CN105262261B - 用于在电机中使用的罗贝尔线棒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在电机中使用的罗贝尔线棒。本公开涉及插入电机的定子中的罗贝尔线棒，以及在电机的槽口中的两层式绕组。本发明的目标是对具有六个或更多个绳股堆叠的罗贝尔线棒布置提供解决方案，其中，循环电流损失小。此目标由用于在电机中使用的罗贝尔线棒的特征实现，罗贝尔线棒具有彼此绝缘的三对绳股，其中绳股彼此换位，使得成对的绳股中的至少一个绳股彼此换位，以及使得至少一对绳股与另一对绳股换位。

Description

用于在电机中使用的罗贝尔线棒

技术领域

本公开涉及用于插入电机的定子中的罗贝尔(Roebel)线棒和电机的槽口中的两层式绕组。

背景技术

电机特别地是旋转电机，诸如连接到燃气涡轮或蒸汽涡轮上的同步发电机(涡轮发电机)，或者连接到水力涡轮上的同步发电机(水力发电机)，或者异步发电机或同步或异步电动机，或者还有其它类型的电机。

电动发电机的绕组导体置于叠片磁芯中的槽口中。当电流在导体中流动时，在槽口中出现磁通量，这会在导体中引起电压和涡电流。相似的通量连接槽口外部的导体的端部线圈部分，一些额外的泄漏通量来自转子和定子，而且相似地在端部部分中引起电压。由于这个原因，大型机器的导体总是具有绞合结构，由大量较薄的绳股组成，以最大程度地减小涡电流损失。但是，通量不均匀，而且其密度沿径向改变，使得引起的绳股电压由于绳股的不同而不同，而且这些不平衡的电压引起的循环电流在绳股之间流动，导致过度的损失和加热。由于这个原因，必须使绳股换位，以便尽可能消除不平衡的绳股电压，以最大程度地减少循环电流和产生的加热。在此技术领域中的具有换位绳股的导电线棒通常被称为罗贝尔线棒。这些单个罗贝尔线棒包含成堆叠的两个相邻绳股。

US 3647932A描述了一种用于电动发电机的换位绳股式导体，其具有四个绳股堆叠，绳股在导体的槽口部分中换位，使得各个堆叠在线棒的连续纵向截面中移动到不同的横向位置，使得堆叠在线棒的相对的端部处的横向位置上反转。优选地，绳股还换位成使得在槽口的相对的端部处的相对绳股位置反转，使得导体完全换位，绳股位置在沿槽口的横向方向和槽口的深度方向反转。

在诸如涡轮发电机的同步机中，定子中的槽口窗口或槽口开口可较大，而且另外，可能与罗贝尔线棒的绳股相距相当小的距离。如果这些绳股大，则它们可能会遭受高的涡电流损失，因为有来自空气间隙的径向场。通过减小绳股宽度，这样的损失将急剧下降。对于单个罗贝尔线棒，减小绳股宽度的解决办法是转换成双罗贝尔线棒布置，其在各排成堆叠的绳股中具有四个绳股。如果已经应用了双罗贝尔线棒技术，而且绳股仍然大，则可能必须更进一步减小绳股宽度。通过设计六个堆叠而非四个堆叠来转换成三罗贝尔线棒，而使具有四个绳股堆叠的双罗贝尔线棒的绳股宽度减小到原始宽度的大约2/3，这可使得径向场在绳股中引起的涡电流损失减小超过1/2。

