CN101009443B - 旋转式电机以及制造这种电机的方法 - Google Patents

Abstract

旋转式电机，其具有一个围绕着一轴线(13)旋转的转子(11)，该转子(11)同心地被一个定子(12)包围，而该定子(12)具有一个置入定子体(21)中的定子绕组(30)，其中该定子绕组(30)在同心布置中包括轴向延伸的绕组杆(14)的一个远离轴线的下层(16)和一个靠近轴线的上层(17)，该绕组杆(14)在定子(12)的端部从定子体(21)伸出，并在一个绕组头(15)内以其杆端(23)成对地在径向方向上上下叠置地布置在两个同心圆上。在这种电机中，在具有很高的抗电强度的同时实现所述定子绕组(30)的简单制造，即在一对在一个相分离机构内属于不同相的绕组杆(14)中，为扩大不同相之间的径向间距设置杆端(23)的一个径向张开部位(18)。

Description

旋转式电机以及制造这种电机的方法

技术领域

本发明与电机领域有关。本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的旋转式电机。此外本发明还涉及一种用于生产一种这样的电机的方法。

背景技术

所述的电机比如在DE-A1-19726563中或在DE-A1-10215937中得到公开。

在功率范围可达数百兆瓦的大型旋转式电机比如说涡轮发电机中，通过具有矩形横截面的绕组杆来构建定子绕组，这样的绕组杆被置入并且楔入叠片组中为此设置的轴向凹槽中。在凹槽内部，经常在一个下层和一个上层中上下叠置地布置两根绕组杆(比如参见开头所述的公开文献DE-A1-197 26 563)。所述下层和上层的绕组杆在两端伸出定子体，并且分别在一个绕组头中在一个预先规定的线路图中在形成定子绕组的情况下彼此间连接或者说与用于定子绕组的接头相连接。所述绕组杆为此在定子体外部向外弯曲一个固定的角度，从而所述绕组杆以其端部区段放在一个围绕着机器轴线的圆锥体上。同时，所述端部区段在圆锥体圆周表面上横向于轴线进行弯曲(扭转)，用于按照线路图将一根来自一个凹槽的下层的绕组杆与一根来自另一个凹槽的上层的绕组杆在终端侧聚集在一起，使得其可以在同心圆上成对地上下叠置并且可以直接彼此相连接。

在选出的属于定子绕组的不同相的成对的杆端上，不建立任何连接，而是将所述上下叠置的杆端单独地与用于定子绕组的机器接头相连接(参见DE-A1-197 26 563的附图3)。因为在一种这样的相分离机构对的两个杆端之间可能存在满电压，所以必须采取特别的预防措施，用于在该区域中保证必需的抗电强度。这种所提出的并且在实践中得到证明的预防措施中的其中一项措施在于，在绕组头的圆锥体上使上层和下层的首先直接上下叠置的杆端切向张开，也就是说沿相反的方向向侧面彼此伸开。

但是该预防措施具有以下缺点：上层和下层的所有绕组杆在没有切向张开的情况下在绕组头中具有相同的“节距”或扭转角度，因而必须为每个切向张开部位制作两根具有不同节距的绕组杆。此外，可能有必要为一个与相分离机构对相邻的绕组杆对设置一种不同的节距，用于为这种切向张开提供空间。在实践中，这在制造绕组杆时意味着巨大的额外开销。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种旋转式电机，以及一种用于制造这种电机的方法，其中在定子绕组的相分离机构中在降低用于制造绕组杆的开销的同时实现很高的抗电强度。

该任务通过权利要求1和11所述特征的整体得到解决。对按本发明的解决方案来说重要的是，在具有用于扩大径向间距的相分离机构以及由此具有在不同的相之间的抗电强度的情况下设置杆端的一个径向张开部位。通过该径向张开部位，可以为所有的绕组杆使绕组头中的节距或扭转角相同，并且由此简化制造过程。

本发明一种设计方案的特征在于，所述径向张开部位由一对绕组杆的杆端上的折弯所引起，其中一对绕组杆在绕组头内部基本上彼此平行延伸，并且所述径向张开部位由一个引自另一根绕组杆的折弯在一对绕组杆中的其中一个绕组杆的杆端上引起。

该设计方案的一种改进方案的突出之处在于，所述绕组杆在绕组头内部放置在一个向外敞开的同轴圆锥体上，并且一个相分离机构对的属于上层的绕组杆在杆端上通过折弯而轴向指向。

尤其所述圆锥体的张开角以及折弯的弯曲角约为20°。

优选所述旋转式电机是一种具有几百兆瓦功率的高功率发电机。

在按本发明的方法中，在杆端和相位耦合机构之间建立连接之前、并且尤其在安装圈环之前在一个第一步骤中将相分离罩如此远地拉到该杆端上面或者拉到相位耦合机构上面，使得相分离罩在接下来对连接进行焊接时不受损坏，在一个第二步骤中在杆端和相位耦合机构包括圈环之间建立连接，并且在一个第三步骤中将该相分离罩推到连接区上面。

