CN107210635B - 制造同步电机的围绕凸极的绕组的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造同步电机(29)的转子(1)的方法，该同步电机适用于超过1000转/分钟的转速并且具有至少一个激励线圈(2)。其中该至少一个激励线圈(2)分别具有至少两个绕组(3)，该绕组由并联的导电连接的矩形的多个子导体(15)构成。为了成本低廉地制造转子并且在高转速和由此引起的高离心力负载的情况中使用而提出，激励线圈(2)以连续缠绕和焊接工艺制造。在该制造工艺的情况中，首先将多个并联的矩形子导体(15)在纵向侧松散地组合成总导体(16)，之后将该总导体(16)缠绕成激励线圈(2)并且最后将总导体(16)的子导体(15)在缠绕之后直接连续地焊接组合成具有抗弯刚性的总导体(16)的实心激励线圈(2)。

Description

制造同步电机的围绕凸极的绕组的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造同步电机的转子的方法，该同步电机适用于超过1000转/分钟的转速并且具有至少一个激励线圈，其中该至少一个激励线圈分别具有至少两个绕组，该绕组由多个并联的导电连接的矩形的子导体构成。
此外，本发明还涉及一种用于同步电机的转子，其能够以这种类型的方法来制造。
此外，本申请涉及一种同步电机，其具有至少一个这类转子。
背景技术
旋转电机例如设计成同步电机，尤其设计成交流同步电机。这类交流同步电机例如能够作为电动机或者发电机运行。电机、尤其是设计成具有超过1000转/分钟的转速的和具有例如超过兆瓦的大功率的高转速驱动装置的电机必须满足电磁和机械方面的特性的要求。
在同步电机的情况中，也被称为旋转件的转子具有永磁铁或者电磁铁。如果永磁体安装在转子上，尤其是安装在其外周上，那么涉及永磁激励的同步电机，其中由于永磁铁的使用导致了受限的机械牢固性。高转速由于此时出现的极强离心力会导致表面永磁铁的脱落或变形。如果在转子中使用电磁铁，那么就涉及他励的同步电机。尤其是在高功率的情况中，电磁铁的导体必须具有对于所出现的离心力负载而言必要的抗弯能力。
由欧洲专利EP 1 287 601 B1公开了一种用于电机的定子或者转子的绕组，该定子或转子具有带槽的铁芯，该绕组至少部分地由L型成型部件构造而成。在此，L型成型部件的一个边相应地形成放置在槽中的槽棒并且另一边形成放置在定子或者转子的正面处的连接导体。
由US专利4.617.725A公开了一种用于制造大型凸极电机的绕组的方法。
由法国专利申请FR 2 299 754 A1公开了一种用于涡轮发电机的转子的超导激励绕组。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制造前文所述类型的转子的方法，其相对于现有技术而言能够成本低廉地制造并且其即使在较高的转速和由此引起的高离心力负载的情况下也能安全地使用。
该目的通过用于制造同步电机的转子的方法实现，该同步电机适用于超过1000转/分钟的转速，转子具有至少一个激励线圈，其中至少一个激励线圈相应地具有至少两个绕组，其由多个并联的导电连接的矩形的子导体构成，其中，激励线圈以连续缠绕和焊接工艺这样地制成，即并联的矩形的多个子导体首先纵向侧地松散地组成总导体，之后该总导体被缠绕成激励线圈，并且总导体的子导体在缠绕之后直接连续地焊接组合成具有抗弯刚性的总导体的实心激励线圈，其中子导体在连续的焊接过程期间由成型装置定位和/或保持在一起。
此外，该目的还通过用于同步电机的转子实现，该同步电机适合用于超过1000转/分钟的转速，转子具有至少一个激励线圈，其能够以所述方法制成，其中该激励线圈具有在纵向侧导电连接的矩形的多个子导体并且其中每个子导体都一体地设计。
