CN104995819A - 具有分段的定子和双层绕组的电机 - Google Patents

Abstract

电机的转子(2)能相对于电机的定子(1)在运动方向(x)上运动。在所述运动方向(x)看，定子(1)划分为定子段(10)，其分别具有中间区域(11)以及两个过渡区域(12，13)。在转子(2)的运动方向(x)上看，中间区域(11)布置在过渡区域(12，13)之间。定子段(10)的定子磁轭(14)在背离转子(2)的一侧处分别经由中间区域(11)和第一过渡区域(12)延伸。从定子磁轭(14)出发，中间的槽接片(16)在中间区域(11)内并且第一过渡接片(17)在第一过渡区域(12)内延伸向转子(2)。第一过渡接片(17)在中间的槽接片(16)的下方终止。定子段(10)在其背离转子(2)的一侧处在第二过渡区域(13)内分别具有横接片(18)，从横接片出发第二过渡接片(19)延伸向转子(2)。第二过渡接片(19)在与中间的槽接片(16)相同的高度上终止。在朝向转子(2)的方向上看，定子磁轭(14)的下边缘(15)具有到转子(2)的磁轭距(a1)。在朝向转子(2)的方向上看，第一过渡接片(17)与转子(2)的距离(a3)至少与横接片(18)的下边缘(20)的距离(a5)一样大。在转子(2)的运动方向(x)上看，彼此邻接的定子段(10)的过渡区域(12，13)彼此重叠并且从定子(1)向转子(2)看是叠放布置的。

Description

具有分段的定子和双层绕组的电机

技术领域

本发明涉及一种电机，

-其中，电机具有定子和转子，

-其中，转子能相对于电机的定子在运动方向上运动，

-其中，在转子的运动方向上看，定子划分为彼此邻接的定子段，

-其中，定子段分别具有中间区域、第一过渡区域和第二过渡区域，

-其中，在转子的运动方向上看，中间区域布置在相应的定子段的第一过渡区域和第二过渡区域之间，

-其中，定子段在其背离转子的一侧处分别具有定子磁轭，其经由相应的中间区域和相应的第一过渡区域延伸，

-其中，从定子磁轭出发，在相应的中间区域中的中间的槽接片和在相应的第一过渡区域中的第一过渡接片延伸向转子，

-其中，定子段在其背离转子的一侧处在相应的第二过渡区域内分别具有横接片，

-其中，从相应的第二过渡区域内的相应的横接片出发，相应的第二过渡接片延伸向转子，

-其中，在朝向转子的方向上看，第二过渡接片在与中间的槽接片相同的高度上终止，

-其中，在朝向转子的方向上看，定子磁轭的下边缘具有到转子的磁轭距。

背景技术

电机具有定子，该定子自身具有定子磁轭，接片从定子磁轭出发在朝向转子的方向上延伸。直接邻接的接片在这些接片之间分别形成定子槽。在定子槽内布置了电机的定子绕组***。

在最简单的情况中，在每个定子槽内布置定子绕组***的唯一的绕组的绕组半部。相应的绕组的另一个半部在另一个定子槽中延伸，其中，在该槽内没有布置定子绕组***的另一个绕组的绕组半部。在现有技术中，这种定子绕组***通常称为单层绕组。

替代地也可行的是，在每个定子槽内布置了定子绕组***的两个绕组的绕组半部。绕组的另一个绕组半部和另一个绕组的另一个绕组半部布置在另外两个定子槽内，其中，首先提到的定子槽布置在这两个另外的定子槽之间。在现有技术中，这种定子绕组***通常称为双层绕组。与单层绕组相比，双层绕组具有电磁学上的优点且因此在通常情况下更受欢迎。

只要(在转子的运动方向上看)定子是整体的部件，则毫无疑问可行的是，用双层绕组来缠绕定子。然而在更大型的电机的情况中，当定子由多个段(定子段)构成时，不但呈现出制造技术上的也呈现出运输技术上的及储存技术上的优点。在定子的这种设计方案中不能毫无问题地实现双层绕组。