按本发明方法的一种设计方案的特征在于，使用一种由具有永久弹性的材料制成的相分离罩，该相分离罩的额定尺寸稍小于所述连接区的外轮廓。

一种作为替代方案的设计方案的特征在于，使用一种由收缩性材料制成的相分离罩，并且该相分离罩在推到连接区上面之后在一个第四步骤中收缩。

附图说明

下面根据实施例结合附图对本发明进行更详细地说明。附图示出：

图1是按照本发明一种实施例的电机的接头侧绕组头的纵剖面图；

图2是在图1所示的绕组头中相分离机构区域沿轴线方向的俯视图；

图3是在相分离机构内部在杆端和相位耦合机构之间的典型连接的俯视图；

图4是在建立按照本发明的相位耦合机构时两个步骤的两个分图(图4a和b)；

图5是按照图4b的绝缘连接的两个横截面的两个分图(图5a和b)；

图6是借助于两块平行板在导线之间的连接的作为图4替代方案的形式。

具体实施方式

图1示出了一个按照本发明一种实施例的旋转式电机10的接头侧绕组头15的纵剖面图。电机10具有一个(仅仅以轮廓示出的)转子11，该转子11围绕着轴线13旋转，并且由一个定子12同心包围。该定子12包括一个构造为叠片组的定子体21，在该定子体21中在里面的圆周上设置凹槽用于容纳由绕组杆14构成的定子绕组30。在每个凹槽中，上下叠置布置两个绕组杆14，它们分别属于定子绕组30的一个下层16和一个上层17。

两个层16、17的绕组杆14以其端部区段伸出定子体21，并且在绕组头15内向外弯曲，从而所述端部区段平放在一个围绕着所述轴线13的圆锥角为α的圆锥体上。在该圆锥体的圆周表面上，所述端部区段同时沿着相反方向扭转一个恒定的扭转角，用于将上层和下层17或者说16的绕组杆14的杆端23按照一个预先给定的线路图成对地上下叠置地布置在围绕着轴线13的同心圆上，其中所述上层和下层17或者说16处于不同的凹槽中。在图2中，可以并排看到三对来自上层17和下层16的杆端23，这些杆端23在一个相分离机构内单独地通过相位耦合机构24和环22与电机的相应接头20(图1)相连接。

为了在相分离机构中的连接接头或者说引线接头上在不同的相之间、也就是说在成对的两个绕组杆14的杆端之间得到一个较大的间距，将所述来自上层17中的绕组杆14的杆端23反向于圆锥角α以一个折弯19(图1)弯进水平位置中(也就是轴线平行)。通过杆端前的折弯19以及和折弯19相连接的径向张开部位18，即使在电压很高的情况下也可以免除相分离机构的切向张开。由此可以降低绕组杆方案的多样性。这种几何形状的另一个优点就是，为装配作业、如相位耦合机构和接口的焊接、再绝缘改进了可接近性。

利用径向张开部位，即使在狭窄的位置情况下也可在绕组杆之间或者说在不同相的相位耦合接头之间实现较大的间距，并且由此在结构紧凑的发电机上实现很高的额定电压。

在不同的相的杆端和所连接的相位耦合机构(圆形连接)之间存在的连接的绝缘与相分离机构中的杆端张开紧密相关。在图3中的俯视图中示出了一种典型的连接：在杆端23上，去掉了一定长度的绝缘层(在图5a中的29)，从而使得导线25裸露。在裸露的导线25上，在表面上焊上一种专门成形的由铜制成的圈环26，在该圈环26的自由端上连接了一个配合件27(同样由铜制成)。一个在该配合件27中的经过调整的空隙容纳了所述相位耦合机构24的已去掉绝缘层的导线25。

图6反映了一种作为替代方案的连接配置。这里杆端23以及相位耦合机构24的两根导线25从两侧借助于两块平行的板31、32连接在一起。

在图3所示的连接内部，所述导线25、圈环26以及配合件27作为金属件处于裸露状态并且必须进行绝缘处理。为了对处于相分离机构外部的两个彼此连接的杆端进行绝缘，在过去早已提出可在一侧插装的相分离罩(EP-A1-0 899 851)和用软管固定的可浸渍的纤维网帽(EP-B1-0 713 281)。所述纤维网帽要求成本很高的浸渍步骤。所述可侧面插装的相分离罩具有以下缺点：

