CN111937276B - 具有集中绕组的电机中的线圈形成 - Google Patents

Abstract

描述了一种发电机（10），其包括定子（11），该定子包括：‑定子磁轭（22），‑多个齿（15），‑多个槽（16、17），其从定子磁轭（22）径向地延伸到相应的径向槽端（39），所述多个槽（16）周向地被插置定子（11）的齿（15）之间，每个槽（16、17）包括与定子磁轭（22）相邻的底部部分（16a、17a）以及与相应的径向槽端（39）相邻的顶部部分（16b、17b）。定子（11）还包括被容纳在所述多个槽（16）中的多个线圈（41、42、43、44），每个槽（16）在底部部分（16a、17a）中容纳至少一个线圈（41、42、43、44）且在顶部部分（16b、17b）中容纳至少另一个线圈（41、42、43、44），被容纳在所述多个槽中的第一槽（16、17）的底部部分（16a、17a）中的每个线圈（41、42、43、44）连接到被容纳在所述多个槽中的第二槽（17、16）的顶部部分（17b、16b）中的另一个相应的线圈（41、42、43、44）。

Description

具有集中绕组的电机中的线圈形成

技术领域

本发明涉及具有集中绕组的电机，所述集中绕组的线圈几何形状容许增加填充因子（即，由良好导电材料制成的绕组和容纳绕组所需的体积之间的比率）。

本发明可特别地但非排他地应用于风力涡轮机的发电机。

背景技术

电机（诸如，安装在风力涡轮机中的发电机）通常包括相对于定子旋转的转子。

定子通常包括框架本体，该框架本体沿着纵向轴线纵向地延伸并且包括定子磁轭和多个齿，所述多个齿根据径向方向从定子磁轭突出到相应的齿径向端。每个齿也在第一齿纵向端和第二齿纵向端之间纵向地延伸。在定子中，还限定了多个槽，每个槽由两个相邻的齿周向地定界并且在定子磁轭和相应的齿径向端之间径向地延伸。每个槽容纳相应的绕组。

本发明涉及集中绕组，其中每个槽中的每个绕组包括多个线圈，每个线圈通过相应的端绕组与相邻槽的相应的线圈连接，如附图5和附图6中所示。

通常使用预制线圈，其中端绕组必须设计得足够长以允许相应的线圈变形，以便允许插入相应的槽中。

参考图5和图6的示意性截面，每个槽16中的每个绕组17包括两个线圈19，它们分别属于发电机的两个相并且两者都沿着相应的槽16的整个径向深度延伸。每个齿18使被容纳在两个相应的相邻槽16中的一对相邻的线圈19分离，该对相邻的线圈属于同一个相并通过相应的端绕组21连接。

在图5的解决方案中，槽16的形状为矩形，并且齿18因此为锥形。在这种设计中，双层绕组布局使得难以插入线圈宽度窄的线圈以实现并排的线圈形成。在这种情况下，必须使端绕组的线圈悬伸长度（overhang length）更长，以使得有可能将线圈插入槽中。而且，在线圈插入过程期间存在损坏线圈绝缘材料的可能性。

在图6的解决方案中，齿18的形状为矩形，并且槽16因此为V形。这种设计在线圈悬伸长度更短的情况下易于线圈插入，但它降低了机器的性能，这是因为在线圈之间的每个槽的中间，齿的活性材料被非活性绝缘材料16a代替。

