CN111641298B

CN111641298B - 用于电机的分段定子或转子的制造方法

Info

Publication number: CN111641298B
Application number: CN202010129081.0A
Authority: CN
Inventors: Z.阿扎; A.杜克
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2040-02-28
Also published as: US11329535B2; EP3703224B1; CN111641298A; EP3703224A1; US20200280247A1

Abstract

本发明涉及用于电机的分段定子或转子的制造方法。描述了制造电机的定子或转子的方法，该定子或转子包括以如下方式周向联接在一起的多个区段，即使周向间隙置于两个周向相邻的定子区段之间，该方法包括以下步骤：以如下方式模型制造周向联接在一起的多个模型区段，即使两个周向相邻的模型区段在相应的周向界面处彼此接触，该多个模型区段包括置于多个槽之间的多个模型齿；以如下方式制造分段主体，即使至少两个端槽远离相应的模型区段的周向界面周向移位，以形成该周向间隙的相应间隙部分，该至少两个端槽的周向移位之和等于该间隙部分的周向延伸之和；以如下方式将该多个区段周向联接在一起，即使两个相邻区段的两个间隙部分形成相应的周向间隙。

Description

用于电机的分段定子或转子的制造方法

技术领域

本发明涉及用于电机的分段定子或转子的制造方法，即，用于包括周向联接在一起的多个定子区段的定子或转子的制造方法。更具体而言，本发明涉及这样的定子或转子。

背景技术

在大型电机中，需要对定子和/或转子结构的分段以便利制造和运输。对于设置绕组的定子或转子而言，这是特别需要的。由于制造公差和限制以及为了便利组装，通常在区段之间设计容差周向间隙（tolerance circumferential gap）。

与单定子相比，区段周向间隙的存在可能会导致电磁性能的差异，并且经常会导致电机的不期望的转矩谐波和输出功率谐波的问题，这可能会导致高水平的振动和声音噪声以及损耗和复杂的控制。因此，重要的是控制周向间隙的形状和尺寸，以便最小化分段所引入的对性能的不利影响。

对于在区段的周向端处具有半齿（half teeth）的电机（通常为具有分布绕组的整体槽电机（integral slot electrical machine）），可通过方便地对该半齿成形和设定尺寸而在形状和尺寸上控制区段周向间隙。这对用于收容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。

对于在区段的每个周向端处存在半槽的电机（通常为具有集中绕组的分数槽电机），槽无法例如通过在宽度上减小它们来修改，因为这将会减小绕组的面积。绕组面积的减小将会增加该特定线圈的电阻，并且因此增加损耗。通过使线圈之间的损耗不平衡，将预期在周向端线圈中形成热点，从而从热的角度限制整个电机的操作点。

发明内容

本发明的范围在于提供一种制造电机的定子或转子的新方法，该方法用于控制在区段的周向端处具有半槽的分段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。

该范围通过根据独立权利要求的主题来满足。本发明的有利实施例通过从属权利要求来描述。

根据本发明，提供了一种制造电机的定子或转子的方法，所述定子或转子包括以如下方式周向联接在一起的多个区段，即：使得周向间隙被置于两个周向相邻的定子区段之间。

根据本发明，周向突起的存在导致某些齿槽和负载转矩谐波以及电压和功率谐波的减少。每个区段包括区段主体，该区段主体在第一周向端和第二周向端之间绕该定子区段的纵向轴线周向延伸。该分段主体包括：

从所述区段主体的轭部突出的多个齿，所述多个齿周向地分布在所述多个齿的两个端齿之间，所述多个齿包括至少一个中间齿，所述中间齿周向地包括在所述端齿之间；

周向地置于所述定子的所述齿之间的多个槽，所述多个槽周向地分布在两个端槽之间，每个端槽周向地包括在相应的端齿和相应的周向端之间，所述多个槽包括至少一个中间槽，所述中间槽周向地包括在所述多个槽的所述两个端槽之间，