在现有技术中公知的是，定子段设有单层绕组，例如由EP 2 166 644A1中公知的单层绕组。虽然这种方案能够易于实现，但是要容忍与单层绕组相关联的电磁学上的缺陷。

开头所述类型的电机例如由US 7 772 738 B2公知。在US 7 772 738 B2的电机中，横接片是定子磁轭的延续。中间的槽接片、第一过渡接片和第二过渡接片是相同地构造的。定子段彼此端到端地邻接。

虽然由US 7 772 738 B2公知了，在由定子段的接片构成的槽内布置了双层绕组、即定子段设有双层绕组。但是文献US 7 772 738 B2的双层绕组是不完整的。特别是，虽然在各两个中间的槽接片之间布置了第一绕组的两个绕组半部中的一个绕组半部和第二绕组的两个绕组半部中的一个绕组半部。相反在过渡区域中，分别仅布置了第一绕组的第二绕组半部或者第二绕组的第二绕组半部。因此，在过渡区域中双层绕组是不完整的。在US 7 772 738 B2中试图，如下地弥补所产生的不利的电磁作用，即定子磁轭和横接片在邻接到相邻的定子段处的区域内具有比其间更大的强度。然而补偿仅是不完整的。

理论上能够设想，事后使US 7 772 738 B2的不完整的双层绕组完整化。在这种情况下虽然可能会消除电磁缺陷。然而，保证事后制造的绕组质量处于高水平是困难到几乎是不可能的。更确切地说必须考虑到，电机的运行安全性(可靠性)明显地降低。

发明内容

本发明的目的在于，实现一种电机，其能够设有质量上高价值的双层绕组，尽管在转子的运动方向上看定子划分为彼此邻接的定子段。

该目的通过一种具有权利要求1的特征的电机实现。根据本发明的电机的有利的设计方案是从属权利要求2至10的内容。

根据本发明，由此来修改开头所述类型的电机，

-在朝向转子的方向上看，第一过渡接片在中间的槽接片的下方终止，

-在朝向转子的方向上看，第一过渡接片与转子的距离至少与横接片背离转子的下边缘的距离一样大，

-在转子的运动方向上看，彼此直接邻接的定子段的第一过渡区域和第二过渡区域彼此重叠并且从定子向转子看是叠放布置的。

通过电机-特别是定子段-的这种设计方案能够事先、即在定子段组装成定子之前，使定子段完整地设有双层绕组。

双层绕组能够在工厂方面就装入到定子段中。而不必事后将绕组装入到过渡区域中，该装入必须在组装完定子段之后才在电机的工作地点处进行。

对于定子段的安装来说各种设计方案都是可行的。例如可行的是，在转子的运动方向上看定子段是一件式构造的。替代地可行的是，

-在转子的运动方向上看，定子段分别具有第一定子段部分和第二定子段部分，

-相应的第一定子段部分包括相应的定子段的中间区域和第一过渡区域，

-相应的第二定子段部分包括相应的定子段的第二过渡区域并且

-相应的第一定子段部分和相应的第二定子段部分相互连接。

在最后提到的情况下，相应的第一定子段部分和相应的第二定子段部分例如能够借助槽簧片连接相互连接的。作为替代地，例如螺栓连接是可行的。

特别地，能够如下地实现双层绕组，

-在各两个中间的槽接片之间布置了第一绕组的两个绕组半部中的一个和第二绕组的两个绕组半部中的一个，

-第一绕组的另一个绕组半部布置在两个中间的槽接片之间、在邻接到相应的定子段的第一过渡区域处的中间的槽接片和邻接到相应的定子段的中间区域处的第一过渡接片之间、或者在相应的定子段的两个第一过渡接片之间，

-第二绕组的另一个绕组半部布置在两个中间的槽接片之间、在邻接到相应的定子段的第二过渡区域处的中间的槽接片和邻接到相应的定子段的中间区域处的第二过渡接片之间、或者在相应的定子段的两个第二过渡接片之间，

