CN107979203A - 槽楔、定子和电机以及制造该槽楔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种槽楔、定子和电机以及制造该槽楔的方法。用于电机的定子铁芯的槽楔包括由多个导磁片层叠而形成的层叠体，并且所述层叠体呈长条状，其中，所述槽楔上设置有多个通风槽，所述通风槽沿着所述定子铁芯的径向穿透所述层叠体而形成。采用本发明的用于电机的定子铁芯的槽楔可有效地减少谐波和改善气隙磁通分布，以提高电机的工作效率和额定功率，同时还可减少电机发热，延长电机的使用寿命。

Description

槽楔、定子和电机以及制造该槽楔的方法

技术领域

本发明涉及风力发电机组技术领域，更具体地，涉及一种槽楔、定子和电机以及制造该槽楔的方法。

背景技术

目前风力发电机组的电机通常使用的槽楔为绝缘槽楔，这存在由于绝缘槽楔只能对绕组起到固定作用，性能单一，并且绝缘槽楔具有电机空载电流大、电机铁芯损耗高、定子温升高等缺点。另外，现有的槽楔大多具有矩形结构或者倒三角形结构，接触摩擦力较小，所述槽楔容易脱离。

因此，需要一种能够减低电机铁芯损耗、降低温升并且能够防止脱离的槽楔。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够降低电机铁芯损耗、降低温升的用于电机的定子铁芯的槽楔、定子和电机以及制造该槽楔的方法。

根据本发明的一方面，提供一种用于电机的定子铁芯的槽楔，所述槽楔包括由多个导磁片层叠而形成的层叠体，并且所述层叠体呈长条状，其中，所述槽楔上设置有多个通风槽，所述通风槽沿着所述定子铁芯的径向穿透所述层叠体而形成。由于所述槽楔包括多个导磁片，因此，磁通在通过定子铁芯的槽口时，芯齿内磁通幅度降低、脉振损耗降低、磁密更加均匀，并且可降低空载附加损耗。另外，由于所述槽楔设置有所述通风槽，因此可降低电机温升。电机温升下降，气隙磁场的高次谐波降低，使得空载电流降低，同时还可降低电机振动和噪声。

根据本发明的示例性实施例，所述通风槽的位置和数量分别与所述定子铁芯的通风沟的位置和数量相对应，并且在所述槽楔安装到所述定子铁芯的槽口中的状态下，所述通风槽与相对应的所述通风沟连通，以更好地散热，从而进一步有效地降低电机温升。

根据本发明的示例性实施例，所述导磁片可包括硅钢片。硅钢片槽楔可以降低谐波、脉振损耗以及铁芯损耗，因此，可以使损耗降低，使电机温升降低。另外，所述导磁片为导磁性强的硅钢片，使得齿部磁导率增大，使得启动转矩和最大转矩降低。根据本发明的示例性实施例，所述导磁片可为自粘性硅钢片，从而可方便地将所述多个导磁片层叠并彼此粘合而形成层叠体，而无需其他紧固件来紧固所述多个导磁片。

根据本发明的示例性实施例，所述层叠体中相邻的两个导磁片之间通过压扣方式结合；或者所述多个导磁片的相对应的位置设置有通孔，螺栓穿过各导磁片的所述通孔而将所述多个导磁片紧固结合在一起，从而可以更加灵活地设计所述导磁片，并且扩大了导磁片的选取范围。

根据本发明的示例性实施例，所述槽楔的在所述定子铁芯的轴向上的端部可形成有倾斜引导表面，用于引导槽楔的端部容易地***到所述定子铁芯的槽口内。

根据本发明的示例性实施例，所述槽楔的横截面可为梯形，使得所述槽楔与所述槽口的形状相匹配，使接触面积增加以提供较强的阻力，从而防止槽楔从所述槽口中脱离。

根据本发明的示例性实施例，所述槽楔的形成所述梯形的两个腰的侧边的延长线所成的夹角可在45°～70°之间，使得所述槽楔的侧边与所述定子铁芯的槽口形状相匹配，并且所述槽楔的表面可设置有防锈膜，防止所述槽楔生锈，以延长其使用寿命。

根据本发明的另一方面，提供一种定子，所述定子包括所述定子铁芯及如上所述的槽楔，所述槽楔插设在所述定子铁芯的槽口中。

根据本发明的另一方面，提供一种电机，所述电机包括如上所述的定子。

根据本发明的另一方面，提供一种制造如上所述的槽楔的方法，所述方法包括：冲制所述多个导磁片；将冲制的所述多个导磁片层叠在叠装模具中，以形成所述层叠体；利用模具螺栓紧固所述叠装模具以压紧所述层叠体；将压紧后的所述层叠体送入烘箱，以执行固化；待固化后的所述层叠体冷却后，执行脱模；以及对脱模后的所述层叠体执行冲孔来形成所述通风槽，以获得所述槽楔，其中，所述导磁片为自粘性导磁片。

