CN107482800A - 铁磁叠片、电机及其导磁部件和绕组结构、风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁磁叠片、电机导磁部件、具有该电机导磁部件的电机、电机绕组结构以及具有该电机绕组结构的电机、风力发电机组、风电场、电能与磁场能变换设备以及用于风力发电机组的叶片。所述电机导磁部件包括绕组槽，所述绕组槽的内壁上形成多个空穴。根据本发明的电机导磁部件，能够借助空穴结构，在对电机导磁部件进行绝缘处理时，有效留存、固定液体绝缘介质，并在液体绝缘介质固化后在铁磁边界形成生根的中间弹性根基，有效防止绝缘介质剥离、破裂或脱离。

Description

铁磁叠片、电机及其导磁部件和绕组结构、风力发电机组

技术领域

本发明涉及电机技术领域，更具体地讲，涉及用于制造电机导磁部件的铁磁叠片、由该铁磁叠片形成的电机导磁部件、电机绕组结构以及具有该电机绕组结构的电机、具有所述电机的风力发电机组以及包括至少一台所述风力发电机组的风电场、一种电能与磁场能变换设备以及用于风力发电机组的叶片。

背景技术

风能是最清洁、无污染的可再生能源之一。利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视。风力发电机组是一种将风能转化为电能的大型发电装置。

电机作为风力发电机组的核心部件，包括转子和定子，定子包括定子铁心以及缠绕在定子铁心上的绕组。由于风力发电机组设置在户外，经受风吹雨淋，水汽和湿气会进入发电机定子和转子内部，导致定子铁心以及绕组受到腐蚀而损坏。尤其是，安装在海上的风力发电机，更容易受到盐雾的侵袭腐蚀。因此，在制造发电机的过程中，电机各个部件，尤其是电机导磁部件以及绕组的防腐处理特别关键。

在电机制造过程中，需要在电机导磁部件上开出绕组槽，并将线圈绕组布置在槽内，采用在槽口安装各种形状槽楔的方法将线圈绕组固定在绕组槽内。实践中，通常采用将带有齿槽的多个铁磁叠片相互叠置来形成电机导磁部件。

以电机导磁部件为定子铁心10为例，图1和图2示出了定子绕组的局部结构示意图，图3示出了定子绕组的局部结构立体图，图4示出了铁磁叠片30的一个齿槽31的轴向示意图，图5示出了填塞有线圈绕组200的一个铁磁叠片30的轴向截面图。如图1-5所示，以内定子为例，在将铁磁叠片30叠置而成为定子铁心10后，在定子铁心10的外圆周上形成了用于安装线圈绕组的绕组槽11。各个铁磁叠片30的齿槽31内边缘基本上为直线形，多个铁磁叠片30上下叠置后，由铁磁叠片30的齿槽31形成的绕组槽11的内壁基本上为平坦表面。线圈绕组200固定在绕组槽11内，在绕组槽11的槽口处安装有槽楔300，用于将线圈绕组200固定在绕组槽11内。如图3和图4所示，定子铁心10作为电机导磁部件，绕组槽11的内周边为铁磁边界。在将线圈绕组200缠绕在绕组槽11中形成定子绕组部件之后，相互叠置的铁磁叠片30的边缘之间会存在一定的细隙，在铁磁边界与线圈绕组11之间存在一定的间隙，在线圈绕组11与槽楔300之间、以及槽楔300与槽口内边缘之间也存在一定的间隙，线圈绕组11本身内部也存在一定的间隙。在定子绕组的内部的这些孔隙成为定子绕组产生进水、吸入潮气损坏绝缘的隐患。

为了提高定子绕组的防护性能，通常对定子绕组采用浸渍处理，用绝缘漆或绝缘胶填充定子绕组中的孔隙。浸漆处理是对电机定子进行绝缘处理的一种常用的浸渍处理方式。目前采用的浸漆处理工艺是属于热沉浸工艺的二次浸漆，浸漆过程大致包括：预烘、第一次浸漆、滴漆、第一次烘干、第二次浸漆、滴漆、第二次烘干。通过浸漆处理，可以使绝缘漆填充定子绕组的内层空隙并覆盖线圈绕组的表面。即使经过浸漆处理，也不可避免地在定子绕组中存在一定的孔隙，因此，浸漆处理后的定子绕组就像一个多孔绝缘材料。

在浸漆的过程，希望绝缘漆能够更好、更充分地渗透到定子铁心的各个缝隙中，尽量减少定子绕组中的孔隙。而在滴漆过程中，希望绝缘漆尽可能少地从定子铁心中流出。绝缘漆的粘度直接影响着绝缘漆能否容易渗透到定子绕组的各个缝隙中，以及是否容易从定子绕组中流出。

漆的粘度和它的溶剂量有关系，溶剂越多，固体含量越少，漆的粘度就越低。如果使用低粘度的漆，虽然漆的渗透能力强、能很好地渗透到定子绕组的各空隙中去，但因为漆的含量少，当溶剂挥发以后，留下的空隙较多，在滴漆过程中，也会有更多的漆流出来，使得定子绕组的防潮能力、导热能力、机械强度和绝缘强度都受到影响。如果使用的漆粘度过高，则漆难以渗入到绕组内部，即发生“渗不透”的现象，防潮能力、导热能力、机械强度和电气强度同样到不到要求。

总的来讲，传统的铁磁叠片结构利于漆的进入，但又阻拦不了漆的流失。因此，在电机生产过程中，尽管采用较先进的浸渍工艺(例如，真空压力浸渍(VPI)等)，仍不可避免地在电机绕组中，尤其是电磁线绝缘交界(铁磁边界)处，产生“气泡”或“气隙”。一方面，这些“气泡”或“气隙”产生进水、吸入潮气损坏绝缘的隐患，另一方面，这些“气泡”或“气隙”成为局部放电发生的部位。放电破坏导线的高分子绝缘材料的结构，造成裂解、局部熔化和化学降解，产生H和O，腐蚀绝缘材料形成“微孔”。在酸、碱、水分的作用下，绝缘层“湿涨”、“泡涨”，在引起绝缘层老化的同时，水分在热循环过程中气化、冷凝，形成更大的“空隙”，造成导线的绝缘层分离、剥落，从而使得导线间短路。

