CN111130234A - 具有混合齿设计的电机 - Google Patents
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Abstract
描述一种用于电机(10)的定子(11)或转子(12)的定子节段(100),其包括在两个周向端部(23)之间围绕定子节段(100)的纵向轴线(Y)周向延伸的节段主体(22)。节段主体(22)包括:根据正交于纵向轴线(Y)的径向方向突出的多个齿(15、16),每一齿(15、16)在两个相应侧部面(25、26)之间周向延伸,多个齿(15、16)周向分布在多个齿(15、16)中的两个端部齿(15)之间,多个齿(15、16)包括周向包括在端部齿(15)之间的至少一个中间齿(16);多个槽(17、18),多个槽(17、18)包括周向包括在两个端部槽(17)之间的多个中间槽(18),其中,两个端部齿(15)的侧部面(25)相对于彼此倾斜或彼此平行,并且至少一个中间齿(16)的侧部面(26)分别彼此平行或相对于彼此倾斜。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有带有分段的几何结构的定子或转子(即,包括周向接合在一起的多个定子节段的定子或转子)的电机。
背景技术
在大型电机中,需要定子和/或转子结构的分段以易于制造和和运输。对于其中设置绕组的定子或转子,这是特别需要的。由于制造公差和限制,通常在节段之间设计公差周向间隙。
所述节段周向间隙通常导致电机的转矩和输出功率的不期望谐波的问题,这可能导致高水平的振动和声音噪声以及损失和复杂控制。因此,为了最小化对性能的不利影响,控制周向间隙的形状和尺寸很重要。
对于在节段的周向端部处具有半齿的电机(通常,带有分布式绕组的整数槽电机),可以通过方便地成形和定尺寸所述半齿来控制节段周向间隙的形状和尺寸。这对用于容纳铜绕组的槽的面积没有不利影响,并且因此,电机的转矩和输出功率不受影响。
对于其中半槽存在于节段的每一周向端部处的电机(通常,带有集中式绕组的分数槽机器),无法例如通过减小其宽度来修改槽,因为这将减小绕组的面积。绕组面积的减小将增加此特定线圈中的电阻,并且因此增加损失。通过在线圈之间具有不平衡的损失,将预期在周向端部线圈中形成热点,因此从热角度来看限制整个机器的操作点。
发明内容
本发明的范围是提供一种新的节段设计,用于控制在节段的周向端部处具有半槽的分段的定子或转子中的周向间隙的形状和尺寸,以便最小化上述不利影响。
此范围由根据独立权利要求的主题满足。本发明的有利实施例由从属权利要求描述。
根据本发明,提供一种用于电机的定子或转子的节段,其包括在两个周向端部之间围绕定子节段的纵向轴线周向延伸的节段主体。所述节段主体包括:
- 根据正交于所述纵向轴线的径向方向突出的多个齿,每一齿在两个相应侧部面之间周向延伸,所述多个齿在所述多个齿的两个端部齿之间周向分布,所述多个齿包括周向包括在所述端部齿之间的至少一个中间齿,
- 周向插置在定子的齿之间的多个槽,所述多个槽周向分布在两个端部槽之间,每一端部槽周向包括在相应端部齿和相应周向端部之间,所述多个槽包括周向包括在所述两个端部槽之间的多个中间槽,
其中所述两个端部齿的侧部面相对于彼此倾斜或彼此平行,并且所述至少一个中间齿的侧部面分别彼此平行或相对于彼此倾斜。
上述节段可以有利地集成在电机(发电机或电动马达)的分段的定子或转子中。例如,上述节段可以有利地集成在用于风力涡轮机的发电机的定子中。
根据本发明,齿设计的混合结合了两种设计的优点,以便减小由所需的节段公差周向间隙的添加引起的转矩和功率谐波,而不修改半槽存在于节段的每一周向端部处。
根据本发明的一个实施例,所述两个端部齿的侧部面相对于彼此倾斜,并且所述至少一个中间齿的侧部面彼此平行。特别地,所述两个端部齿的侧部面可以相对于纵向轴线径向取向。
在所述节段的周向中间区域中,具有彼此平行(平行齿几何结构)的侧部面的中间齿限定具有较低的铜填充因数(copper fill factor)的槽。这允许通过利用较容易的线圈插入程序来提供端部绕组长度的减小,即,线圈不必为了越过较宽的齿顶部而变形,就像平行槽构造的情况一样。
替代地,平行槽设计几何结构设置在周向端部处,其提供良好槽填充因数,这对于具有大导体大小的机器特别有利。平行槽的使用进一步允许实现转矩波动减小。
