CN101826764A

CN101826764A - 线圈

Info

Publication number: CN101826764A
Application number: CN201010122638A
Authority: CN
Inventors: 保罗·伊顿·克拉克
Original assignee: Converteam Technology Ltd
Current assignee: GE Energy Power Conversion Technology Ltd
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2030-03-03
Also published as: CA2695059A1; EP2226923A1; EP2226923B1; CN101826764B; US20100225193A1; US8461738B2; CA2695059C

Abstract

本发明提供了一种用于旋转电机或线性电机的改进了的单层线圈(10)。所述线圈(10)具有第一端绕组(12)和第二端绕组(14)，其中第一端绕组(12)基本平行于所述线圈的纵轴(LA)，而第二端绕组(14)自所述纵轴向外弯曲或者朝向所述纵轴弯曲。因此，所述线圈(10)具有不同形状的端绕组，一个端绕组(12)为“直”的，而另一端绕组(14)为“弯曲”的。

Description

线圈

技术领域

本发明涉及具有特定形状的线圈，尤其是单层的定子线圈。所述线圈可以用于体积庞大的电机。

背景技术

在体积庞大的电机中通常使用两层线圈(也被称为“菱形”或“穿入式菱形”线圈)。但是，在每极每相槽数很小的体积庞大的低速电机中，使用单层线圈(也被称为“同心”线圈)更便宜。图1示出了用于以开口槽的方式使用的完整的传统的单层线圈。该线圈由一条或多条绝缘导线来形成闭合导线，并且具有若干匝数。该线圈容纳于定子表面中所提供的若干槽中，并且该线圈包括容纳于这些槽内的轴向绕组线2。通过从所述定子各端所突出的端绕组4来在所述线圈的每端将绕组线2连接在一起。

图2示出了传统的两层和三层定子绕组。在这些定子绕组中，形成一个或多个内层(即与所述定子的端部最接近的一个或多个层)的线圈的端绕组自定子的轴向外弯曲多达90度，从而可以越过形成一个或多个外层的线圈。形成最外层的线圈的端绕组无需越过其他线圈，并且可以基本平行于所述定子的轴，或者如图2所示，其可以自定子的轴向外弯曲多达90度。

重要的是，每个单独线圈的两个端绕组相对于电机的轴的方向始终相同。因此，对于形成两层或三层定子绕组的最外层的线圈来说，每个单独线圈的两个端绕组要么基本平行于所述定子的轴，要么自定子的轴向外弯曲多达90度。对于形成一个或多个内层的线圈来说，每个单独线圈的两个端绕组自定子的轴向外弯曲多达90度，从而可以越过形成一个或多个外层的线圈。

如图2所示，所述线圈可以插入定子8的径向内表面中所提供的若干槽6中，并且可以按组同心地布置。

发明内容

本发明提供一种用于电机的改进的单层线圈，所述线圈具有径向轴、基本平行于径向轴的第一端绕组、以及相对于径向轴弯曲一个角度的第二端绕组。因此，本发明的单层线圈具有形状不同的端绕组，一个端绕组是“直”的，而另一端绕组是“弯曲”的。

所述第二端绕组可以自定子径向轴向外弯曲多达90度，或者可以朝向所述径向轴弯曲多达90度。

通常，一绕组线对在第一和第二端绕组之间延伸。当布置线圈用于使用时，该线圈的绕组线容纳于电机的定子表面中所提供的绕组槽中。对于旋转电机来说，可以根据电机的特定结构来在定子的径向内表面或径向外表面中提供所述绕组槽。

所述线圈特别用于而并非仅用于体积庞大的旋转电机(即直径很大的那些旋转电机)。所述绕组线对可以被布置为在定子的轴向上基本相互平行，以及在其延伸至使用中的定子的方向上基本相互平行。在此情况下，用于形成定子绕组的所有线圈的形状基本相同，其差别仅在于连接导线的位置，这给生产带来了显著的优势。优选地，每个线圈的绕组线容纳于一对平行的绕组槽中。换句话说，容纳特定线圈的平行绕组线的绕组槽(即，一绕组槽对)不以传统的方式沿定子的半径定向，而是在径向上基本相互平行。因此，可以简单地通过将每个线圈的平行绕组线插入对应绕组槽对的平行绕组槽中来实现对定子绕线的处理。

在轴向上，绕组槽可以平行于纵轴，或者其可以以传统的方式倾斜。

所述线圈可以用于旋转电机和线性电机。

本发明还提供了一种适用于电机定子的定子绕组，所述定子绕组包括多个如上所述的线圈。所述线圈容纳于定子表面中提供的绕组槽中。对于旋转电机来说，可以根据电机的特定结构来在定子的径向内表面或径向外表面中提供所述绕组槽。

优选地，所述定子绕组具有两层。但是，所述定子绕组可以根据特定结构而具有三层或更多层，即其可以为多层定子绕组。所述定子绕组可以使用如上所述的单层线圈和两个端绕组相同的传统单层线圈的组合。例如，在三层定子绕组中，形成最内层的线圈的两个端绕组可以都自定子轴向外弯曲，而形成两个外层的线圈如上所述，其中一个端绕组基本平行于线圈的纵轴，而另一个端绕组关于纵轴弯曲一个角度。

