CN1079177C - 用于多相电机定子框架的导线单元 - Google Patents

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Abstract

用于多相电机定子框架的一种导线单元。定子框架上有一系列平行排列的槽，里面将装导线单元。导线单元有两个平行的侧边(6，8)，其横截面为矩形，以便装入定子框架上的对应平行槽中，两侧边定义了一个平面。导线单元的至少一个截面为矩形的端部(10)将相邻的平行侧边的端部连接起来。垂直上述平面的方向俯视，端部为U形，沿着该平面看，端部为波浪形。端部有相反的上表面和下表面，上表面朝向上述平面的一侧，下表面朝向平面的另一侧。这种导线单元可以通过提高侧边在定子槽内的填充度来提高马达的效率，由于导线单元具有较小的端部而使马达重量减轻并减少热量损失。

Description

用于多相电机定子框架的导线单元
本发明涉及一种电机定子及将至少一个定子绕组装到圆柱形定子框架上的方法。更确切地说，本发明涉及一种电机，它可以是马达或发电机。
机器可以有一个内转子或一个外转子。更确切地说，本发明涉及定子绕组，其导线的截面为矩形。
在现有技术中，有一个1979年7月1日授予W.W Lund的美国专利N°3,453,468。该专利设计了一种双层的电机定子框架绕组。该绕组由许多线圈构成，同一相的线圈串联在一起，构成一个连续的导体，每个线圈只有一圈。导线的截面为矩形，使得定子框架上的矩形槽可以几乎被填满，而在导线截面为圆形时却不是这样。由Lund设计的机器的缺点是，导线每一圈的端部构成一个槽到另一个槽之间的连接桥梁，该端部相对于定子框架比较大和比较长。这种端部使得机器较重，并可能导致额外的热量损失，特别是在机器的极间距离相对机器半径较小时，更是如此。
法国专利No.2,430,123介绍了一种用于电机的两层或多于两层的绕组，它是由编起来的导线束构成。这个专利中描述的绕组的一个缺点是：它由编起来的导线束构成，而导线束在定子槽中的填充度不高。
法国专利No.2,244,284描述了电动起动机的电感绕组。这个绕组的一个缺点是绕组线圈的截面是圆形的，在定子槽中的填充度不高。
英国专利No.11,896描述了一个用于电机的非对称线圈，但没有介绍将线圈装到定子框架上的方法。
在现有技术中，还有其它的美国专利：
   693,578
3,675,058
3,914,860
4,321,497
4,346,320
5,056,922
所有上述专利都有一个缺点，即没有一个专利介绍装有矩形截面导线单元的电机定子绕组，这种绕组由许多圈串联起来构成，其每一圈的端部相对于定子框架比较小。
本发明的目的是设计一种用于电机的定子，其绕组导线的截面为矩形，绕组每一圈的端部比现有技术的小，使得电机比较小，并在工作时散发出较少的热量。
本发明的另一个目的是设计一种在电机的圆柱形定子框架上安装至少一个绕组的方法。
本发明涉及用于多相电机定子框架上的导线单元，定子框架上有一系列平行排列的槽，里面将装导线单元，导线单元有两个平行的侧边，其横截面基本为矩形，以便装入定子框架上的对应平行槽中，两侧边定义了一个平面，至少有一个截面基本为矩形的端部将相邻的两个平行侧边的端部连接起来，端部有两个相对的上表面和下表面，导线单元的特征为：
垂直上述平面的方向俯视，端部为U形，沿着该平面看，端部为波浪形，上表面只朝向上述平面的一侧，而下表面只朝向平面的另一侧。
本发明还涉及将定子绕组的导线单元安装到电机圆柱形定子框架上的方法，每个导线单元有两条相互平行的侧边，至少有一个端部将平行侧边的相邻端部连接在一起，定子框架上有沿圆周排列的平行槽，该方法的特征为，它有如下步骤：
(a)将导线单元相对于定子框架排列成圆周形，使每个导线单元的第一条侧边直接对着定子框架上的一条槽，第二条侧边离开定子框架远一些；
(b)在步骤(a)之后，将每个第一条边插入对应的槽中；
