專利名稱：定子同位式集成電動/發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種特殊結構的電機，具體地說是一種定子同位式集成電動/發電機。
普通電機一般是由定子和轉子組成，定子包括有定子鐵芯、定子繞組和機座，定子繞組是由絕緣導線在定子鐵芯內繞制成的許多線圈元件所組成，定子鐵芯與機座相接。每個線圈一般是由單股絕緣導線繞制若干匝，組成一個整體，稱為元件。有時為了滿足加工工藝的要求，也使用多股導線并繞技術制作，然后將多股并繞導線的所有始端連接在一起，所有末端也都連接在一起，最終達到與單股線繞制相同的作用和效果。這種電機定子的制作模式已經非常成熟并相對固定化了，但是存在的不足之處就是，如果元件的某處絕緣破裂，就有可能發生燒毀定子繞組的事故；而如果元件某處發生斷裂，即可影響整個一相的定子繞組，造成電機運行的不平衡或者缺相運行，由此帶來嚴重的安全問題。
本發明的目的就是提供一種全新定子繞組聯接方式的定子同位式集成電動/發電機，以克服現有電機定子繞組接線方式中存在的不足，提高電機運行的可靠性和安全性。
本發明是這樣實現的定子同位式集成電動/發電機，由定子和轉子組成，定子包括有定子鐵芯、定子繞組和機座，定子繞組是由絕緣導線在定子鐵芯內繞制成的線圈元件所組成，定子鐵芯與機座相接。定子繞組中的每個元件由至少2個以上的具有獨立接線端的子元件構成，各元件中的子元件數相等，每個元件中的子元件均位于相同的定子線槽。取各元件中的一個子元件集合形成一個子元件組，則子元件組數就與元件中的子元件數相同。所有子元件組中的子元件均按照元件的連接方式相互連接，并各引出一組獨立的接線端子。
本發明可采用多線并繞技術進行電機定子繞組中每一個元件的繞制。然而，在同一個元件內，各條導線的端部將不再直接并連，而是分別獨立抽頭，因而在一個元件中就形成了多個分立的“子元件”(設為N，且N≥2)。每個子元件均是多線并繞所產生的元件中的一部分，且每個元件中的子元件占用相同的定子線槽，即在電機定子的物理空間內并置。若此時所有導線截面也相同，則同一元件中的各個子元件自然就具有完全相同的物理和電氣結構與性能，但在電氣結構上相互獨立。
一個元件中的每一個子元件只與其他元件中相對應的子元件進行連接，即只有同一子元件組的子元件相互連接，其連接規律與普通電機中對應位置的各個元件的連接規律完全相同。這樣就相當于將普通電機中的一套完整的定子繞組分解成為在物理位置上完全重疊的N套定子繞組，亦可稱為在機座中的N個同位的定子單元。這樣，每一個定子單元均具有與相應普通電機的定子相同的、完整的邏輯功能，成為N個“邏輯定子”。這N個定子單元共用同一轉子，因此，每個邏輯定子均與轉子形成一個虛擬的“邏輯電機”。每個邏輯電機均具有一組相應獨立的、且與普通電機對應的接線端子。N個獨立的邏輯電機構成了一臺物理意義上的“集成電機”。本發明的核心正在于此。
在本發明的集成電機模式下，對每一臺大功率電機的控制可以轉換成為對N個相對較小功率的邏輯電機的并行控制，進而使得難度較大的大功率控制轉換為難度相對較小的小功率、多單元控制。這樣，當某一邏輯電機或某一控制單元發生局部故障或受到外力損傷時，只會影響單個邏輯電機，對于集成電機而言只是局部問題。此時只要能夠及時將其切換出去，集成電機就可以繼續穩定運行，而不會導致系統癱瘓，并可避免電機缺相運行的情況發生。此時還可以通過改變其他邏輯電機的運行參數，做到電機的“代償式”運行，直至維修。由此實現了電機穩定的“帶故障運行”，并使其具有了“抗毀傷”能力。這是普通電機所無法比擬的優點，由此可有效地提高電機運行的可靠性與安全性。
下面結合附圖對本發明實施例做進一步詳述。
圖1是本發明中各子元件組呈“Y”形連接的電機定子繞組圖。
圖2是本發明中各子元件組呈“△”形連接的電機定子繞組圖。
如附圖所示，本發明的定子同位式集成電機，其機械結構與現有已知技術制造的電機結構相同，即由定子和轉子組成，定子包括有定子鐵芯、定子繞組和機座，定子繞組是由絕緣導線在定子鐵芯內繞制成的線圈元件所組成，定子鐵芯與機座相接。定子繞組中的每個元件均是由N個(N≥2)具有獨立接線端的子元件構成，設其標號為1～N。全部元件中所有相同標號的子元件劃分為一組，則共有N個子元件組。每個子元件組按照現有普通電機定子繞組中元件之間的常規連接方式進行連接，然后引出一組(3對)獨立的接線端子。將每個子元件組的接線端子均按照“Y”形(如圖1所示)或者均按照“△”形(如圖2所示)的連接方式進行連接，即可分別構成一臺定子繞組成“Y”形或者成“△”形連接的定子同位式集成電機。
