CN101728883B - 用于发电机的多匝绞合线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于发电机的多匝绞合线圈。一种用于使用矩形电缆(12)来绕制多匝的绞合线圈(10)的技术避免了与边缘弯头(48)相关联的损伤的风险。

Description

用于发电机的多匝绞合线圈
技术领域
本发明大体涉及用于电机的线圈，且更具体地涉及用于绕制矩形Litz线圈而没有与边缘弯头(edge-wise bend)相关联的损伤的风险的技术。
背景技术
诸如用于电机的磁场绕组线圈的矩形线圈传统上绕制成较宽的面的平面表面垂直于线圈槽的定向或径向方向，以便最大程度地减小与槽漏相关联的AC损耗。这些传统的线圈绕制技术产生具有线圈导体的困难的边缘弯头的匝。当使用绝缘导体绕制线圈时，这种线圈绕制技术也提出了挑战。
有利的是提供这样一种绕制用于电机的线圈的技术：该技术克服了与用于电机的传统线圈绕制技术相关联的上述缺点。
发明内容
简要地说，根据本发明的一个实施例，一种用于电机的线圈组件包括构造有不超过一个交叉匝的多股绞合心电缆，该不超过一个交叉匝互联第一组多个交迭匝和第二组多个交迭匝，从而使得第一组多个交迭匝轴向地靠接第二组多个交迭匝。
根据本发明的另一个实施例，一种用于电机的线圈组件包括：包括转子齿或定子齿至少其中之一的电机；以及包括多股绞合心电缆的线圈组件，多股绞合心电缆构造有仅仅一个交叉匝，该一个交叉匝互联第一组多个交迭匝和第二组多个交迭匝，其中，第一组多个交迭匝和第二组多个交迭匝定位在至少一个齿的周围，从而使得第一组多个交迭匝轴向地靠接第二组多个交迭匝，且进一步使得第一组多个交迭匝和第二组多个交迭匝设置成在该至少一个齿的径向方向上离开彼此。
根据本发明的又一个实施例，一种绕制用于电机的线圈组件的方法包括：提供多股绞合心电缆；以及将多股绞合心电缆绕制成单个交叉匝，该单个交叉匝互联包括第一线圈组件引线的第一组多个交迭匝和包括第二线圈组件引线的第二组多个交迭匝，从而使得第一组多个交迭匝轴向地靠接第二组多个交迭匝。
附图说明
当参看附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将得到更好的理解，其中，相同字符在附图中始终代表相同部分。其中：
图1是示出了根据本发明的一个实施例的、用于电机的线圈组件的一个部分的透视图；
图2是示出了根据本发明的一个实施例的、与电机的齿部分共同构造成提供沿齿的径向方向堆叠的线圈的图1所示的多个线圈组件的简图；
图3是示出了根据本发明的一个实施例的完整的线圈组件的示图；以及
图4根据本发明的一个实施例示出了包括采用图3中所描绘的线圈组件的中速发电机的风力涡轮机。
尽管上面标识的附图阐述了备选实施例，但是还构思了本发明的其它实施例，如在论述中所提到的。就一切情况而论，本公开作为代表而不是限制提出了本发明的所示出的实施例。本领域技术人员可设计出落在本发明的原理的范围和精神内的许多其它修改和实施例。部件列表：(10)线圈组件(12)Litz电缆(14)线圈排(16)线圈排(18)线圈排(14)最内层(20)线圈排(14)最外层(22)线圈排(14)端部引线(24)线圈排(16)最内层(26)线圈排(16)最外层(28)线圈排(16)端部引线(40)转子/定子齿(42)Litz电缆面(43)Litz电缆边缘(44)转子/定子齿(40)的径向方向(46)电机槽(48)边缘弯头(50)风力涡轮机(52)行星齿轮变速器单元(54)机舱(56)转子叶片(58)转子轮毂(60)发电机(62)风力涡轮机塔筒
具体实施方式
