CN102403806A

CN102403806A - 用于电机组件的扇形片，电机组件以及具有该组件的电机

Info

Publication number: CN102403806A
Application number: CN2011102384271A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Lloyd Dynamowerke & Co KG GmbH
Current assignee: Longde Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2031-08-18
Also published as: CN102403806B; KR20120029331A; KR101266857B1; DE102010037588A1

Abstract

本发明涉及一种用于电机组件(如定子或转子)的扇形片，该扇形片的线槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)分两层安置第一套配置的线圈(26、27、28、29、30)，这样该线圈的第一线圈边(26b、27b、28b、29b、30b)被嵌入第一层中，而另一个线圈边则被嵌入第二层中。为了在较少的制造费用下生产这种具有电气工程方面提出的双层绕组的组件，本发明的扇形片，其特征在于，设定有第二套配置的线圈(22、23、24、25)，并且所述第二套配置的线圈具有第一线圈边(22b、23b、24b、25b)和第二线圈边(22a、23a、24a、25a)，扇形片上至少有几个具有三层深度的线槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)，使得第二套配置的线圈，其第一线圈边(22b、23b、24b、25b)能安置在第二层中，另一个线圈边(22a、23a、24a、25a)安置在第三层中。

Description

用于电机组件的扇形片,电机组件以及具有该组件的电机

技术领域

本发明涉及一种电机组件的扇形片，其线槽分两层容纳第一套配置的线圈，使得每个线圈的第一线圈边设置在第一层中，另一线圈边设置在第二层中。此外，本发明还涉及一种带有这种扇形片的电机组件以及具有这种组件的电机。

背景技术

DE 102007054719A1公开了这种扇形片、组件和电机。

虽然主要考虑将本发明用于电机定子，但其类似地也适用于转子。总的来说，本发明适用于具有带有多个彼此重叠的线圈的绕组的电机组件(定子和/或转子)。

非常大的电机定子几乎不可能整体地从制造地点运送至使用地点。现代风电设备如海上风电站的部分发电机也非常大，导致只有以巨大的起重费用才能将其提升到风电设备的塔上。整体式定子的缺点还有：在仅仅一个定子线圈中有故障的情况下整个定子就必须更换，这导致相应的维修成本。在将电机用作船舶上的发电机或电动机的情况下、例如用于油电驱动船舶，在此常常需要切开船舶外壳以卸下故障定子并更换新定子。

为克服所有这些缺点，在20世纪20年代就已经有人提出将电机定子由多个扇形片制成，这些扇形片在使用地点组合成定子。DE 334070文献建议将定子由四个扇形片组成，该文献本身涉及由多个扇形片构成的定子的磁优化。各个扇形片相应更小更轻，由此其运输和操作也就更加简单。如果一个线圈损坏，则只需更换相关的扇形片。因此，假如各个扇形片彼此完全电绝缘或在海损事件后将失灵的扇形片电绝缘，当一个线圈有故障时，则只是相关扇形片失灵，而不是整个定子和由此整个电机。随后，电机可以以相应减小的功率继续运行。也就是说，由多个扇形片构成的机器在这些情况下具有一定的故障容限。

此外，柏林/哥廷根/海德堡Springer出版社1953年出版的F.Heiles的书“电机绕组和其制造”(二版(改进版))中公开了用于电机的所谓的双层绕组。该书第49页的附图62出示了三相双层绕组的一种方案。从126页往后描述了不同的用于交直流整流电机的双层绕组。在此，在定子叠片组的一个槽中在径向方向上看总是上下叠置的、即在两个层中设有两个线圈边。每个线圈以一个线圈边位于下层中，另一个线圈边位于上层中，每个线圈的两个线圈边的距离被称为线圈宽度w，也就是说任意线圈的线圈边位于槽i和槽i+w中。每个线圈的两个线圈边的连接构成绕组端部。绕组端部总是略倾斜于定子的切向方向。在既不能在定子的分离点上分开成型线圈，电机安装后再将之连接，也不能在定子的分离点上省略成型线圈或装配圆导线绕组的情况下，这种布置的缺点在于定子不能进行不同扇形片的切分。

为了避免上述双层绕组的缺点以实现将定子做成由几个扇形片组成，在开头所提的DE 102007054719A1文献中提出，将扇形片最后的下方的线圈边不与其它的线圈那样，在同一方向作为上方的线圈边导入另一个线槽，而是在与其它线圈的相反方向回绕。这样，一方面没有线圈越过分离点，另一方面从电气角度来看，实现了和上述传统的没有这种回绕的双层绕组相同的绕组。从而就能制造并运输全绕好线圈和可单独更换的单体扇形片，而且能做到扇形片与扇形片之间的完全隔离。通过成型线圈来实际实施该解决方案的尝试表明：在各个线圈在绕组端部区域中不彼此碰撞的情况下，这种解决方案不能或只能以巨大花费来实际实施。如果要通过使用成型线圈来实施该解决方案，那么则需要大量不同的复杂的线圈形式，其将导致绕组端部显著延长和由此重量进一步增加并且材料费用也比其它解决方案高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出的这种扇形片、电机组件以及电机，其制造费用低，并能实现电气工程技术上提出的双层绕组，从而解决上述问题。