因此，期望提供一种新的集中绕组设计，以便克服或减少上文描述的不便之处。

发明内容

本发明的范围是提供一种发电机，该发电机具有定子几何形状，该定子几何形状容许通过最佳地减小线圈悬伸长度而同时不损害发电机性能来避免上文描述的不便之处。

通过根据独立权利要求的主题满足该范围。本发明的有利实施例由从属权利要求来描述。

根据本发明的第一方面，提供了一种电机，其包括定子，该定子包括：

-定子磁轭，其沿着定子的纵向轴线纵向地延伸，

-多个齿，其根据与纵向轴线正交的径向方向从定子磁轭突出到相应的径向齿端，

-多个槽，其从定子磁轭径向地延伸到相应的径向槽端，所述多个槽周向地被插置在定子的齿之间，每个槽包括与定子磁轭相邻的底部部分以及与相应的径向槽端相邻的顶部部分，

-被容纳在所述多个槽中的多个线圈，每个槽在底部部分中容纳至少一个线圈且在顶部部分中容纳至少另一个线圈，

其中，被容纳在所述多个槽中的第一槽的底部部分中的每个线圈连接到被容纳在所述多个槽中的第二槽的顶部部分中的另一个相应的线圈。

上文描述的发电机或马达可有利地被集成在风力涡轮机中。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造电机的方法，该方法包括以下步骤：

-提供定子，该定子具有以下各者：定子磁轭，其沿着定子的纵向轴线纵向地延伸；多个齿，其根据与纵向轴线正交的径向方向从定子磁轭突出到相应的径向齿端；以及多个槽，其从定子磁轭径向地延伸到相应的径向槽端，所述多个槽周向地被插置在定子的齿之间，每个槽包括与定子磁轭相邻的底部部分以及与相应的径向槽端相邻的顶部部分，

-提供被容纳在所述多个槽中的多个线圈，每个槽在底部部分中容纳至少一个线圈且在顶部部分中容纳至少另一个线圈，

-将被容纳在所述多个槽中的第一槽的底部部分中的每个线圈连接到被容纳在所述多个槽中的第二槽的顶部部分中的另一个相应的线圈。

有利地，定子几何形状且特别是线圈构型实现了上文限定的范围。进一步地，与现有技术的选项相比，本发明允许容易地将线圈插入槽中而不损坏线圈的绝缘材料并且增加导电材料在槽中的填充因子。当制造用于本发明的电机的预制集中绕组定子线圈时，由于线圈绕组相之后的线圈的孔口更宽，因此与上文描述的现有技术相比，自动卷带的过程可相对更容易。

根据本发明的实施例，所述多个槽中的第二槽与第一槽相邻，第一槽和第二槽通过所述多个齿中的一个被插置的齿而分离。

根据本发明的另一个可能的实施例，每个槽在底部部分中容纳至少两个线圈并且在顶部部分中容纳两个其他线圈。

特别地，线圈可经连接，使得在更远离被插置的齿的底部部分中的线圈分别连接到在与被插置的齿相邻的顶部部分中的线圈、以及使得在与被插置的齿相邻的底部部分中的线圈分别连接到在距被插置的齿更遥远的顶部部分中的线圈。

根据本发明的实施例，底部部分中的所有线圈都属于发电机的第一电相，并且顶部部分中的所有线圈都属于发电机的第二电相。这避免了在同一个相的线圈之间需要绝缘材料。

在具有分段式定子（即，其中，定子包括多个段）的实施例中，每个段可在相应的周向端处包括两个槽，每个槽在底部部分和顶部部分中的一者中容纳至少一个线圈，底部部分和顶部部分中的另一者没有线圈。

在这种实施例中，支撑件可设置在每个定子段的相应的周向端处，以用于在运输期间填充没有线圈的底部部分或顶部部分中的任一者。

必须注意，已参考不同的主题描述了本发明的实施例。

特别地，已参考设备类型权利要求描述了一些实施例，而已参考方法类型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从上文以及以下描述中获悉，除非另有通知，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同主题有关的特征之间（特别是设备类型权利要求的特征和方法类型权利要求的特征之间）的任何组合也被认为是由本文献公开。

本发明的上文限定的方面以及另外的方面从下文中要描述的实施例的示例显而易见，并且参考实施例的示例来进行解释。在下文中，将参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但是本发明并不限于该实施例的示例。

