繞組系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子和/或定子的繞組系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的電機(jī)中，具有僅幾個(gè)端子(通常每個(gè)相僅具有一個(gè)或兩個(gè)端子)的多相硬連線電繞組被連接至電力電子裝置。在此情況下，實(shí)際電機(jī)和電力電子裝置通常均被容納在不同的外殼中。
[0003]這不僅導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的尺寸很大，而且取決于功率密度需要對(duì)電力電子裝置和具有定子和轉(zhuǎn)子以及電子繞組的實(shí)際電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)的冷卻。此外，因?yàn)殡娏﹄娮友b置與電機(jī)之間的電動(dòng)機(jī)供電線攜帶具有諧波成分的高電流而使得需要額外的屏蔽測(cè)量，所以可能出現(xiàn)與電磁兼容有關(guān)的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是公開(kāi)用于具有緊湊設(shè)計(jì)的電機(jī)的轉(zhuǎn)子和/或定子的繞組系統(tǒng)。
[0005]通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的繞組系統(tǒng)來(lái)達(dá)到所述目的。在從屬權(quán)利要求中公開(kāi)了改進(jìn)之處以及實(shí)施方式。
[0006]在一種實(shí)施方式中，用于電機(jī)的定子和/或轉(zhuǎn)子的繞組系統(tǒng)包括基本上被布置在繞組系統(tǒng)的相對(duì)側(cè)之間的幾個(gè)導(dǎo)體部。在繞組系統(tǒng)的第一側(cè)設(shè)置有借助于半橋而與導(dǎo)體部耦接的兩個(gè)環(huán)形導(dǎo)體。在繞組系統(tǒng)的相對(duì)側(cè)設(shè)置有與至少一個(gè)導(dǎo)體部連接的至少一個(gè)半橋。
[0007]如在下面更加詳細(xì)地描述的，半橋包括開(kāi)關(guān)(特別是半導(dǎo)體電力開(kāi)關(guān))，導(dǎo)體部的相應(yīng)端部借助于所述開(kāi)關(guān)可以選擇性地與兩個(gè)環(huán)形導(dǎo)體之一連接。因此所提出的原理允許將電力電子裝置(特別是半橋)整合至電機(jī)中。
[0008]因此，因?yàn)榭梢韵糜陔娏﹄娮友b置的額外的外殼而實(shí)現(xiàn)小的結(jié)構(gòu)尺寸，并且整個(gè)系統(tǒng)會(huì)變得更加緊湊。
[0009]潛在需要的用于電機(jī)的冷卻系統(tǒng)例如可以使用電動(dòng)機(jī)的冷卻氣體或通過(guò)容納在共用的水冷套中來(lái)同時(shí)冷卻電力電子裝置。
[0010]實(shí)際上在電繞組與電力電子裝置之間不需要供電線，以使得與供電線相關(guān)聯(lián)的噪聲排放或噪聲吸收或電動(dòng)機(jī)供電線的替代性屏蔽測(cè)量也被消除。
[0011]在其之間布置有半橋的環(huán)形導(dǎo)體與導(dǎo)體部取代了設(shè)置在傳統(tǒng)電機(jī)中的繞組和逆變器。在此情況下，環(huán)形導(dǎo)體取代了傳統(tǒng)電機(jī)的端繞組。
[0012]因?yàn)樵诙鄠€(gè)半橋中設(shè)置有電力電子開(kāi)關(guān)，所以根據(jù)所提出的原理的各個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)會(huì)面臨低到可以使用特別小的芯片表面來(lái)實(shí)現(xiàn)電力電子開(kāi)關(guān)的電流和電壓。
[0013]導(dǎo)體部可以均勻地分布在電機(jī)上，例如沿著旋轉(zhuǎn)電機(jī)的圓周或按照不同的繞組拓?fù)鋪?lái)分布。
[0014]在一種實(shí)施方式中，電機(jī)設(shè)置有槽，以防止短路。在此情況下，導(dǎo)體部可以被置入相應(yīng)的槽中。
[0015]如果將所提出的繞組系統(tǒng)用在電機(jī)的定子中，則可以在電機(jī)的操作期間改變定子側(cè)的極對(duì)數(shù)以及氣隙中的磁通勢(shì)的諧波成分的分布。因此，與所有負(fù)載點(diǎn)的現(xiàn)有電機(jī)相比，這樣的電機(jī)可以在其操作期間明顯地得到進(jìn)一步的優(yōu)化。
[0016]如果將所描述的繞組系統(tǒng)用在定子以及PM轉(zhuǎn)子中，則例如當(dāng)需要高扭矩而同時(shí)可以借助于處于低負(fù)載的轉(zhuǎn)子的磁通勢(shì)的諧波成分來(lái)實(shí)現(xiàn)扭矩的產(chǎn)生時(shí)，定子可以復(fù)制轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)。