根据本发明的示例性实施例，所述方法还可包括：利用模具螺栓紧固所述叠装模具以压紧所述层叠体之后，检测所述层叠体的高度、叠压系数及端面平面度；以及/或者在获得所述槽楔之后，检测所述层叠体的高度。

根据本发明的示例性实施例，所述多个自粘性导磁片为自粘性硅钢片。

根据本发明的示例性实施例，所述方法还可包括：在所述槽楔的在所述定子铁芯的轴向上的端部形成倾斜引导表面。

根据本发明的示例性实施例，所述方法还可包括：在所述槽楔的表面形成防锈膜。

根据本发明的另一方面，提供一种制造如上所述的槽楔的方法，所述方法包括：冲制所述多个导磁片，并且在所述多个导磁片中开设通孔；将冲制的所述多个导磁片层叠，采用螺栓穿过各导磁片的所述通孔而将所述多个导磁片紧固结合在一起形成所述层叠体；以及对所述层叠体执行冲孔来形成所述通风槽，以获得所述槽楔。

根据本发明的另一方面，提供一种制造如上所述的槽楔的方法，所述方法包括：冲制所述多个导磁片，并且在各导磁片的一侧和与所述一侧相对的另一侧设置扣片和相应的扣片槽；使相邻的两个导磁片的扣片和扣片槽进行压扣结合，以将所述多个导磁片层叠压紧形成所述层叠体；以及对所述层叠体执行冲孔来形成所述通风槽，以获得所述槽楔。

采用本发明的用于电机的定子铁芯的槽楔可有效地减少谐波和改善气隙磁通分布，以提高电机的工作效率和额定功率，同时还可减少电机发热，延长电机的使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的以上和其它特点及优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的示例性实施例的槽楔的立体示意图；

图2是根据本发明的示例性实施例的图1中所示的槽楔的左视示意图；

图3是根据本发明的示例性实施例的图1中所示的槽楔的主视示意图；

图4和图5示出了根据本发明的示例性实施例的槽楔安装到电机的定子铁芯的槽口内的示意图。

附图标号说明：

1：槽楔；2：定子铁芯；21：芯齿；3：槽口；11：层叠体；12：通风槽。

具体实施方式

现在将参照附图更全面的描述本发明的实施例，在附图中示出了本发明的示例性实施例。

下面将参照图1至图5描述根据本发明的示例性实施例的槽楔1及其制造方法。图1是根据本发明的示例性实施例的槽楔1的立体示意图；图2是根据本发明的示例性实施例的图1中所示的槽楔1的左视示意图；图3是根据本发明的示例性实施例的图1中所示的槽楔1的主视示意图；图4和图5示出了根据本发明的示例性实施例的槽楔1安装到电机的定子铁芯2的槽口3内的示意图。根据本发明的示例性实施例的槽楔1可用于电机的定子铁芯2的相邻芯齿21之间的槽口3处。

根据本发明的示例性实施例的用于电机的定子铁芯2的槽楔1可包括由多个导磁片层叠而形成的层叠体11。在槽楔1上还设置有多个通风槽12，通风槽12沿着定子铁芯2的径向穿透层叠体11而形成。

由于导磁片利用导磁材料形成，因此使得槽楔1为磁性槽楔。根据本发明的一个示例，所述多个导磁片中的每个导磁片是具有较强的导磁能力的硅钢片。硅钢片的磁滞回线较小，使得磁滞损耗减小、大大减小发热程度。通过将多个硅钢片层叠来形成槽楔1，还可减小涡流损耗，并且磁通在通过定子铁芯2的槽口3时，芯齿21内磁通幅度降低、脉振损耗降低、磁密更加均匀，并且可降低空载附加损耗。

此外，由于槽楔1设置有沿着定子铁芯2的径向穿透层叠体11的通风槽12，并且通风槽12的位置和数量分别与定子铁芯2的通风沟的位置和数量相对应，并且在槽楔1安装到定子铁芯2的槽口3中的状态下，通风槽12与相对应的所述通风沟连通，从而可有效降低电机温升。电机温升下降，气隙磁场的高次谐波降低，使得空载电流降低，同时还可降低电机振动和噪声。作为示例，通风槽12可对称地设置在槽楔1的在定子铁芯2的径向方向上且彼此相对的两个侧边或者仅形成在所述两个侧边中的一个侧边中。

如图1所示，槽楔1整体上呈长条状，并且如图2所示，沿定子的径向方向截取的槽楔1的横截面为梯形，在沿着定子的轴向方向将槽楔1安装到电机的定子铁芯2的槽口3处时，槽楔1与槽口3的形状相匹配，使接触面积增加以提供较强的阻力，从而防止槽楔1从槽口3中脱离。

