積，或者等于這個(gè)乘積的多倍。在所示實(shí)施例中，定 子槽的數(shù)量NZ為48。也可以是這個(gè)數(shù)量的整數(shù)倍，例如96或144。本發(fā)明 的電機(jī)具有多個(gè)數(shù)量與極數(shù)PZ相符的繞組系統(tǒng)U1、 VI、 Wl;…；IM、 V4、 W4。根據(jù)圖5所示的實(shí)施例，相應(yīng)存在四個(gè)繞組系統(tǒng)Ul、 VI、 Wl;…；U4、 V4、 W4。
如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明，多個(gè)數(shù)量與極數(shù)PZ相符的同相繞組單元
Ul-IM、 VI-V4、 Wl-W4分別組成一個(gè)相繞組單元組PU、 PV、 PW。根據(jù)定子槽 1至48的序號(hào)，四個(gè)同相繞組單元Ul-U4屬于相繞組單元組PU，四個(gè)同相 繞組單元VI-V4屬于相繞組單元組PV,四個(gè)同相繞組單元W1-W4屬于相繞組 單元組PW。
根據(jù)本發(fā)明，相繞組單元組PU、 PV、 PW以相循環(huán)的方式逐極布置在定 子的定子槽內(nèi)。在圖5所示的實(shí)施例中，在電機(jī)極數(shù)PZ = 4的情況下，相 繞組單元組P[i布置在槽1至4、 13至16、 25至28、 37至40內(nèi)。兩個(gè)相繞 組單元組PV和PW與相繞組單元組PU之間錯(cuò)開(kāi)8個(gè)或4個(gè)槽。
根據(jù)本發(fā)明，每一極和每一相繞組單元組PU、 PV、 PW上都布置在一個(gè) 與極數(shù)PZ相符的槽區(qū)Nl-N4。在圖5所示的實(shí)施例中， 一個(gè)相繞組單元組 PU、 PV、 PW布置在一個(gè)由四個(gè)槽組成的槽區(qū)內(nèi)。定子槽根據(jù)電機(jī)極數(shù)按順序 循環(huán)編號(hào)，即按照N1、 N2、 N3、 N4、 Nl、 N2......的順序，根據(jù)電機(jī)極數(shù)的模
進(jìn)行編號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行的槽分配的最終結(jié)果為同相繞組單元Ul-IM、 VI-V4、 W1-W4按其編號(hào)均勻分布在相應(yīng)槽區(qū)Nl-N4的相應(yīng)槽或槽位N1..... N4上。
下面將以圖5所示的相繞組單元組PU中的單獨(dú)一個(gè)繞組單元U1為例對(duì) 此進(jìn)行說(shuō)明。繞組單元U1在的第一極上布置在槽位N1上的槽1內(nèi)，在第二 極上布置在槽位N2上的槽l4內(nèi)，在第三極上布置在槽位N3上的槽27內(nèi)， 在第三極上布置在槽位N4上的槽40內(nèi)。通過(guò)這種方式，槽區(qū)N1-N4的全部 槽位Nl..... N4上都均勻地布置有相繞組單元組PU的繞組單元Ul。
如圖5所示，本發(fā)明的一種實(shí)施方式是使同相繞組單元U1-U4、 Vl-V4、 Wl-W4按其編號(hào)逐極循環(huán)換位。這一點(diǎn)在圖5中用帶有箭頭的長(zhǎng)形圓圈表示， 其中，箭頭表示循環(huán)換位的方向。
圖6顯示的是具有上部繞線層OW和下部繞線層UW的第二種槽分配圖， 根據(jù)本發(fā)明，所述上部繞線層和下部繞線層彼此錯(cuò)開(kāi)一個(gè)繞組節(jié)距VS。上部 繞線層OW的槽分配情況與圖5所示的槽分配情況相符。第二 (即下部)繞
線層UW與上部繞線層0W之間例如錯(cuò)開(kāi)10個(gè)槽。
圖7顯示的是槽分配情況如圖5所示的電機(jī)1的截面圖。為了更清楚地 說(shuō)明本發(fā)明，圖7再次對(duì)同相繞組單元U1-U4、V1-V4、W1-W4在相應(yīng)槽區(qū)Nl-N4
的相應(yīng)槽或槽位N1..... N4上的循環(huán)式均勻分布進(jìn)行了圖示。圖7是根據(jù)
這些同相繞組單元在電機(jī)1的定子2的內(nèi)圓周上的實(shí)際空間布置情況進(jìn)行圖 示。
圖8顯示的是同相繞組單元Ul-U4、 V1-V4、 Wl-W4按其編號(hào)逐極分布在 相應(yīng)槽區(qū)N1-N4的槽Nl、…、N4上的分布情況。