此外，该目的还通过一种同步电机实现，其适合用于超过1000转/分钟的转速并且具有至少一个这种类型的转子。
通过将并联的矩形子导体如此地连续缠绕和焊接成抗弯刚性的总导体的工艺，不需要线圈侧的定制的成型部件，否则这类成型部件必须以复杂的定位和焊接工艺组装，这在制造时节省了费用。并联的一体设计的支线以焊接技术连接成为抗弯刚性的总导体确保了抗剪的连接并且通过提升的稳定性使得转子能够应用在高功率和大转速以及由此引起的高离心力负载的情况中。此外，通过矩形子导体组合成为总导体制造了不同的导体几何形状。线圈端部的输入端和输出端可以在不使用附加的连接部件的情况下根据相同的工艺集成在一起。
因为子导体在连续的焊接工艺期间由成型装置定位和/或保持在一起。这确保了，在焊锡还没有冷却之前，子导体精确地定位和焊接保持成希望的形状。通过成型装置因此提高了制造的精度。
优选的是，利用至少一个缠绕轴缠绕松散地组合在一起的子导体。由此特别简单地制造出希望的线圈几何形状。
在一个优选的设计方案中，子导体利用软焊工艺焊接组合。因为在并联的矩形子导体之间的机械负载并不是非常高，所以软焊工艺就足以将其保持成抗弯刚性的总导体。通过这种方式，清洁和打扫工作被降到最少。利用相应的装置因此能够以连续的制造工艺制造出具有所有绕组的完整的极线圈。
优选的是，在至少两个绕组之间装入绝缘体，其具有抗高电压的电绝缘塑料、尤其是芳族聚酰胺并且绝缘体适于使至少两个绕组彼此绝缘。这尤其是有利的，因为通过这种方式能够实现紧凑的、抗高压的和损失少的线圈。
在一个优选的设计方案中，并联的矩形的子导体由标准化半成品，尤其是由铜制成。这种标准化半成品例如可以是直角金属丝。这是有利的，因为如此可以放弃定制的成型部件，这节省了成本。
特别有利的是，在至少一个外部的子导体上成型有由外部的子导体的一部分构成的冷却凸肩。这提高了导体的表面积，这有利地作用于穿流有电流的激励线圈的冷却。较低的温度导致在激励线圈中的较小的损失，因为铜的比电阻随着温度上升。相较于至今为止的解决方案(其中激励线圈交替地以两个不同宽度的铜导体，即冷却绕组和正常绕组缠绕)，技术上的实现方案的成本明显较小，由此节省了成本。
优选的是，冷却凸肩利用挤压工具成型。利用合适的挤压工具使优选局部地以规律的间隔布置的冷却凸肩成型是特别简单的、成本低廉的并能良好地再制造。
在另一个有利的设计方案中，转子的至少一部分极靴和至少一部分叠片组一体制成并且激励线圈直接围绕具有极靴的叠片组缠绕。具有一体制成的极靴的叠片组在此可以由多个在轴向方向上堆叠的叠片构成。激励线圈直接围绕具有集成的极靴的叠片组来缠绕。因此不必将极靴例如利用螺栓来机械地固定在叠片组上。这尤其在高转速时引起改进的稳定性，因为恰恰在高转速时极靴利用螺栓承受高的离心力。
在一个优选的设计方案中，激励线圈的绕组在边角处具有修圆(abgerundete)的半径形状。由此避免了在边角中的缺口负载。
附图说明
接下来根据在附图中示出的实施例对本发明进行详细说明和描述。
图中示出：
图1是根据现有技术的同步电机的转子的三维图，
图2是根据现有技术的激励线圈的三维图，
图3是同步电机的转子的横截面，
图4是具有1x3个子导体的激励线圈的连续缠绕和焊接工艺的三维图，
图5是具有2x2个子导体的激励线圈的连续缠绕和焊接工艺的三维图，
图6是具有1x3个子导体的激励线圈的一部分的三维图，
图7是具有2x2个子导体的激励线圈的一部分的三维图，
图8是具有带有2x2个子导体的同步电机的转子的一部分的横截面，
图9是具有1x3个子导体和冷却凸肩的激励线圈的一部分的三维图，以及