此外，在电机强磁场作用下，进入电机气隙内的水被磁化时，水分子本身结合的状态也由长链变为短链，使得水容易渗入坚硬的铁磁叠片细缝中，促进叠片间的毛细现象；使水更容易渗入经过真空压力浸漆后的多孔绝缘材料中，使铁磁叠片锈蚀。

总之，传统结构的定子绕组在浸漆工艺中表现出的内在矛盾比较突出，由于铁磁边界(叠片铁心的槽内边缘)基本上接近于平直表面，因此，这种铁磁边界结构有利于浸漆过程中绝缘漆的进入，但又阻拦不了滴漆时绝缘漆的流失。尤其是在滴漆工艺中，绝缘漆不仅会沿着径向方向从槽口(槽楔)处流出，还会沿着轴向方向，从绕组槽的轴向两端向外流出。因此，导致在定子绕组内，尤其铁磁边界的表面上挂漆量小、漆层薄。在槽口部分，也难以在槽楔外周形成严格的密封圈。

此外，现有技术在使用槽楔300固定槽内线圈200时，由于铁磁叠片与传统槽楔完全是不同的材质，弹性模量差距很大，传统槽楔自由端与铁磁叠片的槽口齿片之间借助绝缘介质形成的粘接层界面会出现“脱粘”现象，造成槽楔与铁心槽口硅片之间形成缝隙，潮气和水自然会沿着脱粘缝隙进入槽内破坏绝缘。即使使用导磁材料制作槽楔，也不能保证槽楔与铁心槽口齿片之间粘接层界面牢固，不能阻止潮气和水沿着粘接层断裂缝隙自然进入绕组槽内破坏绝缘。

因此，传统结构的电机绕组已经不能有效保证定子绕组的绝缘性能以及使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有改进结构的铁磁叠片、采用该铁磁叠片制成的电机导磁部件、电机绕组结构以及具有该电机导磁部件或电机绕组结构的电机。

根据本发明的一方面，提供了一种铁磁叠片，所述铁磁叠片具有多个齿槽，在所述齿槽的内侧边缘上形成有朝着所述齿槽内部开口的多个凹槽。

根据本发明的一方面，多个所述凹槽形成在所述齿槽的整个内侧边缘上或形成在所述内侧边缘的一部分上。

根据本发明的一方面，所述齿槽包括槽身部和槽口部，所述凹槽形成在所述槽身部的内侧边缘和/或所述槽口部的内侧边缘。

根据本发明的一方面，在所述齿槽的宽度方向上，形成在所述槽身部的内侧边缘上的所述凹槽不超过所述槽口部的最外侧边缘。

根据本发明的一方面，所述凹槽具有如下结构特征中的至少一种：所述凹槽朝着所述齿槽的内部逐渐变窄而具有收缩的开口；所述凹槽的内侧边缘形成为粗糙结构或弯曲结构；所述凹槽的内侧边缘与所述齿槽的内侧边缘的连接处形成为尖锐突起；沿着从所述齿槽的槽底向着所述齿槽的槽口方向，所述凹槽的尺寸逐渐变大，而所述凹槽的开口尺寸逐渐变小。

根据本发明的一方面，提供了一种电机导磁部件，所述电机导磁部件包括如上所述的铁磁叠片。

根据本发明的一方面，提供了一种电机导磁部件，所述电机导磁部件包括绕组槽，在所述绕组槽的内侧壁上形成有朝着所述绕组槽的内部开口的多个空穴。

根据本发明的一方面，，所述空穴具有如下结构特征中的至少一种：所述空穴的尺寸朝着所述绕组槽的内部逐渐缩小从而所述空穴具有收缩的开口；所述空穴的内侧边缘形成有粗糙结构或弯曲结构；所述空穴的开口处形成有尖锐突起；沿着从所述绕组槽的槽底向着所述绕组槽的槽口方向，所述空穴的尺寸逐渐变大，而所述空穴的开口尺寸逐渐变小。

根据本发明的一方面，，所述电机导磁部件包括多个相互叠置的铁磁叠片，一个所述空穴形成在单层铁磁叠片上，多个所述空穴形成在奇数层铁磁叠片和/或偶数层铁磁叠片上；或者，一个所述空穴形成在至少两层相邻的铁磁叠片上。

根据本发明的一方面，所述铁磁叠片具有多个齿槽，在所述齿槽的内侧边缘具有多个凹槽，所述凹槽具有厚度方向上的开口以及朝向所述齿槽的内部的开口，所述凹槽的厚度方向上的开口被相邻叠置的铁磁叠片阻挡，形成所述空穴。

根据本发明的一方面，所述凹槽形成在所述齿槽的整个内侧边缘上或所述内侧边缘的一部分上。

根据本发明的一方面，所述齿槽包括槽身部和槽口部，在所述齿槽的宽度方向上，形成在所述槽身部的内侧边缘上的所述凹槽不超过所述槽口部的最外侧边缘。

根据本发明的一方面，提供了一种电机，所述电机具有如上所述的电机导磁部件。

根据本发明的一方面，提供了一种电机绕组结构，所述电机绕组结构包括电机导磁部件和线圈绕组，所述电机导磁部件具有多个绕组槽，所述线圈绕组布置在所述绕组槽中，所述绕组槽的内壁上形成有朝着所述绕组槽的内部开口的多个空穴，在所述空穴中以及所述绕组槽与所述线圈绕组之间填充有填充介质。

根据本发明的一方面，所述空穴的尺寸向着所述线圈绕槽的内部逐渐缩小从而所述空穴具有收缩的开口。

根据本发明的一方面，在所述空穴的内壁与所述填充介质之间形成有真空空间。

根据本发明的一方面，所述电机绕组结构还包括设置在所述绕组槽的槽口处的槽楔，所述填充介质填充在所述电机导磁部件、所述槽楔以及所述线圈绕组之间，所述填充介质形成为互相链接的网状的一体结构。

