CN105515230A - 发电机的定子 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种发电机的定子。该发电机的定子包括多个定子单元,定子单元包括铁心模块和设置在铁心模块上的绕组,铁心模块包括定子铁心,定子铁心具有轭部和固定设置在轭部上的至少一个齿部,各齿部上一一对应地设有一个绕组,轭部沿定子的轴向设有凹槽,凹槽内设有固定键,固定键上设置有安装孔。该定子的轭部底部的固定键可实现与支架的固定连接,使得制造加工更为简单,有效降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及发电机技术,尤其涉及一种发电机的定子。
背景技术
随着风力发电机的单机容量逐渐增大,直驱永磁风力发电机直径越来越大,不仅对加工设备的要求也越来越高,相应地运输成本增加,而且无法实现陆上运输。与此同时,现有技术中的发电机定子还存在一些问题。
如图1所示,现有技术中的分布式发电机的定子1’是一个整体圆环结构,它是在支架2’上叠片、嵌线和浸漆而形成的。对于大型直驱风力发电机来说,定子1’直径一般都在4米以上,常规的整体定子1’需要特制的较大浸漆设备进行整体浸漆,不仅制作安装比较繁琐,且若某个线圈损坏,需要更换整个定子1’,经济损失较大。
如图2所示,现有技术中的分布式发电机的定子1’主要由叠片铁心11’、叠绕组12’、燕尾固定键13’、拉紧螺杆14’和径向通风槽钢15’组成。其中,叠片铁心11’是由扇形硅钢片沿轴向交错叠片而成,每层硅钢片之间在周向上交错某个角度。叠片铁心11’是一个整体圆环结构,不能单独拆装某一组硅钢片。
除此之外,各叠绕组12’之采取是相互交错、环环相扣的结构,每个铁心槽内均有上下两个叠绕组12’。安装时必须先安装下层的叠绕组,再安装上层的叠绕组;拆除时,也必须先拆除上层的叠绕组,才能拆除下层的叠绕组12’,导致现有技术中的分布式发电机的定子1’安装和拆卸较为繁琐,不易操作。
叠片铁心11’在径向上用燕尾固定键13’固定,结构较为常用,但燕尾固定键13’加工精度要求和成本较高。
拉紧螺杆14’通常用来将叠片铁心11’轴向压紧。但拉紧螺杆14’需要做绝缘处理,一方面增加了结构复杂程度,另一方面工艺上也有难度,实施效果常常达不到绝缘要求。
通风槽钢15’一般用来形成径向通风道,使冷却风从通风道流过冷却叠绕组12’。此种设计结构不仅增加了定子1’的结构复杂度,另外还增加了发电机轴向长度,也相应地增加了磁钢和铜的用量。
综上所述,现有技术中的分布式发电机的定子1’存在诸多弊端,亟需改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电机的定子,以解决现有技术中的发电机的定子加工困难的问题。
根据本发明的一方面,提供一种发电机的定子,包括多个定子单元,定子单元包括铁心模块和设置在铁心模块上的绕组,铁心模块包括定子铁心,定子铁心具有轭部和固定设置在轭部上的至少一个齿部,各齿部上一一对应地设有一个绕组,轭部沿定子的轴向设有凹槽,凹槽内设有固定键,固定键上设置有安装孔。
进一步地,铁心模块还包括齿压板,齿压板固定设置在定子铁心的轴向上的两端。
进一步地,凹槽为T型凹槽,固定键为与T型凹槽相配合的T型固定键。
进一步地,固定键焊接在凹槽处。
进一步地,相邻定子铁心的齿部沿定子的轴向平行设置。
进一步地,绕组为环形,定子铁心的齿部穿过绕组的空心部分。
进一步地,相邻的两个绕组非交叠式设置。
进一步地,定子铁心的轭部上设有至少一个沿轭部的轴向贯穿轭部的第一通风孔。
进一步地,定子铁心的齿部上设有至少一个沿齿部的轴向贯穿齿部的第二通风孔。
进一步地,定子铁心的轭部上沿圆周方向的一侧设有凹部,相对一侧设有凸部,相邻两个定子铁心的凹部和凸部相配合。
进一步地,定子还包括定子支架,多个定子单元沿定子支架的周向依次设置在定子支架上,各定子单元的定子铁心的与定子支架相配合的表面上设置有沿径向凸出的半圆键,半圆键沿轴向延伸。