根据本发明的另一可能的实施例,所述两个端部齿的侧部面彼此平行,并且所述至少一个中间齿的侧部面相对于彼此倾斜。特别地,所述至少一个中间齿的侧部面可以相对于纵向轴线径向取向。
而且,在此实施例中,齿设计的混合结合了两种设计的优点,以便减小由所需的节段公差间隙的添加引起的转矩和功率谐波,如上文参考先前描述的实施例详细说明的。
根据本发明的实施例,所述节段包括布置在节段主体中的线圈绕组,所述线圈绕组包括分别容纳在端部槽中的至少两个侧部线圈。所述线圈绕组可以是在所述中间槽中的每一者中包括两个线圈的双层绕组。特别地,所述线圈绕组可以是线圈集中式绕组或双层线圈分布式绕组。
上文限定的方面和本发明的另外的方面根据将在下文中描述的实施例的示例是显而易见的,并且参考所述实施例的示例加以解释。将在下文中参考实施例的示例更详细地描述本发明,但是本发明并不限于所述实施例的示例。
附图说明
图1示出根据本发明的包括具有定子几何结构的发电机的风力涡轮机的示意性截面。
图2示出根据本发明的发电机的部分横截面。
图3示出图2的发电机的第一实施例的部分横截面。
图4示出图2的发电机的第二实施例的部分横截面。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。应注意,在不同的图中,相似或相同的元件设置有相同的附图标记。
图1示出根据本发明的风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔架2,塔架2安装在未描绘的基础上。机舱3布置在塔架2的顶部上。
风力涡轮机1进一步包括具有两个、三个或更多个叶片4(在图1的透视图中,仅两个叶片4可见)的风力转子5。风力转子5可围绕旋转轴线Y旋转。在未特别规定时,在下文中,术语轴向、径向和周向参考旋转轴线Y作出。
叶片4相对于旋转轴线Y径向延伸。
风力涡轮机1包括集中式绕组发电机10。
风力转子5借助于可旋转的主轴9与发电机10旋转地联接。
根据本发明的其它可能的实施例(未表示在附图中),风力转子5与发电机10直接旋转地联接(直接驱动式发电机构造)。
为了将转子5保持在适当位置,提供示意性地描绘的轴承组件8。可旋转的主轴9沿着旋转轴线Y延伸。永磁体发电机10包括定子11和转子12。转子12在定子11径向外部并且可相对于定子11围绕旋转轴线Y旋转。根据本发明的其它实施例(未示出),转子在定子11径向内部。
根据本发明的其它可能的实施例(未表示在附图中),本发明可以适用于具有集中式绕组拓扑结构的任何发电机或电动马达,例如同步或异步类型的齿轮传动系或电机。
根据本发明的其它可能的实施例(未表示在附图中),本发明可以适用于具有双层线圈分布式绕组的任何发电机或电动马达。
图2示出具有径向内部定子11和径向外部转子12的发电机10的正交于旋转轴线Y的横截面的部分示意性视图。发电机10包括径向插置在定子11和转子12之间的周向空气间隙19。转子12包括多个周向分布的永磁体31。周向空气间隙19径向插置在永磁体31和定子11之间。
定子11包括多个周向节段100,周向节段100按如下方式周向接合在一起:周向间隙110插置在两个周向相邻的定子节段100之间。定子11具有如下所述的齿状结构,用于容纳布置在定子节段100中的每一者中的线圈绕组30。
根据本发明的其它可能的实施例(未表示在附图中),本发明和以下描述适用于电机的转子。
参考图3和图4,每一节段100包括在两个周向端部23之间围绕纵向轴线Y周向延伸的节段主体22。节段主体22包括轭13、多个齿15、16以及多个槽17、18。
每一齿15、16根据正交于纵向轴线Y的径向方向从轭13突出。多个齿15、16周向分布在多个齿15、16中的两个端部齿15之间。每一端部齿15在两个相应侧部面25之间周向延伸。多个齿15、16包括周向包括在端部齿15之间的至少一个中间齿16(在图3和图4中示出两个中间齿16)。每一中间齿16在两个相应侧部面26之间周向延伸。
多个槽17、18周向插置在齿15、16之间并且周向分布在两个端部槽17之间。每一端部槽17周向包括在节段主体22的相应端部齿15和相应周向端部23之间。多个槽17、18包括周向包括在两个端部槽17之间的多个中间槽18(在图3和图4中示出两个完整中间槽18)。
线圈绕组30是双层绕组,其包括分别容纳在端部槽17中的两个侧部线圈41以及在中间槽18中的每一者中的两个线圈42。侧部线圈41和线圈42中的每一者从轭朝向相应槽17、18的径向外端(即,朝向周向空气间隙19)径向延伸。
