CN116998088A - 用于电机的具有连续绕组的闭合槽的定子、包括所述定子的电机和制造这种定子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于电机的具有连续绕组的闭合槽的定子、包括所述定子的电机和制造这种定子的方法。描述了所述定子，其包括：第一内部定子部件(25)，该定子部件包括多个纵向齿(26)，该纵向齿由空间(27)间隔开，以形成定子的闭合槽(14)的下部；第二外部环形定子部件(35)，所述第二外部环形定子部件由相互关联的区段(45)组成并且包括多个座(36)，所述多个座与所述第一定子部件(25)的所述齿(26)互补以形成所述闭合槽(14)和所述定子(15)；连续绕组，所述连续绕组包括至少一个带(11、21、31)，所述带在所述齿(26)之间的空间(27)中缠绕在所述第一内部定子部件(25)上，其中至少一个槽(14)是不对称的；还描述了用于制造定子(15)的方法和包括定子(15)的电机。
Description
技术领域
本发明涉及用于具有连续绕组的电机的定子、包括所述定子的电机以及用于制造这种定子的方法。
背景技术
特别地，本发明涉及一种用于闭合槽旋转电机的定子，该定子使用具有高磁特性和/或更高机械强度的材料制成，包括使用金属叶片制成的连续绕组。
在本发明的优选实施例中，描述了一种用于电机的具有连续绕组的定子，该定子包括流体循环冷却回路，特别是油。
已知的电机包括固定部件(定子)和运动部件(转子)，其一个在另一个内部同轴地布置。通常，转子包括固定在旋转轴上的一组叠片，并插入定子内部，定子包括能够产生使转子旋转的磁场的电绕组。
定子通常由一组环形重叠叠片制成，并包括多个径向槽，在径向槽内可获得电绕组。
为了实现闭合槽定子的电绕组，已知使用由带或连续导线制成的电导体，或者在中心部分弯曲以形成发夹形带的铜带，以插入定子槽中。
带的形状和弯曲角度随着定子和槽的几何形状以及绕组方案的变化而变化。
这些带按照一定的模式插入定子槽中，以获得组成定子绕组所需的确切匝数。
已知的定子包括通过使用发夹制成的绕组或使用单件的带或线制成的绕组，具有由工艺的复杂性引起的一系列问题，这使得难以将导体插入定子槽中，特别是在闭合槽中，从而妨碍了绕组对槽的最佳填充。
为了提高电机的性能，已知使用例如铁钴的具有高磁特性和/或更高的机械强度的材料来制造定子叠片。
由于具有高磁特性和/或更高机械强度的材料的成本以及在制造叠片的过程中产生的浪费，这些定子具有高成本的问题。
已知定子的另一个问题是由电流穿过绕组时由焦耳效应产生的热通量引起的：必须排出该热通量以提高效率并防止对电机的损坏，例如文献FR 2 407 597中描述的那样，其中冷却系统使用在定子的管状支撑件和同轴外壳之间循环的水，形成一个或多个轴向冷却通道。
发明内容
本发明的目的是通过用于电机的具有连续绕组的闭合槽的定子和制造该定子的方法来解决这些问题，该定子通过实现具有更大的有效长度、更低的成本、绕组更好地填充槽来获得电机的更好的效率，并且还简化了生产过程。
本发明的另一个目的是提供一种具有连续绕组的闭合槽的定子，其允许使用具有高磁特性和/或更高机械强度的材料来制造定子叠片，同时节省成本和减少浪费。
本发明的另一个目的是提供一种具有连续绕组的闭合槽的定子，该定子包括冷却回路，该冷却回路允许改善定子的冷却，特别是通过改善其温度的均匀性和保持在闭合槽外的绕组区段的冷却。
通过如独立权利要求中所描述的用于电机的具有连续绕组的闭合槽的定子和用于制造这种定子的方法，实现了本发明的上述和其他目的和优点，这些目的和优点将从以下描述中变得明显。
本发明的优选实施例和非琐碎的变型是从属权利要求的主题。
应当理解，所附的所有权利要求构成本说明书的组成部分。
显而易见的是，在不脱离如从所附权利要求中所示本发明的范围的情况下，可以对所描述的内容进行无数的变化和修改(例如，与形状、尺寸、布置和具有等效功能的部件有关)。
附图说明
本发明将参考附图通过其作为非限制性示例的一些优选实施例来更好地描述，其中：
-图1示出了根据本发明的电机的定子的内部部件的透视图；
-图2示出了根据本发明的电机的定子的外部部件的透视图；
-图3示出了根据本发明的电机的定子的透视图；
-图4示出了用于根据本发明的电机的定子的连续绕组的视图；
