CN104471845B - 用于电磁电机或电磁发电机的定子元件的包括至少一个单一构件式刚性分支的绕组和其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电磁电机或发电机的定子元件的绕组(1)，并且涉及一种制造该绕组的方法。这个绕组(1)包括至少两个交织的导电分支(10，10'，10")，每个分支对应于电流的一个相位，绕组的至少一个分支(10，10'，10")为刚性的并且为单一构件。本发明还涉及一种包括这样绕组(1)的永磁电磁电机或发电机。这样的电机或发电机优选地但非限定性地在非环境温度或压力条件下可应用。本发明还涉及一种用于从至少一种材料的坯料通过材料去除或者通过在用于每个分支(10，10'，10")的至少一个构件材料的模具中的铸造来生产这样的绕组(1)的方法。

Description

用于电磁电机或电磁发电机的定子元件的包括至少一个单一 构件式刚性分支的绕组和其生产方法
本申请要求申请日为2012年7月25日的法国专利申请FR/1257220的优先权。
技术领域
本发明涉及一种用于永磁电机或永磁发电机的定子元件的具有至少一个单一构件式刚性分支的绕组。本发明还涉及一种包括设置有这样的绕组的转子和定子的永磁电磁电机或永磁电磁发电机。本发明最后还涉及制造这样的绕组的方法。
本发明的领域更具体但非限制性地为永磁电磁电机或永磁电磁发电机领域。
背景技术
永磁电磁电机或永磁电磁发电机、特别是无刷电机在现有技术中是知晓。这些电机或发电机、也称之为同步电机具有支撑一个或多个永磁体的转子和装配有绕组的定子。
绕组根据用于运行电机的电流相位的数量分为多个分支。还可能为多个分支提供同一相位的电流。
根据现有技术，这样的绕组通常由导体的多个彼此叠加的线圈束组成。一个这样的绕组在文献FR-A-2808936中被描述。这样的绕组的一个缺陷在于实施耗时且繁琐，这是因为需要缠绕较长的导线，同时还要确保与所使用的每个相位的电流关联的欧姆电阻的良好平衡。
具体而言，有必要掌握绕组截面的值，例如有必要确保与每个相位关联的绕组截面彼此相同。进一步地，由此生产这样的绕组从而使得定子在永磁电机中所遭受的磁场是平衡的是困难的。
文献US-A-4319152展示了一种绕组，该绕组包括至少两个交织的导电分支，每个分支对应于电流的一个相位，分支中的每个为刚性的并且为单个构件，每个分支由槽形成，每个槽包括由在它的每端上至少一个侧段框定的顶段和将槽与分支的相邻槽连接的基底，每个侧段将顶段的端部与基底的端部连接。
尽管这样的文献允许绕组的制造相对于具有导体的多个彼此叠加的线圈束的绕组部分简化，但是这样的绕组通过绕组的分支相对于彼此的这样定位不允许定子在永磁电机中所遭受的磁场是平衡的。
本发明的一个目的在于克服用于永磁电磁电机或永磁电磁发电机的定子元件的已知绕组的缺陷。
具体而言，本发明的一个目的在于提出这样的一种用于永磁电磁电机或永磁电磁发电机的定子元件或转子元件的绕组：易于制造并且能够建立定子元件在包括这样的绕组的永磁电磁电机或永磁电磁发电机中所遭受的磁场的良好的平衡。
发明内容
这个目的是通过制造用于永磁电磁电机或永磁电磁发电机的定子元件的绕组的方法来实现的，所述绕组包括交织的至少两个导电分支，每个分支对应于电流的一个相位，其特征在于：所述至少两个分支为刚性的并且由至少一种材料的同一坯料通过材料去除制成。
有利地，该方法通过数字控制的机加工或电腐蚀实现。
本发明还涉及一种绕组，其包括至少两个交织的导电分支，每个所述分支对应于电流的一个相位，每个所述分支为刚性的并且为单一构件，所述绕组根据所述方法获得，每个所述分支由槽形成，每个槽包括顶段和将所述槽连接至所述分支的相邻槽的基底，所述顶段在它的每端上被至少一个侧向段框定，每个侧向段将所述顶段的端部连接至所述基底的端部，其特征在于：第一分支的所述槽的所述顶段比第二分支的所述槽的所述顶段在所述绕组上位于更高的水平上，所述顶段在一个分支的槽之间相对于另一分支具有径向角向偏置，所述第一分支的所述槽的所述基底比所述第二分支的所述槽的所述基底在所述绕组上位于更低的水平上，所有的所述槽形成所述分支的主体。
“导电分支”指的是由导电材料如铝、铜、银或具有良好导电性的任何其它材料制得的分支。
“单一构件式整块体”意味着绕组的分支具有以单件制成的主体而不包括任何内部连接手段、例如胶接或焊接。然而，辅助元件可有利地添加至这个整块体，所述辅助手段例如槽的辅助侧向段用于形成为分支的串联的槽，所述辅助侧向段与作为分支的主体的一体部分的侧向段电性并联。
由此，能够容易地控制绕组的在它的每点上、特别是在所有的磁性工作的绕组部分上的截面。由此能够掌控绕组的表面长度、特别是将磁性工作的所有绕组部分上的表面长度(长度和绕组段的截面之间的比率)。通过这种方式，每个相位的欧姆电阻、特别是将磁性工作的所有绕组部分上的每个相位的欧姆电阻可被平衡。