-敞开的、单个制作的、手工胶合的相分离罩十分昂贵。

-有必要使用填充油灰。

-相分离罩具有很大的壁厚，并且由此具有很差的导热性。

-相分离罩在维修或分析时要花费很高的费用才能拆卸。

这里可以按照图4a、b和5a、b进行改进，如果使用一种可覆盖的相分离罩28。为了可以实现可覆盖的相分离罩，以下基本前提是必要的：

-主要将相位耦合机构轴向连接到绕组末端或杆端。

-圈环26的狭长设计，这里的圈环26在裸露的情况下大致具有绝缘的绕组杆14或者说相位耦合机构24的宽度和高度。

相关的过程如下：在安装圈环26之前，将软管状的相分离罩28拉到杆端23或相位耦合机构24上面，并且如此远离地放置，使得其在焊接时不会受损(图4a)。在完成连接24、25、26、27之后，将该相分离罩28推到连接区上面。

相分离罩28的材料要么可以由具有永久弹性的和耐温度变化的硅材料制成，并且其额定尺寸稍小于圈环26和绝缘层29的外轮廓。要么其由聚酯或具有类似收缩性的材料制成，该材料在推回到裸露的部分上面之后借助于热风极佳地与真正的几何形状相匹配。在两种情况下，相分离罩在连接区紧贴着外轮廓，并且由此有效地支持用径向张开所获得的抗电强度。

附图标记列表

10     电机

11     转子

12     定子

13     轴线

14     绕组杆

15     绕组头

16     下层(绕组)

17     上层(绕组)

18     张开部分(径向)

19     折弯

20     接头

21     定子体(叠片组)

22     环

23     杆端

24     相位耦合机构

25     导线(绕组杆)

26     圈环

27     配合件

28     相分离罩(软管状)

29     绝缘层

30     定子绕组

31、32 板

α     圆锥角

Claims (12)

1.旋转式电机(10)，其具有一个围绕着一根轴线(13)旋转的转子(11)，该转子(11)同心地被一个定子(12)所包围，而该定子(12)则具有一个置入定子体(21)中的定子绕组(30)，其中所述定子绕组(30)在同心布置中包括轴向延伸的绕组杆(14)的一个远离轴线的下层(16)和一个靠近轴线的上层(17)，所述绕组杆(14)在定子(12)的端部上从定子体(21)中伸出来，并且在一个绕组头(15)的内部以其杆端(23)成对地在径向方向上上下叠置地布置在两个同心圆上，其特征在于，在一对在相分离机构内部属于不同的相的绕组杆中，为扩大不同的相之间的径向间距，设置了杆端(23)的径向张开部位(18)。

2.按权利要求1所述的电机，其特征在于，所述径向张开部位(18)由一对绕组杆(14)的杆端(23)上的折弯(19)所引起。

3.按权利要求2所述的电机，其特征在于，所述一对绕组杆(14)在绕组头(15)内部基本上彼此平行地延伸，并且所述径向张开部位(18)由一个引自另一根绕组杆的折弯(19)在这一对绕组杆(14)中的其中一个绕组杆的杆端(23)上所引起。

4.按权利要求3所述的电机，其特征在于，所述绕组杆(14)在绕组头(15)内部平放在一个有待向外敞开的同轴圆锥体上，所述圆锥体的张开角(α)和所述折弯(19)的弯曲角约为20°。

5.按权利要求1到4中任一项所述的电机，其特征在于，所述旋转式电机(10)是一种具有几百兆瓦功率的高功率发电机。

6.按权利要求1到4中任一项所述的电机，其特征在于，所述径向张开的杆端(23)通过一个布置在其之间的圈环(26)连接到一个相位耦合机构(24)上，并且在相位耦合机构(24)和杆端(23)之间的连接区相应地被一个绝缘的软管状的相分离罩(28)所包围。

7.按权利要求6所述的电机，其特征在于，所述相分离罩(28)按一种收缩软管的形式紧密包围着所述在相位耦合机构(24)和杆端(23)之间的连接区。

8.按权利要求7所述的电机，其特征在于，所述相分离罩(28)由一种具有永久弹性的和耐温度变化的硅材料制成。

9.按权利要求7所述的电机，其特征在于，所述相分离罩(28)由聚酯制成。

10.用于制造一种按权利要求6所述的电机的方法，其特征在于，在杆端(23)和相位耦合机构(24)之间建立连接之前，在一个第一步骤中将所述相分离罩(28)如此远地拉到该杆端(23)上面或者拉到所述相位耦合机构(24)上面，使得相分离罩(28)在接下来对连接进行焊接时不受损坏，并且在一个第二步骤中，在杆端(23)和相位耦合机构(24)包括圈环(26)之间建立连接，并且在一个第三步骤中将该相分离罩(24)推到所述连接区上。

11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，使用一种由具有永久弹性的材料制成的相分离罩(24)，其额定尺寸稍小于所述连接区的外轮廓。

12.按权利要求10所述的方法，其特征在于，使用一种由收缩性材料制成的相分离罩(24)，并且该相分离罩(24)在推到所述连接区上面之后在一个第四步骤中收缩。

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