-图5示出了用于根据本发明的电机的定子的多个连续绕组的视图；
-图6示出了根据本发明的定子的内部部件的示意性正视图；
-图7示出了根据本发明的具有连续绕组的定子的内部部件的透视图；
-图8示出了根据本发明的具有连续绕组的电机的定子的透视图；
-图9示出了根据本发明的具有连续绕组的电机的转子和定子的透视图；
-图10示出了根据本发明的具有连续绕组的电机的定子的透视图；
-图11示出了根据本发明的具有连续绕组的电机的定子叠片组的透视图；
-图12示出了根据本发明的具有连续绕组的电机的定子部件的透视图；
-图13示出了根据本发明的具有连续绕组的电机的定子的局部截面图；
-图14示出了根据本发明的具有连续绕组的电机的定子细节的正视图。
具体实施方式
参考附图，下面将描述根据本发明的电机的具有连续绕组的闭合槽的定子15，该定子包括：第一内部定子部件25，该第一内部定子部件25包括多个纵向齿26，这些纵向齿由配置的空间27间隔开以形成定子的闭合槽14的下部；以及第二外部环形定子部件35，包括多个座36，所述多个座与第一定子部件25的齿26互补并且配置为与第一定子部件25相关联，以便形成闭合槽14和定子15；优选地，在第二定子部件35中获得的所述座36配置为与第一定子部件25的齿26配合在一起，以便通过第一内部定子部件25和第二外部定子部件35例如沿着定子15的纵向轴线Y的方向的往复滑动运动形成定子的多个闭合槽14，实现例如燕尾型或其它类型的联接。
闭合槽14沿着定子15的圆柱形内壁32布置，优选地彼此等距，该圆柱形内壁32配置为容纳转子5，并且每个槽14包括底壁38，该底壁38在定子15的纵向轴线Y的方向上布置在内壁32附近，与所述内壁32相距距离E。
所述槽14沿着定子15的纵向轴线Y的方向布置，并且相对于穿过定子15的纵向轴线Y和槽14的对应于内壁32的中心线P的平面R具有不对称构造；优选地，槽14相对于穿过定子15的纵向轴线Y并穿过底壁38的中心线P的平面R具有不对称构造。
定子15的每个闭合槽14由在第一内部定子部件25中形成的两个相邻齿26的两个侧壁42、连接两个相邻的齿26的底壁38以及由用于连接在第二外部定子部件35中形成的相邻座36的壁形成的上壁40形成；例如底壁38具有半圆形或拱形形状。
在本发明的优选实施例中，槽14的侧壁42是不对称的，特别是相对于平面R；优选地，凹槽的侧壁42是弯曲的或凹形的，并且更优选地具有以优化电机在期望操作方向上的效率或操作的方式制成的凹部；凹部例如面向相对于转子5的优选旋转方向Z的特定方向。
本发明的具有闭合槽的定子15包括连续绕组，该连续绕组包括至少一个带11、21、31，该带又包括通过与它们交替的多个第二区段13彼此连接的多个第一区段12，所述至少一个带11、21、31配置为缠绕在第一内部定子部件25上，将带11、21、31的第一区段12定位在齿26之间的空间27中。优选地，第一区段12是平行的，每个第一区段12的至少一端连接到第二区段13，并且绕组包括彼此交替的三个带11、21、31。
在根据本发明的具有闭合槽的定子15的优选实施例中，第二外部环形定子部件35由彼此相关联的区段45组成，例如互锁以形成引导件46，该引导件46允许通过使区段45在定子15的纵向轴线Y的方向上滑动来组装区段45。
每个区段45由多个重叠的叠片形成，叠片由具有高磁特性的材料制成，例如初始磁导率大于6500，更优选地在10000和30000之间的材料，例如钴铁，和/或由更高机械强度的材料制成，例如具有大于400Mpa的机械屈服强度，更优选具有高硅钢含量，例如6.5％硅钢；在本发明的一个实施例中，叠片的材料是晶粒取向的磁钢，其中晶粒在方位角方向上取向。
在本发明的一个实施例中，第二外部环形定子部件35的两个相邻区段45的叠片通过连接元件两两连接，并且通过使重叠叠片的连接元件变形以使两个相邻区段45的叠片组彼此接触而将两个相邻区段45的叠片组组装在一起，以形成第二外部环形定子部件35。
本发明的具有闭合槽的定子15，特别是第二外部环形定子部件35，包括与定子15的两个外部环形表面相对应地布置的第一外部叠片组51和第二外部叠片组52，以及插置在第一叠片51和第二外部组52之间的第三内部叠片组53。