进一步地，还能够容易地生产绕组由此使得永磁电磁电机或永磁电磁发电机的元件(所述元件包括永磁体)经受平衡磁场。绕组采用单一导体而非一束导体制成。这可例如能够降低绕组的欧姆电阻。
进一步地，以同一质量件制作的绕组分支改善了绕组的机械强度。整个绕组为刚性的并且为单一构件同时具有被所有分支共享的整块体。
不同侧向段与永磁体具有相同的距离，绕组在电磁电机或电磁发电机中可与该永磁体协作。由此，与绕组的不同分支关联的不同相位生成对于所述永磁体具有相同的绝对值的磁场。
有利地，所述绕组包括单一构件式的刚性分支，所述分支的数量x大于1并且小于n，第x个分支的顶段比第x+1个分支的顶段位于更高的水平上并且比第x-1个分支的顶段位于更低的水平上，第x个分支的基底比第x-1个分支的基底位于更低的水平上并且比第x+1个分支的基底位于更高的水平上。
有利地，至少一个第二分支的每个顶段或所述第一分支的每个基底具有槽口，分别用于所述第一分支的槽的侧向段或所述至少一个第二分支的槽的侧向段的通过。
有利地，所述分支的所述槽的所述侧向段在所述绕组的高度方向上朝向所述槽的关联基底倾斜。
有利地，所述分支的所述槽的所述侧向段与所述槽的关联顶段定位在同一平面内，水平差段设置在所述基底的每个端上用于它的与关联的侧向段的相反端的连接。
有利地，至少对于一个槽，至少一个辅助侧向段被设置，至少一个辅助侧向段与作为所述分支的所述主体的部分的侧向段连接至顶段的同一端。在导体中，中心部分不导电并且由此对于导电是无用的。进一步地，在导体内侧，涡流形成了损失；这些损失随着导体的截面的增加而增加。为了限制能量损失和笨重化，由此优选地具有多个并联的具有小截面的导体而非具有大截面的单个导体。
有利地，所述至少一个辅助侧向段为刚性的并且与支撑所述至少一个辅助侧向段的所述分支的主体形成单一构件。
在另一替代例中，所述至少一个辅助侧向段与和它关联的顶段通过固定装置连接。
有利地，与同一端关联的所述侧向段具有下述特征的一个或多个：不同截面、不同定向或不同材料。
有利地，所述绕组由三个导电分支形成，每个分支对应于三相电流的一个相位。这个实施例具有适用于电源通常提供的三相电流的优点。
本发明还涉及一种永磁电磁电机或永磁电磁发电机，其包括至少一个转子和至少一个定子，其特征在于：永磁电磁电机或永磁电磁发电机包括至少一个这样的绕组。
有利地，所述的永磁电磁电机或永磁电磁发电机为轴向磁通量式电磁电机或轴向磁通量式发电机，所述至少一个绕组具有圆柱形状，或者所述的永磁电磁电机或永磁电磁发电机为径向磁通量式电磁电机或电磁发电机，所述至少一个绕组为王冠形。
在轴向磁通量式电磁电机或电磁发电机的情况下，槽的侧向段然后有利地相互平行并且位于圆柱体的侧面的上。通过这种方式，不同的侧向段与永磁体具有相同的距离，绕组可在电磁电机或电磁发电机中与所述永磁体协作。由此，与绕组的不同分支关联的不同相位生成对于永磁体具有相同恒定值的磁场。
在两种情况下，分支大致设置为使得每个分支的侧向段周期性地彼此依次设置，其中，一个周期包括每个分支的一个侧向段的排列。侧向段等距地彼此间隔开，即，两个相邻侧向段之间的间距在绕组的整个周长上是恒定的。不同分支的槽由此以具体取决于分支数量的值地彼此偏置。
有利地，电机或发电机的定子包括设置有齿部的扁平环状物，所述齿部位于环状物的面向关联转子的平面内，至少一个绕组在那些齿部内交错。
有利地，所述至少一个绕组在绝缘粘合剂、例如绝缘树脂中模制，然后容置在定子中，转子具有永磁体并且由玻璃纤维制成。
有利地，根据本发明的电机或发电机具有多个空气间隙结构。具体而言，它可具有至少两个、并且甚至三个空气间隙。实际上，能够考虑复杂的绕组形状、例如实施这样的多个空气间隙结构、特别是具有三个或三个以上空气间隙的结构所需要的形状。
优选地，齿部的尺寸设计为与绕组匹配，所述绕组的在齿部内经过的部分为磁性活跃的。有利地，定子由层状磁性金属片制成。
根据一个替代例，定子接收绕组同时定子由非磁性材料制成。非磁性材料可包括塑料、树脂、木头等。
存在在磁性材料上缠绕绕组的倾向，从而使得生成的磁场通过并且由此提供具有显著力矩的电机或电磁发电机。然而，这还具有形成较大能量损失、特别是通过焦耳效应形成较大能量损失、以及由磁滞或涡流造成的铁损失的缺陷。这个替代例的所基于的考虑是接受一定量的力矩损失从而获得最优的能量输出。根据本发明的一个具体实施例，定子为双定子，两个定子中的每个具有它们自己的绕组并且框有转子。
根据本发明的电机或发电机提供的力矩由此被加倍。
转子可包括固定至复合材料、如玻璃纤维基底的复合材料的永磁体。由复合材料制成的转子的一个优点在于它较轻，通常是钢的五分之一。由此制成的转子具有较小的惯性。采用这样的转子还能够产生较大的加速度。复合材料有利地为非导电材料、例如玻璃纤维基底复合材料。