根据本发明的一方面，所述一体结构包括包覆在所述绕组槽的内壁上的包覆体。

根据本发明的一方面，所述一体结构还包括形成在所述槽楔外周的密封结构。

根据本发明的一方面，在所述绕组槽的宽度方向上，所述空穴不超过所述槽口的最外侧边缘。

根据本发明的一方面，所述电机导磁部件为定子铁心或转子铁心，所述填充介质为绝缘介质。

根据本发明的一方面，提供了一种电机，所述电机包括如上所述的电机绕组结构。

根据本发明的一方面，提供了一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的电机。

根据本发明的一方面，提供了一种风电场，所述风电场包括至少一台如上所述的风力发电机组。

根据本发明的另一方面，还提供了一种电能与磁场能变换设备，所述电能与磁场能变换设备包括导电部件、绝缘体和导磁部件，所述导电部件设置在所述导磁部件上，所述绝缘体形成在所述导磁部件与所述导电部件之间，在所述导磁部件的相对于所述导电部件的边界上形成有多个空穴，所述绝缘体填充所述多个空穴，并且填充所述导电部件与所述导磁部件之间的除所述多个空穴以外的间隙。

根据本发明的另一方面，所述绝缘体在所述多个空穴和所述间隙中固化成型后形成一体化绝缘结构。所述一体化绝缘结构可在所述导电部件与所述导磁部件之间构成连续导热介质。所述一体化绝缘结构可阻止杂质进入所述导磁部件与导电部件之间的耦合空间。

所述一体化绝缘结构可阻止所述导电部件向所述导磁部件传递电能。

所述电能与磁场能变换设备可包括电机、变压器或电抗器。

根据本发明的电机导磁部件、电机绕组结构以及电机，能够借助空穴结构，在对电机导磁部件进行绝缘处理时，有效留存、固定液体绝缘介质，并在液体绝缘介质固化后在铁磁边界形成生根的中间弹性根基，有效防止绝缘介质剥离、破裂或脱离。

本发明构思突破对现有结构的认识，在电机绕组传统的绕组叠片铁心结构用于导磁功能的基础上，对传统绕组的铁磁边界做结构改进，产生在电机绕组的绝缘结构的铁磁边界与绝缘介质固化成型接合的新型边界结构，阻止水和潮气进入铁磁边界与绝缘介质接合处而破坏绝缘结构。在铁磁边界与电机绕组之间的液态绝缘介质在边界填充、固化后，在铁磁边界绝缘介质在空穴内生根，与相邻的绝缘介质接合，形成中间弹性根基(粘接的根基)、在槽楔与导磁部件槽口处形成具有根基的弹性密封环节。这个特殊的边界在真空压力浸渍工艺的浸漆后滴漆过程、旋转烘焙过程中，能够防止绝缘介质沿铁磁边界的径向流失和沿铁磁边界的轴向流失，得以提高浸漆后绝缘介质填充浸渍的饱满率，中间弹性密封环节的出现增加并锁住了绝缘介质的填充量、增加了边界阻止潮气和其它介质侵入的能力，使空气中的氧、潮气和水等不易侵入槽绝缘内部，可延缓绝缘体系老化过程，降低电机受潮气和水侵入存留其中的风险，提高绝缘可靠性。

根据本发明的又一方面，提供了一种叶片，所述包括叶片骨架和填充介质，在所述叶片骨架的表面上预先设置有多个空穴，所述填充介质填充在所述空穴中形成固态填充体，并在所述叶片骨架的外表面上紧密包覆而形成固态包覆体，多个所述空穴中的固态填充体与所述固态包覆体形成一体化填充结构。

此外，所述叶片还可包括预埋在叶片根部的螺栓，在所述螺栓的预埋部分的外表面上形成有多个空穴。

根据本发明的叶片，由于在叶片骨架上形成了大量空穴，在将叶片骨架放在叶片模具中灌注填充介质(例如树脂)时，填充介质会填充到空穴中以及叶片骨架的周围，从而在填充介质固化后，在空穴中形成的固态填充介质与包覆在叶片骨架外表面的包覆体形成一体化的结构，使得填充介质在叶片骨架上生根，从而有利于在长期运行期间防止填充介质从该叶片骨架的表面剥离、撕裂，保证叶片本身的结构完整性和强度，同时防止风、霜、雨、雪、尘、絮状物、盐雾等不期望的多相流杂质破坏叶片结构而对叶片本体造成侵蚀、破坏。

附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1和图2示出了现有技术中风力发电机系统中绕组及其导磁部件的局部结构示意图；

图3示出了现有技术中绕组和导磁部件的局部立体图；

图4示出了现有技术中的铁磁叠片的局部结构的轴向示意图；

图5示出了现有技术中的含有线圈绕组的绕组槽的轴向截面图；

图6是根据本发明实施例的用于制造电机导磁部件的单个铁磁叠片的结构示意图；

图7是根据本发明第一实施例的用于制造电机导磁部件的多个铁磁叠片的示意图；

图8示出了根据本发明示例性实施例的电机导磁部件的局部结构立体图；

图9示出了对浸漆后的电机导磁部件进行旋转烘干的工艺过程的示意图；

图10示出了图9中的处于3点钟或9点钟位置的绕组槽的示意图；

图11示出了图9中的处于6点钟位置的绕组槽的示意图；

图12示出了绕组槽内铁磁边界内的绝缘介质形成的立体接合力网络示意图；

图13示出了铁磁边界与空穴内的绝缘介质接合处的受力分析的局部视图。

附图标号：

10：定子铁心；11：绕组槽；30：铁磁叠片；31：齿槽；100：铁磁叠片；110：绕组槽；101：齿槽；112：槽身部；114：槽口部；118：铁磁边界；120：凹槽；200：线圈绕组；300：槽楔；400：空穴；410、420：绝缘介质；500：真空空间；900：旋转轴。