本发明的具有闭合槽的定子15，特别是第二外部环形定子部件35，包括在第一外部叠片组51和第二外部叠片组52中形成的多个入口冷却通道61和多个出口冷却通道62；本发明的具有闭合槽的定子15，特别是第二外部环形定子部件35，还包括多个中间冷却通道63，这些中间冷却通道连接到相应的入口冷却通道61和出口冷却通道62，并且形成在第三内部叠片组53中。
优选地，入口冷却通道61与外部圆柱形定子表面和第二外部定子部件35相对应，优选地，设置在距定子15的纵向轴线Y相同距离处并且彼此等距，并且出口冷却通道62与定子15的闭合槽14相对应，特别是在第二外部环形定子部件35的内表面处、更特别地定位在与第一定子部件25的齿26互补的座36处。
优选地，中间冷却通道63具有细长部分，以在该部分的上部连接到入口冷却通道61并且在下部连接到出口冷却通道62；优选地，冷却通道61、62和连接通道63通过在形成组51、52和53之前对叠片进行钻孔而制成。
在本发明的一个实施例中，出口冷却通道62形成在第二定子部件35的座36和第一定子部件25的齿26之间的自由空间中，用于流体的通道，如图14所示。
为了制造定子15、第一外部叠片组51和第二外部叠片组52相对于彼此旋转使得一外部叠片组的入口冷却通道61与另一外部叠片组的出口冷却通道62径向对准，所述入口冷却通道61和出口冷却通道62还与形成在第三内部叠片组53中的相应中间冷却通道63径向对准，所述第三内部迭片组53介于第一外部叠片组51和第二外部叠片组52之间。
根据本发明的具有连续绕组的闭合槽的定子15还包括用于容纳冷却流体的外部结构65，该外部结构65包括主流体入口通道66，该主流体入口通道66优选地在圆柱形定子表面上轴向延伸，并且连接到流体入口通道67，该流体入口通道又与入口冷却通道61连接；优选地，用于容纳冷却流体的外部结构65包括两个流体入口通道67，这两个流体入口通道在构成定子15的所述两个外部环形表面的第一外部叠片组51的表面和第二外部叠片组52的表面上沿圆周方向延伸。
用于容纳冷却流体的外部结构65还包括用于流体的出口通道68，该出口通道68继而与出口冷却通道62连接；优选地，用于容纳冷却流体的外部结构65包括两个流体出口通道68，其在构成所述两个外部环形定子表面的第一外部叠片组51的表面和第二外部叠片组52的表面上沿圆周方向延伸；优选地，所述流体出口通道68平行于流体入口通道67并且包括多个孔69或流体出口喷嘴，所述多个孔或流体出口喷嘴配置为将冷却流体引导到绕组的位于闭合槽14外部的端部上。
本发明的具有闭合槽的连续绕组的定子15包括由主流体入口通道66、一个或多个流体入口通道67、冷却入口通道61和出口通道62以及一个或多个流体出口通道68形成的冷却回路。
根据本发明的用于制造具有连续绕组的闭合槽的定子的方法包括以下步骤：
--在平面上弯曲至少一个带以形成单件的至少一个带11、21、31的步骤，典型地，用于每个电相的带11、21、31，例如，在三相电流的情况下为三个带11、21、31，每个带11、21、31包括多个第一区段12，所述第一区段优选地在尺寸和形状上相同并且彼此平行，优选地基本笔直，被配置为插入一个定子15的闭合槽14内并且通过多个第二弯曲区段13彼此连接，所述第二弯曲区段优选地在形状和尺寸上彼此相同，并且被配置为保持在定子15的封闭合槽14之外；特别地，第一区段12和第二区段13彼此交替，每个第一区段12的至少一端连接到第二区段13，优选地，每个第一区段12的两端连接到两个不同的第二区段13。优选地，每个带11、21、31的截面具有定子15的闭合槽14的截面的形状，使得一旦插入到所述闭合槽14中，带11、21、31使其填充最大化；
-用于制备定子15的步骤，所述定子15包括第一内部定子部件25和第二外部环形定子部件35，所述第一内部定子部件25包括多个纵向齿26，所述纵向齿由空间27间隔开，所述空间27配置为形成定子的闭合槽14的下部，所述第二外部环形定子部件35包括多个座36，所述多个座与第一定子部件25的齿26互补并且配置为与第一定子部件25相关联以形成闭合槽14和定子15；优选地，在第二定子部件35中获得的所述座36被配置为与第一定子部件25的齿26配合在一起，从而通过第一内部定子部件25和第二外部定子部件35例如在定子15的轴线方向上的往复滑动运动，形成定子的闭合槽14，实现例如燕尾型或其它已知类型的联接；