图10是同步电机的横截面。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的同步电机29的转子1的三维图。这种类型的同步电机例如能够作为电动机又或者发电机运行。同步电机29尤其设计成高转速驱动装置，其在超过兆瓦的高功率的情况下具有超过1000转/分钟的转速。由此和通过所形成的、在这类高转速下出现的非常强的离心力，对转子1的电磁和和机械方面的特性有很高的要求。所涉及的例如是具有他励的四极转子1，其中四个激励线圈2以90°错开地布置。激励线圈2具有绕组3，其围绕有利地由铁制成的叠片组4缠绕。每个激励线圈2都在径向方向中由极靴5保持，极靴利用螺栓6固定在叠片组4上。此外，极靴5的任务是让穿流有电流的激励线圈2的磁场线以定义的形状向外发出和分散。绕组支座7附加地使激励线圈2稳定。轴9与转子1的叠片组4抗扭地连接。具有激励线圈2的叠片组4通过通风机8冷却。为了避免在边角中的缺口负荷，激励线圈2的绕组3八角形地缠绕。
图2示出了根据现有技术的激励线圈2的三维图。示例性地示出了激励线圈2的两个绕组3。四角形的激励线圈2由唯一的铜型材12、例如扁铜构成，铜型材由成型材料切出并且接下来在四个边角13处在正面利用边角钎焊(Eckloetung)11焊接成连续的线圈。激励线圈2的各个绕组3通过绝缘体10彼此电绝缘。通过馈线14将电流供给到激励线圈2中。如在图2中示出的激励线圈2的制造工艺是非常耗费时间和成本高昂的。在边角13的区域中出现高的缺口负荷。
图3示出了同步电机29的转子1的横截面。示例性地相互正交地布置的四个激励线圈2在径向方向上分别由相应的极靴5保持，极靴利用螺栓6固定在叠片组4上。轴抗扭地并且优选材料配合地与定子1的叠片组4连接。激励线圈2的各个绕组3优选地由铜制成并且通过绝缘体10彼此绝缘且与叠片组4电绝缘。除了激励线圈2之外，极靴5还有助于利用其近似于蘑菇型的横截面来分散磁场，由此使得转子1产生尽可能均匀的磁场。
图4示出了根据本发明的具有1x3个子导体15的激励线圈2的连续缠绕和焊接工艺的三维图，其中，子导体15重叠地放置并且具有相同的优选方形的横截面。并联的矩形子导体15优选地可以由标准化半成品制成，尤其是由铜制成并且在第一步骤中纵向侧松散地组合成总导体16。通过将在其总长度上一体地设计的多个子导体15连接成总导体16，可以制成不同的导体几何形状。在组合子导体15之后，产生的松散连接的总导体16利用缠绕轴17缠绕成激励线圈2(见图6)。随后总导体16的子导体15在缠绕之后利用焊接装置18直接连续地焊接组合成具有抗弯刚性的总导体16的实心激励线圈2。利用焊剂20将并联的支线焊接组合为了确保抗剪连接是必要的，该连接为如此连接的总导体16给出了对于出现的离心力负载而言必要的受弯能力。因为该“内”负载不是非常高的，因此软焊工艺就足够了，以最小化清洁和打扫工作。在连续焊接过程期间，子导体15由成型装置19保持在希望的位置中。在图4中示出的制造工艺不仅能够用于凸极电机而且也能够用于隐极电机。
图5示出了具有2x2个子导体15的激励线圈2的连续缠绕和焊接工艺的三维图。该制造工艺对应于在图4中示出的工艺，其中在图4中示例性地将具有相同横截面的四个方形子导体15加工成方形的总导体16。相应地，子导体15必须从两个侧面在纵向侧松散地组合成总导体16。在将子导体15组合之后，产生的松散连接的方形总导体16利用缠绕轴17缠绕成激励线圈2(见图6)，并且在缠绕之后直接连续地焊接成实心的激励线圈2。在连续的焊接过程期间，2x2个子导体15由成型装置19从两侧保持在希望的位置中。在图5中示出的制造工艺不仅能够用于凸极电机而且也能够用于隐极电机。
图6示出了具有1x3个子导体的激励线圈2的一部分的三维图，其示例性地具有两个绕组3，其中总导体16利用在图4中示出的连续缠绕和焊接工艺制造。在两个示出的绕组3之间装入绝缘体10，其具有抗高电压的电绝缘塑料、尤其是芳族聚酰胺，并且绝缘体适于使两个绕组3彼此绝缘。激励线圈2的绕组3在边角处具有有利的修圆的半径形状21，由此避免了在边角中的缺口负载。在激励线圈2的端部处的输入端(Zuleitung)和输出端(Ableitung)可以在不使用附加的连接部件的情况下根据相同的工艺集成在一起。