为达到上述目的，本发明的扇形片，其特征在于：扇形片增配带第一线圈边和第二线圈边的第二套配置线圈，而且至少有几个线槽，其深度能嵌入三层线圈边，使得第二套配置线圈的每个线圈的第一线圈边设置在第二层中，另一个线圈边设置在第三层中。为了达到该目的，本发明的组件至少具有两个这种扇形片，而本发明的电机，其内安装的就是这种组件。

根据本发明，扇形片上为线圈准备了能容纳三层的槽，即该线槽深度是已知的双层绕组的1.5倍深。就这点而言可以将其称为三层绕组，虽然其最终还是涉及双层绕组，因为在每个线槽中总是仅安置两层线圈边，即使其在电机径向方向上看与电机的旋转轴线间隔开不同距离。这在本发明所应用的电机直径中实际并未大幅增加重量并且几乎不影响电机的电和磁特性。第一套配置线圈的绕组端部和第二套配置线圈的绕组端部也可以以极简单的方式在不延长绕组端部的情况下无碰撞地顺向铺设，由此，组件可以以简单的方式来制造。如此构造的全绕线定子的扇形片拼合同样也可以以极简单的方式实现。

每个扇形片设置的线槽数为奇数。各个线圈这样分布在线槽上，即在2n+1个奇数线槽的情况下，其中n为自然数，使用第一套配置的n+1个线圈和第二套配置的n个线圈，第一套配置的线圈边在第一和第二层中延伸，第二套配置的线圈边在第二和第三层中延伸。属于第一套配置的线圈的两个线圈边彼此间隔开n个线槽，而第二套配置的线圈的两个线圈边彼此间隔开n+1个线槽。也就是说，在每套配置中可以总是使用相同构造的线圈，由此总共仅需两种不同的线圈类型。这在线圈为成型线圈的情况下是特别有利的，但在本发明的范畴中也不是必须使用成型线圈。

但也可以使用2n个偶数线槽，其中n为自然数。其优点在于可使用仅一种结构形式的成型线圈，因为两种线圈配置方式的每个线圈的线圈边总是彼此间隔开n个线槽。

每个扇形片使用多少个线槽，在电气方面有利的功率值之下由所选择或预给定的孔数来决定。但是线槽的数量最好能被加载到机器上或者说由其制造的电流的相位数整除，因为在这种情况下每个扇形片可以以相同的方式连接到电网上，这大大简化了接口。为此，线槽数的设置至少双倍于相位，以便在每个扇形片内能配置所有相位，即在三相电流场中至少设置六个线槽。当然，扇形片也可设置9、12、15......个线槽。

容纳线圈的线槽不必全部冲压成等深的。重要的仅在于：为线圈边设置三个层，每个线槽仅两个层用于走线。如果所有线槽为等深，那从理论上讲，每个线槽都可容纳三层线圈边，那么，在定子叠片组中在叠片组的纵向方向上看产生了空腔。这些空腔可被用作冷却空气通道和用于嵌入冷却剂管，也可嵌入用于冷却定子的具有良好导热性能的冷却体，或者嵌入测量仪器。这里重要的仅是：冷却体或者说冷却剂管不可在定子纵向方向上导电，因为该电流将对磁场产生不利影响并造成损耗。为此目的，冷却剂管或冷却体由不导电材料制造，或者为提高导热性，由导电和不导电材料如三明治状分层制成，如其原则上由用于另一种应用目的的DE 102006056942A1文献公开。

另外，空出来的线槽空间可用来嵌入一个或多个附加线圈。这些附加线圈不参与电机本身的运行，但可被用于下述目的：

如果使用永久磁性的转子，那么其定子在安装期间，会有巨大的磁力作用到定子的各个扇形片上，这大大加大了定子安装的难度。现在扇形片中的附加线圈可有利地用于在各个定子的扇形片中产生与转子的磁力相反的感应磁场并且由此使永久磁铁的磁力不起作用或该磁力至少得到足够的减弱。为此，可借助直流电建立相应的反向磁场。此外，也可在电机运行期间将一个或多个附加线圈用作旋转传感器，因为通过定子中转子的旋转使附加线圈产生感应电流，那么，该线圈上产生的交流电压就成了用于转子旋转速度的量度，这样，就可省去安装专门的旋转传感器。也就是说，扇形片中的附加线圈在安装期间可用于产生反向磁场，在运行期间用作转速传感器。