-在各两个第一过渡接片之间只布置了第一绕组的另一个绕组半部，但没有布置第二绕组的绕组半部，并且

-在各两个第二过渡接片之间只布置了第二绕组的另一个绕组半部，但没有布置第一绕组的绕组半部。

优选地，第一绕组是彼此相同地构造的。此外优选地，第二绕组是彼此相同地构造的。特别有利的是以下设计方案，其中所有绕组都相同地构造。

可行的是，定子段是线性电机的组成部分。然而通常(旋转电机)，定子段圆形地围绕旋转轴线弯曲，其中转子的运动方向相对于旋转轴线切向地走向并且从定子到转子的方向相对于旋转轴线径向地走向。

原则上，电机能够用作任何目的。优选地，将其用作风力发电设备的发电机。

附图说明

结合下面联系附图详细阐述的对实施例的说明，本发明的上述属性、特征和优点及实现这些的方式和方法会更清楚易懂。在此以示意图示出：

图1是电机的纵向剖面图，

图2是图1的电机沿图1的线II-II的剖面，

图3是定子段的透视图，

图4是图3的定子段的侧视图，

图5是两个彼此邻接的定子段的一部分，

图6是具有一相绕组的定子段从侧面的展开示图，

图7是具有绕组的定子段的中间区域的和第一过渡区域的一部分，

图8是具有绕组的定子段的透视图，

图9是具有绕组的定子段的侧视图，

图10是定子段的中间区域和第二过渡区域的一部分，和

图11是两个彼此邻接的定子段的一部分。

具体实施方式

根据图1和2，电机具有定子1和转子2。定子1固定在定子载体3上。转子2固定在转子载体4上。转子载体4连同转子2相对于定子1在运动方向x上是能运动的。根据图1和2，转子2放置在轴承5中并且因此是能围绕旋转轴线6旋转的。也就是说，电机构造为旋转电机。由此，转子2的运动方向x相对于旋转轴线6切向地走向。从定子1向转子2的方向y相对于旋转轴线6径向地走向。此外，下面对于旋转轴线6的延长方向，只要需要，使用参考标号z。

根据图1和2-相对于旋转轴线6-定子1径向靠内地布置，转子2径向靠外。因此，图1和2的电机构造为外转子式电机。下面结合外转子式电机详细阐述本发明。然而，本发明同样能够应用于内转子式电机。

根据图1和2，轮毂7固定在转子载体4上。轮毂7支承了风力轮9的转轮片8。因此，电机用作风力发电设备的发电机。但是原则上，电机也能够用作其他目的。

根据图2，在转子2的运动方向x上看，定子1划分为彼此邻接的定子段10。由于电机构造成旋转电机，因此定子段10圆形地围绕旋转轴线6弯曲。如果本发明会用于线性电机中，则定子段10是直的。

优选地，定子段10彼此相同地构造。因此，下面-代表了所有定子段10地-结合图3和4详细阐述单个的定子段10的构造。但是，相应的实施方案是对所有定子段10适用的。

根据图3和4，定子段10具有中间区域11、第一过渡区域12和第二过渡区域13。在转子2的运动方向上看，中间区域11布置在第一过渡区域12和第二过渡区域13之间。

定子段10在其远离转子2的一侧处具有定子磁轭14。定子磁轭14经由中间区域11和第一过渡区域12延伸。通常，定子磁轭具有一致的厚度d。因此在朝向转子2的方向上看，定子磁轭14的下边缘15具有到转子2的距离a1，该距离作为位置的函数在转子的运动方向x上看是恒定的。下面将距离a1称为磁轭距。

从定子磁轭14出发，中间的槽接片16在中间区域11中延伸向转子2。此外，第一过渡接片17在第一过渡区域12中延伸向转子2。在朝向转子2的方向上看，中间的槽接片16具有到转子2的距离a2。对于中间的槽接片16来说，距离a2是一致地相同的。在朝向转子2的方向上看，第一过渡接片17具有到转子2的距离a3。对于第一过渡接片17来说，距离a3是一致地相同的。但是其大于中间的槽接片16的距离a2。因此，在转子2的方向上看，第一过渡接片17在中间的槽接片16的下方终止。