图7示出了具有2x2个子导体的激励线圈2的一部分的三维图，其示例性地具有两个绕组3，其中方形总导体16利用在图5中示出的连续缠绕和焊接工艺制造。类似于图6，在两个示出的绕组3之间装入绝缘体10，其具有抗高电压的电绝缘塑料、尤其是芳族聚酰胺，并且绝缘体适于使两个绕组3彼此绝缘。激励线圈2的绕组3在边角处具有有利的修圆的半径形状21，由此避免了在边角中的缺口负载。在激励线圈2的端部的输入端和输出端可以在不使用附加的连接部件的情况下根据相同的工艺集成在一起。
图8示出了同步电机的转子的一部分的横截面，转子具有带有2x2个子导体的激励线圈。例如涉及具有他励的四极转子1，其中仅仅部分地示出的四个激励线圈2以90°错开地布置。与图3相比，示例性的四个极靴5和转子1的叠片组4一体制成。叠片组4能够在轴向方向中与一体制成的极靴5一起由多个单叠片构成。轴抗扭地并且优选地材料配合地与转子1的叠片组4连接。激励线圈直接围绕具有极靴的叠片组缠绕。激励线圈2直接围绕具有集成的极靴5的叠片组4缠绕。因此，极靴5不必如图3所示的那样利用螺栓6机械地固定在叠片组4上。这导致尤其在高转速时的改进的稳定性，因为恰恰在高转速时旋拧上的极靴5承受高的离心力。激励线圈2的总导体16以在图4中示出的连续缠绕和焊接方法制造。激励线圈2的各个绕组3优选地由铜制成并且通过绝缘体10彼此并且与叠片组4电绝缘。除了激励线圈2之外，极靴5还利用其近似于蘑菇型的横截面来分散磁场，由此使得转子1产生尽可能均匀的磁场。
图9示出了具有1x3个子导体15、24和冷却凸肩22的激励线圈2的一部分的三维图，该冷却凸肩由外部的子导体24的一部分形成。冷却凸肩22增大了外部的子导体24的向外伸出的表面积，这有利地对穿流有电流的激励线圈2的冷却产生作用。较低的温度导致在激励线圈2中的较小损失，因为铜的比电阻随着温度上升。冷却凸肩22利用合适的挤压工具局部地以规律的间隔布置。例如像绕组支座17一样的功能区域在此相应地被省弃。比较于至今为止的解决方案(其中激励线圈交替地以两个不同宽度的铜导体，即冷却绕组和正常绕组缠绕)，在外部的子导体24上制造冷却凸肩22的费用明显更小并且成本更加低廉。
图10示出了同步电机29的横截面，其具有定子25和转子1。定子具有定子叠片组26，槽27处于其中，在槽中延伸有定子绕组28。转子围绕旋转轴线30旋转。转子1的构造基本上对应于图8，其中，激励线圈2的总导体16由1x3个子导体15构成并且利用在图4中示出的连续缠绕和焊接工艺制造。
因此综上，本发明涉及一种用于制造同步电机29的转子1的方法，该同步电机适用于超过1000转/分钟的转速，并且转子具有至少一个激励线圈2，其中该至少一个激励线圈2分别具有至少两个绕组3，该绕组由多个并联的导电连接的矩形子导体15构成。为了成本低廉地制造该转子并且在高转速和由此引起的高离心力负载的情况中使用而提出，激励线圈2以连续缠绕和焊接工艺制造，即首先将多个并联的矩形子导体15在纵向侧松散地组合成总导体16，之后将该总导体16缠绕成激励线圈2，并且总导体16的子导体15在缠绕之后直接连续地焊接成具有抗弯刚性的总导体16的实心激励线圈2。

Claims (17)