附图说明

图1示出了根据本发明的风力涡轮机的示意性截面，该风力涡轮机包括具有定子几何形状的发电机。

图2示出了根据本发明的发电机的定子的槽的横截面。

图3示出了根据本发明的发电机的定子的定子的局部横截面。

图4示出了根据本发明的发电机的定子的另一个实施例的局部横截面。

图5示出了根据现有技术的发电机的定子的局部横截面。

图6示出了根据现有技术的发电机的另一个定子的局部横截面。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。请注意，在不同图中，类似或相同的元件设置有相同的参考符号。

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，该塔架安装在未描绘的根基（fundament）上。机舱3布置在塔架2的顶部上。

风力涡轮机1还包括风力转子5，该风力转子具有两个、三个或更多个叶片4（在图1的透视图中，仅两个叶片4是可见的）。风力转子5可围绕旋转轴线Y旋转。当以不同方式指定时，在下文中参考旋转轴线Y来理解术语轴向、径向以及周向。

叶片4相对于旋转轴线Y径向地延伸。

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旋转地联接。

根据本发明的其他可能的实施例（附图中未表示），风力转子5直接与发电机10旋转地联接（直驱式发电机构型）。

提供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沿着旋转轴线Y延伸。永磁发电机10包括定子11和转子12。

转子12在定子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），转子在定子11的径向内部。

根据本发明的其他可能的实施例（附图中未表示），本发明可以应用于具有集中绕组拓扑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。

图2示出了定子11的一个实施例的横截面的局部示意图，该横截面与旋转轴线Y正交。

定子包括沿着定子的纵向轴线纵向地延伸的定子磁轭22（附图中仅部分地表示），多个齿15（附图2中仅部分地表示两个齿15）根据径向方向从该定子磁轭一直突出到相应的径向齿端38。

定子还包括多个槽16、17（图2中示出了一个槽16），所述多个槽从定子磁轭22径向地延伸到相应的径向槽端39。

所述多个槽16、17周向地被插置在定子11的齿15之间。

每个槽16、17容纳相应的集中绕组和楔形件40。楔形件40设置在径向槽端39处以用于保护相应的绕组并将其保持就位。集中绕组包括多个线圈41、42、43、44，如下文中更好地详述的。

在每个槽端39处，提供了相应的楔形件40以用于径向地闭合相应的槽16、17。每个楔形件40在相应的槽16、17中在两个凹口35之间周向地延伸，这两个凹口分别设置在对相应的槽16、17周向地定界的两个齿15的径向齿端38处。

槽16包括与定子磁轭22相邻的底部部分16a以及与相应的径向槽端39相邻的顶部部分16b。

槽16在底部部分16a中包括两个线圈41、42，它们属于发电机11的第一相A，并且在顶部部分16b中包括两个线圈43、44，它们属于发电机11的第二相B。参考图3，示出了两对相邻槽16、17。每对槽16、17包括第一槽16（如在图2中）和第二槽17，该第二槽通过所述多个齿15中的被插置的齿15而与第一槽16分离。

类似于第一槽16，第二槽17也包括与定子磁轭22相邻的底部部分17a以及与相应的径向槽端39相邻的顶部部分17b。

与第一槽16不同的是，第二槽17在顶部部分17b中包括第一相的两个线圈41、42，并且在底部部分17a中包括第二相B的两个线圈43、44。

被容纳在第一槽16的底部部分16a中的每个线圈41、42借助于相应的端绕组45连接到被容纳在第二槽17的顶部部分17b中的另一个相应的线圈41、42。

相反，被容纳在第二槽17的底部部分17a中的每个线圈43、44借助于相应的端绕组45连接到被容纳在第一槽16的顶部部分16b中的另一个相应的线圈43、44。

在图3的横截面中端绕组45的表示是示意性的。实际上，端绕组45具有弯曲形状，该弯曲形状在空中从槽16、17轴向地突出。如在图3的实施例中所示，线圈41、42、43、44经连接，使得在更远离被插置在槽16、17之间的齿15的底部部分16a、17a中的线圈41、43分别连接到在与被插置的齿15相邻的顶部部分17b、16b中的线圈41、43、以及使得在与被插置的齿15相邻的底部部分16a、17a中的线圈42、44分别连接到在距被插置的齿15更遥远的顶部部分17b、16b中的线圈42、44。