-在所述至少一个带11、21、31的第一内部定子部件25上进行缠绕的步骤，所述至少一个带优选地是相互交替的所述三个带11、21、31，将带11、21、31的第一区段12定位在齿26之间的空间27中；特别地，带11、21、31缠绕在第一定子部件25上，以便通过第一内部定子部件25相对于带11、21、31的相对旋转，类似于链条如何接合在齿轮的齿上，将带11和21、31啮合在第一内部定子部件25的齿26之间；特别地，旋转次数等于槽的匝数；在该旋转过程中，齿26的侧壁42的弯曲或凹入形状有助于将带11、21、31插入闭合槽14中，以便最佳地填充它们；
-连接步骤，优选通过焊接，连接每个带11、21、31的两个自由端11a和11b、21a和21b、31a和31b；
-以已知方式隔离焊缝的步骤，例如通过滴落沉积的环氧树脂；
-将第二外部定子部件35定位在第一内部定子部件25上的步骤，使得通过与第一内部定子部件25的齿26接合而在第二外部定子部件35中获得的座36形成闭合定子15的槽14；
-验证不同电相之间不存在连接错误、焊接或短路问题的步骤；
-树脂步骤，将从闭合槽14突出的带11、21、31的端部和定子15的头部浸入树脂中，该树脂配置为使定子15和带11、21、31彼此成为一体，从而避免将来由于振动而造成的损坏。
有利地，构成本发明的具有闭合槽的定子的第二外部环形部分35的重叠叠片的形状允许使用具有高磁特性并且因此昂贵的材料，例如钴铁，从而限制了处理该材料的浪费。
本发明的具有闭合槽的定子的另一个优点是改进定子的冷却，特别是通过改进其温度的均匀性，更特别是电机中轴向温度分布的均匀性以及保留在闭合槽之外的绕组区段的冷却。
有利地，根据本发明的用于电机的具有连续绕组的闭合槽的定子和用于制造该定子的方法允许制造具有较低成本的绕组，绕组更好地填充槽，还简化了生产过程。
此外，本发明的用于电机的具有连续绕组的闭合槽的定子允许优化电机在期望操作方向上的效率或操作。
Claims (18)
1.一种具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，所述定子包括：
-第一内部定子部件(25)，其包括多个纵向齿(26)，所述齿由空间(27)间隔开，所述空间被配置为形成所述定子的闭合槽(14)的下部；
-第二外部环形定子部件(35)，其包括多个座(36)，所述座与所述第一定子部件(25)的所述齿(26)互补并且配置为与所述齿(26)相关联以形成所述闭合槽(14)和所述定子(15)，所述第二外部定子部件(35)由相互关联的区段(45)组成，并且由多个重叠的叠片形成，所述叠片由具有高磁特性和/或更高机械强度的材料制成；
-连续绕组，所述连续绕组包括至少一个带(11、21、31)，所述带被配置为在包括在所述齿(26)之间的空间(27)中缠绕在所述第一内部定子部件(25)上，其中，至少一个槽(14)是不对称的。
2.根据权利要求1所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述重叠叠片由初始磁导率大于6500的材料制成。
3.根据权利要求2所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述重叠叠片由初始磁导率在10000和30000之间的材料制成。
4.根据权利要求3所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述重叠叠片由钴铁制成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述重叠叠片由机械屈服强度大于400Mpa的材料制成。
6.根据权利要求5所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述重叠叠片由具有高硅钢含量的材料制成。
7.根据权利要求6所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述重叠叠片由具有6.5％硅钢的材料制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述重叠叠片由晶粒取向的磁钢制成，其中晶粒在方位角方向上取向。