优选地，槽楔1的相邻的两个侧边的拐角处倒圆过渡，以在将槽楔1安装到电机的定子铁芯2的槽口3内时避免对定子铁芯2以及绕组线圈造成损伤。

形成槽楔1的上述梯形截面的两个腰的侧边的延长线所成的夹角α可在45°～70°之间。优选地，参照图2，在定子铁芯2的燕尾状的槽口3的燕尾部的角度α’为60度的情况下，所述夹角α可设置为60度。然而，本发明不限于此，在实际应用中，可根据定子铁芯2的槽口3的形状来合理地设计所述夹角α的大小，使得槽楔1能够与槽口3相匹配，并且以尽可能大的面积接触。例如，可根据定子铁芯2的燕尾状的槽口3的燕尾部的角度α’(参照图5)来设计所述夹角α的大小。

为了便于将槽楔1安装到定子铁芯2的槽口3中，在槽楔1的在定子铁芯2的轴向上的端部可形成有倾斜引导表面，用于引导槽楔1的端部容易地***到定子铁芯2的槽口3内。例如，可以通过在槽楔1的顶表面的在定子铁芯2的轴向上的端部形成有大约15°的倒角β，来形成倾斜引导表面。倾斜引导表面可以仅形成在槽楔1的一端，显然，也可以形成在槽楔1的两端，以在安装时可将槽楔1的任意一端***到槽口3中，使得安装方向不受限制，以便于更灵活地进行安装。另外，所述倒角β的大小也不限于上述大约15°，在实际使用过程中，可根据槽口3的形状灵活地设计倒角β，只要其便于将槽楔1安装到槽口3中即可。

另外，为了防止槽楔1生锈，提高槽楔1的使用寿命，可在槽楔1的表面设置防锈膜，根据示例，可通过喷涂防锈漆来形成所述防锈膜。

如图4所示，根据本发明的示例性实施例的槽楔1可通过在保持其倾斜引导表面面对定子铁芯2的轴心的状态下将其具有倾斜引导表面的一端***到电机的相邻的两个定子铁芯2的芯齿21之间的槽口3中，然后使用合适的工装将槽楔1推入槽口3中。

通过将针对1.5MW电机在使用根据本发明的示例性实施例的磁性槽楔与使用现有的非磁性槽楔的性能进行实测与有限元软件Magnet分析计算对比，来验证采用磁性槽楔的效果。从实测和计算结果来看，不论使用根据本发明的示例性实施例的磁性槽楔还是使用现有的非磁性槽楔，二者对电机的空载反电动势的影响均很小，这主要是由于1.5MW电机采用了分槽绕组，并且转子斜极2.5mm，因此抵消了反电动势中的齿槽谐波。另外，磁性槽楔和非磁性槽楔还影响电机的损耗和噪声，槽楔影响电机的损耗主要表现在定子铁芯的表面损耗和转子磁钢、磁轭的涡流损耗。槽楔对定子铁损的影响主要是高次空间谐波在定子铁芯齿表面产生磁滞和涡流损耗。对于1.5MW电机，通过有限元软件Magnet计算，使用现有的非磁性槽楔的电机，磁钢和磁轭的涡流损耗分别为2411.2W和380W，而使用根据本发明的示例性实施例的磁性槽楔的电机，磁钢和磁轭的涡流损耗分别是1152.8W和224W。与使用现有的非磁性槽楔的电机相比，根据本发明的示例性实施例的磁性槽楔的电机使得磁钢和磁轭的涡流损耗分别降低了大约50％以上。另外，使用硅钢片类型的磁性槽楔还可以有效降低发电机的噪音。

因此，根据本发明的示例性实施例的用于电机的定子铁芯2的槽楔1，可使得电机减小励磁电流，改善功率因数，工作效率提高1％-2％；槽楔1可降低铁芯损耗大约40％以上、降低电机升温并且可减少电磁噪音和震动，从而可延长电机寿命；另外，由于槽楔1由导磁片层叠而成，因此使电机的导磁性能增强，从而降低启动转矩。

根据本发明的另一示例性实施例的定子包括定子铁芯2以及如上所述的槽楔1，其中，槽楔1插设在定子铁芯2的相邻芯齿21之间的槽口3中。

根据本发明的另一示例性实施例的电机包括如上所述的定子。

如上所述的槽楔1中所采用的导磁片可以是自粘性导磁片，也可以是压扣式或者带孔式导磁片。下面将分别描述采用自粘性导磁片以及压扣式或者带孔式导磁片制作槽楔1的方法。作为示例，为了制出其总体厚度在5mm-7mm之间，长度为300-350mm之间且横截面为梯形的槽楔，在以下描述的方法中可采用大约15-20片的厚度为0.35mm的硅钢片。