(c)将每个第二条边插入另一条槽中，这条槽中已经有另一个导线单元的第一侧边，直到所有的侧边均插入槽中。
本发明还涉及另一种将定子绕组的导线单元安装到电机圆柱形定子框架上的方法，每个导线单元有两条相互平行的侧边，至少有一个端部将平行侧边的相邻端部连接在一起，定子框架上有沿圆周排列的平行槽，该方法的特征为，它有如下步骤：
(a)将每个导线单元的第一侧边的至少一部分插入定子框架的对应平行槽中；
(b)将每个导线单元2的第二侧边一个接一个地沿定子框架定位；
(c)在步骤(a)和(b)之后，使第二侧边沿圆周相对定子框架移动，直到第二侧边与第一侧边对齐，形成成对的侧边；
(d)在步骤(c)之后，在第二侧边上沿定子框架的径向方向施加力，以便将对齐的侧边完全插入对应的槽。
本发明的目的、优点和特征将通过对下面非限制性实施例的描述更好地体现出来，有关的附图为：
图1为本发明导线单元的俯视图；
图2为图1中的导线单元的立体图；
图3为图1中导线单元的侧视图；
图4为图1、图2和图3中导线单元端部的俯视图；
图5为图4中导线单元端部的正视图；
图6为图4和图5中显示的导线单元端部的侧视图；
图7为本发明的多个导线单元和定子框架组合的局部立体图；
图8为图7中显示的多个导线单元和定子框架组合的正视图；
图9为本发明的另一种导线单元的立体图；
图10为图9中导线单元从另一方向着的立体图；
图11为图9和图10中显示导线单元端部的俯视图；
图12为图11中导线单元端部的正视图；
图13为本发明的多个导线单元和定子框架组合的局部正面立体图；
图14为图13中的导线单元的后视图；
图15为图13中的多个导线单元的正视图；
图16为一个本发明的导线单元和一个由两部分组成的模子的立体图；
图17为连接多个导线单元的电气连接图；
图18、19、20和21为导线单元和定子框架之间关系的部分侧面示意图，显示将导线单元装入圆柱形定子框架方法的各个步骤。
图22、23、24和25为导线单元和定子框架之间关系的部分侧面示意图，显示另一种将导线单元装入圆柱形定子框架方法的各个步骤。
图26为本发明导线单元的端部的立体图；
图27为装有导线单元的定子框架的局部俯视图；
图28为图27中所示装置的局部立体图。
在下面的描述中，图中的类似部件均使用相同的标号。参看图1到图8，可以看到一个装在多相直流发电机定子框架4上的导线单元2。如目前常用的情况，定子框架4上有一系列相互平行排列的槽，槽中将装入相应的导线单元，导线单元2有两个平行的侧边6和8，其横截面大体上为矩形。它们与定子框架4上平行槽的形状相对应，以便能够装入槽中。两侧边6和8确定了一个平面，该平面就是图1所在的平面。
导线单元2上有至少一个断面为矩形的端部10，端部10连接两条相邻的侧边6和8。更确切地说，图1到图8所示的导线单元2有两个端部10，从垂直于上述平面的方向俯视，每个端部10如图4所示为U形。沿着平面侧视，每个端部10如图5所示为波浪形。
端部10有一个上表面12和一个下表面14。上表面12只朝向上述平面的一侧，而下表面只朝向该平面相反的另一侧。
在现有技术中，马达绕组的导线截面为圆形。这样，导线装入槽子后，槽子的填充度只有大约50％到55％。机器的效率直接取决于填冲度。为了改善该填冲度，希望能用矩形的导线。
在现有技术中，已经有用矩形导线制成马达绕组的设计，但是，例如像美国3,453,468号专利的图1中所示的绕组，装在槽中的线圈端部相对比较大。
为了减少前面提到的问题，本发明设计了上述具有至少一个端部的导线单元，一方面它使填冲度达到80％，另一方面其端部比现有技术的小。显然，用较小的端部有许多好处，它减少了制造绕组所需材料的重量，这些材料一般为铜；它减少了通过导线的电流所产生的热量；最后，它使马达更窄一些。
端部的波浪形部分最好是非对称的。同样，导线单元2最好有至少一圈，以便构成一个线圈。导线单元2的端部10是两个相对的端部，分别位于侧边6和8的两端。