所述方法包括以下步骤：

以如下方式模型制造（model）周向联接在一起的多个模型区段，即：使得两个周向相邻的模型区段在相应的周向界面处彼此接触，所述多个模型区段包括置于多个槽之间的多个模型齿；

以如下方式制造所述分段主体，即：使得至少两个端槽远离相应的模型区段的所述周向界面周向移位，以便形成所述周向间隙的相应间隙部分，所述至少两个端槽的所述周向移位之和等于所述间隙部分的周向延伸之和；

以如下方式将所述多个区段周向联接在一起，即：使得两个相邻区段的两个间隙部分形成相应的周向间隙。

根据本发明的实施例，在制造所述分段主体的步骤中，每个槽远离相应的模型区段的更靠近所述槽的相应的周向界面周向移位，所述槽的所述周向移位之和等于所述间隙部分的周向延伸之和。

根据本发明的一个实施例，每个齿在两个相应的侧面之间周向地延伸，并且在制造所述分段主体的步骤中，所述端齿的周向宽度在两个侧面上减小，并且所述端齿远离相应的周向界面周向移位，以使槽宽度保持等于模型槽，所述周向宽度的减小和所述端齿的所述移位之和等于所述间隙部分的周向延伸之和。

参考齿厚度减小并且所有齿因此移位的已知实施例，该实施例限制了线圈节距与磁体间距之比的变化，因此限制了转矩和功率谐波（特别是二次和四次谐波）的水平。

根据本发明的另一个实施例，每个齿在两个相应的侧面之间周向延伸，并且在制造所述分段主体的步骤中，每个端齿的周向宽度通过使更靠近相应的周向界面的相应的侧面远离相应的周向界面周向移位而减小，所述侧面的所述周向移位之和等于所述间隙部分的周向延伸之和。

该实施例限制了转矩和功率谐波（特别是二次和四次谐波）的水平，同时限制了待相对于模型区段对该区段执行的修改。

根据本发明的另一实施例，所述方法包括以下另外的步骤，即：将每个模型区段分成两半，每个半模型区段在相应的周向界面与介于两个周向界面中间的周向中间部段之间周向地延伸，每个半模型区段的每个槽通过使相应齿的侧面移位来移位，所述侧面朝向相应的周向界面定向。

相对于先前描述的实施例，该实施例进一步限制了转矩和功率谐波（特别是二次和四次谐波）的水平。

本发明的上文所限定的方面以及另外的方面通过将在下文中描述的实施例的示例是显而易见的，并且参考这些实施例的示例来解释。将在下文中参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例的示例。

附图说明

图1示出了风力涡轮机的示意性剖面图，该风力涡轮机包括根据本发明的方法制造的具有定子几何构型的发电机。

图2示出了根据本发明的方法的中间步骤的发电机的局部示意性剖面图。

图3示出了利用本发明获得的用于发电机的定子的第一实施例的局部示意性剖面图。

图4示出了利用本发明获得的用于发电机的定子的第二实施例的局部剖面图。

图5示出了利用本发明获得的用于发电机的定子的第三实施例的局部剖面图。

具体实施方式

附图中的图例是示意性的。要注意的是，在不同的附图中，相似或相同的元件配有相同的附图标记。

图1示出了根据本发明的风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔架2，其被安装在未描绘出的基座上。机舱3被布置在塔架2的顶部上。风力涡轮机1还包括具有两个、三个或更多个叶片4（在图1的视角中仅两个叶片4是可见的）的风力转子5。风力转子5可围绕旋转轴线Y旋转。当未不同地指定时，下文中的术语“轴向”、“径向”以及“周向”是参考旋转轴线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旋转地耦接。根据本发明的其他可能的实施例（未在附图中呈现），风力转子5直接与发电机10旋转地耦接（直接驱动式发电机构造）。设置了示意性地描绘的轴承组件8，以便将转子5保持就位。可旋转的主轴9沿旋转轴线Y延伸。永磁发电机10包括定子11和转子12。转子12处于定子11的径向外部，并且可相对于定子11绕旋转轴线Y旋转。根据本发明的其他实施例（未示出），转子处于定子11的径向内部。