9.根据前述权利要求中任一项所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述第二外部环形定子部件(35)的两个相邻区段(45)的叠片通过连接元件两两地连接。
10.根据前述权利要求中任一项所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述定子包括与所述定子(15)的两个外部环形表面对应地布置的第一外部叠片组(51)和第二外部叠片组(52)，以及第三内部叠片组(53)，其插置在第一外部组(51)和第二外部组(52)之间，所述定子(15)还包括在第一外部叠片组(51)和第二外部叠片组(52)中形成的多个入口冷却通道(61)和多个出口冷却通道(62)，以及多个中间冷却通道(63)，所述中间冷却通道连接到相应的入口冷却通道(61)和出口冷却通道(62)，并且形成在第三内部叠片组(53)中。
11.根据权利要求10所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述第二外部环形定子部件(35)包括与所述定子(15)的两个外部环形表面对应地布置的所述第一外部叠片组(51)和所述第二外部叠片组(52)，以及所述第三内部叠片组(53)。
12.根据权利要求10或11所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述出口冷却通道(62)形成在所述第二定子部件(35)的座(36)和所述第一定子部件(25)的齿(26)之间的空间中，所述空间用于流体的通过。
13.根据前述权利要求中任一项所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述至少一个槽(14)相对于穿过定子(15)的纵向轴线(Y)并穿过槽(14)的对应于内壁(32)的中心线(P)的平面(R)具有不对称构造。
14.根据前述权利要求中任一项所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述至少一个槽(14)的侧壁42是不对称的。
15.根据权利要求14所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述侧壁(42)是弯曲的或凹形的。
16.根据权利要求15所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)，其特征在于，所述侧壁(42)的凹部面向相对于所述转子(5)的优选旋转方向(Z)的特定方向。
17.一种用于制造根据权利要求1至16中任一项所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)的方法，所述方法包括以下步骤：
-在至少一个带的平面上折叠以制成单件的至少一个带(11、21、31)的步骤，所述带(11、21、31)包括多个第一区段(12)，所述多个第一区段被配置为插入定子(15)的闭合槽(14)内，并且通过多个第二弯曲区段(13)彼此连接，所述第二弯曲区段被配置为保持在所述定子(15)的闭合槽(14)之外；
-制备所述定子(15)的步骤，所述定子(15)包括第一内部定子部件(25)和第二外部环形定子部件(35)，所述第一内部定子部件包括由空间(27)间隔开的多个纵向齿(26)，所述空间配置为形成所述定子的闭合槽(14)的下部，所述第二外部环形定子部件包括多个座(36)，所述多个座与所述第一定子部件(25)的齿(26)互补并且配置为与所述第一定子部件(25)相关联以便形成所述闭合槽(14)和所述定子(15)；
-在所述至少一个带(11、21、31)的第一内部定子部件(25)上制造绕组的步骤，将所述带(11、21、31)的所述第一区段(12)定位在包括在所述齿(26)之间的空间(27)中；
-连接每个带(11、21、31)的两个自由端(11a，11b；21a，21b；31a，31b)的步骤。
18.一种电机，包括根据权利要求1至16中任一项所述的具有连续绕组的闭合槽的定子(15)。
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