本發明集成電機與普通電機的機械結構完全相同，因此制造時在普通電機的機座上按新的方式下線即可。每個元件中的子元件導線截面(線徑)可以相同。又因所有子元件的結構相同，其工作電壓亦相等，所以，每個邏輯電機的功率也是相同的。
本發明也可以有導線截面不同的情景，即每個元件中的子元件導線截面(線徑)有差別。但是應該保證每個子元件集合組的導線截面(線徑)是完全相同的。這樣，各個邏輯電機的功率就會因相應子元件組的導線截面(線徑)的不同而有所不同。
采用上述不同的結構設計，就是為了進行功率分解，使之形成數個能夠滿足控制單元要求的邏輯電機，進而滿足集成電機不同的設計需要。
在上述的各種集成電機中，每個子元件集合組的接線端子連接至一個控制單元。所有控制單元可以是功率參數完全相同的小功率控制器，以控制相應的功率參數完全相同的邏輯電機(子元件導線線徑相同)；也可以是功率參數并不相同的小功率控制器，以控制相應的功率參數并不相同的邏輯電機(子元件導線線徑不同)。從而有望在保證標準化、規范化的前提下，提高設計、制造的靈活性并降低生產成本。
如果將所有子元件集合組的接線端子電氣并聯，共接一個與整個集成電機總功率相匹配的控制器，則本集成電機就完全等同于一臺利用現有已知技術制造的普通電機。如果N個邏輯電機與相應的N個控制單元分別連接并能夠以高度并行的方式工作，則集成電機的最終輸出就等效于一臺相應的普通電機。因其總的元件結構不變，總的用銅量不變，只要控制協調得當，則總的最大輸出功率不變。同時還可通過進行不同邏輯電機磁場矢量之間的角度微調，而使電機特性獲得改善，即輸出特性更加平穩，扭矩波動減小，電機及其控制系統的安全性和可靠性可以得到保障。
本發明的定子同位式集成電機，既可制成為電動機，也可制成為發電機；既可制成為交流異步電機、交流同步電機，也可應用到直流電機領域。總之，在改善電機特性的同時，可有效地提高電機運行的可靠性和安全性，因而是電機制造領域里的一項重大變革。
權利要求
1.一種定子同位式集成電動/發電機，由定子和轉子組成，定子包括有定子鐵芯、定子繞組和機座，定子繞組是由絕緣導線在定子鐵芯內繞制成的線圈元件所組成，定子鐵芯與機座相接，其特征在于定子繞組中的每個元件由至少2個以上的具有獨立接線端的子元件構成，各元件中的子元件數相等，每個元件中的子元件均位于相同的定子線槽，取各元件中的一個子元件集合形成一個子元件組，所有子元件組中的子元件均按照元件的連接方式相互連接，并各引出一組獨立的接線端子。
2.根據權利要求1所述的定子同位式集成電動/發電機，其特征在于每個元件中的子元件導線截面(線徑)相同。
3.根據權利要求1所述的定子同位式集成電動/發電機，其特征在于每個元件中的子元件導線截面(線徑)有差別，而每個子元件集合組的導線截面(線徑)相同。
4.根據權利要求1、2或3所述的定子同位式集成電動/發電機，其特征在于每個子元件集合組的接線端子連接一個控制器。
5.根據權利要求1、2或3所述的定子同位式集成電動/發電機，其特征在于所有子元件集合組的接線端子電氣并聯，共接一個控制器。
6.根據權利要求1、2或3所述的定子同位式集成電動/發電機，其特征在于電動/發電機為交流異步電機、交流同步電機或是直流電機。
全文摘要
本發明是一種具有特殊定子繞組結構的電機，其結構是在由線圈元件所組成的定子繞組中，每個元件由至少2個以上的具有獨立接線端的子元件構成，各元件中的子元件數相等，每個元件中的子元件均位于相同的定子線槽。取各元件中的一個子元件集合形成一個子元件組，所有子元件組中的子元件均按照元件的連接方式相互連接，并各引出一組獨立的接線端子。本發明將一臺電機分解成為由一組邏輯電機組成的集成式電機，可以在電機繞組局部毀損時做到代償式運行，實現了電機的帶故障穩定運行，具有了抗毀傷能力，從而提高了電機運行的可靠性與安全性。
文檔編號H02K3/28GK1464615SQ02120860
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月6日 優先權日2002年6月6日
發明者季小尹, 原亮, 原澤 申請人:原澤