此外，定子段10在其远离转子2的一侧处在第二过渡区域13中具有横接片18。从横接片18出发，第二过渡接片19在第二过渡区域13中延伸向转子2。在朝向转子2的方向上看，第二过渡接片19具有到转子2的距离a4。第二过渡接片19的距离a4与中间的槽接片16的距离a2相同。因此，在朝向转子2的方向上看，第二过渡接片19在与中间的槽接片16相同的高度上终止。

横接片18必须仅在很小范围内导通磁通。横接片18也仅在很小范围内机械地负载。因此，横接片18的厚度能够是较小的。

根据图5，在朝向转子2的方向上看，横接片18的背离转子2的下边缘20具有到转子2的距离a5。距离a5最多与第一过渡接片17到转子2的距离a3一样大。换句话说：在朝向转子2的方向上看，第一过渡接片17与转子2的距离a3至少与横接片18的下边缘20与转子2的距离a5一样大(优选地正好一样大)。

此外在转子2的运动方向x上看，第一过渡区域12和第二过渡区域13具有相同的纵向延伸x1、x2。因此在装配好的状态中，即当定子段10彼此邻接时，则根据图5，在转子2的运动方向x上看，彼此直接邻接的定子段10的第一过渡区域12和第二过渡区域13相互重叠。此外根据图5，从定子1向转子2看，彼此直接邻接的定子段10的第一过渡区域12和第二过渡区域13叠放地布置。由图5也能够看出，第一和第二过渡区域12，13的最靠外的过渡接片17，19具有接片宽度b1，b2，其大约是中间的槽接片16的接片宽度b的一半。

图6对于多个相中的单独一个示意性示出了，绕组21在中间的槽接片16、第一过渡接片17和第二过渡接片19之间的布置。根据图6，在各两个中间的槽接片16之间布置两个不同的绕组21的两个绕组半部22。在一个绕组21中，相应的绕组21的另一个绕组半部22或者布置在两个中间的槽接片16之间、在邻接到第一过渡区域12处的中间的槽接片16和邻接到中间区域11处的第一过渡接片17之间、或者在两个第一过渡接片17之间。但是在每一种情况下，相应的绕组21的另一个绕组半部22布置“在左边”。在另一个绕组21中，相应的绕组21的另一个绕组半部22或者布置在两个中间的槽接片16之间、在邻接到第二过渡区域13处的中间的槽接片16和邻接到中间区域11处的第二过渡接片19之间、或者在两个第二过渡接片19之间。但是在每一种情况下，相应的绕组21的另一个绕组半部22布置“在右边”。相反，在各两个第一过渡接片17和各两个第二过渡接片19之间仅布置了唯一的绕组半部22。也就是说，虽然在各两个第一过渡接片17之间布置了一个绕组21的一个绕组半部22，其中，该绕组21的另一个绕组半部22布置在两个中间的槽接片16之间。相反，在各两个第一过渡接片17之间没有布置任何其他的绕组半部。类似地，虽然在两个第二过渡接片19之间布置了一个绕组21的一个绕组半部22，其中，该绕组21的另一个绕组半部22布置在两个中间的槽接片16之间。相反，在各两个第二过渡接片19之间没有布置任何其他的绕组半部22。

对于中间的槽接片16的单个对来说，这两个布置在这两个中间的槽接片16之间的绕组半部22重叠地布置。因此，这两个绕组半部22中的各一个是更靠近定子磁轭14(“下面”)并且更靠近转子2(“上面”)布置的。下面首先观察如下的绕组21，其中绕组半部22在所观察的一对中间的槽接片16中布置在下方。可行的是，该绕组21的另一个绕组半部22同样布置在下方，即在该处下方的绕组半部22或者布置在两个其他的中间的槽接片16之间、或者布置在两个第一过渡接片17之间。在这种情况下优选地，布置在“下方”的绕组21是彼此相同地构造的。