根据本发明的其他可能的实施例（未在附图中呈现），本发明可应用于具有集中绕组拓扑结构的任何发电机或马达，例如同步或异步类型的齿轮传动系或电机。根据本发明的其他可能的实施例（未在附图中呈现），本发明可应用于具有双层线圈分布绕组的任何发电机或马达。

参考图3至图5，定子11包括多个周向区段100（在图3和图4中示出了两个区段100），这些周向区段100以如下方式周向联接在一起，即：使得周向间隙111、112被置于两个周向相邻的定子区段100之间。定子11具有带齿的结构，用于收容布置在每个定子区段100中的线圈绕组30。

根据本发明的其他可能的实施例（未在附图中呈现），本发明和下面的描述适用于电机的转子。

每个区段100包括区段主体22，其在两个周向端23之间绕纵向轴线Y周向延伸。区段主体22包括轭部13、多个齿15、16以及多个槽17、18。每个齿15、16按照与纵向轴线Y正交的径向方向从轭部13突出。该多个齿15、16周向地分布在该多个齿15、16的两个端齿15之间。每个端齿15在两个相应的侧面25之间周向延伸。该多个齿15、16包括周向地包括在端齿15之间的至少一个中间齿16（图3至图5中示出了每个区段100的两个中间齿16）。每个中间齿16在两个相应的侧面26之间周向延伸。该多个槽17、18周向地置于齿15、16之间，并且在两个端槽17之间周向地分布。每个端槽17周向地包括在区段主体22的相应端齿15和相应周向端23之间。该多个槽17、18包括周向地包括在两个端槽17之间的多个中间槽18（图2中示出了每个区段100的两个完整的中间槽18）。

线圈绕组30包括相应地收容在端槽17中的两个侧线圈41和收容在每个中间槽18中的两个线圈42。侧线圈41和线圈42中的每一个从轭部朝向相应的槽17、18的径向外端、即朝向周向气隙19径向延伸。根据本发明的可能实施例，线圈绕组30可以是线圈集中绕组或者双层线圈分布绕组。

图2示出了以如下方式周向联接在一起的多个理想模型区段（model segment）101，即：使得两个周向相邻的模型区段在相应的周向界面231、241处彼此接触，该多个模型区段101包括置于多个槽17、18之间的多个模型齿115、116。模型齿115、116全都具有相同的周向宽度。两个相邻的理想模型区段101没有置于它们之间的周向间隙。理想模型区段101可根据本发明的方法来修改，以获得图3至图5中的区段100。

根据本发明的方法，分段主体22以如下方式来制造，即：使得至少两个端槽17远离相应的模型区段101的周向界面231、241周向移位，用于在每个周向界面处形成周向间隙111、112的相应间隙部分，该至少两个端槽17的周向移位之和等于间隙部分111、112的周向延伸之和。之后，该多个区段100以如下方式被周向联接在一起，即：使得两个相邻区段100的两个间隙部分111、112形成相应的周向间隙111、112。

在图3的实施例中，在制造分段主体22的步骤中，端齿15的周向宽度在两个侧面25、26上减小（如图3中的箭头示意性地表示的），并且该端齿远离相应的周向界面231、241周向移位，以使槽宽度保持等于模型槽的宽度。该周向宽度的减小和端齿15的移位之和等于间隙部分111、112的周向延伸之和。

在图4的实施例中，在制造分段主体22的步骤中，每个端齿15的周向宽度通过使更靠近相应的周向界面231、241的相应的侧面25远离相应的周向界面231、241周向移位而减小（如图4中的箭头示意性地表示的）。侧面25的周向移位之和等于间隙部分111、112的周向延伸之和。