这种连接形式限制了端绕组45的悬伸。

图4示出了定子11的另一个实施例的横截面的局部示意图，该横截面与旋转轴线Y正交，其中定子11是分段式的，并且包括多个段51。每个段51在一个周向端52处包括一个第一端槽26且在另一周向端53处包括第二端槽27。

每个端槽26、27的周向延伸部对应于定子11的所述多个槽16、17中的每一者的周向延伸部的一半，以这种方式使得当两个段51周向地联结在一起时，形成了定子11的槽16、17。

为此目的，已经形成线圈41、42、43、44并且它们被插入端槽26、27中，以这种方式使得当两个段51周向地联结在一起时，形成了定子11的槽16、17，在所述槽中已经包括相应的线圈41、42、43、44。

端槽26、27中的每一者包括与定子磁轭22相邻的底部部分26a、27a以及与相应的径向槽端39相邻的顶部部分26b、27b。相应的半楔形件40a、40b设置在每个端槽26、27处，以这种方式使得当两个段51周向地联结在一起时，形成了定子11的楔形件40。

一般来说，在分段式定子11中，每个端槽26、27在底部部分26a、27a和顶部部分26b、27b中的一者中容纳至少一个线圈41、42、43、44，底部部分26a、27a和顶部部分26b、27b中的另一者没有线圈。

在图4的实施例中示出了当两个段51周向地联结在一起时，形成了第一槽16（如在图2中）。因此，在端槽27的一个底部部分27a中，提供了第一相A的两个线圈41、42，而相应的顶部部分27b没有线圈，并且在另一端槽26的一个顶部部分26b中，提供了第二相B的两个线圈43、44，而相应的底部部分26a没有线圈。

两个段51的制造以及随后在电机（例如，发电机10）中的组装导致了在所述多个线圈（41、42、43、44）中的平衡的磁电感。

当制造定子11时，在定子11的段51的每个周向端52、53处的支撑件61用于填充没有线圈的底部部分26a、27a或顶部部分26b、27b中的任一者。这在段51的存储和运输期间是有用的。

Claims (8)

1.一种电机(10)，其包括定子(11)，所述定子包括：

-定子磁轭(22)，其沿着所述定子(11)的纵向轴线(Y)纵向地延伸，

-多个齿(15)，其根据与所述纵向轴线(Y)正交的径向方向从所述定子磁轭(22)突出到相应的径向齿端(38)，

-多个槽(16、17)，其从所述定子磁轭(22)径向地延伸到相应的径向槽端(39)，所述多个槽(16、17)周向地被插置在所述定子(11)的所述齿(15)之间，每个槽(16、17)包括与所述定子磁轭(22)相邻的底部部分(16a、17a)以及与所述相应的径向槽端(39)相邻的顶部部分(16b、17b)，

-被容纳在所述多个槽(16)中的多个线圈(41、42、43、44)，每个槽(16)在所述底部部分(16a、17a)中容纳至少一个线圈(41、42、43、44)且在所述顶部部分(16b、17b)中容纳至少另一个线圈(41、42、43、44)，

其中，被容纳在所述多个槽中的第一槽(16、17)的所述底部部分(16a、17a)中的每个线圈(41、42、43、44)连接到被容纳在所述多个槽中的第二槽(17、16)的所述顶部部分(17b、16b)中的另一个相应的线圈(41、42、43、44)，并且

其中，所述定子(11)包括多个段(51)，每个段(51)在所述相应的周向端(52、53)处包括两个端槽(26、27)，每个端槽(26、27)的周向延伸部对应于所述定子(11)的所述多个槽(16、17)中的每一者的周向延伸部的一半，每个端槽(26、27)在所述底部部分(26a、27a)和所述顶部部分(26b、27b)中的一者中容纳至少一个线圈(41、42、43、44)，所述底部部分(26a、27a)和所述顶部部分(26b、27b)中的另一者没有线圈。