所述定子绕组的每层可以包括一个或多个如上所述的线圈。例如，所述定子绕组的特定层可以包括每组一个线圈或每组几个线圈。在所述层包括每组几个线圈的情况下，所述线圈大小不同。这种布置特别用于而并非仅用于线性电机。

在定子绕组具有至少两层的情况下，所述定子绕组可以包括第一组单层线圈和第二组单层线圈，其中所述第一组单层线圈的第二端绕组位于定子的一端并且自所述定子的轴向外弯曲，而所述第二组单层线圈的第二端绕组位于定子的另一端并且朝向所述定子的轴弯曲。对于旋转电机来说，第一组与第二组之一中的线圈将越过形成于所述电机的定子与转子之间的空隙(即，如果在定子的径向内表面中提供所述若干槽，则其第二端绕组朝向所述定子的轴弯曲的第二组线圈将越过所述空隙)。在靠近槽口的地方在凹槽中装配槽楔，所述槽楔用于使线圈安全地保持在槽内。传统的楔子从定子的一端或两端打入，但是当一端存在越过空隙的线圈或其他障碍时，则可以仅从另一端打入所述楔子。

如果在旋转电机的定子的径向内表面中提供所述若干槽时，则可以通过将第一组线圈插入到所述槽中而使其第二端绕组从所述定子的轴向外弯曲、并且将第二组线圈插入到所述槽中而使其第二端绕组朝向所述定子的轴弯曲来绕线，以形成两层定子绕组。如果在旋转电机的定子的径向外表面中提供所述若干槽时，则可以通过将第一组线圈插入到所述槽中而使其第二端绕组朝向所述定子的轴弯曲并且将第二组线圈插入到所述槽中而使其第二端绕组从所述定子的轴向外弯曲来绕线，以形成两层定子绕组。总的来说，当布置用于使用时，其第二端绕组弯曲而远离定子与转子之间的空隙的线圈首先被插入所述定子，并且很容易理解的是，可以以快速而简单的方式使用改进了的单层线圈来完成对所述定子的绕线。其两个端绕组弯曲相同的传统类型的第三组线圈也可以被插入到旋转电机的定子的径问内表面或外表面中所提供的若干槽中，以作为绕线处理的一部分。

优选地，第一和第二组之一中的线圈在“弯曲”端形成有连接导线，而第一和第二组中的另一组中的线圈在直”端形成有连接导线。接着，以如下方式来将所述线圈插入到定子：连接导线均位于电机的同一端。

可以使用长导线通过对适当的线圈形成部件进行绕线来预制所述线圈。所述导线可以为矩形截面的铜条或铜带。但是，也可以使用其他的导电材料，诸如铝。所述导线可以包括一缕或几缕并行的导电材料，并且可以由诸如电机的额定电压和功率之类的参数个数来确定所述缕数。可以通过任意传统的方法来使所述导线绝缘。

附图说明

图1是用于定子绕组内层的传统单层线圈的透视图；

图2是传统的两层和三层定子绕组的透视图；

图3是根据本发明的线圈的侧视图；

图4是图3所示线圈的俯视图；

图5至图7是用于旋转电机的定子部分的透视图，所述旋转电机包含具有多个图3和图4所示类型的线圈的定子绕组；

图8是示出了线圈的“弯曲”端所形成的连接导线的俯视图和侧视图；以及

图9是示出了线圈的“直”端所形成连接导线的俯视图和侧视图。

具体实施方式

图3和图4中示出了用于旋转电机的改进了的预制单层线圈10的示例。所述线圈10由一条或多条绝缘导线形成闭合导线而形成，并具有若干匝数。当从侧面(图3)看时，可以看出，第一端绕组12是“直”的，而第二端绕组14是“弯曲”的，从而自线圈10的纵轴LA向外延伸。

当从上往下(图4)看时，可以看出，第一端绕组12和第二端绕组14将线圈的两个绕组线16连接在一起。如下面的详细描述，所述绕组线16在电机的定子的轴向以及其延伸至使用中的定子的方向这两个方向上均相互平行。但是，具有“直”的端绕组和“弯曲”的端绕组的单层线圈还可以使用在电机的定子的轴向上平行的绕组线来形成，但是所述绕组线被设计为插入到以传统方式沿所述定子的半径定向的若干槽中。

图5至图7示出了用于旋转电机的定子18的部分。所述定子18被构造为围绕转子(未示出)并可与其相隔一个很小的空隙。在所述定子18的径向内表面中形成多个绕组槽20，以用于容纳多个图3和图4中所示类型的单层线圈10的绕组线16。所述绕组槽20为开式槽，具有基本并行的侧壁，并且以如下方式来形成：相对于所述定子18的径向内表面，均匀地将绕组槽分隔开。每个绕组槽20的中心面与所述定子18的半径成角度，从而使得容纳任意特定线圈的绕组线16的所述绕组槽(即，绕组槽对)基本相互平行。换句话说，形成每个绕组槽对的所述绕组槽20的中心面基本平行。这与具有径向槽的传统的定子截然相反，在传统的定子中，形成每个绕组槽对的绕组槽的中心面相互成角度。