由非导电材料制得的转子的优点在于它消除了转子内寄生电流的出现中可产生的损失，该寄生电流的出现是由转子所遭受的可变磁场造成的。这些寄生电流产生损失。此外，这些寄生电流可对抗经过绕组的电流所生成的期待作用。
所述复合材料可包括具有多个空间定向的定向纤维。纤维性复合材料的一个优点在于它具有出色的机械强度。由此它能够无风险地建立转子的较高的旋转速度。进一步地，这个机械强度可由于永磁体通过加强手段在转子上的固定而被提高。
本发明还涉及这样的电机或发电机的使用，其特征在于：电机或发电机与封闭的封围体组合使用，所述电机或发电机位于所述封围体的内侧或外侧，所述电机或发电机位于真空或超过2bar的压力下或位于低于0℃或高于60℃的温度下。电机或发电机然后用于调节封闭的封围体内侧的温度和/或压力。
实际上已经被注意到的是，具有至少一个这样的绕组的电机或发电机在非环境运行条件下非常强健。非限定性地，这例如允许电机或发电机在压力或高温下与封闭的空间、例如炉子、并且特别是淬火单元组合使用。这增加了使用永磁电机或发电机的机会。
附图说明
本发明的其它优点和说明将在阅读下述非限定性实施方式和实施例的具体说明以及下述附图的基础上显现。所述附图为：
图1示出了根据本发明的第一绕组实施例的透视图，该绕组适用于轴向磁通量式电磁电机或电磁发电机；
图2示出了图1所示的绕组的细节图，所述绕组由三个交织的分支形成，每个分支包括具有顶段、顶段的每侧的侧向段以及连接一个槽和相邻槽的基底的串联的槽；
图2a示出了图2所示的绕组的另一实施例的细节图，其中，一个槽包括位于顶段的每侧的多个侧向段；
图3示出了用于图1所示的绕组的支撑件的透视图，所述支撑件形成具有所述绕组的用于轴向磁通量式电磁电机或电磁发电机的定子；
图4示出了定子的透视图，该定子包括图3所示的支撑件并且其上交错有图1所示的绕组；
图5示出了包括两个定子的轴向磁通量式电磁电机或电磁发电机的剖视图，每个定子为图4所示的定子；
图6示出了图5所示的电磁电机或电磁发电机的转子的一半的视图；
图7示出了根据本发明的第二绕组实施例的分支的透视图，其中，所述分支适用于径向磁通量式电磁发电机或电磁电机；
图8示出了根据本发明的径向磁通量式电磁电机或电磁发电机的转子的原理；
图9示出了与图2a所示的绕组类似的绕组的一个实施例的分支的透视图，其中，一个槽在顶段的每侧上包括多个侧向段；并且
图10示出了与图2所示的绕组类似的绕组的一个实施例的分支的透视图。
具体实施方式
在本文下述部分中，各图的前景中的元件将被描述为上元件，并且背景中的元件成为相反的元件。这对于图1、2和2a尤为有效。
参见图1，我们首先说明根据本发明的绕组1的第一实施例。在下文中并且出于简洁目的，术语“电磁电机或电磁发电机”将替代“永磁电磁电机或永磁电磁发电机”而被使用。
绕组1包括三个导电分支10、10'和10"。每个分支可对应于三相电流中的一个相位。这三个相位以称之为“星形”组装的方式(全部三个相位具有一个共同的接触点)彼此连接。每个分支10、10'、10"分别具有关联的连接器11、11'、11"。别的组装形式也是可能的。
绕组1的全部分支10、10'、10"为刚性的并且由同一坯料通过所述分支的至少一个构件材料的材料去除而制成。这种坯料可有利地由多个叠加的层制成或可含有由不同材料制成的多个区域。
材料去除可通过多种方式、特别是通过体加工、例如采用数字控制实现，并且坯料由整块金属导体、如铜或铝的盘状体制成。还能对这样的整块坯料实施电腐蚀，这种电腐蚀也有利地采用数字控制。
“单一构件”意味着分支10、10'、10"的主体不包括彼此缠绕或通过任何连接方式附连的多个部分。绕组的所有分支10、10'、10"为同一单一构件式刚性主体的部分，它的所有分支来自同一坯料。
然而，由整块物体形成的坯料可包括彼此连接的多层不同材料，从而例如获得由不同材料制得的分支10、10'和10"或甚至获得用于同一分支10、10'、10"的不同材料。
至少局部刚性的绕组1由此被制得，该绕组上的所有分支10、10'和10"来自同一的单一构件式坯料，而没有任何焊接的必要，绕组1具有整块主体。
还能够通过体加工制造整个绕组，该绕组包括在星形组装的接触点上彼此连接的不同分支。还能够使得不同分支与任何别的分支完全没有接触、特别是电接触。还可能使得不同分支以称之为“三角形”组装的方式彼此连接。
各分支可在它们各自的机加工操作之后所谋求地是以期待的方式彼此交错用于电磁电机或发电机的运行。然而，绕组的各分支在同一整块物体上同时被加工。
图1所示的绕组1适于轴向磁通量式电磁电机或电磁发电机。它为具有开口中心的圆形坯料形式或王冠的形式。每个分支10、10'和10"形成有槽。在分支10、10'、10"上可具有任意数量的槽。
由分支10、10'、10"的槽形成的组件限定了单一构件式刚性主体。图1展示了分支10、10'和10"，每个分支由这样的主体形成，但是在别的实施例中，具体如图2a所示出的实施例中，所述主体可接收一个或多个辅助的横向元件，特别是一个或多个横向段形式的辅助横向元件。这个实施例将参照图2a在下文中予以说明。