因此，问题在于如何保证在应用六堆叠罗贝尔线棒时，循环电流受到抑制。

发明内容

本发明的目标是提供对罗贝尔线棒布置提供解决方案，该布置具有六个或更多个绳股堆叠，其中，循环电流损失小。

此目标由根据独立权利要求所述的罗贝尔线棒和在电机的槽口中的罗贝尔线棒的两层式绕组实现。

在从属权利要求中描述另外的改进。

附图说明

根据在附图中以非限制性示例的方式示出的罗贝尔线棒和两层式绕组的优选但非排他性实施例的描述，另外的特性和优点将更加显而易见，其中：

图1显示作为本发明的示例的罗贝尔线棒的顶部六个绳股和绳股的第一换位方案的示意性俯视图；

图2显示作为本发明的示例的罗贝尔线棒的顶部六个绳股和绳股的第二换位方案的示意性俯视图，罗贝尔线棒具有空心绳股和坚实绳股；

图3显示作为本发明的示例的罗贝尔线棒的顶部六个绳股和绳股的第三换位方案的示意性俯视图；

图4显示作为本发明的示例的罗贝尔线棒的顶部六个绳股和绳股的第四换位方案的示意性俯视图；

图5显示作为本发明的示例的罗贝尔线棒的顶部六个绳股和绳股的第五换位方案的示意性俯视图。

图6显示电机的定子的槽口的示意图，其中，根据本发明的示例的两个罗贝尔线棒容纳在槽口内。

部件列表

1-56绳股

1坚实绳股

17空心绳股

60-64、70、71罗贝尔线棒

70第一罗贝尔线棒

71第二罗贝尔线棒

75槽口

76槽口开口

80两层式绕组

81第一对绳股

82第二对绳股

83第三对绳股。

具体实施方式

参照附图，这些图显示罗贝尔线棒的五个示意性俯视图，其中，相同参考标号表示若干幅图中的相同或对应的部件。

图1显示作为本发明的示例的罗贝尔线棒60的顶部六个绳股(1-6)与绳股(1-6)的第一换位方案的示意性俯视图。绳股(1-6)通常由铜制成，并且由于浸渍而彼此绝缘。罗贝尔线棒60在从左到右显示的视图中具有几米的长度。罗贝尔线棒60布置成置于电机的定子的槽口75中。主要地，两个罗贝尔线棒60在槽口75中布置在彼此上，这在本领域中被命名为两层式绕组80。六个绳股(1-6)是六个列的最上面的绳股(1-6)，其中，各个列由图1-5中的三个绳股组成。换句话说，在图1-5的示例中，三个绳股堆叠在彼此上，并且这些成叠堆或成列的三个绳股中的六个叠堆或列彼此紧挨着并排地布置。然后各个罗贝尔线棒60-64中的绳股的总数为十八。图1显示换位顺序，第一对绳股80的上绳股1换位成第三对绳股82的下绳股6，第二对绳股81的上绳股3换位成第二对绳股81的下绳股4，并且第一对绳股80的下绳股2换位成第三对绳股82的上绳股5。这个构造可命名为罗贝尔线棒60的绳股1-10的某种交叉换位，尤其是所谓的假交叉换位。在图1中，以及在图2、3、5中显示了绳股1-56三次180°的角的换位，从而使得相应的罗贝尔线棒60、61、62、64进行540°的角的总(combined)换位。清楚的是获得对称的罗贝尔线棒60-64，被释放的位置(即，绳股1-64从该位置换位)必须由另一个绳股1-56代替。相应地，由相应的换位绳股1-56占据的位置必须由将被代替的绳股1-56释放。

图2显示作为本发明的示例的罗贝尔线棒61的顶部六个绳股(11-16)和绳股(11-16)的第二换位方案的示意性俯视图，其中，罗贝尔线棒61具有空心绳股(17-19)和坚实绳股(11-16)。空心绳股(17-19)由绝缘铜或不锈钢设计而成，空心绳股具有空心的内部空间，以便在要求高的高功率应用中冷却罗贝尔线棒(60-64)。这里显示的是换位方案的某个构造，其使得绳股(1-56)处的循环电流损失小。详细地说，在下面描述本发明的示例的绳股(1-56)的换位。设计了六个直绳股(1-6)，而且它们彼此贴靠，它们分布成三对绳股(80，81，82)。三对绳股(80，81，82)各自包含两个相邻绳股(1-56)，因此是绳股11和12、绳股13和14和绳股15和16。基本上，绳股1-56换位到另一个绳股1-56的位置表示第二绳股1-56将置于成堆叠的绳股1-56中更深的水平。类似地，待换位的绳股1-56的位置将由在这个绳股1-56的原始位置下方的绳股1-56接替。因而，当绳股1-56占据最高水平处的位置时，处于最低水平的绳股1-56必须换位。线棒换位的结构和罗贝尔化原则上在本领域中是已知的。在图2中，第一对绳股80的上绳股11换位成第三对绳股82的下绳股16，第二对绳股81的上绳股13换位成第二对绳股81的下绳股14，并且第一对绳股80的下绳股12换位成第三对绳股82的上绳股15，然后进行一次下者：第一对绳股80的上绳股17换位成第二对绳股81的下绳股14，第一对绳股80的下绳股18换位成第三对绳股82的上绳股15，并且第二对绳股81的上绳股19换位成第三对绳股82的下绳股16。此示例公开一种顺序，其中，两次某种假交叉换位的后面是一次某种平行换位。