所述绕组槽20必须使得中间的定子齿22的最窄的部分足够强壮，从而使其能经受住电机运行期间施加在其上的压力。

每个线圈10具有三个绕组槽的间距(pitch)，因此每个线圈的绕组线16包含于由两个中间的绕组槽隔开的绕组槽20中。如图所示，定子18的每个轴的端部的线圈10的重叠部分容纳于两层中。

两层定子绕组由多个图3和图4中所示类型的单层线圈10形成。所述定子以如下方式绕线：以“弯曲”的端绕组14位于定子18的从动/驱动端(DE)的方式插入一半线圈10A，并且以“弯曲”的端绕组位于所述定子的非从动/驱动端(NDE)的方式插入另一半线圈10B。图6很清楚地示出了这种方式，其示出了定子18的径向内表面。

定子18的从动/驱动端处的“弯曲”的端绕组14自所述定子的轴向外弯曲，而所述定子的非从动/驱动端处的“弯曲”的端绕组朝向所述定子的轴弯曲。应该理解的是，所述定子绕组也可以使用其他结构。

首先，通过将线圈10A插入到对应的绕组槽20中来对定子18进行绕线，其中线圈10A的“弯曲”的端绕组14自所述定子的轴向外弯曲。可以以非重叠的排列方式来插入所述线圈10A，并且其绕组线16位于相邻的绕组槽20中。因此，任意的十二个绕组槽可以示意性地表示如下：

槽	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
槽	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	线圈	10A	-	-	10A₁	10A₂	-	-	10A₂	10A₃	-	-	10A₃

接着，将线圈10B插入到对应绕组槽20中，其中所述线圈10B的“弯曲”的端绕组14朝向定子的轴弯曲。也可以以非重叠排列的方式插入线圈10B，并且使其绕组线16位于相邻的绕组槽20中。但是，线圈10B与线圈10A重叠，以形成两层定子绕组。因此，相同的十二个绕组槽可以示意性地表示如下：

槽	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
槽	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	线圈	10A₁	10B₀	10B₁	10A₁	10A₂	10B₁	10B₂	10A₂	10A₃	10B₂	10B₃	10A₃

为了清楚起见，对图7使用了相同的槽/线圈标签。

尽管定子绕组的所有单层线圈10均具有相同的总体形状，但是应该理解的是，一半线圈在其“直”的端绕组12处具有其连接导线，而另一半线圈在其“弯曲”的端绕组14处具有其连接导线。这样，可以将所述线圈10插入定子18，从而使所有连接导线位于所述定子的同一端。

图8示出了在“弯曲”的端绕组14处具有连接导线的线圈10的详细图示。类似地，图9示出了在“直”的端绕组12处具有连接导线的线圈10的详细图示。在图8和图9中，字母S和F分别指线圈内引线和线圈出线端。形成定子绕组的多个线圈10的连接导线以适当的方式连接在一起。

Claims

1.一种用于电机的单层线圈(10)，所述线圈具有纵轴(LA)、基本平行于所述纵轴(LA)的第一端绕组(12)、以及关于所述纵轴(LA)弯曲一个角度的第二端绕组(14)。

2.根据权利要求1所述的单层线圈(10)，其中所述第二端绕组(14)自所述纵轴(LA)向外弯曲多达90度或者朝向所述纵轴(LA)弯曲多达90度。

3.根据权利要求1或2所述的单层线圈(10)，还包括在第一和第二端绕组(12，14)之间延伸的一绕组线对(16)。

4.根据权利要求3所述的单层线圈(10)，适用于旋转电机的定子(18)，其中所述绕组线对(16)在以下两个方向上基本相互平行：所述定子的轴向、以及所述绕组线对延伸至使用中的定子的方向。

5.一种用于电机的定子(18)的定子绕组，所述定子绕组包括多个根据以上权利要求的任意之一所述的单层线圈(10)。

6.根据权利要求5所述的定子绕组，其为多层定子绕组。

7.根据权利要求5或6所述的定子绕组，其中每层包括一个或多个单层线圈(10)。

8.根据权利要求5至7的任意之一所述的定子绕组，还包括：第一组单层线圈(10A)，其第二端绕组(14)位于定子(18)的一端并且自所述定子的轴向外弯曲；以及第二组单层线圈(10B)，其第二端绕组(14)位于所述定子的另一端并且朝向所述定子的轴弯曲。

9.一种旋转电机，其包含根据权利要求5至8的任意之一所述的定子。

10.一种旋转电机，其包括：

定子(18)，具有在径向内表面或外表面中形成的多个槽(20)；以及

定子绕组，其包括至少一个根据权利要求4所述的单层线圈(10)；

其中每个线圈的绕组线对(16)容纳于一对在径向上基本相互平行的槽(20)中，从而使所述绕组线(16)在以下两个方向上基本相互平行：定子(18)的轴向、以及所述绕组线延伸至定子(18)的方向。