现在观察如下的绕组21，其中绕组半部22在所观察的一对中间的槽接片16中布置在上方。类似可行的是，该绕组21的另一个绕组半部22同样布置在上方，即在该处上方的绕组半部22或者布置在两个其他的中间的槽接片16之间、或者布置在两个第二过渡接片19之间。同样在这种情况下优选地，布置在“上面”的绕组21是彼此相同地构造的。

但优选地，一个绕组21的这两个绕组半部22分别一个在上和一个在下地布置。这在图6中和-对于单个绕组21的-图7中示出。在这种情况下所有绕组21能够是一致地构造的。图8和图9示出了相应的、完整地配有绕组21的定子段10。

由各两个绕组半部22在各两个中间的槽接片16之间并且各一个绕组半部22在各两个第一和第二过渡接片17，19之间的这种布置获得了，中间区域11的、第一过渡区域12的和第二过渡区域13所必需的区域宽度。特别地，第一过渡区域12的第一过渡接片17和第二过渡区域13的第二过渡接片19分别形成m+1个槽，其中m是由一个确定的绕组21跨过的槽的数量。中间的槽接片16必须形成m+1的整数倍个槽。

在上面结合图3至9所阐述的对定子段10的设计方案中，在转子2的运动方向x上看，定子段10构造成一件式的(金属板切割)。但是这不是必要的。下面结合图10和11阐述定子段10的另一个设计方案，其中在转子2的运动方向x上看，定子段10分别具有第一定子段部分23和第二定子段部分24。定子段10分成第一定子段部分23和第二定子段部分24代表了本质上的差异。也就是说，上面结合图3至9所涉及的实施方案，-除了一件式之外-也能够类似地用于根据图10和11的设计方案。

根据图10和11，第二定子段部分24包括第二过渡区域13。第一定子段部分23包括定子段10的其他部分，即中间区域11和第一过渡区域12。第一定子段部分23和相应的第二定子段部分24是-显而易见-彼此相连接的。例如邻接到第二过渡区域13处的中间的槽接片16能够在其朝向转子2的一侧处具有突出部25。在这种情况下，突出部25与相应的空隙26共同作用，该空隙引入到邻接到中间区域11处的第二过渡接片19中。突出部25和空隙26形成了槽簧片连接，第一定子段部分23和第二定子段部分24借助该连接来彼此相连。

与其他电机相比，根据本发明的、其中定子1由定子段10来构造的电机具有明显的优点。特别地，能够以比较简单的方式实现具有完整的双层绕组的电机，而没有不利地影响电机的可靠性和运行安全性。通过绕组21的相同构造能够实现更短的放电，由此又能够使电损耗最小化。此外，绕组21(至少基本上)具有相同的电阻。此外，能够明显地降低所谓的回路电流。

尽管通过优选的实施例在细节上详细说明并阐述了本发明，但本发明并不局限于所公开的实例而且本领域技术人员能够由此推导出其他变体，而不离开本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机

-其中，所述电机具有定子(1)和转子(2)，

-其中，所述转子(2)能够相对于所述定子(1)在运动方向(x)上运动，

-其中，在所述转子(2)的所述运动方向(x)上看，所述定子(1)划分为彼此邻接的定子段(10)，

-其中，所述定子段(10)分别具有中间区域(11)、第一过渡区域(12)和第二过渡区域(13)，

-其中，在所述转子(2)的所述运动方向(x)上看，所述中间区域(11)布置在相应的所述定子段(10)的所述第一过渡区域(12)和所述第二过渡区域(13)之间，

-其中，所述定子段(10)在该定子段的背离所述转子(2)的一侧处分别具有定子磁轭(14)，该定子磁轭经由相应的所述中间区域(11)和相应的所述第一过渡区域(12)延伸，