图2展示了图1所示的绕组的细节图。对于每个相应的分支10、10'、10"，在槽的基底14、14'、14"、槽的顶段15、15'、15"和至少两个侧向段16、16'、16"之间存在差异。侧向段16、16'、16"由此在顶段15、15'、15"的每一侧定位，同时通过在侧向段和顶段之间形成角度而侧向段框定所述顶段15、15'、15"，该角度有利地但非限定地为直角。在顶段15、15'、15"的任一侧与同一槽关联的两个侧向段16、16'、16"被反转，每个侧向段为另一关联段的手性。
在图2示出的实施例中，对于每个分支10、10'、10"，同一分支10、10'、10"的顶段15、15'、15"和侧向段16、16'、16"包含在同一平面内，那些平面叠加。还在这个实施例中，侧向段16、16'、16"大致平行。然而，还应当意识到的是，对于同一分支10、10'、10"，侧向段16、16'、16"可能不平行或可能没有与同一分支10、10'、10"的顶段15、15'、15"并入同一平面内。
分支10、10'、10"的槽的基底14、14'、14"在该槽对着相邻槽的那侧将该槽与直接和该槽相邻的槽连接。分支10、10'、10"的顶段15、15'、15"没有严格叠加，而是在绕组内于绕组的周界上地偏置于具有不同高度的平面或水平内。在下文中，比另一元件位于更高的水平上的元件位于所述另一元件的平面上方的平面内，而不一定在那个另一元件上直接叠加。该事实也用于较低水平。
第一分支10的顶段15和侧向段16的组件形成绕组1的上部，然后另两个分支10'、10"位于第一分支10的下方，各分支各自形成的槽在绕组1的周界上偏置。由此，第一分支10的顶段15和关联的侧向段16的组件由此比另两个分支10'、10"的顶段15'、15"和侧向段16'、16"的组件位于更高的水平上。
第一分支10的槽的基底14相对于第二和第三分支10'、10"的基底14'、14"位于较低的水平上。在这一构造中，第二分支10'为中间分支，而使得顶段15'和侧向段16'的组件比第三分支10"的顶段15"和侧向段16"的组件位于更高的水平。
由此这个实施例提供了位于第一分支10和第二分支10'的侧向段16、16'的端部和关联的基底14、14'的端部之间由基底14、14'的端部支撑的水平差段20，该水平差段使得能够将分支10、10'带到绕组1较低的水平上。在另一实施例中，侧向段16、16'朝向绕组1底部定向的同时被相应地倾斜并且侧向段16、16'形成水平差段从而将分支10、10'带至绕组1上更低的水平上。
第一分支10的槽的每个侧向段16借助槽口18延伸穿过第二分支10'或中间分支的顶段15'，所述槽口18在所述顶段15'上形成从而形成所述横向段16的通道空间。
同样，中间分支10'的每个侧向段16'穿过在第三分支10"或较低分支的顶段15"上形成的槽口18。这个槽口18还用作第一分支10的侧向段16的通道，第一分支10的侧向段16为相对于第二分支10'的侧向段16'的反转侧向段。
第一分支10的每个槽的基底14比第二中间分支10'和第三较低分支10"的槽的基底位于更低的水平上。第一分支10的每个基底14还包括足够宽的槽口19以允许第二分支10'的侧向段16'和第三分支10"的侧向段16"的通过。在这种情况下，第二分支10'的侧向段16'为相对于第三分支10"的侧向段16"的反转侧向段。
槽口18和19通过分别在支撑槽口的顶段15'、15"或基底14的长度上的材料的去除而形成，所述材料去除在顶段15'、15"或相应的基底14的宽度的一部分上形成深度，同时在那部分宽度上留有材料从而所述顶段15'、15"或基底14使得没有能够形成中断。槽口18和19可例如为2mm。
由此存在绕组1的第一分支10、第二分支10'和第三分支10"之间的交织。一般来说，绕组1可包括n个单一构件式的刚性分支10、10'、10"，并且不仅仅为图2所示的三个分支。
分支的数量x包含在1和n之间的同时x大于1且小于n，第x个分支10'、10"的顶段15'、15"所处的水平比第x+1个分支的顶段所处的水平高并且比第x-1个分支的顶段所处的水平低，第x个分支的基底14'、14"所处的水平比第x-1个分支的基底低并且比第x+1个分支的基底所处的水平高。
例如，第一分支10的顶段15所处的水平高于剩余的n-1个分支10'、10"的顶段15'、15"所处的水平，并且它的基底14所处的水平低于剩余的n-1个分支的基底14'、14"所处的水平。第n段分支10"的顶段15"所处的水平低于剩余的n-1个分支10、10"的顶段15，15'所处的水平，并且它的基底14"所处的水平高于剩余的n-1个分支10、10'的基底14、14'所处的水平，在图2中n等于3。