图3显示罗贝尔线棒的绳股1-56的换位方案(也被命名为罗贝尔化)的本发明的另一个示例。如在俯视图中显示的那样，第一对绳股80的上绳股20换位成第二对绳股81的下绳股23，第一对绳股80的下绳股21换位成第三对绳股82的上绳股24，并且第二对绳股81的上绳股22换位成第三对绳股82的下绳股25。上面这个换位方案连续应用三次。然后，连续三次下者：第一对绳股80的上绳股29换位成第三对绳股82的下绳股25，第二对绳股81的上绳股30换位成第二对绳股81的下绳股23，并且第一对绳股80的下绳股31换位成第三对绳股82的上绳股24。上面描述的各自连续三次的两个不同的换位方案的这个换位沿着罗贝尔线棒62的长度重复。此示例公开了一种顺序，其中三次某种平行换位的后面是三次某种假交叉换位。

图4显示具有不同的换位方案的本发明的另一个示例。这里，连续三次下者：第一对绳股80的上绳股38(或32)换位成第二对绳股81的下绳股35，第一对绳股80的下绳股39(或33)换位成第三对绳股82的上绳股36，并且第二对绳股81的上绳股40(或34)换位成第三对绳股82的下绳股37。在绳股35-43的这些换位之后，像下面这样三次连续地对罗贝尔线棒63应用换位。第一对绳股80的下绳股43换位成第三对绳股82的上绳股36，第一对绳股80的上绳股41换位成第三对绳股82的下绳股37，并且第二对绳股81的上绳股42换位成第二对绳股81的下绳股35。此示例公开了一种顺序，其中两次或三次某种平行换位的后面是三次某种假交叉换位。在不同于根据图1、2、3、5的示例的图4的这个示例中，实现两次180°角的换位和一次120°角的换位，从而使得罗贝尔线棒63进行480°角的总换位。

图5显示本发明的另一个示例。据此，像下面这样三次连续地执行换位。第一对绳股80的上绳股44换位成第一对绳股80的下绳股45，第二对绳股81调的上绳股46换到第二对绳股81的下绳股47，并且第三对绳股82的上绳股48换位成第三对绳股82的下绳股49。之后，三次连续地执行绳股44-56的以下换位。第一对绳股80的上绳股53换位成第三对绳股82的下绳股49，第二对绳股81的上绳股55换位成第二对绳股81的下绳股47，并且第三对绳股82的上绳股56换位成第一对绳股80的下绳股45。此示例公开了一种顺序，其中，三次某种单独换位或单个换位的后面是三次某种交叉换位或真交叉换位。

图6显示电机的定子的槽口75的示意性横截面侧视图，其中，根据本发明的示例的两个罗贝尔线棒70、71容纳在槽口75内。槽口75通常设计在定子芯中，以包括罗贝尔线棒70、71，如本领域中众所周知的那样。在此视图的顶部显示了槽口开口76，在这里用圆标记。到底部的方向是通往定子芯和定子的中心(未显示)的方向。罗贝尔线棒70、71两者具有彼此紧挨着的六个堆叠的绳股1-56。与图1-5的示例相反，成堆叠或成列的两个罗贝尔线棒70、71在图6中由多个绳股组成，这里是二十四个绳股。本发明也适用于堆叠数量较多的罗贝尔线棒70、71，例如八个、十个或更多个。在这里，以示例的方式显示坚实绳股1和空心绳股17两者，但为了方便仅引用了各个的一个绳股1、17。图6中显示的具有槽口75和两个罗贝尔线棒70、71的构造被命名为两层式绕组80。在槽口75内实现了两层罗贝尔线棒70、71。