导线单元2最好有两个端头16和18。以便将导线单元2与其它的导线单元2串联起来。这两个端头16和18位于两端部10中的一个上。
每个导线单元最好是多圈的。
现在参看图13、14和15，图中显示了装在定子框架4上的多个导线单元2。定子框架4是圆柱形，上面有相互平行的槽，沿圆周排列。当机器装好后，定子框架4上有一个与转子3相邻的表面，转子3有一个确定的转动轴。定子框架4和转子3之间有一层间隙。现在参看图14，每个导线单元的端部10均有相对于转动轴径向突出在外的部分，它们位于转动轴径向的外面，位于由间隙5的周界限定的圆柱空间内部。这样，在装配时，转子3可以相对于定子框架4轴向滑动。
仍然看图13、14和15，导线单元2在电气上相互串联，构成至少两个定子绕组。在现在的例子中，有三个定子绕组。导线单元2的两个侧边分别位于定子框架4中相应的两个平行槽中。
槽的形状最好为矩形。它们最好是平行地沿圆周排列，这样定子框架4与转子3相邻的表面就是一个外周表面。这样，当机器装配好后，转子3围绕定子框架4设置。
如果参看图7、8和17，定子绕组最好由三个相继的绕组构成，以构成一个三相电机。
可以看到，导线单元在电气上串联起来，以便构成三个定子绕组。每个端部的两个侧边相互隔开三条槽。
注意图17，定子框架4最好有96条槽。定子的三个绕组分别与A、B和C三相电压连接。
如果参阅图9到15，每个导线单元2有两个连接端头16和18，以便与其它导线单元2串联起来。每个导线单元2的两个连接端头16和18分别位于两个相对的端部上。
如果参阅图16，可以看到由两部分构成的模子22，以便使导线单元2的端部10成型，使得每个端部10的形状基本上为图4和图11中显示的U形，以及图5和图12显示的波浪形。
参阅图18到21，可以看到一种将电动机定子绕组的导线单元2安装到定子框架4上的方法。框架为圆柱形。每个导线单元2有两个平行的侧边6和8。导线单元相对的两个端部分别连接相邻的两个平行侧边6和8的端部。定子框架4上有沿圆周排列的平行槽。
安装方法有如下步骤：(a)将每个导线单元2相对于定子框架4沿周向排列，使得每个导线单元2的第一条侧边8直接对着定子框架4上的一条槽，第二条侧边6离开定子框架4远一些；在步骤(a)之后，步骤(b)将每个第一条边8如图19所示的那样插入对应的槽中；步骤(c)如图19所示，将每个第二条边6插入另一条槽中，这条槽中已经有另一个导线单元2的第一侧边8，如图20所示，直到所有的侧边6和8均插入定子框架4的槽中，如图21所示。
在步骤(a)中，导线单元2最好从一个确定的位置开始，一个接一个地沿着定子框架4定位。
在步骤(b)中，导线单元2的第一侧边8最好从一个确定的位置开始，沿定子框架4一个接一个地插入槽中。在步骤(c)中，导线单元的两个侧边6和8之间相距三个槽的距离。
现在看图26，这是一个由许多平行相邻的矩形截面导线30构成的导线单元2。
图22到图25显示将构成定子绕组的导线单元2安装到电机定子框架上的另一种方法。每个导线单元2有两个平行的侧边6和8。两个相对的端部将相应的相邻平行侧边6和8的端部连接起来。定子框架4为圆柱形，上面有沿圆周排列的平行槽。
该方法的步骤如下：(a)如图22所示，将每个导线单元2第一侧边8的至少一部分插入定子框架4的对应槽中；(b)如图23所示，将每个导线单元2的第二侧边6一个接一个地沿定子框架排列；(c)在步骤(a)和(b)之后，使第二侧边6沿圆周移动，直到与第一侧边8相对齐，形成成对的排列，如图24所示；(d)在步骤(c)之后，在第二侧边6上沿定子框架4的径向方向施加力32，以便将对在一起的侧边6和8完全插入对应的槽中。
该方法的步骤(c)和(d)是用一个环状的工具34实现的，沿着它的周边有一排相邻的元件36，这些元件可以在活塞38的作用下沿径向移动。