还可能将绕组1的分支10、10'、10"采用别的交织形式，使得每个分支10、10'、10"具有比其余分支10、10'、10"高的部分和比其余分支10、10'、10"低的部分，从而允许磁场的平衡。
如图1所示，绕组1适配入在图1中以虚线示出的外冠17。槽的顶段15、15'、15"勾勒出外冠17。内冠13出现在绕组1内侧。槽的基底14、14'、14"勾勒出所述内冠13。
同一分支10、10'、10"的槽的侧向段16、16'、16"有利地共面。侧向段16、16'、16"周期性地一个接一个地分布。下一个周期包括三个分支10、10'和10"中的每个的侧向段16、16'、16"。两个侧向段16、16'、16"之间的间距是恒定的。分支10、10'或10"的每个侧向段16、16'、16"包含在其余两个分支中的每个的侧向段之间。
图2a展示了绕组的一个实施例，其中，绕组的至少一个分支10、10'和10"具有至少一个槽，所述至少一个槽具有与作为分支10的主体的一部分的侧向段16连接至顶段15的同一端部的至少一个辅助侧向段16a、16b、16c。
与在图2a所示的实施例类似的实施例还可参见图9，图9示出了在顶段15的同一端部上除了侧向段16之外还具有多个辅助侧向段16a、16b、16c的单一绕组分支10，而作为比较的，图10示出了绕组的在顶段15的一侧上具有单一侧向段16的单一分支10。
组合参见图2a和9，辅助侧向段16a、16b、16c示出为用于第一分支10、称之为上分支，并且用于第二分支10'、称之为中间分支，仅仅第一分支10的辅助侧向段16a、16b、16c被示出用于参考，这是出于在这些图中更清楚的目的而避免了不必要的重叠。
然而，主要用于在绕组中减少焦耳效应所产生的损失的这些辅助侧向段16a、16b、16c可适用于绕组的分支10、10'和10"上。这些辅助侧向段16a、16b、16c有利地具有小截面，该小截面能够为任何截面，特别地但非限定为方形、矩形或圆形。
至少一个分支10、10'、10"的所有槽、或分支10、10'和10"的槽中的仅仅一个可装配有辅助侧向段16a、16b、16c。绕组还可存在有用于一个分支10、10'和10"的一个或多个辅助侧向段16a、16b、16c并且其余分支10、10'和10"没有辅助侧向段16a、16b、16c。
这些辅助侧向段16a、16b、16c的多个实施例是可能的。例如，所述至少一个辅助侧向段16a、16b、16c可为刚性的并且与支撑它的分支10的主体形成单一构件。在这种情况下，所述至少一个辅助段16a、16b、16c有利地作为单一构件式刚性分支的主体的一部分在分支从坯料的制造过程中获得。
在一个替代例中，所述至少一个辅助侧向段16、16a、16b可通过连接手段与它的关联的顶段15连接。这一连接手段可为焊接、磁胶接或任何导电的机械手段。
对于这两个替代例，侧向段16、16a、16b、16c、即与绕组的分支10的槽的顶段15、15a的同一端部关联的辅助侧向段和侧向段16具有下列特性的一个或多个：不同的截面、不同的定向或不同的材料。
在图2a中，顶段15或15b示出为在一侧上与三个侧向段16、16a、16b关联，侧向段包括两个辅助侧向段16a、16b。在顶段15的该侧上，三个侧向段16、16a、16b彼此倾斜从而向着槽的基底结合。然而，对于顶段15b，顶段15b的同一侧的侧向段16、16a、16b彼此平行。另一顶段15a在它的每侧上仅仅具有一个侧向段。
所有的这些并非在限定。例如，分支10、10'和10"的槽在它的每侧上不一定具有不同的数量或者不同倾斜的侧向段16、16a、16b。槽的侧向段16、16a、16b的数量还可为任意数量并且没有局限于三或四。
有利地但非限定性地，侧向段16、16a、16b的一个可由与其它关联的侧向段16、16a、16b不同的材料制成或由与顶段15、15a或15b的材料不同的材料制成。例如，这个侧向段可为在分支10、10'和10"的制造后通过连接手段增加的辅助侧向段。
然而，这个侧向段还可能为在分支10、10'和10"的制造过程中直接获得的侧向段，同时这个侧向段为分支10、10'和10"主体的一部分。在这种情况下，坯料，其作为获得至少一个分支10、10'和10"并且有利地获得绕组的制作在一起的分支10、10'、10"的整块部件，包括多个由不同材料制成的部分。
可能使用的材料为具有良好导电性的材料，有利地为铝、铜、锡、银等。
如果获得至少一个分支10、10'和10"或整个绕组的整块部件要经历材料去除，那么所述整块部件的必须与不同材料的一个或多个侧向段对应的多个区域需要被预设，并且那些区域为由与整块部件的基底材料不同的材料制成。
如果分支10、10'和10"或整个绕组为模制，那么连续的铸造以分支10、10'、10"和绕组的不同基底材料和不同材料的侧向段16、16a、16b的不同基底材料地实施。附带地，图2a展示了具有六个磁极的绕组，而在图2中仅仅具有三个磁极，这是由于电连接不同，图2a中并非星形连接。