具体实施方式

为了解决现有技术中的电机导磁部件在进行绝缘处理时，液体绝缘介质不容易留存在电机导磁部件中的问题，以及在电机导磁部件由于温度变化而热胀冷缩变形时导致绝缘介质层受到挤压或拉伸而与导磁部件表面脱离或撕裂的问题，本发明从跨学科的渗流力学的角度对传统绕组的铁磁边界做结构改进，在铁磁边界上形成新型边界结构—空穴结构，借助空穴内真空空间的自动形成并自动阻止液体绝缘介质流动，从而留存、固定液体绝缘介质。并在液体绝缘介质固化成型后，在绝缘结构的铁磁边界与绝缘介质之间形成生根的立体接合力网络，防止绝缘介质层与铁磁边界脱离或绝缘介质层撕裂，在槽口部分形成具有根基的弹性密封环节，防止粘接层界面会出现“脱粘”现象。根据这种结构，防止空气中的氧、潮气和水侵入绝缘结构内部，延缓绝缘体系老化过程，提高绝缘可靠性。

下面，参照附图来详细说明本发明的实施例。在整个说明书中，同一部件将采用相同或相似标号。

图6示出根据本发明示例性实施例的用于制造电机导磁部件的铁磁叠片的结构示意图。

根据本发明实施例的铁磁叠片100可以具有多个齿以及位于相邻的齿之间的齿槽101，这些齿槽101将形成电机导磁部件的用于安装线圈绕组的绕组槽110(如图8所示)。图6仅示出了其中一个齿槽101的轴向示意图。齿槽101沿径向方向可包括槽身部112和槽口部114。线圈绕组200除绕组端部以外的部分可容置在槽身部112中，槽楔300可容纳在槽口部114中。

在根据本发明实施例的铁磁叠片100中，在齿槽101的内边缘上形成有向着槽内空间开口的多个凹槽120，换句话说，在铁磁叠片100的形成齿槽101的铁磁边界上形成有多个与齿槽101所限定的空间相连通的凹槽120。对于一个铁磁叠片而言，凹槽120可形成在齿槽101的整个内边缘(铁磁边界)上，包括形成在槽身部112的内边缘上以及槽口部114的内边缘上。可选地，凹槽120也可仅形成在齿槽101的内侧边缘的一部分上，例如，仅形成在槽身部112的内侧边缘上，或仅形成在槽身部112的左右两侧的一侧上。对于一片铁磁叠片而言，凹槽120形成在齿槽101的内侧边缘的位置不受上述描述的限制。

朝着齿槽101的槽内方向，凹槽120可具有肚大口小的形状，换句话说，凹槽120朝着齿槽101的内部方向具有逐渐收缩的开口，具体地，凹槽120的两侧内边缘可向着其开口位置逐渐倾斜收缩，使得凹槽120的尺寸朝着齿槽101内部方向逐渐变窄。通过使凹槽120的开口形成为收缩口，能够有效阻止凹槽120内部的液体绝缘介质流出。优选地，凹槽120可具有粗糙或弯曲的内边缘，从而形成弯曲流道，以增大液体绝缘介质的流动阻力。例如，如图6和图7所示，可使凹槽120的内边缘与齿槽101的内边缘连接处形成为尖锐突起结构。

根据本发明的示例，凹槽120的大小可以均匀一致，对于同一铁磁叠片100而言，凹槽的布局密度可以均匀一致。作为示例，位于齿槽101不同位置的凹槽120的大小不同，沿着电机定子的径向方向，凹槽120可以逐渐变大并且开口逐渐变小，以获得更大的阻止液体绝缘介质流失的真空状态下的反作用力，尤其是槽口附近。

槽口部114中用于容纳槽楔300，因此，槽口部114的容纳空间的最大宽度大于槽身部112的容纳空间的宽度。对于槽齿而言，使磁力线通过的有效区域为位于槽口部114的最宽处外侧的区域，即，两个相邻齿槽之间的有效区域。如果从槽口部114的容纳空间的最宽位置沿着平行于槽身部分112的内侧边界划一条虚线140，那么虚线140外侧的部分为使磁力线通过的有效区域。

因此，在根据本发明实施例的铁磁叠片100中，优选地，凹槽120形成在虚线140与齿槽101内边缘(铁磁边界的平坦区域或直线区域的外轮廓线或界线)118之间，也就是说，在齿槽101的宽度方向上，凹槽120不超过槽口部114的容纳空间的最外侧边缘，从而尽可能保持槽楔铁磁边界电磁学性能，避免因为形成凹槽120而降低导磁部件的铁磁效率。

根据本发明的多个铁磁叠片可以相互叠置从而形成电机导磁部件。图7示出了用于制造根据本发明实施例的电机导磁部件的多个铁磁叠片的示例。图8示出了根据本发明实施例的电机导磁部件的局部结构立体图。

图7示出了仅示出了形成电机导磁部件的最上层铁磁叠片、第二层铁磁叠片、第三层铁磁叠片以及第四层铁磁叠片。这四层铁磁叠片包括两个铁磁叠片A和两个铁磁叠片B，铁磁叠片A和铁磁叠片B交替设置，沿轴向方向相互叠置。第一层的铁磁叠片A和第三层的铁磁叠片A可以采用现有技术中的铁磁叠片，其齿槽的内边缘没有形成凹槽120。第二层的铁磁叠片B和第四层的铁磁叠片B采用根据本发明示例性实施例的铁磁叠片，在该铁磁叠片B的齿槽的内边缘形成有多个凹槽120。虽然图7仅示出了四层铁磁叠片，但是，不言而喻，更多的铁磁叠片A和铁磁叠片B可以按照同样的方式相互叠置，从而形成电机导磁部件。

如上所述的多个铁磁叠片相互叠置之后，可以形成图8所示的电机导磁部件。图8示出了电机导磁部件的绕组槽110两侧的铁磁边界的局部结构立体图，图8中的箭头方向为槽深方向，对于电机定子而言，槽深方向也是径向方向。

如图8所示，可以在奇数层采用铁磁叠片A，在偶数层采用铁磁叠片B。在铁磁叠片A和铁磁叠片B交替叠置的情况下，铁磁叠片B上的凹槽120的上下两侧(即，厚度方向的两侧)被相邻的铁磁叠片A覆盖，凹槽120只能朝着槽内方向开口，从而形成空穴400。这样，在绕组槽110的内侧边界(铁磁边界)上形成了多个空穴400。相应地，与凹槽120的结构类似，空穴400也具有肚大口小的结构。