2.根据权利要求1所述的电机(10)，其中，所述多个槽中的所述第二槽(17、16)与所述第一槽(16)相邻，所述第一槽(16、17)和所述第二槽(17、16)通过所述多个齿(15)的一个被插置的齿(15)而分离。

3.根据权利要求1或2所述的电机(10)，其中，每个槽(16)在所述底部部分(16a、17a)中容纳至少两个线圈(41、42；43、44)并且在所述顶部部分(16b、17b)中容纳两个其他线圈(43、44；41、42)。

4.根据权利要求2所述的电机(10)，其中，所述线圈(41、42、43、44)经连接，使得在更远离所述被插置的齿(15)的所述底部部分(16a、17a)中的所述线圈(41、43)分别连接到在与所述被插置的齿(15)相邻的所述顶部部分(17b、16b)中的所述线圈(41、43)、以及使得在与所述被插置的齿(15)相邻的所述底部部分(16a、17a)中的所述线圈(42、44)分别连接到在距所述被插置的齿(15)更遥远的所述顶部部分(17b、16b)中的所述线圈(42、44)。

5.根据权利要求3所述的电机(10)，其中，所述底部部分(16a、17a)中的所有所述线圈(41、42；43、44)都属于所述电机(10)的第一电相(A)，并且所述顶部部分(16b、17b)中的所有所述线圈(43、44；41、42)都属于所述电机(10)的第二电相(B)。

6.一种用于制造电机(10)的制造方法，所述方法包括以下步骤：

-提供定子(11)，所述定子具有以下各者：定子磁轭(22)，其沿着所述定子(11)的纵向轴线(Y)纵向地延伸；多个齿(15)，其根据与所述纵向轴线(Y)正交的径向方向从所述定子磁轭(22)突出到相应的径向齿端(38)；以及多个槽(16、17)，其从所述定子磁轭(22)径向地延伸到相应的径向槽端(39)，所述多个槽(16)周向地被插置在所述定子(11)的所述齿(15)之间，每个槽(16、17)包括与所述定子磁轭(22)相邻的底部部分(16a、17a)以及与所述相应的径向槽端(39)相邻的顶部部分(16b、17b)，

-提供被容纳在所述多个槽(16)中的多个线圈(41、42、43、44)，每个槽(16)在所述底部部分(16a、17a)中容纳至少一个线圈(41、42、43、44)且在所述顶部部分(16b、17b)中容纳至少另一个线圈(41、42、43、44)，

-将被容纳在所述多个槽中的第一槽(16、17)的所述底部部分(16a、17a)中的每个线圈(41、42、43、44)连接到被容纳在所述多个槽中的第二槽(17、16)的所述顶部部分(17b、16b)中的另一个相应的线圈(41、42、43、44)，

其中，所述定子(11)被制造为多个段(51)，每个段(51)在所述相应的周向端(52、53)处包括两个端槽(26、27)，每个端槽(26、27)的周向延伸部对应于所述定子(11)的所述多个槽(16、17)中的每一者的周向延伸部的一半，所述方法包括以下步骤：在每个槽(16、17)中，在所述底部部分(26a、27a)和所述顶部部分(26b、27b)中的一者中提供至少一个线圈(41、42、43、44)，所述底部部分(26a、27a)和所述顶部部分(26b、27b)中的另一者没有线圈。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其中，所述方法包括以下步骤：通过周向地联结两个段(51)，来形成所述定子(11)的所述多个槽(16、17)中的一个槽(16、17)，所述槽(16、17)容纳多个线圈(41、42、43、44)。

8.根据权利要求6所述的制造方法，所述方法包括以下步骤：在所述定子(11)的所述段中的一者的相应的周向端(52、53)处提供至少一个支撑件(61)，以用于在运输期间填充没有线圈的所述底部部分(26a、27a)或所述顶部部分(26b、27b)中的任一者。