图3展示了用于图1所示的绕组的支撑件30的透视图，所述支撑件与所述绕组形成定子40用于轴向磁通量式电磁电机或电磁发电机。支撑件30为具有开口的中心的固体圆盘形式并且设置有在它的厚度的一部分上深入的径向齿31(即每个齿沿着圆形支撑件30的直径定向)。术语“环面”还可用于指代支撑件30。当存在多个侧向段时，可存在与侧向段数量相同的径向齿。
支撑件30由磁性金属片(例如铁、镍或钢)在彼此上盘绕而形成，这些金属片可为不同的物性和厚度。这些金属片优选地为具有非定向晶粒的磁性金属片。非定向晶粒的磁性金属片可指的是层状材料。所述金属片有利地绕着支撑件30的圆形对称轴扁平地盘绕。
图4展示了定子40的透视图，所述定子40包括图3所示的支撑件30并且在支撑件30上部分接收在齿部31内的绕组1交错。绕组的只有在图3和4所示的在齿部31内经过的部分是磁性活跃的，这些部分有利地为槽的侧向段。周向绕组段(槽的基底和顶段)的形状几乎不重要。
所述组件然后可嵌入绝缘粘合剂、例如树脂中，从而确保组件的电绝缘性。进一步地，支撑件30相对于绕组的机械稳定性也被改善。绕组中穿过支撑件30的电流的通过生成感应磁场。
图5展示了一种示例性轴向磁通量式电磁电机或电磁发电机50的剖视图，该电磁电机或电磁发电机包括两个定子，每个定子40为图4所示的定子。可参考双空气间隙的电机。电机50设置为绕着旋转轴线51旋转。
图5所示的轴向磁通量式电磁电机或电磁发电机50包括位于两个定子40之间的单个转子52。每个定子40将它的设置有齿部的面展示向转子52，所述齿部以附图标记31在图4中示出并且根据本发明的绕组在所述齿部中经过。
对于给定的相位，与两个定子40的该相位对应的分支串联或并联。两个定子40的相应绕组的与同一相位对应的分支可连接在一起。还可能设置为将两个定子40的绕组在机加工过程中机加工在一起。
转子52包括轴向磁通量式永磁体，该永磁体在转子上对着绕组以一个方向然后再以另一方向地交替分布。在转子52的每侧上，磁体的N极和S极彼此相随。通过改变经过绕组的电流，然后能够转子52。
磁体为厚圆弧形。它们被称为轴向磁通量式是因为磁场正交于圆弧的平面。圆弧的中心经过电机或发电机的旋转轴线。永磁体***孔中，所述孔穿通利用磁体形成转子52的复合矩阵。每个永磁体由此将它的N极展示向一个定子40并且将它的S极展示向另一个定子。每个磁体在关联的通孔中通过加强手段固定。
在一个示范实施例中，磁体的四个角与所述通孔的边缘直接接触。绕着这四个角放置的胶加强了磁体在通孔中的机械强度。转子52可不包括导电材料、特别是铁。接收永磁体的复合矩阵在其位置上可包括玻璃纤维。在由图5衍生的实施例中，还可能在旋转轴线51上连续定位多个转子52和定子40组件，有利地以图5所示的成对形式布置。
图6展示了一半转子52的前视图、即在正交于旋转轴线51的平面内的视图，所述轴线在图5被示出。永磁体71可被看到交替展示向定子的N磁极(图中的阴影区)和S磁极(图中的非阴影区)。每个磁体容置在具有玻璃纤维73的复合矩阵上内空的通孔中。纤维具有不同的空间定向。每个磁体71通过加强手段在复合矩阵中固定。所述加强手段(作为相反与内部分的外部分，称为加强材料)由复合材料的铺层74缠绕玻璃纤维基底而形成。
可参见扁平电机，这是由于本发明的电机由叠加的圆盘物(或王冠状物)形成：位于两个定子之间的一个转子。空气间隙面在圆盘物上扁平设置并且没有设置在圆柱的侧面上。这种结构的一个优点在于电机由两个空气间隙却只有单个转子制成。只有一个转子被耦合，这简化了耦合。这是一种同步电机或同步发电机，即消耗或产生其频率决定转子的旋转速度的电流。
根据本发明的电机或发电机的一个具体但非限定性的应用为范围在环境压力或环境温度以下或以上的压力场或温度场中应用。
例如，在高压、即大于10bar下运行的情况下，根据本发明的电机可例如具有下述特征：
95％至99％的能量效率；
等于1个单位(角度被称为“动力因子”。动力因子为电压和电流之间的时间偏移(称为“相位偏移”))；
总重量(转子、定子、绕组、骨架)：150-500kg；
旋转质量：10-22kg；
绕组中的最大电流：400-500A；
最大供电电压：400-600V；
供电功率：200kW-350kW；
三相电源；
厚度：130-250mm；
直径：700-900mm。
这样的同步电机的一个非常特别的应用是使得它能够在工业炉中驱动混合元件、例如风扇或透平形式的混合元件。
在一个特别有利的利用中，这个电机可应用在用于至少一个待处理部件的淬火单元、特别是具有低硬化的淬火单元，电机能够经受从5至30bar的压力和包括在20℃和150℃之间的温度。制成的电机由此将它自己置于单元外侧，同时相对于淬火单元置于过压压力下。在这样的淬火单元中、特别是在气体下的淬火单元中，被电机驱动的混合元件在放置于所述单元内的被处理部件和交换器之间发动空气流。