在图8所示的电机导磁部件的绕组槽110的内壁上，形成了大量的空穴400，绕组槽110的内壁不再是相对平坦的平面结构，使得在浸漆工艺中更多的液体绝缘介质流入空穴400内以及被吸附在铁磁边界上，在滴漆过程中，更多的绝缘介质留存在绕组、导磁部件以及槽楔之间的空隙中。

在图8所示的示例中，铁磁部件B设置在偶数层，显然，也可以将铁磁部件B设置在奇数层上，从而在电机导磁部件的奇数层上形成空穴400。

虽然在图7示出了两种铁磁叠片A和B以及在图8中示出了由这两种铁磁叠片A和B制造的电机导磁部件，然而，本发明不限于此。铁磁叠片可以包括很多种类型，使得形成的电机导磁部件的绕组槽110的内壁上的空穴分布形式多种多样。例如，可以在铁磁叠片A的齿槽101的左侧形成凹槽120，在铁磁叠片B的齿槽101的右侧形成凹槽120，从而电机导磁部件的绕组槽110一侧的奇数层上形成有空穴400，而另一侧的偶数层上形成有空穴400。此外，也不必按照绕组槽110的一侧形成有凹槽120，而另一侧没有形成凹槽120的方式来制造铁磁叠片，只要一个铁磁叠片上的凹槽120的上侧和下侧被相邻的铁磁叠片覆盖，从而在导磁部件的绕组槽110的内壁上形成空穴400即可，例如，也可以是相邻两层的铁磁叠片的不同位置交替形成有凹槽120，从而在电机导磁部件的奇数层和偶数层上均形成有空穴400。

此外，当利用单层铁磁叠片上的凹槽120形成的空穴400的尺寸不能满足设计要求时，也可以将相同位置具有凹槽120的至少两个铁磁叠片相邻叠置，来形成尺寸更大的空穴。因此，单个空穴400可以形成在一层铁磁叠片上，也可以形成在至少两层铁磁叠片上。

因此，根据本发明实施例的导磁部件，只要绕组槽110内壁上形成有多个空穴400即可，而不管单个空穴形成在单层铁磁叠片上并且多个空穴400是否按照奇数层或偶数层分布、或者单个空穴跨层设置，均可实现相应的技术效果。

虽然在本发明的示例中，通过叠置多个铁磁叠片的方式来形成电机导磁部件，但是，对本领域技术人员来说很容易理解是，当电机导磁部件不是通过叠置多个铁磁叠片来制造的，而是一体铸造的情况下，直接在绕组槽的内壁上开设空穴400也是可以的。

下面结合附图来详细描述根据本发明实施例的电机导磁部件的空穴结构能够防止液体绝缘介质流失的机理。

图9示出了对根据本发明实施例的电机导磁部件进行旋转烘焙的示意图。在该示例中，该导磁部件为内定子外转子结构的电机的定子。因此，绕组槽110设置在定子的外周。

在将线圈绕组缠绕到根据本发明实施例的电机导磁部件上后，对该电机导磁部件进行绝缘处理。可以采用真空压力浸渍工艺(VPI)，在对电机导磁部件进行浸漆处理后，进行滴漆和烘干。在图9所示的示例中，将该定子绕组结构轴向水平放置在热风循环式烘房中，进行旋转烘焙，使液体绝缘介质逐渐固化，标号900表示旋转轴。

在如图9所示放置的定子绕组结构中，绕组槽110的槽口径向向外。对于传统结构的定子绕组结构，当绕组槽110位于12点钟位置时，绕组槽110的槽口朝上，液体绝缘介质不容易从槽口处沿径向流出来，但是容易沿轴向从绕组槽110的两端流出。当绕组槽110位于6点钟位置时，液体绝缘介质容易在力(例如，重力，离心力等)的作用下沿径向和轴向向外流出。

对于现有技术中的定子绕组结构，由于绕组槽110的内壁相对平坦，不能有效阻止液体绝缘介质外流。然而，根据本发明实施例的电机导磁部件，由于绕组槽110的铁磁边界上设置有大量的空穴400，能够有效阻止绝缘介质外流。下面，结合附图10-图12详细说明空穴阻止液体绝缘介质外流的机理。

图10示出了对于处于3点钟(或9点钟)位置的绕组槽110。此时，绕组槽110处于水平方向，图中的箭头表示绝缘介质受到的重力方向。绕组槽110下侧边的空穴400的开口朝上，因此，这些空穴内的液体绝缘介质410不容易流出来，而绕组槽110的上侧边的空穴开口朝下，进入空穴400内的绝缘介质410受重力作用，倾向于从空穴400内流出。然而，当空穴400内的液体绝缘介质410受力下沉从而倾向于流出时，在空穴400的顶部会自动形成一定的真空空间500。此时，在该真空空间500与外界大气压之间形成了压力差，该压力差能够阻止液体绝缘介质下沉，从而阻止空穴400内的液体绝缘介质410流失。类似地，对于槽底部分的空穴以及位于槽口部分边界上的空穴，由于空穴优选形成为开口收缩的形状，当空穴内的一部分液体向外流出的同时，会在空穴内形成真空空间500，该真空空间500会有效阻止液体绝缘介质410进一步外流。

图11示出了位于6点钟位置的绕组槽的示意图，图中的方向向下的箭头表示液体绝缘介质受到的重力方向。与参照图10描述的空穴作用机理类似，当空穴内的液体绝缘介质410外流时，空穴内会同时形成真空空间500，阻止液体绝缘介质410进一步外流流失。

在根据本发明的实施例中，空穴400优选为肚大口小的结构，因此，在空穴400的开口形成为收缩口，使得流入空穴400的液体绝缘介质不容易流出。更优选地，在空穴400的开口处形成弯曲流道，通过使得液体绝缘介质410的流道为弯曲流道，能够增大流动阻力系数，使液体流动变慢，防止液体绝缘介质410在还没有固化的情况下流失。例如，可以通过在空穴口处形成有尖锐突起结构来形成弯曲流道，增大流动阻力系数。因此，不管是槽身部的内侧壁上，还是槽口部的内侧壁上，大量的空穴有效存留了大量的液体绝缘介质。