圖8以相U上的同相繞組單元U1-U4為例對(duì)同相繞組單元U1-U4、V1-V4、 Wl-W4的分布進(jìn)行了圖示。其余兩個(gè)相V、 W錯(cuò)開(kāi)四個(gè)或八個(gè)槽沿電機(jī)定子的 內(nèi)圓周分布。圖8以從第一極到第四極的順序從上到下對(duì)同相繞組單元 Ul-U4的各個(gè)槽位進(jìn)行了圖示。第四極上又連接有第一極。圖8用垂直的虛
線表示用于布置并聯(lián)同相繞組單元U1-U4的相同槽位N1.....N4。垂直的粗
線表示的是其中一個(gè)同相繞組單元U1-U4布置在相應(yīng)的槽位N1.....N4上。
橫向延伸的細(xì)線顯示的是同相繞組單元U1-U4在端部繞組末端的連接。
此處的槽分配反向于圖5所示的槽分配。這一圖示說(shuō)明的是，只要可以 進(jìn)行槽分配，從電流激勵(lì)的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向角度看，就總是可以進(jìn)行與之 反向的槽分配。
根據(jù)本發(fā)明所進(jìn)行的槽分配的結(jié)果為同相繞組單元U1-U4按其編號(hào)均 勻分布在相應(yīng)槽區(qū)Nl-N4的槽位Nl..... N4上。
如圖8所示，在第一極上，繞組單元U1占據(jù)槽位N1，即槽區(qū)N1-M內(nèi) 的第一槽位N1。根據(jù)模函數(shù)，第一槽位Nl可從當(dāng)前槽序號(hào)和值4 (相當(dāng)于 極數(shù))相除后的余數(shù)中獲得。
根據(jù)模函數(shù)N4 = 16 mod 4，繞組單元Ul在第二極上占據(jù)槽位M,其 中，數(shù)字16與槽序號(hào)相符。為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，用更為常見(jiàn)的順序l 2 3 4 1 ...代替原來(lái)的模序O 1 2 3 0 1 ...，其中，槽位N4相當(dāng)于原來(lái)的從數(shù)學(xué)角度看正確的槽位N0。 根據(jù)模函數(shù)N3 = 27 mod 4，繞組單元Ul在第三極上占據(jù)槽位N3，其
中，數(shù)字27與槽序號(hào)相符。
根據(jù)模函數(shù)N2 = 38 mod 4，繞組單元Ul在第四極上占據(jù)槽位N2,其
中，數(shù)字38與槽序號(hào)相符。
圖9顯示的是同相繞組單元Ul-U4、 VI-V4、 Wl-W4根據(jù)圖8所示實(shí)施方
上的分布情況。
圖9再次以相U上的同相繞組單元U1-U4為例對(duì)同相繞組單元的分布進(jìn) 行了圖示。其余兩個(gè)相V、 W錯(cuò)開(kāi)四個(gè)或八個(gè)槽沿電機(jī)定子的內(nèi)圓周分布。
圖8所示的分布情況與各繞組單元Ul-U4的分布情況之間的區(qū)別在于， 每?jī)蓸O之間的槽分配最多相差兩個(gè)槽位。在此情況下，定子圓周上的分布就 更為均勻。
與此相比，繞組單元Ul的槽位從第一極到第二極變化3個(gè)槽位。采用 圖8所示的槽分配方式時(shí)，轉(zhuǎn)移距離隨電機(jī)極數(shù)的增加而增大，而采用圖9 所示的槽分配方式時(shí)，轉(zhuǎn)移距離最多局限于2。
概括言之，電機(jī)1具有定子2和轉(zhuǎn)子5，其中，定子2具有多個(gè)定子槽 8,這些定子槽內(nèi)布置有定子繞組4，定子繞組4由至少為三相的冗余繞組系 統(tǒng)U1、 VI、 Wl; U2、 V2、 W2構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，電機(jī)l具有多個(gè)極，極數(shù) PZ至少為四。電機(jī)1具有一定數(shù)量NZ的定子槽8，這些定子槽的數(shù)量等于 相數(shù)與極數(shù)PZ的平方的乘積，或者等于這個(gè)乘積的整數(shù)倍。此外，電機(jī)還 具有多個(gè)數(shù)量與極數(shù)PZ相符的至少為三相的繞組系統(tǒng)U1、 VI、 Wl;…；U4、 V4、 W4。多個(gè)數(shù)量與極數(shù)PZ相符的同相繞組單元U1-U4、 Vl-V4、 Wl-W4分 別組成一個(gè)相繞組單元組PU、 PV、 PW。相繞組單元組PU、 PV、 PW以相循環(huán) 的方式逐極布置在定子2的定子槽8內(nèi)。每一極和每一相繞組單元組PU、PV、 PW上都存在一個(gè)與極數(shù)PZ相符的槽區(qū)N1-N4，槽分配的結(jié)果為，同相繞組