这允许与淬火单元关联的同步电机的使用，而在现有技术中，只有非同步电机被使用，非同步电机的缺陷在于它们除了较难启动、具有较低旋转速度和较低效率以外，还较为笨重并且由此较为沉重。
作为参照，这些非同步电机可能具有下述特点：
60％的能量效率；
小于或等于0.5；
总重量：至少1200kg；
旋转质量：至少500kg；
尺寸：0.8-1m，外加终端块；
供电功率：200kW。
一般来说，根据本发明的电机或发电机可与封闭封围体组合使用，电机或发电机位于所述封围体外侧或内侧，电机或发电机位于真空或超过2bar的压力下或者位于0℃以下或60℃以上的温度下。
图7提供了根据本发明的绕组的第二实施例的分支的透视图，该绕组适用于径向磁通量式电磁电机或电磁发电机。图7展示了这样的绕组的单一分支19，所述分支包括一系列槽，每个槽包括顶段15、基底14，顶段15和基底14的两个相应端部被侧向段16连接。
在三相电源的情况下，有必要构想同一类型的三个分支。这样的分支还可接收来自槽的顶段的两侧的一个或多个侧向段、特别如图2a所示的侧向段。根据图2提出的用于绕组的相同考虑也可用于这个实施例。
径向磁通量式电磁电机或电磁发电机例如为大致类似于上文描述的轴向磁通量式电磁电机或电磁发电机。转子上的永磁体为厚圆弧的形式。这些永磁体被称为具有径向磁通量是因为磁场朝向圆弧的中心汇聚。所述绕组可具有圆柱形形状。
分支10由勾勒出槽的带状物形成。槽在图7中以阴影示出。槽的基底14勾勒出形成圆柱的基底的圆形61，并且槽的顶段15勾勒出形成圆柱的顶段的圆形62。
槽的侧向段16彼此平行并且位于圆柱的侧面上。侧向段16可有利地形成绕组的磁性活跃部分，同时在定子的对应齿部上交错。
图8展示了这样的径向磁通量式电磁电机或电磁发电机的转子的原理。箭头80展示了由永磁体71生成的磁场的方向。
当然，本发明不限定于上述示例，并且许多发展从这些示例可被得到而没有超出本发明的范围。具体而言，前述说明的所有特点、形状、替代例和实施例只要它们没有不兼容或没有互相排除就可以各种组合方式彼此组合。还能够提供一个或多个转子和一个或多个定子的任意组合。例如，还能够提供两个永磁体转子，每个永磁体转子为圆环形式并且框有定子，所述定子也为圆环形式并且设置有根据本发明的绕组。

Claims (17)

1.一种制造绕组(1)的方法，所述绕组用于永磁电磁电机或永磁电磁发电机的定子元件，所述绕组包括交织的至少两个导电分支(10，10'，10")，每个所述分支对应于电流的一个相位，由此所述至少两个分支(10，10'，10")为刚性的并且由至少一种材料的同一坯料通过材料去除(10，10'，10")制成，所述材料去除形成用于每个分支(10，10'，10")的槽，所有的所述槽形成所述分支(10，10'，10")的主体，每个槽包括顶段(15，15a，15b，15'，15")和将所述槽连接至所述分支(10，10'，10")的相邻槽的基底(14，14'，14")，所述顶段(15，15a，15b，15'，15")在它的每端上被至少一个侧向段(16，16a，16b，16'，16")框定，每个侧向段(16，16a，16b，16'，16")将所述顶段(15，15a，15b，15'，15")的端部连接至所述基底(14，14'，14")的端部，其特征在于：所述材料去除被实施为使得第一分支(10)的所述槽的所述顶段(15，15a)与第二分支(10'，10")的所述槽的所述顶段(15'，15")相比，以一个分支(10)的所述槽相对于另一分支(10'，10")的所述槽具有径向角度偏移地在所述绕组(1)上位于更高的水平上，所述第一分支(10)的所述槽的所述基底(14)比所述第二分支(10'，10")的所述槽的所述基底(14'，14")在所述绕组(1)上位于更低的水平上。
2.一种根据前述权利要求所述的制造绕组的方法，该方法通过数字控制的机加工或电腐蚀实现。
3.一种绕组(1)，其包括交织的至少两个导电分支(10，10'，10")，每个所述分支对应于电流的一个相位，每个所述分支(10，10'，10")为刚性的并且为单一构件，所述绕组根据前两项权利要求的任一项所述的方法获得，每个所述分支(10，10'，10")由槽形成，每个槽包括顶段(15，15a，15b，15'，15")和将所述槽连接至所述分支(10，10'，10")的相邻槽的基底(14，14'，14")，所述顶段(15，15a，15b，15'，15")在它的每端上被至少一个侧向段(16，16a，16b，16'，16")框定，每个侧向段(16，16a，16b，16'，16")将所述顶段(15，15a，15b，15'，15")的端部连接至所述基底(14，14'，14")的端部，其特征在于：第一分支(10)的所述槽的所述顶段(15，15a)与第二分支(10'，10")的所述槽的所述顶段(15'，15")相比，以一个分支(10)的所述槽相对于另一分支(10'，10")的所述槽具有径向角度偏移地在所述绕组(1)上位于更高的水平上，所述第一分支(10)的所述槽的所述基底(14)比所述第二分支(10'，10")的所述槽的所述基底(14'，14")在所述绕组(1)上位于更低的水平上，所有的所述槽形成所述分支(10，10'，10")的主体。