通过在绕组槽内侧壁上形成空穴结构，在浸漆过程中，能够有效吸附大量液体绝缘介质，并在滴漆过程中，有效防止液体绝缘介质的流失。

上面参照图9至图11描述了单个空穴防止液体绝缘介质流失的作用机理。然而，当在绕组槽110的内壁上形成大面积的空穴的情况下，空穴内的绝缘介质与铁磁边界绝缘介质链接，发挥更大的防止液体绝缘介质流失的作用，在固化成型后，液体绝缘介质能够构成生根的、克服剥离力的立体接合力网络600，并防止固化后的绝缘介质撕裂剥离。下面，结合附图12来详细描述这种立体接合力网络600。

如图12所示，在浸漆过程中，空穴400的吸附作用，使得液体绝缘介质将会充满铁磁叠片100、绕组200、槽楔300之间的孔隙，图12中以灰色示出了填充的绝缘介质。

在绝缘介质固化后，空穴内的绝缘介质与相邻绝缘介质粘接接合成结实的包覆体，包覆在铁磁边界上形成弹性支撑结构，并在槽口部形成具有根基的弹性密封环节。位于空穴内的绝缘介质就像吸盘或抓手一样，将一体结构的绝缘介质紧紧联络在一起并抓附在铁磁边界的内壁上，在电机导磁部件、线圈绕组、槽楔三者交接区域之间构筑多层防护体系，同时还能保持槽楔铁磁边界电磁学性能。

如图12所示，由于空穴内的绝缘介质与铁磁边界处的绝缘介质相互一体连接，因此，两者之间形成一种接合力，如图中的标号610所示。当线圈绕组200收缩时，铁磁边界处的绝缘介质会收缩而趋于剥离。在图12中，绕组槽110左侧的空穴开口处的方向朝右的箭头601示出了空穴内的绝缘介质受到的剥离力。但是，位于空穴内的绝缘介质在向外被拉伸变形的同时，在空穴的边界也会产生克服剥离的阻力(如标号620所示)。因此，空穴内的绝缘介质就像生根的吸盘一样，紧紧吸附在绕组槽的内壁中，防止绝缘介质从铁磁边界上剥离。

当线圈绕组200膨胀时，会挤压铁磁边界处的绝缘介质，进而挤压空穴内的绝缘介质，绕组槽右侧的方向朝右箭头602示出了绝缘介质受到的挤压力。

在这种情况下，相对于没有形成空穴的结构而言，根据本发明实施例的电机导磁部件，由于空穴提供了一定缓冲空间，并且绝缘介质整体上厚度增加，使得受到挤压的绝缘介质存在一定的缓冲余地，从而避免了由于延展空间有限而被撕破的风险。

为了更易于理解空穴内的绝缘介质与相邻绝缘介质之间的接合力，图12的右上角示出了单个空穴内及其附近的绝缘介质的受力示意图。箭头a1、a2、a3、a4表示铁磁边界与空穴之间的绝缘介质之间相互链接形成了多个方向的接合力，箭头b1、b2、b3、b4示出了空穴内产生的克服剥离的阻力。

图13是单个空穴内的绝缘介质410与铁磁边界绝缘介质420链接结构的局部放大图。当多个空穴相互链接，在整个空隙内形成了一张网状的立体接合力时，还能够支撑绝缘介质的收缩与拉伸变形。当绕组线圈200收缩时，铁磁边界处的绝缘介质420会向外拉扯空穴400内的绝缘介质410，如图13中的箭头a1所示。由于空穴400的存在，使得绝缘介质410有一定的拉伸缓冲空间，从而与现有技术中的电机导磁部件不存在空穴的刚性绕组槽内壁不同，绝缘介质410的拉伸变形以及空穴的收缩口能够产生抵抗绝缘介质420向外拉伸410的抵抗力，如图13中的箭头b1、b2、b3、b4所示。同样地，当线圈绕组200膨胀对绝缘介质420进行挤压时(如图13中的箭头a2所示)，空穴400又能提供一定的受挤压空间。因此，空穴结构能够使得空穴400内的绝缘介质生根、与相邻绝缘介质接合，形成中间弹性根基(粘接的根基)，从而支撑整个绝缘层的拉伸或收缩变形。

因此，根据本发明实施例的电机导磁部件，在浸漆过程中，空穴结构极易吸收液体绝缘介质，使得液体绝缘介质充满整个空隙。在滴漆过程中，能够借助真空空间自动形成阻止液体绝缘介质流动的压力差，有效留存、固定绝缘介质，具有阻止绝缘介质的径向流失、轴向流失的双重功能，解决传统结构的导磁部件在滴漆过程中液体绝缘介质沿槽楔的径向和轴向流失的问题，提高浸漆滴漆后的饱满率，降低电机受潮气侵蚀的风险，提高绝缘可靠性。

绝缘介质在空穴空间生根，借助空穴内边界粗糙面产生流动阻力和抵抗剥离的粘接形成的接合力，增强浸渍绝缘漆与铁磁边界的机械接合力，也利于绝缘漆对铁磁边界表面的润湿。浸漆在空穴固化成型后，可以与相邻固体绝缘部件粘接接合成结实的包覆整体，且具有更好的整体绝缘性能，阻止水、蒸汽的留存，阻止呼吸现象(破坏作用)的发生。自然环境中暴露的风力发电机运行或停机期间，不管是导体(或绕组)与铁磁边界之间的固化的液体绝缘介质承受的是收缩应力或者是热应力，在槽内与铁磁叠片边界的绝缘漆当具有较好的粘弹性时，可通过松弛将应力释放出来。如果绝缘漆分子的蠕动不足以使内应力完全消失，便会有永久性的残留内应力。绝缘漆的内应力与附着力以及绝缘漆强度之间是互相抗衡的，如果内应力过大，绝缘漆就可能损坏或从铁磁边界脱落。根据本发明的电机导磁部件，空穴内真空空间的形成提供应力释放、热变形的伸缩物质基础，因此，能够借助空穴的粘弹性和根基作用，承受“粘接界面”应力的重新组合维持粘接，去支撑拉伸或收缩变形。