1.一种用于制造同步电机(29)的转子(1)的方法，所述同步电机适用于超过1000转/分钟的转速，所述转子具有至少一个激励线圈(2)，其中至少一个所述激励线圈(2)分别具有至少两个绕组(3)，所述绕组由多个并联导电连接的矩形的子导体(15)构成，其中，所述激励线圈(2)以连续缠绕和焊接工艺制造，首先将多个并联的矩形的所述子导体(15)在纵向侧松散地组合成总导体(16)，之后将所述总导体(16)缠绕成激励线圈(2)，并且在所述缠绕之后直接将所述总导体(16)的所述子导体(15)连续地焊接组合成具有抗弯刚性的总导体(16)的实心的激励线圈(2)，其特征在于，所述子导体(15)在连续的焊接过程期间由成型装置(19)定位和/或保持在一起。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，松散地组合在一起的所述子导体(15)利用至少一个缠绕轴(17)来缠绕。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述子导体(15)利用软焊工艺焊接组合。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在至少两个所述绕组(3)之间装入绝缘体(10)，所述绝缘体具有抗高电压的电绝缘塑料并且所述绝缘体适于将至少两个所述绕组(3)相对于彼此进行绝缘。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在至少两个所述绕组(3)之间装入绝缘体(10)，所述绝缘体具有抗高电压的电绝缘塑料并且所述绝缘体适于将至少两个所述绕组(3)相对于彼此进行绝缘。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电绝缘塑料是芳族聚酰胺。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，并联的矩形的所述子导体(15)由标准化半成品制成。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，并联的矩形的所述子导体(15)由标准化半成品制成。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，并联的矩形的所述子导体(15)由铜制成。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在至少一个外部的子导体(24)上成型有由所述外部的子导体(24)的一部分构成的冷却凸肩(22)。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在至少一个外部的子导体(24)上成型有由所述外部的子导体(24)的一部分构成的冷却凸肩(22)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述冷却凸肩(22)利用挤压工具成型。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，完成缠绕和焊接的所述激励线圈(2)围绕叠片组(4)定位，并且极靴(5)机械地固定在所述叠片组(4)上。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，完成缠绕和焊接的所述激励线圈(2)围绕叠片组(4)定位，并且极靴(5)机械地固定在所述叠片组(4)上。
15.一种用于同步电机(29)的转子(1)，所述同步电机适用于超过1000转/分钟的转速并且能够以根据权利要求1至14中任一项所述的方法制造，具有至少一个激励线圈(2)，其中所述激励线圈(2)具有多个纵向侧导电连接的矩形的子导体(15)并且其中每个所述子导体(15)都一体地形成。
16.根据权利要求15所述的转子(1)，其中，所述激励线圈(2)的所述绕组(3)在边角处具有修圆的半径形状(21)。
17.一种同步电机(29)，所述同步电机适用于超过1000转/分钟的转速并且具有至少一个根据权利要求15或16中任一项所述的转子。
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