接下来借助附图所示的实施例进一步解释本发明。附图如下：

附图说明

图1为本发明的扇形片第一种实施例的定子横截面图，；

图2为图1定子的端面俯视图；

图3为本发明扇形片的另一种实施例的定子横截面图；

图4为图3定子的端面透视图。

附图标记说明

10 扇形片

11 线槽

12 线槽

13 线槽

14 线槽

15 线槽

16 线槽

17 线槽

18 线槽

19 线槽

20 槽齿

21 燕尾形槽

22 线圈

23 线圈

24 线圈

25 线圈

26 线圈

27 线圈

28 线圈

29 线圈

30 线圈

31 绕组端部

32 通道

33 通道

34 线圈

35 线圈

具体实施方式

图1示出一种由多个扇形片10构成的定子的剖面图。在图1中可看到一个完整的扇形片10以及各一个在左侧和右侧相邻的局部的扇形片10。通常情况下，扇形片10的基本构体由定子叠片构成，上述情况的叠片，其上设有九个线槽，即线槽11、12、13、14、15、16、17、18和19，该线槽分别通过槽齿20彼此分开。在槽齿20的端面上设置燕尾形槽21，向该线槽中推入相应的槽楔，以便封闭嵌有线圈的线槽11至19。

在线槽11至19中嵌入线圈。具体来说是使用已知的成型线圈。线槽11至19中的每个线槽，其深度为可容纳三层线圈的线圈边。这具体情况如下：

第一线圈22，其一个线圈边22a嵌入线槽11中，另一个线圈边22b嵌入线槽16中。线圈22这样成形，使得一个线圈边22a设置在最下层中——下面也称其为第三层，而另一个线圈边22b设置在中间层中——下面也称其为第二层。接下来嵌入另外三个成型线圈23、24和25：即线圈23以其一个线圈边23a嵌入线槽12的最下层中，另一个线圈边23b嵌入线槽17的中间层中；线圈24以其一个线圈边24a嵌入线槽13的最下层中，另一个线圈边24b嵌入线槽18的中间层中；线圈25以其一个线圈边25a嵌入线槽14中，另一个线圈边25b嵌入线槽19中。线圈22至25构成线圈的第一套配置，其中，线圈边22a至25a分别与相关的另一线圈边22b至25b错开五个槽。在2n+1个奇数槽11至19(其中n为自然数)的情况下线圈的这种布置如下：同一线圈22至25的一个线圈边22a至25a分别与所配置的另一个线圈边22b至25b错开n+1个槽。

在线圈22至25上铺设第二套配置，即线圈26、27、28、29和30：线圈26的一个线圈边26a嵌入线槽11的中间层，即在线圈边22a之上，该线圈26的另一个线圈边26b嵌入线槽15的上层中——下面也称其为第一层；位于其旁边的线圈27，其一个线圈边27a嵌入在线槽12的中间层，即在线圈边23a之上，另一个线圈边27b嵌入线槽16中，即在线圈边22b之上；线圈28，其一个线圈边28a嵌入线槽13中，即在线圈边24a之上，另一个线圈边28b嵌入线槽17中，即在线圈边23b之上；线圈29，其一个线圈边29a嵌入线槽14中，即在线圈边25a之上，另一个线圈边29b嵌入线槽18中，即在线圈边24b之上；线圈30，其一个线圈边30a嵌入线槽15中，即在线圈边26b之下，另一个线圈边30b嵌入槽19中，即在线圈边25b之上。两组线圈边26a至30a和26b至30b在目前情况下彼此错开四个槽。总的来说，在2n+1个奇数槽11至19(其中n为自然数)的情况下相同线圈26至30的一侧线圈边26a至30a和另一侧线圈边26b至30b彼此错开n个槽。从中可以看出，这里仅需两种不同类型的成型线圈、即一种用于线圈22至25的第一套配置，另一种用于线圈26至30的第二套配置。在所述线圈的布置中，线圈22至25或者说26至30分别相同成形。可以看出，尽管分为三个层，在每个线槽11至19中仅嵌入两层线圈边22a至30a；22b至30b，使得最终仅涉及双层绕组。但线圈边22a至25a和26a至29a嵌入线槽11至14的第二和第三层中，而线圈边30a和22b至25b以及26b至30b则嵌入第一和第二层中。由此，如图2所见，线圈22至30可毫无问题地嵌入线槽11至19中，而且在其绕组端部31区域中未出现碰撞。