总之，利用空穴结构形成的一体化的绝缘结构能够更好地防止风、霜、雨、雪、尘、絮状物、盐雾等不期望的多相流杂质进入到绕组槽内而破坏槽内的绝缘结构。

此外，在电机绕组结构中，导电部件(例如绕组)产生的热量会导致高分子绝缘材料老化、强度降低，最终会导致绝缘材料失效，并且可在导磁部件中产生超标的泄露电流。在现有技术的电机导磁部件中，由于没有设置空穴结构，绝缘介质容易剥离，而一旦剥离会导致导磁部件与导电部件之间的导热路径断裂，造成导热间断。然而，根据本发明的技术方案，设置了空穴结构，通过空穴使液态绝缘介质在空穴内固化后生根，并且与包裹绕组的绝缘介质/材料整体形成一体化结构，不仅有利于防止绝缘介质从导磁部件边界剥离，还可以在导磁部件与绕组之间形成导热连续介质，使热流/热量传导不间断，把绕组产生的热量传递给硅钢片等导磁部件，借助导磁部件将热量带走，起到控制、抑制绕组温升，吸收绕组产生的热量的作用。

此外，该一体化绝缘结构还可阻止杂质进入导磁部件与导电部件之间的耦合空间(配合空间)，以及在导电部件与导磁部件之间形成电气绝缘，电能隔绝作用，阻止导电部件向导磁部件传递电能。

根据本发明的电机导磁部件不限于定子铁心，也可以是需要进行绝缘处理的转子。更进一步地，根据本发明的实施例空穴结构，可以应用于其他需要进行浸漆处理的部件中。

因此，根据本发明的实施例，还提供了一种具有该电机导磁部件的电机。根据本发明的另一实施例，还提供了一种进行绝缘处理后的电机绕组结构以及具有该电机绕组结构的电机。

根据本发明的实施例，上述电机可以是风力发电机。因此，根据本发明的一方面，还提供了一种风力发电机组以及具有至少一个所述风力发电机组的风电场。

根据本发明的技术方案，空穴结构除了能够应用于电机的定子、转子等部件之外，还可以应用其他各种需要进行绝缘处理/填充处理/灌注处理的电能与磁场能变换设备中，例如，变压器、电抗器等。这些电能与磁场能变化设备通常包括导电部件(例如线圈)和导磁部件，在导电部件和导磁部件之间需要填充绝缘体。因此，可以在导磁部件的相对于导电部件的边界上形成多个空穴，从而在所述多个空穴以及导磁部件与导电部件之间的间隙中填充绝缘介质。液体绝缘介质固化之后，在该多个空穴和该间隙之间固化成型后形成一体化绝缘结构。该一体化绝缘结构可构成在该导电部件与该导磁部件之间的连续导热介质。该一体化绝缘结构可阻止杂质进入该导磁部件与导电部件之间的耦合空间(配合空间)。该一体化绝缘结构可阻止该导电部件向该导磁部件传递电能。

根据本发明的技术构思，空穴结构还可应用于叶片中，例如，应用于风力发电机组的叶片中。现有技术中在制造风力发电机叶片时，通常是制造好风力发电机叶片骨架，将叶片骨架放在叶片制造模具中，灌注树脂，树脂固化成型从而形成叶片。为了使叶片骨架与树脂紧密结合而不相互分离，根据本发明的构思可以在叶片骨架的表面上形成空穴结构。与上面参照电机导磁部件的空穴结构类似，在灌注液体树脂的过程中，液体树脂在填充在叶片骨架上的空穴以及叶片模具之间的空间中。在所述空穴内部容纳的液体填充介质固化成型后形成的固态填充体，在所述叶片骨架的外表面上紧密包覆的液体填充介质固化成型而形成固态包覆体，多个所述空穴中的固态填充体与所述固态包覆体形成一体化结构，而不容易相互分离。此外，如果在叶根部预埋螺栓的情况下，可以在预埋螺栓的根部外周形成多个空穴，使得预埋螺栓与填充树脂形成一体的结合结构。因此，根据本发明的叶片，在受到不同方向的扭矩时，即使填充介质和叶片骨架的拉伸或扭转程度不同，或者由于温度变化而热胀冷缩程度不同，由于空穴中的弹性根基的存在，填充介质与骨架不容易剥离，从而防止叶片结构损坏。

上面虽然已经结合附图详细描述了本发明的示例性实施例，但是本发明不限于此。本领域技术人员应该理解：在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改。

Claims (32)

1.一种铁磁叠片，其特征在于，在所述铁磁叠片(100)的形成齿槽(101)的铁磁边界上设置有多个凹槽(120)，多个所述凹槽(120)分别与所述齿槽(101)连通。

2.如权利要求1所述的铁磁叠片，其特征在于，多个所述凹槽(120)沿着整个所述铁磁边界布置或沿着所述铁磁边界的一部分布置。

3.如权利要求1所述的铁磁叠片，其特征在于，所述齿槽(101)包括槽身部(112)和槽口部(114)，所述凹槽(120)形成在所述槽身部(112)对应的铁磁边界上和/或所述槽口部(114)对应的铁磁边界上。

4.如权利要求3所述的铁磁叠片，其特征在于，在所述齿槽(101)的宽度方向上，形成在所述槽身部(112)对应的铁磁边界上的所述凹槽(120)不超过所述槽口部114的最外侧边缘。