根据本发明实施例提供的发电机的定子,该定子的轭部底部的固定键可实现与定子支架的定位,固定键上的安装孔可以实现与定子支架的固定连接,使得制造加工更为简单,有效降低成本。
附图说明
图1示出现有技术中的定子与支架整体结构示意图;
图2示出现有技术中的定子结构示意图;
图3示出本发明实施例的定子的结构示意图;
图4示出本发明实施例的部分定子单元模块的立体结构示意图;
图5示出本发明实施例的部分定子单元模块的轴向截面示意图;
图6示出本发明实施例的定子单元模块与支架第一种连接方式的示意图;
图7示出本发明实施例的定子单元模块与支架第二种连接方式的示意图;
图8示出本发明实施例的相邻两个定子单元模块的第一种结构示意图;
图9示出本发明实施例的相邻两个定子单元模块的第二种结构示意图。
附图标记说明:
1’、定子;2’、支架;11’、铁心;12’、叠绕组;13’、燕尾固定键;14’、拉紧螺杆;15’、通风槽钢;1、定子单元;2、定子支架;21、螺栓孔;10、绕组;111、定子铁心;111a、轭部;111b、齿部;113、固定键;113a、安装孔;110、半圆键;115、焊缝;11、铁心模块;114、齿压板;112、凹槽;116、第一通风孔;117、第二通风孔;119、凸部;3、垫圈;4、螺栓;51、平行间隙。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的示例性实施例。
如图3至图5所示,根据本发明的实施例,发电机的定子包括多个定子单元1,定子单元1包括铁心模块11和设置在铁心模块11上的绕组10,铁心模块11包括定子铁心111,定子铁心111具有轭部111a和固定设置在轭部111a上的至少一个齿部111b,各齿部111b上一一对应地设有一个绕组10,轭部111a沿定子的轴向设有凹槽112,凹槽112内设有固定键113,固定键113上设置有安装孔113a。
将定子分为多个独立的定子单元1,对每个定子单元1进行独立加工,再组装,一方面每个定子单元1的尺寸小,便于加工,可以降低加工成本,另一方面,也便于运输,可以降低运输成本。每个定子单元1均包括铁心模块11和绕组10。其中,铁心模块11主要起支撑和连接作用,铁心模块11包括定子铁心111,定子铁心111具有连接用的轭部111a和安装绕组12用的齿部111b。为了便于将定子单元1组装,在轭部111a上设置凹槽112,在凹槽112中设置有固定键113,在固定键113上开设安装孔113a以便能够通过紧固件进行连接,提高组装效率。
具体地,在本实施例中,定子还包括定子支架2,多个定子单元1沿定子支架2的周向依次设置在定子支架2上。
安装时,由于轭部111a上的固定键113上设置有安装孔113a,因此,可通过紧固件穿过定子支架2和定子单元1的固定键113上的安装孔113a的方式将定子单元1固定安装在定子支架2上,既保证安装可靠,又提高安装便捷度。
各定子单元1的定子铁心111的与定子支架2相配合的表面上设置有沿径向凸出的半圆键110,半圆键110沿轴向延伸。
该发电机的定子为直驱式风力发电机的定子,其具有模块化的定子单元1。定子单元1的铁心模块11除包括定子铁心111和固定键113外,还包括齿压板114和焊缝115等。
其中,定子铁心111通过扇形硅钢片沿轴向叠压而成,自然形成独立的扇形铁心片段,此种生产方式无需对整个定子铁心进行繁琐的交错叠片,操作更简便,工艺更简单。
叠压成的定子铁心111的轭部111a上具有凹槽112,该凹槽112用于容纳固定键113,沿轭部111a的长度方向,凹槽112可以设置多个,相应地,每个凹槽112内均设置有一个固定键113。该固定键113可实现定子单元1与定子支架2的固定连接,使得制造加工更为简单,有效降低成本。
齿压板114设置在定子铁心111的轴向上的两端的端面上。齿压板114在此的作用主要是压紧定子铁心111,防止叠片后的定子铁心111的齿部111b向外张开。