也可行的是对罗贝尔线棒60-64应用本发明，其中，绳股1-56的设置经改良，即，绳股1-56的顺序具有斜升，而且绳股1-56的顺序具有斜降。在图1-5中显示的大多数示例中，左边的绳股1-56斜升，而右边的绳股1-56则斜降。当罗贝尔线棒60-64的端部绕组部分也换位时，本发明也适用。但在该示例中，描述将凹口部分的仅一部分置于槽口75中。图1-5中的示例全部都公开了绳股1-56沿着槽口75中的罗贝尔线棒60-64的长度的换位角540°，即，换位绳股1-56围绕槽口75中的罗贝尔线棒60-64完整地绕一圈，并且另外再绕半圈。在罗贝尔线棒60-64的一端处，相应的绳股1-56换位成与开始相同的位置，而且另外在另一端处，相应的绳股1-56已经绕了另一个半圈。要注意的是，普通的罗贝尔线棒通常具有换位角360°，即，绳股在罗贝尔线棒的槽口中完整地绕一圈，以在与另一端相同的位置处定位在槽口中的一端处。

虽然已经参照本发明的示例性实施例来详细地描述了本发明，但对本领域技术人员显而易见的将是，可在不偏离本发明的范围的情况下作出修改，而且可采用等效物。为了说明和描述，已经介绍了本发明的优选实施例的前述描述。不意于为穷尽性，或者将本发明局限于公开的确切形式，而且按照以上教导，修改和变型是可行的，或者可通过实践本发明来获得修改和变型。选择和描述实施例是为了阐明本发明的原理及其实际应用，以使得本领域技术人员能够像适合构想到的特定用途那样在各种实施例中利用本发明。意于的是本发明的范围由所附权利要求及其等效物限定。各个前述文献通过引用而整体地结合在本文中。

Claims (5)

1.一种用于在电机中使用的罗贝尔线棒(60-64，70，71)，其具有彼此绝缘的三对(80，81，82)绳股(1-56)，其中，所述绳股(1-56)彼此换位，使得成对(80，81，82)的绳股(1-56)的至少一个绳股(1-56)彼此换位，并且使得至少一对(80，81，82)绳股(1-56)与另一对(80，81，82)绳股(1-56)换位；

其中，在所述罗贝尔线棒(60-64，70，71)的槽口(75)中，所述三对(80，81，82)绳股(1-56)具有540°的总换位；并且：

a）连续地，第一对绳股(80)的上绳股(1)换位成第三对绳股(82)的下绳股(6)，第二对绳股(81)的上绳股(3)换位成第二对绳股(81)的下绳股(4)，并且第一对绳股(80)的下绳股(2)换位成第三对绳股(82)的上绳股(5)；或者

b）连续地，b1)第一对绳股(80)的上绳股(44)换位成第一对绳股(80)的下绳股(45)，第二对绳股(81)的上绳股(46)换位成第二对绳股(81)的下绳股(47)，并且第三对绳股(82)的上绳股(48)换位成第三对绳股(82)的下绳股(49)，并且，b2)第一对绳股(80)的上绳股(53)换位成第三对绳股(82)的下绳股(49)，第二对绳股(81)的上绳股(55)换位成第二对绳股(81)的下绳股(47)，并且第三对绳股(82)的上绳股(56)换位成第一对绳股(80)的下绳股(45)；或者

c）连续地，c1)第一对绳股(80)的上绳股(11)换位成第三对绳股(82)的下绳股(16)，第二对绳股(81)的上绳股(13)换位成第二对绳股(81)的下绳股(14)，并且第一对绳股(80)的下绳股(12)换位成第三对绳股(82)的上绳股(15)，并且然后c2)第一对绳股(80)的上绳股(17)换位成第二对绳股(81)的下绳股(14)，第一对绳股(80)的下绳股(18)换位成第三对绳股(82)的上绳股(15)，并且第二对绳股(81)的上绳股(19)换位成第三对绳股(82)的下绳股(16)。

2.根据权利要求1所述的罗贝尔线棒(60-64，70，71)，其特征在于，多次进行下者：连续两次执行c1）项的换位，然后执行一次c2）中的换位。

3.根据权利要求1的罗贝尔线棒(60-64，70，71)，其特征在于，多次进行下者：

连续三次执行b1）项的换位，然后连续三次执行b2)中的换位。

4.根据权利要求1所述的罗贝尔线棒(60-64，70，71)，其特征在于，包括空心绳股(17，18，19)和坚实绳股(1-16，20-56)。

5.一种用于电机的槽口(75)的罗贝尔线棒(70，71)的两层式绕组(80)，其特征在于，在所述槽口(75)中的两个根据权利要求1所述的罗贝尔线棒(70，71)。

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