5.如权利要求1-4中任一项所述的铁磁叠片，其特征在于，所述凹槽(120)具有如下结构特征中的至少一种：

所述凹槽(120)具有逐渐收缩的开口；

所述凹槽(120)的内侧边缘形成为粗糙结构或弯曲结构；

所述凹槽(120)的开口处形成有尖锐突起；

沿着从所述齿槽(101)的槽底向着所述齿槽(101)的槽口方向，所述凹槽(120)的尺寸逐渐变大，而所述凹槽(120)的开口尺寸逐渐变小。

6.一种电机导磁部件，其特征在于，其包括如权利要求1-5中任一项所述的铁磁叠片。

7.一种电机导磁部件，其特征在于，所述电机导磁部件包括绕组槽(110)，在所述绕组槽(110)的内壁上形成有与所述绕组槽(110)连通的多个空穴(400)。

8.如权利要求7所述的电机导磁部件，其特征在于，所述空穴(400)具有如下结构特征中的至少一种：

所述空穴(400)具有收缩的开口；

所述空穴(400)的内侧边缘形成有粗糙结构或弯曲结构；

所述空穴(400)的开口处形成有尖锐突起；

沿着从所述绕组槽(110)的槽底向着所述绕组槽(110)的槽口方向，所述空穴(400)的尺寸逐渐变大，而所述空穴(400)的开口尺寸逐渐变小。

9.如权利要求7或8所述的电机导磁部件，其特征在于，所述电机导磁部件包括多个相互叠置的铁磁叠片(100)，单个所述空穴(400)形成在单层铁磁叠片(100)上，多个所述空穴(400)形成在奇数层铁磁叠片(100)和/或偶数层铁磁叠片(100)上；

或者，单个所述空穴(400)形成在至少两层相邻的铁磁叠片(100)上。

10.如权利要求9所述的电机导磁部件，其特征在于，所述铁磁叠片(100)的形成齿槽(101)的铁磁边界上设置有多个凹槽(120)，所述凹槽(120)具有在所述铁磁叠片(100)的厚度方向上的开口以及与所述齿槽(101)连通的开口，所述厚度方向上的开口被相邻叠置的铁磁叠片的不具有所述凹槽(120)的部分阻挡，形成所述空穴(400)。

11.如权利要求10所述的电机导磁部件，其特征在于，多个所述凹槽(120)沿着整个铁磁边界布置或沿着所述铁磁边界的一部分布置。

12.如权利要求11所述的电机导磁部件，其特征在于，所述齿槽(101)包括槽身部(112)和槽口部(114)，在所述齿槽(101)的宽度方向上，形成在所述槽身部(112)对应的铁磁边界上的所述凹槽(120)不超过所述槽口部114的容纳空间的最外侧边缘。

13.一种电机，其特征在于，所述电机具有如权利要求6-12中任一项所述的电机导磁部件。

14.一种电机绕组结构，所述电机绕组结构包括电机导磁部件和线圈绕组(200)，所述电机导磁部件具有多个绕组槽(110)，所述线圈绕组(200)包括布置在所述绕组槽(110)中的槽内部分和从所述绕组槽(110)中伸出的绕组端部，其特征在于，所述绕组槽(110)的内壁上形成有与所述绕组槽(110)的容纳空间连通的多个空穴(400)，在多个所述空穴(400)中以及所述绕组槽(110)与所述线圈绕组(200)之间填充有填充介质。

15.如权利要求14所述的电机绕组结构，其特征在于，所述空穴(400)具有收缩的开口。

16.如权利要求15所述的电机绕组结构，其特征在于，在所述空穴(400)的内壁与所述填充介质之间形成有真空空间。

17.如权利要求15所述的电机绕组结构，其特征在于，所述电机绕组结构还包括设置在所述绕组槽(110)的槽口处的槽楔(300)，所述填充介质填充在所述电机导磁部件、所述槽楔(300)以及所述线圈绕组(200)之间，所述填充介质形成为互相链接的一体结构。

18.如权利要求17所述的电机绕组结构，其特征在于，所述一体结构包括包覆在所述绕组槽(110)的内壁上的包覆体。

19.如权利要求18所述的电机绕组结构，其特征在于，所述一体结构还包括形成在所述槽楔(300)外周的密封结构。

20.如权利要求17所述的电机绕组结构，其特征在于，在所述绕组槽(110)的宽度方向上，所述空穴(400)不超过所述槽口的最外侧边缘。

21.如权利要求14-20中任一项所述的电机绕组结构，其特征在于，所述电机导磁部件为定子铁心或转子铁心，所述填充介质为绝缘介质。

22.一种电机，其特征在于，所述电机包括如权利要求14-21中任一项所述的电机绕组结构。

23.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求13所述的电机或如权利要求22所述的电机。

24.一种风电场，其特征在于，所述风电场包括至少一台如权利要求23所述的风力发电机组。

25.一种电能与磁场能变换设备，所述电能与磁场能变换设备包括导电部件、绝缘体和导磁部件，所述导电部件设置在所述导磁部件上，所述绝缘体形成在所述导磁部件与所述导电部件之间，其特征在于，在所述导磁部件的相对于所述导电部件的边界上形成有多个空穴，所述绝缘体填充所述多个空穴，并且填充所述导电部件与所述导磁部件之间的除所述多个空穴以外的间隙。

26.如权利要求25所述的电能与磁场能变换设备，其特征在于，所述绝缘体在所述多个空穴和所述间隙中固化成型后形成一体化绝缘结构。

27.如权利要求26所述的电能与磁场能变换设备，其特征在于，所述一体化绝缘结构在所述导电部件与所述导磁部件之间构成连续导热介质。

28.如权利要求26所述的电能与磁场能变换设备，其特征在于，所述一体化绝缘结构阻止杂质进入所述导磁部件与导电部件之间的耦合空间。

29.如权利要求26所述的电能与磁场能变换设备，其特征在于，所述一体化绝缘结构阻止所述导电部件向所述导磁部件传递电能。

30.如权利要求26所述的电能与磁场能变换设备，其特征在于，所述电能与磁场能变换设备包括电机、变压器或电抗器。

31.一种叶片，所述叶片包括叶片骨架和填充介质，其特征在于，在所述叶片骨架的表面上预先设置有多个空穴，所述填充介质填充在所述空穴中形成固态填充体，并在所述叶片骨架的外表面上紧密包覆而形成固态包覆体，多个所述空穴中的固态填充体与所述固态包覆体形成一体化结构。

32.如权利要求31所述的叶片，其特征在于，所述叶片还包括预埋在所述叶片的根部的螺栓，在所述螺栓的预埋部分的外表面上形成有多个空穴。