在图5的实施例中，在制造分段主体22的步骤中，更靠近周向界面231、241的每个槽17、18远离相应的模型区段101的相应的周向界面231、241周向移位。为了执行这样的结果，所述方法可包括以下另外的步骤，即：将每个模型区段101分成两半，每个半模型区段在相应的周向界面231、241与介于两个周向界面231、241中间的周向中间部段（circumferential middle section）之间周向地延伸。每个半模型区段的每个槽17、18通过使相应齿的侧面25、26（如图5中的箭头示意性地表示的）移位来移位，该侧面25、26朝向相应的周向界面231、241定向。

在根据图3至图5的上述实施例中，槽17、18中的线圈41、42相对于图2中的理想情况未改变。

Claims

1.一种制造电机（10）的定子（11）或转子（12）的方法，所述定子（11）或所述转子（12）包括以如下方式周向联接在一起的多个区段（100），即：使得周向间隙（111、112）被置于两个周向相邻的区段（100）之间，每个区段（100）包括在第一周向端（23）和第二周向端（24）之间绕所述区段（100）的纵向轴线（Y）周向延伸的区段主体（22），所述区段主体（22）包括：

从所述区段主体（22）的轭部（13）突出的多个齿（15、16），所述多个齿（15、16）周向地分布在所述多个齿（15、16）的两个端齿（15）之间，所述多个齿（15、16）包括至少一个中间齿（16），所述中间齿（16）周向地包括在所述端齿（15）之间，

周向地置于所述定子（11）或所述转子（12）的所述齿（15、16）之间的多个槽（17、18），所述多个槽（17、18）周向地分布在两个端槽（17）之间，每个端槽（17）周向地包括在相应的端齿（15）和相应的周向端（23）之间，所述多个槽（17、18）包括至少一个中间槽（18），所述中间槽（18）周向地包括在所述多个槽（17、18）的所述两个端槽（17）之间，

所述方法包括以下步骤：

以如下方式模型制造周向联接在一起的多个模型区段（101），即：使得两个周向相邻的模型区段（101）在相应的周向界面（231、241）处彼此接触，所述多个模型区段（101）包括置于多个槽（17、18）之间的多个模型齿（115、116），

以如下方式由所述模型区段（101）来制造所述区段主体（22），即：使得至少两个端槽（17）远离相应的模型区段（101）的所述周向界面（231、241）周向移位，以便形成所述周向间隙（111、112）的相应间隙部分，所述至少两个端槽（17）的所述周向移位之和等于所述间隙部分（111、112）的周向延伸之和，

以如下方式将所述多个区段（100）周向联接在一起，即：使得两个相邻区段（100）的两个间隙部分（111、112）形成相应的周向间隙（111、112）。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个齿（15、16）在两个相应的侧面（25）之间周向延伸，并且在制造所述区段主体（22）的步骤中，每个端齿（15）的周向宽度通过使更靠近相应的周向界面（231、241）的相应的侧面（25）远离相应的周向界面（231、241）周向移位而减小，所述侧面（25）的所述周向移位之和等于所述间隙部分（111、112）的周向延伸之和。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在制造所述区段主体（22）的步骤中，所述端齿（15）的周向宽度在两个侧面（25、26）上减小，并且所述端齿远离相应的周向界面（231、241）周向移位，以使槽宽度保持等于模型槽，所述周向宽度的减小和所述端齿（15）的所述移位之和等于所述间隙部分（111、112）的周向延伸之和。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在制造所述区段主体（22）的步骤中，更靠近相应的周向界面（231、241）的每个槽（17、18）远离相应的模型区段（101）的相应的周向界面（231、241）周向移位，所述槽（17、18）的所述周向移位之和等于所述间隙部分（111、112）的周向延伸之和。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下另外的步骤，即：将每个模型区段（101）分成两半，每个半模型区段在相应的周向界面（231、241）与介于两个周向界面（231、241）中间的周向中间部段之间周向地延伸，

每个半模型区段的每个槽（17、18）通过使相应齿的侧面（25、26）移位来移位，所述侧面（25、26）朝向相应的周向界面（231、241）定向。