Litz线材是在电子学中使用的一种特别类型的线材。Litz线材由许多细的线材组成，这些线材在根据仔细地规定的型式而设置成若干层后，单独地涂覆有绝缘膜且扭卷在一起。结合的导体具有比实心导体更大的表面积，而且因为扭卷型式，在绞合线中流动的磁流所沿的方向使得它们具有减小的趋势，从而在其它的绞合线中产生相反的电磁场。因此减小了与高频应用相关联的趋肤效应功率损耗。分布式电感对分布式电阻的比率相对于实心导体有所增加，从而在这些频率下产生更高的Q因数。
Litz线材用来制造用于高频应用的感应器和变压器，在此应用中，趋肤效应更显著，而且邻近效应可能是还要更加严重的问题。Litz线材是一种绞合线，但是，在此情况下，使用它的原因不在于避免由于材料疲劳引起的完全的线材破损的常见的一个原因。
然而，本发明人认识到一种用于绕制诸如Litz线圈的矩形绞合线线圈的技术，该技术避免了与边缘弯头相关联的损伤的风险。下文参看附图描述了该技术以及根据具体实施例的相关联的绕组结构。
用来在电机转子或定子槽内形成线圈的实芯矩形线材的匝传统上是以关于边缘的方式绕制的，从而使得实芯矩形线材的宽面垂直于槽的径向定向，以最大程度地减小由于槽漏引起的AC损耗。这种传统的线圈匝产生了导体的困难的边缘弯头，并且引起了对用绝缘导体绕制线圈的挑战，如上所述。
现在参看图1，根据本发明的一个实施例描绘了示出用于电机的线圈组件10的一个部分的透视图。根据本发明的一个方面，图1所示的线圈组件10利用可以是例如Litz电缆12的矩形多股绞合心电缆来减小AC损耗。由矩形绞合/Litz电缆12构造的绞合/Litz线圈通过向着较宽面的弯头而使匝沿向着较宽的面的方向定向，从而消除了对更多传统边缘弯头的需求，这将在以下参看图2进行更详细的描述。绞合/Litz电缆12构造成两排线圈14、16。排14具有最内侧层18、最外侧层20，以及端部引线22，而排16具有最内侧层24、最外侧层26，以及端部引线28。本发明人认识到，使用绞合/Litz电缆12有利地减小由于电机的槽内的槽漏、径向散射场和邻近效应引起的涡流和环流所造成的AC损耗而不管匝的定向如何。使用此好处，将线圈14、16绕制成使得矩形电缆的较宽的平面表面沿电机线圈槽的径向方向定向，这是与传统的切向定向相对的。
根据一个实施例，通过从最内侧层18、24其中之一开始，且沿一个方向绕制第一排14，并且在完成第一排14之后，沿相反的方向绕制第二排16，来形成两排线圈14、16。然后沿矩形截面电缆12的容易转弯(向着面)的方向进行所有弯折，以有利于容易地制造预先绝缘的匝。根据一个实施例，单个交叉匝30是最内侧层18、24两者共同的唯一的匝，且是线圈组件10所需要的唯一的交叉匝。
图2是示出了多个线圈组件10定位在电机的转子或定子齿40周围的简图。此结构提供了由矩形Litz电缆制成的线圈匝，其包括面部分42和侧边或边缘部分43。根据本发明的一个实施例，Litz电缆的较宽的面部分42的平面表面沿齿40的径向方向44定向，同时持续减小由于电机的槽46内的槽漏、径向散射场和邻近效应引起的涡流和环流所造成的AC损耗。
图3是示出了根据本发明的一个实施例的完整的线圈组件10的示图。根据一个实施例，在上述最内侧绞合/Litz电缆匝18、24的起始处使用平缓的边缘弯头48来构造线圈组件10。在不使用另外的边缘弯头的情况下构造随后的线圈匝，以便接连地构造各个单独的排14、16。使用单个轻微的边缘弯头有利地减小由多个边缘弯头引起的对用云母带或其它绝缘体绝缘的绞合/Litz电缆的损伤风险。
线圈组件10在不使用接缝来制造多匝线圈14、16的情况下有利地构造。线圈组件10进一步有利地提供了使线圈引线22、28两者通过外排/层20、26离开线圈组件10的结构。根据具体实施例在上面描述的线圈绕制技术和结构无需高生产成本就提供了低损耗AC线圈，从而允许以低成本生产高性能机器。