單元U1-U4、V1-V4、W1-W4按其編號(hào)均勻分布在相應(yīng)槽區(qū)N1-N4的槽位N1、…、
N4上。
本發(fā)明涉及一種電力驅(qū)動(dòng)裝置，這種電力驅(qū)動(dòng)裝置具有上述類(lèi)型的電機(jī) 1和至少一個(gè)變換器11-14，所述變換器用于為電機(jī)1的至少為三相的冗余 繞組系統(tǒng)4供電。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，包括一個(gè)定子(2)和一個(gè)轉(zhuǎn)子(5)，其中，所述定子(2)包括其中布置有一個(gè)定子繞組(4)的復(fù)數(shù)個(gè)定子槽(8)，所述定子繞組具有至少為三相的冗余繞組系統(tǒng)(U1，V1，W1；U2，V2，W2)，其特征在于，a)所述電機(jī)具有多個(gè)極，極數(shù)(PZ)至少為四，b)所述電機(jī)具有一定數(shù)量(NZ)的定子槽(8)，所述定子槽的數(shù)量等于所述電機(jī)的相數(shù)與極數(shù)(PZ)的平方的乘積，或者等于所述乘積的整數(shù)倍，c)所述電機(jī)具有數(shù)量與所述極數(shù)(PZ)相符的繞組系統(tǒng)(U1，V1，W1；...；U4，V4，W4)，d)數(shù)量與所述極數(shù)(PZ)相符的那些同相繞組單元(U1-U4，V1-V4，W1-W4)分別組成一個(gè)相繞組單元組(PU，PV，PW)，e)所述相繞組單元組(PU，PV，PW)以相循環(huán)的方式逐極布置在所述定子(2)的定子槽(8)內(nèi)，f)為每一極和每一相繞組單元組(PU，PV，PW)設(shè)置有一個(gè)與所述極數(shù)(PZ)相符的槽區(qū)(N1-N4)，以及g)槽分配的結(jié)果為，那些同相繞組單元(U1-U4，V1-V4，W1-W4)按其編號(hào)均勻分布在相應(yīng)槽區(qū)(N1-N4)的槽位(N1，...，N4)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，那些同相繞組單元(Ul-U4, VI-V4， Wl-W4)按其編號(hào)逐極循環(huán)換位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，那些同相繞組單元(Ul-U4, VI-V4, Wl-W4)的槽分配按其編號(hào)逐極最 多相差兩個(gè)槽位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電機(jī)，其特征在于，所述定子(2)具有一個(gè)雙層繞組，所述雙層繞組具有一個(gè)上部繞線層 和一個(gè)下部繞線層(0W,鼎)，以及所述上部繞線層和所述下部繞線層(0W， UW)彼此錯(cuò)開(kāi)一個(gè)繞組節(jié)距(vw)。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其特征在于， 所述電機(jī)是同步電機(jī)，特別是同步電動(dòng)機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其特征在于， 所述電機(jī)是異步電機(jī)，特別是異步電動(dòng)機(jī)。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其特征在于， 所述電機(jī)是額定功率至少為10kW的大型電機(jī)，尤其是額定功率至少為1 MW的大型電才幾。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其特征在于， 布置在所述定子槽(8)內(nèi)的至少為三相的冗余繞組系統(tǒng)(U1， VI, Wl;…；U4, V4， W4)在電氣方面設(shè)計(jì)成當(dāng)其中一個(gè)繞組系統(tǒng)(Ul, VI， Wl;…； U4， V4， W4 )發(fā)生故障或未得到供電時(shí)，所述電機(jī)可繼續(xù)以其額定功率或額 定轉(zhuǎn)矩進(jìn)行工作。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其特征在于， 所述電機(jī)是具有四個(gè)布置在所述定子槽(8)內(nèi)的冗余三相繞組系統(tǒng)(U1,VI， Wl;…；U4， V4, W4)的四才及電才兒。