[0017]如果選擇異步轉(zhuǎn)子，則所描述的繞組概念還可以利用磁阻效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生扭矩。為此，除了諧波成分以外，還在異步電機(jī)上調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子同步場(chǎng)成分，其中所述場(chǎng)成分由于同步性而不與轉(zhuǎn)子電流相互作用，但是可以利用轉(zhuǎn)子槽與轉(zhuǎn)子齒部之間電感的不同來(lái)產(chǎn)生扭矩。
[0018]在一種實(shí)施方式中，使用彼此平行布置的線性或直線導(dǎo)體部來(lái)實(shí)現(xiàn)繞組系統(tǒng)。例如，導(dǎo)體部可以被實(shí)現(xiàn)成平行于軸線或與軸線成某個(gè)角度被對(duì)準(zhǔn)。導(dǎo)體部的線性和平行設(shè)計(jì)允許進(jìn)行特別有成本效益的制造。
[0019]位于繞組的第一側(cè)的兩個(gè)環(huán)形導(dǎo)體優(yōu)選地形成雙極直流母線。
[0020]兩個(gè)額外的環(huán)形導(dǎo)體優(yōu)選地被設(shè)置在繞組系統(tǒng)的相對(duì)側(cè)，并且同樣地可以形成雙極直流母線。
[0021 ] 位于繞組系統(tǒng)的相對(duì)側(cè)的至少一個(gè)半橋可以與這兩個(gè)環(huán)形導(dǎo)體連接。
[0022]可替代地，例如以下會(huì)是可能的:與導(dǎo)體部一樣多的半橋被設(shè)置在導(dǎo)體部的兩側(cè)，并且與布置在繞組系統(tǒng)的各側(cè)的相應(yīng)的成對(duì)環(huán)形導(dǎo)體連接。在此情況下，導(dǎo)體部在兩端分別借助于一個(gè)相應(yīng)的半橋來(lái)親接至一對(duì)環(huán)形導(dǎo)體。
[0023]在其它實(shí)施方式中，例如以下也是可能的:導(dǎo)體部中的僅一些導(dǎo)體部借助于位于繞組系統(tǒng)的相對(duì)側(cè)的半橋而連接至兩個(gè)環(huán)形導(dǎo)體，并且將剩余導(dǎo)體部例如彼此短路。為此，可以設(shè)置短路環(huán)。
[0024]導(dǎo)體部可以包括如銅、鋁、青銅、碳納米管或石墨烯，以及上述物質(zhì)的合金。
[0025]在一種實(shí)施方式中，設(shè)置有控制單元，并且將控制單元連接至半橋，以實(shí)現(xiàn)對(duì)半橋的激活。如參考示例在下面更加詳細(xì)地描述的，例如可以利用集中邏輯或分布式邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)半橋的激活。例如可以經(jīng)由環(huán)形母線線路來(lái)激活半橋。
[0026]在此情況下，可以設(shè)置驅(qū)動(dòng)器，并且將驅(qū)動(dòng)器連接在控制單元與半橋所包括的電力開(kāi)關(guān)之間。
[0027]控制單元有利地使得以下成為可能:由于對(duì)半橋的激活而相應(yīng)地改變定子或轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)。
[0028]在一種實(shí)施方式中，繞組系統(tǒng)的每個(gè)導(dǎo)體部可以耦接至導(dǎo)體部的一個(gè)端上的至少一個(gè)半橋。
[0029]在一種實(shí)施方式中，導(dǎo)體部在其自由端耦接至繞組系統(tǒng)的相對(duì)側(cè)的另外的半橋。
[0030]由兩個(gè)環(huán)形導(dǎo)體形成的相應(yīng)的雙極直流母線可以相應(yīng)地通過(guò)中間電路電壓來(lái)供電?？商娲?，電容器可以連接至繞組系統(tǒng)的兩側(cè)中的一側(cè)的直流母線，以使得額外減少了布線工作。在此情況下，可以將直流母線劃分成相應(yīng)地由電容器或電池供電的幾個(gè)單獨(dú)部。因此可以改善電機(jī)的部分負(fù)載特性?？梢韵螂姍C(jī)的端面上的兩個(gè)直流母線之一施加直流電壓，以對(duì)電機(jī)進(jìn)行充電。
[0031]當(dāng)借助于所施加的直流電壓對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，可以將電機(jī)的電感用作上轉(zhuǎn)換器或下轉(zhuǎn)換器。以此方式，可以優(yōu)選地根據(jù)它們的特性來(lái)對(duì)電池進(jìn)行充電，其中僅需要恒定電壓源作為充電裝置。
[0032]可以經(jīng)由母線例如CAN母線或I2C母線借助于控制單元來(lái)激活半橋。例如，在此情況下，可以僅將一個(gè)地址用于每個(gè)導(dǎo)體部，并且可以取決于電力需求而連接不同數(shù)目的導(dǎo)體部。