相应地,齿压板114上也设置有凹槽,该凹槽与定子铁心111上的凹槽112对应,固定键113安装时,将固定键113***定子铁心111和其两端面的齿压板114形成的凹槽中(凹槽的槽底与定子铁心111的齿根圆之间留有间隙),并通过工装夹具等辅助设备在将定子铁心111轴向压紧后在凹槽处对固定键113进行焊接并形成焊缝115(凹槽及固定键113的尺寸以及焊缝115的设计需满足强度校核计算的要求)。如此,沿轴向设置的焊缝115使得定子铁心111、齿压板114与固定键113之间形成了一个整体,并确保定子铁心111轴向预紧。这样一来取代了现有技术下的拉紧螺杆14’对铁心的轴向预紧方式,因此无需再对拉紧螺杆14’进行绝缘处理(每个拉紧螺杆14’均需套上绝缘套,实施效果常常达不到绝缘要求),且省略了隔离条(现有技术中的发电机的定子1’轴向中空设置,中空部分需要隔离条填充),简化了工艺;二来,与现有技术下的燕尾固定键13’的固定方式相比,燕尾固定键13’加工精度较高,而具有方形结构的固定键113,制作加工更为简单,可有效降低成本。
如图7所示,优选地,凹槽112为T型凹槽,固定键113为与T型凹槽相配合的T型固定键。装配时,T型固定键可沿定子单元1的轴向***T型凹槽内,如此,除了焊缝115固定凹槽112和固定键113之外,还增加了T型台阶的约束连接,二者共同承担定子单元1所受的载荷,可分担焊缝115处所受应力,优化结构性能。
如图6和图7所示,需要将定子单元1与定子支架2进行安装时,可从定子支架2的内侧安装垫圈3和螺栓4(定子支架2上设有与固定键113的安装孔113a相对应的螺栓孔21),使螺栓4通过螺栓孔21拧入固定键113上的安装孔113a内,安装孔113a可为螺纹孔,则预紧螺栓4即可将定子单元1固定在定子支架2上。由于现场采用垫圈3和螺栓4即可实现安装,所需工件少,且降低工艺难度,提高工作效率。
结合参见图4,优选地,定子单元1的与发电机的定子支架2相配合的表面上设置有沿径向凸起的半圆键110,该半圆键110沿轴向延伸,其用于定子单元1的在定子支架2上的周向定位。
如图8所示,安装多个定子单元1时,相邻两个定子单元1可平行设置,平行设置的结构方式较为简单,即两个相邻定子单元1之间具有平行间隙51,这样使得相邻两个定子单元1之间在径向和轴向上均无干涉,使得定子单元1之间相互独立,安装定子单元1时既可径向水平安装,也可轴向竖直安装。这样对于吊装和吊具的工艺要求不高,可提高安装的灵活性,从而提高效率。
为了提高多个定子单元1安装到定子支架2之后形成的定子的整体性能,相邻两个定子单元1还可采用凹凸配合的设计。具体地,定子单元1的轭部111a上沿圆周方向的一侧设有凹部,其相对一侧设有凸部119,并使相邻定子单元1的凹部和凸部119相配合设置。如此,由于凹凸结构设计使相邻定子单元1之间具有径向约束,从而提高了定子铁心111的整体结构性能。
为了实现整个发电机的定子的模块化设计,与定子铁心111相对应的绕组10相对应地具有模块化结构。具体地,各定子单元1的齿部111b上一一对应地设有绕组10。多个绕组10即组成发电机的定子的绕组。其中,绕组10为环形并类似于环状跑道结构,绕组10一一对应地套设在定子单元1的齿部111b上,即定子单元1的齿部111b穿过绕组10的空心部分。
优选地,相邻定子单元1的齿部111b沿定子的轴向平行设置,这样便于套装绕组10。为确保绕组10可单独拆装,相邻的两个绕组10采取非交叠式设置,即相互独立,没有交叠,这样便于实现定子绕组的模块化安装与拆卸。
具有模块化结构的定子铁心111和绕组10,方便各定子单元1浸漆后再拼装到一起,降低了对于浸漆设备的要求(通常大直径发电机的定子需要大容量的浸漆设备才能浸漆),另一方面,模块化的定子在安装与拆卸时更加方便,易于操作,同时降低了定子的运输难度(大直径发电机的定子通常采取整体运输的方案,实施起来难度较大)。
为满足本实施例的发电机定子的通风散热需求,定子单元1的轭部111a上设有至少一个沿轭部111a的轴向贯穿轭部的第一通风孔116。第一通风孔116使发电机定子具有轴向通风的风道。
除第一通风孔116外,定子单元1的齿部111b上(定子单元1的齿部111b具有一定的宽度)设有至少一个沿齿部111b的轴向贯穿齿部111b的第二通风孔117。