现在看图27和28，上面显示了安装在定子框架4上的多个导线单元2。定子框架4为圆柱形，上面有沿周向排列的平行槽。在机器组装在一起时，定子框架4有一个与转子3相邻的表面。定子框架4和转子3被一个间隙分开。这些导线单元被串联起来构成至少两个定子绕组。每个导线单元2的两个侧边分别安装在定子框架4的对应平行槽中，每个导线单元2至少有一圈，以便形成一个线圈。每个导线单元2有两个相对的端部10，它们分别位于两条平行侧边相对的两端处。每个导线单元有两个连接端头16和18，它们通过接点19将对应的导线单元2串联起来。每个接点19与对应的导线单元是等距的。每个导线单元上的两个连接端头16和18均位于两个端部之一上。
尽管前面介绍的是本发明的优选实施例，但是必须指出，对这些实施例的任何修改只要是在下述权利要求范围内，则均不改变其性质，均属于本发明的范畴。

Claims (21)

1.用于多相电机定子框架(4)上的多个导线单元(2)，定子框架(4)上有一系列平行排列的槽，里面将装导线单元，每个导线单元(2)有两个平行的侧边(6和8)，其横截面基本为矩形，以便装入定子框架(4)上的对应平行槽中，两侧边(6和8)定义了一个平面，至少有一个截面基本为矩形的端部(10)将相邻的两个平行侧边的端部连接起来，端部(10)有两个相对的上表面(12)和下表面(14)，每个导线单元的特征为：
垂直上述平面的方向俯视，端部(10)基本为U形，沿着该平面看，端部(10)为波浪形，上表面(12)只朝向上述平面的一侧，而下表面(14)只朝向平面的另一侧，相邻的波浪形相互配合地缠结在一起。
2.根据权利要求1所述的多个导线单元，其特征为：波浪形状为非对称的。
3.根据权利要求1所述的多个导线单元，其特征为：
每个导线单元至少有一圈，以便构成一个线圈；
每个导线单元(2)有两个分别位于平行侧边(6和8)相对两端的相对端部(10)。
4.根据权利要求3所述的多个导线单元，其特征为：每个导线单元有两个连接端头(16和18)，以便将所述导线单元(2)与其它导线单元(2)串联起来，导线单元(2)的两个连接端头(16和18)位于一个端部(10)上。
5.根据权利要求3所述的多个导线单元，其特征为：每个导线单元有两个连接端头(16和18)，以便将所述导线单元(2)与其它导线单元(2)串联起来，导线单元(2)的两个连接端头(16和18)分别位于导线单元的两个相对的端部(10)上。
6.根据权利要求3所述的多个导线单元，其特征为：每个导线单元由多圈构成。
7.根据权利要求1所述的多个导线单元，其特征为：每个导线单元(2)由多条相互平行且相邻的矩形截面的导线(30)构成。
8.根据权利要求1所述的多个导线单元，与所述定子框架(4)相结合，其特征为：
定子框架(4)为圆柱形的定子框架，上面有沿圆周排列的平行槽，定子框架(4)有一个表面，在机器安装起来后，该表面与转子(3)相邻，转子(3)有一个转动轴，定子框架(4)与转子(3)由一个间隙(5)隔开，至少有一个端部(10)具有相对于转动轴径向突出在外的部分，它位于由间隙(5)的周界限定的圆柱形空间内部；
多个导线单元(2)被串联起来，以构成两个或两个以上的定子绕组，每个导线单元的两个侧边(6和8)分别位于定子框架(4)的对应平行槽中。
9.根据权利要求8所述的多个导线单元，其特征为：槽的截面基本上为矩形。
10.根据权利要求8所述的多个导线单元，其特征为：多个导线单元串联连接，形成三个定子绕组。
11.根据权利要求8所述的多个导线单元，其特征为：槽是沿圆周排列的外部平行槽，与转子(3)相邻的面为外周表面。
12.根据权利要求1所述的多个导线单元，与所述定子框架(4)相结合，其特征为：
定子框架(4)为圆柱形的定子框架，上面有沿周向排列的平行槽，定子框架(4)有一个表面，在机器安装起来后，该表面与转子(3)相邻，定子框架(4)与转子(3)由一个间隙(5)隔开，转子有一个转动轴；
多个导线单元(2)被串联起来构成至少两个定子绕组，每个导线单元的两个侧边(6和8)分别位于定子框架(4)的两个对应平行槽中；
每个导线单元至少有一圈，以便构成一个线圈；