现在有可能想到并且也与本发明的实质相统一的是，线槽15至19的深度可容纳两层绕组边即可。同样线槽11至14的第一层可回填。但目前线槽的深度一致、即线槽11至19均为三层设计，那么，线槽11至14的第一层为空腔，该空腔为扇形片10的通道32；线槽15至19的第三层为空腔，该空腔为扇形片10的通道33。该通道32和33可被合理用作冷却空气通道，冷却空气可由风扇泵送。也可在通道32和/或33中嵌入由良好导热材料制成的冷却元件或冷却剂流通管道。是否将通道32、33全部用于冷却或只用其中几个，这可根据需要来决定。若在通道32、33中全部或者部分嵌入冷却元件或冷却剂管，则须确保这些冷却元件或冷却剂管在扇形片的纵向方向上(定子纵向轴线)不会产生导电。也就是说，冷却元件或冷却剂管必须由不导电材料制成或设有电中断装置、如DE 102006056942A1文献所公开那样。

此外，也可在通道32、33的部分通道中嵌入附加线圈。图3和4中示出该方案。方案内，在上层的两个相邻通道32中分别嵌入附加线圈34，该线圈的一个线圈边34a位于线槽11或者13中的最上层，另一个线圈边34b则位于通道12或者14中的最上层。线槽16、17和18、19的最下层为空腔，用于嵌入线圈35的两个线圈边，这样，线圈35的一个线圈边35a设置在线槽16或者说18的最下层，另一个线圈边35b设置在线槽17或者19最下层。线槽15的通道33保持为空，可被用于其它用途如冷却。附加线圈34和35在电机安装期间可通过施加直流电压来产生磁场，因为本发明的定子扇形片10主要是用在永磁转子的电机上。永磁转子的永久磁体会吸引定子扇形片10。如果现在通过对附加的线圈34和35施加直流电压，使其产生与转子磁场相反的感应磁场，从而中和转子磁场，这样就能将扇形片10毫无问题地合装成定子。

在运行期间，可将附加线圈34、35中的一个线圈，最好是设置在下层的线圈35，用作旋转传感器，因为在电机运行时，线圈34、35中会产生电流，从而产生交流电压，该电压的大小和频率的高低则成了转子旋转速度的量度。转子旋转速度可以以这种特别简单的方式来测定，因而就无须另装旋转传感器。

当然，如果安装时无需对永久磁性作中和的话，则只需在扇形片10的一个线槽中嵌入一个附加线圈即可，并将该线圈用作旋转传感器。

Claims

1.一种电机组件的扇形片，其线槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)分两层容纳第一套配置的线圈(26、27、28、29、30)，使得每个线圈(26、27、28、29、30)的第一线圈边(26b、27b、28b、29b、30b)安置在第一层中，另一个线圈边安置在第二层中，其特征在于，设定有第二套配置的线圈(22、23、24、25)，并且所述第二套配置的线圈具有第一线圈边(22b、23b、24b、25b)和第二线圈边(22a、23a、24a、25a)，扇形片上至少有几个线槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)具有三层深度，这样所述第二套配置的线圈(22、23、24、25)，其每个线圈的第一线圈边(22b、23b、24b、25b)能安置在第二层中，另一线圈边(22a、23a、24a、25a)能安置在第三层中。

2.根据权利要求1所述的扇形片，其特征在于，设置2n+1个奇数线槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)，其中n为自然数，第一套配置的线圈的线圈边(26a、27a、28a、29a、30a；26b、27b、28b、29b、30b)彼此间隔开n个线槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)，而第二套配置的线圈(22、23、24、25)，其线圈边(22a、23a、24a、25a；22b、23b、24b、25b)彼此间隔开n+1个线槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)。

3.根据权利要求1或2所述的扇形片，其特征在于，所述线槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)的数量可被电流相位的数量整除。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的扇形片，其特征在于，所述线槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)要足够的长，使得线槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)的一些区域不被线圈(22、23、24、25、26、27、28、29、30)所占据，由此在这些区域中形成在纵向方向上延伸的通道(32、33)。

5.根据权利要求4所述的扇形片，其特征在于，所述通道(32、33)中至少有几个通道为用于冷却的冷却通道。

6.根据权利要求5所述的扇形片，其特征在于，所述冷却通道能流通冷却空气、或设置冷却剂管或冷却体。

7.根据权利要求4所述的扇形片，其特征在于，所述通道(32、33)中至少有两个通道内嵌有附加线圈(34、35)。

8.根据权利要求7所述的扇形片，其特征在于，同一个附加线圈(34、35)的线圈边嵌入相邻的通道(32、33)中。

9.根据权利要求7或8所述的扇形片，其特征在于，所述附加线圈(34、35)可加载直流电以产生磁场。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的扇形片，其特征在于，测量产生于附加线圈(34、35)上的感应电压并且将其用于确定转子的旋转速度。

11.一种电机组件，尤其是定子，其特征在于，所述电机组件具有至少两个根据权利要求1至10中任一项所述的扇形片(10)。

12.一种电机，其特征在于，所述电机具有根据权利要求11所述的电机组件。