[0033]這導(dǎo)致在電機(jī)在操作期間的靈活行為以及小的地址空間和用于激活半橋的很小的協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)。
[0034]在一種實(shí)施方式中，提供了一種定子，所述定子包括根據(jù)上述提出的原理的繞組系統(tǒng)。
[0035]在一種實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括上述類(lèi)型的繞組系統(tǒng)。
[0036]如果在轉(zhuǎn)子中使用所提出的原理，則例如可以使用籠型轉(zhuǎn)子?；\型轉(zhuǎn)子通常包括多個(gè)導(dǎo)體部，其平行于軸線而布置，并且在兩端分別連接至短路環(huán)。如果短路環(huán)被移除并且用所提出的具有半橋(其用于產(chǎn)生與導(dǎo)體部的耦接)的環(huán)形導(dǎo)體來(lái)取代，則實(shí)現(xiàn)根據(jù)所提出的原理的用于轉(zhuǎn)子的繞組系統(tǒng)。
[0037]在一種實(shí)施方式中，以電感的方式、電容的方式或借助于滑環(huán)或換向器環(huán)向轉(zhuǎn)子中的控制單元供給能量。例如，可以在導(dǎo)體部的端部設(shè)置抽頭，并且將該抽頭饋送至整流器。以此方式，定子的交變場(chǎng)可以在轉(zhuǎn)子中的電子裝置開(kāi)始連接直流母線上的轉(zhuǎn)子條之前初始地激活轉(zhuǎn)子及其電子裝置，并且由此允許電流和場(chǎng)的產(chǎn)生。僅在那時(shí)才產(chǎn)生扭矩。
[0038]在所提出的轉(zhuǎn)子的操作期間，在一種實(shí)施方式中定子產(chǎn)生氣隙諧波成分或與轉(zhuǎn)子場(chǎng)的場(chǎng)生成成分盡可能少地相互作用的次諧波成分。因此，轉(zhuǎn)子仍可以在沒(méi)有不利地影響扭矩量的情況下被供以能量。在此情況下，轉(zhuǎn)子中的控制電子裝置可以能夠測(cè)量氣隙磁鏈，并且調(diào)節(jié)至其的轉(zhuǎn)子磁鏈。
[0039]如果電機(jī)的滑動(dòng)也應(yīng)該被調(diào)節(jié)，則可以例如借助于無(wú)線電傳輸利用轉(zhuǎn)子的激活來(lái)進(jìn)行定子的附加通信。
[0040]電機(jī)可以以根據(jù)所提出的原理的定子為特征。
[0041]所述電機(jī)可以可替代地或附加地以根據(jù)所提出的原理的轉(zhuǎn)子為特征。
【附圖說(shuō)明】
[0042]下面將參考在附圖中示出的幾個(gè)示例性實(shí)施方式來(lái)更加詳細(xì)地描述所提出的原理的其它細(xì)節(jié)和實(shí)施方式。在這些附圖中:
[0043]圖1示出了根據(jù)所提出的原理的繞組系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式；
[0044]圖2示出了具有根據(jù)所提出的原理的兩個(gè)半橋的導(dǎo)體部的示例性實(shí)施方式的框圖；
[0045]圖3示出了具有根據(jù)所提出的原理的繞組系統(tǒng)的定子的示例性實(shí)施方式的透視圖；
[0046]圖4示出了根據(jù)圖3的實(shí)施方式的不同透視圖；
[0047]圖5示出了具有根據(jù)所提出的原理的定子的電機(jī)的示例性實(shí)施方式；
[0048]圖6示出了根據(jù)圖5的示例性實(shí)施方式的細(xì)節(jié)；
[0049]圖7示出了根據(jù)圖6的具有用于電力電子裝置的載體的細(xì)節(jié)的改進(jìn)；
[0050]圖8示出了用于轉(zhuǎn)子的根據(jù)所提出的原理的繞組系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式的框圖；
[0051]圖9示出了具有根據(jù)所提出的原理的轉(zhuǎn)子的電機(jī)的透視圖；
[0052]圖10示出了根據(jù)圖9的示例的細(xì)節(jié)；
[0053]圖11示出了具有根據(jù)所提出的原理的定子和轉(zhuǎn)子的電機(jī)的另一示例性實(shí)施方式的俯視圖；
[0054]圖12示出了根據(jù)圖11的實(shí)施方式的細(xì)節(jié)；
[0055]圖13示出了側(cè)視圖形式的根據(jù)所提出的原理的電機(jī)的另一示例性實(shí)施方式；
[0056]圖14示出了圖13的說(shuō)明的細(xì)節(jié)；
[0057]圖15示出了具有集中邏輯的根據(jù)所提出的原理的定子的繞組系統(tǒng)的激活的示例性實(shí)施方式；
[0058]圖16示出了根據(jù)圖15的用于激活的中央控制單元的示例性實(shí)施方式；
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