根据本发明的可能的实施例,线圈绕组30可以是线圈集中式绕组或双层线圈分布式绕组。
参考图3的实施例,两个端部齿15的两个侧部面25相对于彼此径向取向,并且每一中间齿16的两个侧部面26彼此平行。
根据本发明的其它实施例,两个端部齿15的两个侧部面25相对于彼此倾斜。
根据图3的实施例,中间槽18具有较低的铜填充因数,因为V形间隙28设置在容纳在每一中间槽18中的两个线圈42之间。这允许通过利用较容易的线圈插入程序来提供端部绕组长度的减小,即,线圈不必为了越过较宽的齿顶部而变形。
替代地,平行槽设计几何结构针对端部槽17设置在周向端部处,即,端部齿15的侧部面25平行于节段100的周向端部23,因此提供经改善的良好槽填充因数,这对于具有大导体大小的机器特别有利。平行槽的使用进一步允许实现转矩波动减小。
参考图4的实施例,两个端部齿15的两个侧部面25彼此平行,并且每一中间齿16的两个侧部面26相对于彼此径向取向。
根据本发明的其它实施例,每一中间齿16的两个侧部面26相对于彼此倾斜。
根据图4的实施例,中间槽18展现平行槽设计几何结构,其特征在于比图3的实施例中更高的铜填充因数,因为较小且恒定的间隙28设置在容纳在每一中间槽18中的两个线圈42之间。这提供经改善的良好槽填充因数,这对于具有大导体大小的机器特别有利。平行槽几何结构的使用进一步允许实现转矩波动减小。
替代地,平行齿设计几何结构针对端部齿15设置在周向端部处,因此减小铜填充因数,由此,通过利用较容易的线圈插入程序来提供端部绕组长度的减小,即,线圈不必为了越过较宽的齿顶部而变形,就像平行槽设计几何结构中的情况一样。
在两个实施例中,齿设计的混合结合了两种设计的优点,以便减小由所需的节段公差间隙的添加引起的转矩和功率谐波。
此外,如上所述,可以通过使平行槽设计几何结构与平行齿设计几何结构有效地组合来有效地控制间隙的尺寸和形状。
Claims (8)
1.一种用于电机(10)的定子(11)或转子(12)的节段(100),其包括在两个周向端部(23)之间围绕所述定子节段(100)的纵向轴线(Y)周向延伸的节段主体(22),所述节段主体(22)包括:
- 根据正交于所述纵向轴线(Y)的径向方向突出的多个齿(15、16),每一齿(15、16)在两个相应侧部面(25、26)之间周向延伸,所述多个齿(15、16)周向分布在所述多个齿(15、16)中的两个端部齿(15)之间,所述多个齿(15、16)包括周向包括在所述端部齿(15)之间的至少一个中间齿(16),
-周向插置在所述定子(11)的所述齿(15、16)之间的多个槽(17、18),所述多个槽(17、18)周向分布在两个端部槽(17)之间,每一端部槽(17)周向包括在相应端部齿(15)和相应周向端部(23)之间,所述多个槽(17、18)包括周向包括在所述两个端部槽(17)之间的多个中间槽(18),
其中,所述两个端部齿(15)的所述侧部面(25)相对于彼此倾斜或彼此平行,并且所述至少一个中间齿(16)的所述侧部面(26)分别彼此平行或相对于彼此倾斜。
2.根据权利要求1所述的节段(100),其中,所述两个端部齿(15)的所述侧部面(25)径向取向或彼此平行,并且所述至少一个中间齿(16)的所述侧部面(26)分别彼此平行或径向取向。
3.根据权利要求1或2所述的节段(100),其中,所述节段(100)包括布置在所述节段主体(11)中的线圈绕组(30),所述线圈绕组(30)包括分别容纳在所述端部槽(17)中的至少两个侧部线圈(41)。
4.根据以上权利要求中的任一项所述的节段(100),其中,所述线圈绕组(30)是在所述中间槽(18)中的每一者中包括两个线圈(42)的双层绕组。
5.根据权利要求3或4所述的节段(100),其中,所述线圈绕组(30)是线圈集中式绕组或双层线圈分布式绕组。
6.一种用于电机(10)的定子(11)或转子(12),其包括根据以上权利要求中的任一项所述的多个节段(100),其中,所述多个节段(100)按如下方式周向接合在一起:周向间隙(110)插置在两个周向相邻的定子节段(100)之间。
7.一种电机(10),其包括根据权利要求6所述的定子(11)或转子(12)。
8.一种风力涡轮机(1),其包括发电机(10),所述发电机(10)包括根据权利要求6所述的定子(11)或转子(12)。
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