在此,第一通风孔116和/或第二通风孔117的形状可根据实际需求设计,本实施例在此不做限定。
实施例中的通风结构,代替了现有技术中的通风槽钢15’的方案。因为轴向通风与通风槽钢15’的径向通风方式相比,定子的轴向长度缩短,以减少温度差异(定子在轴向上会产生温度不均的现象),从而减少了磁钢和铜的用量,降低了材料成本,同时简化了定子的结构。
本发明的实施例提供的发电机的定子具有结构简单、制造安装效率高、可降低维护成本等优势,能克服目前具有大直径的直驱永磁风力发电机定子出现的诸多弊端。
本发明提供的发电机的定子具有如下技术效果:
其一、模块化的定子与整体结构的定子相比,不仅制作简单(各定子单元模块可以通过一种扇形硅钢片沿轴向叠压而成,自然形成独立的定子单元模块,而无需对整个定子铁心进行繁琐的交错叠片),而且因各定子单元模块通过设置在其轭部底部的固定键可实现与支架的固定连接,使得工艺简单,安装和拆卸更加方便。
其二、模块化的定子结构可以将各定子单元模块进行浸漆后再拼装在一起,对于浸漆设备的要求大大降低。
其三、具有模块化结构的定子可提高工艺工装设备的通用性和电机生产效率,减少运输成本,降低故障发电机的返修费用(某个线圈损坏时,只需要拆除更换一个定子单元模块即可,无需更换整个定子)。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种发电机的定子,其特征在于,包括多个定子单元(1),所述定子单元(1)包括铁心模块(11)和设置在所述铁心模块(11)上的绕组(10),所述铁心模块(11)包括定子铁心(111),所述定子铁心(111)具有轭部(111a)和固定设置在所述轭部(111a)上的至少一个齿部(111b),各所述齿部(111b)上一一对应地设有一个所述绕组(10),所述轭部(111a)沿所述定子的轴向设有凹槽(112),所述凹槽(112)内设有固定键(113),所述固定键(113)上设置有安装孔(113a)。
2.根据权利要求1所述的发电机的定子,其特征在于,所述铁心模块(11)还包括齿压板(114),所述齿压板(114)固定设置在所述定子铁心(111)的轴向上的两端。
3.根据权利要求2所述的发电机的定子,其特征在于,所述凹槽(112)为T型凹槽,所述固定键(113)为与所述T型凹槽相配合的T型固定键。
4.根据权利要求1或3所述的发电机的定子,其特征在于,所述固定键(113)焊接在所述凹槽(112)处。
5.根据权利要求1或2所述的发电机的定子,其特征在于,相邻所述定子铁心(111)的所述齿部(111b)沿所述定子的轴向平行设置。
6.根据权利要求5所述的发电机的定子,其特征在于,所述绕组(10)为环形,所述定子铁心(111)的所述齿部(111b)穿过所述绕组(10)的空心部分。
7.根据权利要求6所述的发电机的定子,其特征在于,相邻的两个所述绕组(10)非交叠式设置。
8.根据权利要求1或2所述的发电机的定子,其特征在于,所述定子铁心(111)的所述轭部(111a)上设有至少一个沿所述轭部(111a)的轴向贯穿所述轭部(111a)的第一通风孔(116)。
9.根据权利要求1或2所述的发电机的定子,其特征在于,所述定子铁心(111)的所述齿部(111b)上设有至少一个沿所述齿部(111b)的轴向贯穿所述齿部(111b)的第二通风孔(117)。
10.根据权利要求1或2所述的发电机的定子,其特征在于,所述定子铁心(111)的所述轭部(111a)上沿圆周方向的一侧设有凹部(118),相对一侧设有凸部(119),相邻两个所述定子铁心(111)的所述凹部(118)和所述凸部(119)相配合。
11.根据权利要求1或2所述的发电机的定子,其特征在于,所述定子还包括定子支架(2),所述多个定子单元(1)沿所述定子支架(2)的周向依次设置在所述定子支架(2)上,各所述定子单元(1)的所述定子铁心(111)的与所述定子支架(2)相配合的表面上设置有沿径向凸出的半圆键(110),所述半圆键(110)沿轴向延伸。
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