每个导线单元包括分别位于平行侧边(6和8)相对两端的两个相对端部(10)；
每个导线单元(2)有两个连接端头(16和18)，它们通过接点使导线单元(2)串联起来，每个接点与两个对应的导线单元(2)等距，每个导线单元(2)的连接端头(16和18)只位于两个相应的端部(10)中的一个上。
13.将定子绕组的导线单元(2)安装到电机圆柱形定子框架(4)上的方法，每个导线单元(2)有两条相互平行的侧边(6和8)，至少有一个端部将两个平行侧边(6和8)的相邻端部连接在一起，定子框架(4)上有沿圆周排列的平行槽，该方法的特征为，它有如下步骤：
(a)使导线单元(2)的端部(10)成型，使得沿与侧边(6和8)定义的平面垂直的方向俯视，端部(10)基本为U形，沿着该平面看，端部(10)为波浪形；
(b)将每个导线单元(2)相对于定子框架(4)排列成圆周形，使每个导线单元(2)的第一条侧边(8)直接对着定子框架(4)上的一条槽，第二条侧边(6)离开定子框架(4)远一些；
(c)在步骤(b)之后，将每个第一条边(8)插入对应的槽中；
(d)将每个第二条边(6)插入另一条槽中，这条槽中已经有另一个导线单元(2)的第一侧边(8)，直到所有的侧边(6和8)均插入槽中。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征为：在步骤(b)中，导线单元(2)从一个给定的位置开始一个接一个地沿着定子框架(4)定位。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征为：在步骤(c)中，导线单元(2)的第一侧边(8)从一个给定的位置开始，沿定子框架(4)一个接一个地相继插入槽中。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征为：在步骤(d)中，导线单元(2)的两个侧边(6和8)之间相距三个槽的距离。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征为：还有一个步骤(e)，在该步骤中，至少将几个导线单元串联起来，以构成至少一个定子绕组。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征为：所述步骤(e)中有一个步骤，在该步骤中，将导线单元(2)串联起来，构成三个独立的定子绕组。
19.将定子绕组的导线单元安装到电机圆柱形定子框架(4)上的方法，每个导线单元(2)有两条相互平行的侧边(6和8)，至少有一个端部将平行侧边(6和8)的相邻端部连接在一起，定子框架(4)上有沿圆周排列的平行槽，该方法的特征为，它有如下步骤：
(a)使导线单元(2)的端部(10)成型，使得沿与侧边(6和8)定义的平面垂直的方向俯视，端部(10)基本为U形，沿着该平面看，端部(10)为波浪形；
(b)将每个导线单元(2)的第一侧边(8)部分地插入定子框架(4)的对应平行槽中；
(c)将每个导线单元(2)的第二侧边(6)一个接一个地沿定子框架(4)定位；
(d)在步骤(b)和(c)之后，使第二侧边(6)沿周向相对定子框架(4)移动，直到第二侧边与第一侧边(8)对齐，形成成对的侧边(6和8)；
(e)在步骤(d)之后，在第二侧边(6)上沿定子框架(4)的径向方向施加力，以便将对齐的侧边(6和8)完全插入对应的槽。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征为：在步骤(d)中，每个导线单元(2)的两个平行侧边(6和8)之间相距三个槽的距离。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征为：它还有一个步骤(f)，在该步骤中，至少将几个导线单元串联起来，以构成至少一个定子绕组。
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