4.根据权利要求3所述的绕组(1)，其特征在于：所述绕组包括n个单一构件式的刚性分支(10，10'，10")，x大于1并且小于n，第x个分支(10，10'，10")的顶段(15，15a，15b，15'，15")比第x+1个分支(10，10'，10")的顶段(15，15a，15b，15'，15")位于更高的水平上并且比第x-1个分支(10，10'，10")的顶段(15，15a，15b，15'，15")位于更低的水平上，所述第x个分支(10，10'，10")的基底(14，14'，14")比第x-1个分支(10，10'，10")的基底(14，14'，14")位于更低的水平上并且比第x+1个分支(10，10'，10")的基底(14，14'，14")位于更高的水平上。
5.根据权利要求3或4所述的绕组(1)，其特征在于：至少一个第二分支(10'，10")的每个顶段(15'，15")或第一分支(10)的每个基底(14)具有槽口(18，19)，分别用于所述第一分支(10)的槽的侧向段(16，16a，16b，16c)、或所述至少一个第二分支(10'，10")的槽的侧向段(16'，16")的通过。
6.根据权利要求3或4所述的绕组(1)，其特征在于：所述分支(10，10'，10")的所述槽的所述侧向段(16，16a，16b，16'，16")在所述绕组(1)的高度方向上朝向所述槽的关联基底(14，14'，14")倾斜。
7.根据权利要求3或4所述的绕组(1)，其特征在于：所述分支(10，10'，10")的所述槽的所述侧向段(16，16a，16b，16'，16")与所述槽的关联顶段(15，15a，15b，15'，15")定位在同一平面内，水平差段(20)设置在所述基底(14，14'，14")的每个端上用于基底与关联侧向段(16，16a，16b，16'，16")的相反端的连接。
8.根据权利要求3或4所述的绕组(1)，其特征在于：至少对于一个槽，至少一个辅助侧向段(16a，16b，16c)被设置，所述至少一个辅助侧向段(16a，16b，16c)与作为所述分支(10，10'，10")的所述主体的部分的侧向段(16，16'，16")连接至顶段(15，15a)的同一端。
9.根据权利要求8所述的绕组(1)，其特征在于：所述至少一个辅助侧向段(16a，16b，16c)为刚性的并且与支撑所述至少一个辅助侧向段的所述分支(10，10'，10")的主体形成单一构件。
10.根据权利要求8所述的绕组(1)，其特征在于：所述至少一个辅助侧向段(16a，16b，16c)与它的关联顶段(15，15a)通过固定装置连接。
11.根据权利要求3或4所述的绕组(1)，其特征在于：与同一端关联的所述侧向段(16，16a，16b，16c)具有下述特征的一个或多个：不同截面、不同定向或不同材料。
12.根据权利要求3或4所述的绕组(1)，其特征在于：所述绕组由三个导电分支(10，10'，10")形成，每个分支对应于三相电流的一个相位。
13.一种永磁电磁电机或永磁电磁发电机(50)，其包括至少一个转子(52)和至少一个定子(40)，其特征在于：永磁电磁电机或永磁电磁发电机(50)包括至少一个根据权利要求3至11任一项所述的绕组(1)。
14.根据前一项权利要求所述的永磁电磁电机或永磁电磁发电机(50)，其为轴向磁通量式电磁电机或轴向磁通量式电磁发电机(50)，所述至少一个绕组(1)具有圆柱形状，或者所述的永磁电磁电机或永磁电磁发电机为径向磁通量式电磁电机或径向磁通量式电磁发电机，所述至少一个绕组(1)为王冠形。
15.根据权利要求13或14所述的电机(50)，其特征在于：所述电机的一个或多个定子(40)包括设置有多个齿部(31)的扁平的环状物(30)，所述齿部位于所述环状物(30)的面向关联转子(52)的平面内，至少一个绕组(1)在那些齿部(31)内交错。
16.根据权利要求13或14所述的电机(50)，其特征在于：所述至少一个绕组(1)在绝缘粘合剂中模制并且容置在一个或多个定子(40)内，并且一个或多个转子(52)具有永磁体并且由玻璃纤维制成的。
17.一种根据权利要求13至16任一项所述的电机或发电机的使用，其特征在于：电机或发电机与封闭的封围体组合使用，所述电机或发电机位于所述封围体的内侧或外侧，所述电机或发电机位于真空或超过2bar的压力下或位于低于0℃或高于60℃的温度下。
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