线圈组件10在诸如其中有AC损耗问题的发电机/电动机应用的应用中是有用的。这些应用可包括但不限于用于高扭矩密度应用的绕齿型(tooth-wound)电机，例如中速风力发电机。图4示出了风力涡轮机50，其包括由机舱54容纳和支承的行星齿轮变速器单元52，其中齿轮变速器单元52起作用将扭矩自转子叶片56和转子轮毂58传递到采用线圈组件10的中速发电机60。风力涡轮机塔筒62支承齿轮变速器单元52、机舱54、转子叶片56、转子轮毂58和发电机60。
上文参看具体实施例描述的构造技术进一步提供了一种使用标准设计/制造过程来制造用于具有高AC损耗可能性的应用的线圈的实用方法。尽管可通过使用绞合/Litz电缆来减小AC损耗，但是制造使用了已知线圈设计的线圈变得更有挑战性，尤其是在同时保持匝的介电完整性的情况下。上文参看本发明的具体方面所描述的结构和技术克服了这些挑战。
尽管本文仅示出和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，应理解的是，所附权利要求书意图覆盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和改变。

Claims (10)

1.一种用于电机的线圈组件(10)，所述线圈组件(10)包括多股绞合心电缆(12)，所述多股绞合心电缆(12)构造有不超过一个交叉匝，所述不超过一个交叉匝互联沿着所述线圈组件的径向方向交迭的第一组多个匝和沿着所述线圈组件的径向方向交迭的第二组多个匝，从而使得所述第一组多个匝和所述第二组多个匝沿着所述线圈组件的轴向方向彼此靠接。 
2.根据权利要求1所述的线圈组件(10)，其特征在于，所述不超过一个交叉匝是所述第一组多个匝和所述第二组多个匝共同的最内侧匝(18)，(24)。 
3.根据权利要求1所述的线圈组件(10)，其特征在于，所述多股绞合心电缆(12)是包括一对相对的宽平面(42)和与所述宽平面(42)正交的一对窄平面(43)的矩形Litz电缆。 
4.根据权利要求3所述的线圈组件(10)，其特征在于，各个交迭匝在向着宽平面的方向上弯曲，以产生所述交迭的线圈匝。 
5.根据权利要求1所述的线圈组件(10)，其特征在于，所述电机包括风力涡轮发电机(60)。 
6.根据权利要求1所述的线圈组件(10)，其特征在于，所述第一组多个匝沿第一方向绕制，且所述第二组多个匝沿与所述第一方向相反的方向绕制。 
7.一种电机(60)，包括： 
转子齿(40)或定子齿(40)中的至少一种；以及 
包括多股绞合心电缆(12)的线圈组件(10)，所述多股绞合心电缆(12)构造有互联沿着所述线圈组件的径向方向交迭的第一组多个匝和沿着所述线圈组件的径向方向交迭的第二组多个匝的仅仅一个交叉匝，其中，所述第一组多个匝和所述第二组多个匝定位在所述至少一个齿(40)周围，从而使得所述第一组多个匝和所述第二组多个匝沿着 所述线圈组件的轴向方向彼此靠接，且进一步使得所述第一组多个匝和所述第二组多个匝设置成沿着所述至少一个齿(40)的径向方向离开彼此。 
8.根据权利要求7所述的线圈组件(10)，其特征在于，所述多股绞合心电缆(12)是包括一对相对的宽平面(42)和与所述宽平面(42)正交的一对窄平面(43)的矩形Litz电缆。 
9.根据权利要求8所述的线圈组件(10)，其特征在于，各个交迭匝在向着宽平面的方向上弯曲，以产生所述交迭的线圈匝，从而使得各个宽平面(42)的平面定向成平行于所述至少一个齿(40)的径向方向。 
10.根据权利要求7所述的线圈组件(10)，其特征在于，所述仅仅一个交叉匝构造成所述第一组多个匝和所述第二组多个匝共同的最内侧匝(18)，(24)的共用部分。 
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