10. —種電力驅(qū)動(dòng)裝置，包括一個(gè)根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求 所述的電機(jī)(1)和至少一個(gè)變換器(11-14)，所述變換器用于為所述電機(jī) (1)的至少為三相的冗余繞組系統(tǒng)(Ul， VI， Wl;…；U4， V4, W4)供電。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電力驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 所述電力驅(qū)動(dòng)裝置包括數(shù)量與所述電機(jī)(1)的極數(shù)(PZ)相符的變換器(11-14)，所述變換器用于為所述電機(jī)(1)的至少為三相的冗余繞組系 統(tǒng)(U1, VI， Wl;…；U4， V4, W4 )供電。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電力驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 那些變換器(11-14)可彼此以鎖相狀態(tài)進(jìn)行工作。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電力驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，那些變換器(11-14)是變頻器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電機(jī)(1)，所述電機(jī)包括一個(gè)定子(2)和一個(gè)轉(zhuǎn)子(5)，其中，所述定子(2)包括其中布置有定子繞組(4)的復(fù)數(shù)個(gè)定子槽(8)，所述定子繞組具有至少為三相的冗余繞組系統(tǒng)(U1，V1，W1；U2，V2，W2)構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，所述電機(jī)(1)具有一定數(shù)量的極、一定數(shù)量(NZ)的定子槽(8)和多個(gè)數(shù)量與極數(shù)(PZ)相符的繞組系統(tǒng)(U1，V1，W1；U2，V2，W2)，其中，所述極數(shù)(PZ)至少為四，所述定子槽的數(shù)量等于所述電機(jī)(1)的相數(shù)與極數(shù)(PZ)的平方的乘積，或者等于這個(gè)乘積的整數(shù)倍。多個(gè)數(shù)量與所述極數(shù)(PZ)相符的同相繞組單元(U1-U4，V1-V4，W1-W4)分別組成一個(gè)相繞組單元組(PU，PV，PW)。所述相繞組單元組(PU，PV，PW)以相循環(huán)的方式逐極布置在所述定子(2)的定子槽(8)內(nèi)。每一極和每一相繞組單元組(PU，PV，PW)上都存在一個(gè)與所述極數(shù)(PZ)相符的槽區(qū)(N1-N4)。槽分配的結(jié)果為，所述同相繞組單元(U1-U4，V1-V4，W1-W4)按其編號(hào)均勻分布在相應(yīng)槽區(qū)(N1-N4)的槽位(N1，…，N4)上。
文檔編號(hào)H02K3/28GK101356708SQ200780001333
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2007年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月8日
發(fā)明者瑪麗亞·巴德, 阿克塞爾·莫爾 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司