-其中，从所述定子磁轭(14)出发，中间的槽接片(16)在相应的所述中间区域(11)中并且第一过渡接片(17)在相应的所述第一过渡区域(12)中延伸向所述转子(2)，

-其中，在朝向所述转子(2)的方向上看，所述第一过渡接片(17)在所述中间的槽接片(16)的下方终止，

-其中，所述定子段(10)在该定子段的背离所述转子(2)的一侧处在相应的所述第二过渡区域(13)内分别具有横接片(18)，

-其中，从相应的第二过渡区域(13)内的相应的所述横接片(18)出发，相应的所述第二过渡接片(19)延伸向所述转子(2)，

-其中，在朝向所述转子(2)的方向上看，所述第二过渡接片(19)在与所述中间的槽接片(16)相同的高度上终止，

-其中，在朝向所述转子(2)的方向上看，所述定子磁轭(14)的下边缘(15)具有到所述转子(2)的磁轭距(a1)，

-其中，在朝向所述转子(2)的方向上看，所述第一过渡接片(17)与所述转子(2)的距离(a3)至少与所述横接片(18)的背离所述转子(2)的下边缘(20)的距离(a5)一样大，并且

-其中，在所述转子(2)的所述运动方向(x)上看，彼此直接邻接的所述定子段(10)的所述第一过渡区域(12)和所述第二过渡区域(13)彼此重叠并且从所述定子(1)向所述转子(2)看是叠放布置的。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在所述转子(2)的所述运动方向(x)上看，所述定子段(10)构造成一件式的。

3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，

-在所述转子(2)的所述运动方向(x)上看，所述定子段(10)分别具有第一定子段部分(23)和第二定子段部分(24)，

-相应的所述第一定子段部分(23)包括相应的所述定子段(10)的所述中间区域(11)和所述第一过渡区域(12)，

-相应的所述第二定子段部分(24)包括相应的所述定子段(10)的所述第二过渡区域(13)，

-相应的所述第一定子段部分(23)和相应的所述第二定子段部分(24)相互连接。

4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，相应的所述第一定子段部分(23)和相应的所述第二定子段部分(24)借助槽簧片连接来相互连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，

-在各两个所述中间的槽接片(16)之间布置第一绕组(21)的两个绕组半部(22)中的一个绕组半部和第二绕组(21)的两个绕组半部(22)中的一个绕组半部，

-所述第一绕组(21)的另一个绕组半部(22)布置在两个所述中间的槽接片(16)之间、在邻接到相应的所述定子段(10)的所述第一过渡区域(12)处的所述中间的槽接片(16)和邻接到相应的所述定子段(10)的所述中间区域(11)处的所述第一过渡接片(17)之间、或者在相应的所述定子段(10)的两个所述第一过渡接片(17)之间，

-所述第二绕组(21)的另一个绕组半部(22)布置在两个所述中间的槽接片(16)之间、在邻接到相应的所述定子段(10)的所述第二过渡区域(13)处的所述中间的槽接片和邻接到相应的所述定子段(10)的所述中间区域(11)处的所述第二过渡接片(19)之间、或者在相应的所述定子段(10)的两个所述第二过渡接片(19)之间，

-在各两个所述第一过渡接片(17)之间只布置了第一绕组(21)的所述另一个绕组半部(22)，但没有布置第二绕组(21)的绕组半部(22)，并且

-在各两个所述第二过渡接片(19)之间只布置了第二绕组(21)的所述另一个绕组半部(22)，但没有布置第一绕组(21)的绕组半部(22)。

6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述第一绕组(21)是彼此相同构造的。

7.根据权利要求5或6所述的电机，其特征在于，所述第二绕组(21)是彼此相同构造的。

8.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所有绕组(21)是彼此相同构造的。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述定子段(10)圆形地围绕旋转轴线(6)弯曲，所述转子(2)的所述运动方向(x)相对于旋转轴线(6)切向地走向，并且从所述定子(1)到所述转子(2)的方向相对于所述转动轴(6)径向地走向。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机用作风力发电设备的发电机。