将描述采用自粘性导磁片制造上述槽楔的方法，所述方法包括：冲制所述多个导磁片；将冲制的所述多个自粘性导磁片层叠在叠装模具中，以形成层叠体11；利用模具螺栓紧固所述叠装模具以压紧层叠体11；将压紧后的层叠体11送入烘箱，以执行固化；待固化后的层叠体11冷却后，执行脱模；以及对脱模后的层叠体11执行冲孔来形成通风槽12，以获得槽楔1。

所述述多个自粘性导磁片为自粘性硅钢片。

在冲制多个自粘性硅钢片的过程中，可使得多个自粘性硅钢片的宽度逐渐减小，以使得将所述多个自粘性硅钢片形成为其横截面为梯形的长条状。

所述方法还可包括：在利用模具螺栓紧固所述叠装模具以压紧所述层叠体之后，可检测所述层叠体的高度、叠压系数及端面平面度，以检查各导磁片之间的粘接是否平整密实，若各处的高度、叠压系数及端面平面度不一致，可通过调节对应位置处的模具螺栓进行调节。作为示例，压紧所述层叠体的压力可控制在3.5MPa-3.6MPa之间。

在将压紧后的所述层叠体送入烘箱以执行固化的过程中，所述烘箱的温度可设定为200℃±5℃，恒温烘焙时间可为2h。然后，待固化后的层叠体冷却至50℃以下时执行脱模。

此外，所述方法还可包括：在获得槽楔1之后，可检测所述层叠体的高度，以在此检查各硅钢片之间的粘接是否平整密实。

在脱模后的所述层叠体中冲孔形成所述通风槽的过程中，优选地，可以在槽楔1的形成所述梯形的两个腰的侧边中对称地冲孔以形成通风槽12。

另外，所述方法还可包括下述步骤：在槽楔1的在定子铁芯2的轴向上的端部形成15°的倒角，以形成倾斜引导表面；以及，对槽楔1的相邻的两个侧边的拐角处执行倒圆处理。

所述方法还可包括：在槽楔1的表面喷涂防锈漆，以形成防锈膜。

下面将分别描述采用压扣式或者带孔式导磁片制作上述槽楔的方法，在下述方法中形成通风槽等的步骤与上面所述采用自粘性导磁片制造上述槽楔的方法中形成通风槽等的步骤相似或相同，在此将省略其相似或相同的描述，因此，以下将仅描述与面所述采用自粘性导磁片制造上述槽楔的方法中不同的步骤。

采用压扣式导磁片制造上述槽楔的方法可包括如下步骤：冲制所述多个导磁片，并且在所述多个导磁片中开设通孔；将冲制的所述多个导磁片层叠，采用螺栓穿过各导磁片的所述通孔而将所述多个导磁片紧固结合在一起形成层叠体11；以及对层叠体11执行冲孔来形成通风槽12，以获得槽楔1。

采用带孔式导磁片制造上述槽楔的方法可包括如下步骤：冲制所述多个导磁片，并且在各导磁片的一侧和与所述一侧相对的另一侧设置扣片和相应的扣片槽；使相邻的两个导磁片的扣片和扣片槽进行压扣结合，以将所述多个导磁片层叠压紧形成层叠体11；以及对层叠体11执行冲孔来形成通风槽12，以获得槽楔1。

采用本发明的示例性实施例的用于电机的定子铁芯的槽楔及上述方法制造的槽楔、包括所述槽楔的定子和电机可有效地减少谐波和改善气隙磁通分布，以提高电机的工作效率和额定功率，同时还可减少电机发热，延长电机的使用寿命。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (15)

1.一种用于电机的定子铁芯的槽楔，其特征在于，所述槽楔(1)包括由多个导磁片层叠而形成的层叠体(11)，并且所述层叠体(11)呈长条状，其中，所述槽楔(1)上设置有多个通风槽(12)，所述通风槽(12)沿着所述定子铁芯(2)的径向穿透所述层叠体(11)而形成。

2.如权利要求1所述的槽楔，其特征在于，所述通风槽(12)的位置和数量分别与所述定子铁芯(2)的通风沟的位置和数量相对应，并且在所述槽楔(1)安装到所述定子铁芯(2)的槽口(3)中的状态下，所述通风槽(12)与相对应的所述通风沟连通。

3.如权利要求1所述的槽楔，其特征在于，所述导磁片包括硅钢片。

4.如权利要求3所述的槽楔，其特征在于，所述导磁片为自粘性硅钢片。

5.如权利要求3所述的槽楔，其特征在于，所述层叠体(11)中相邻的两个硅钢片之间通过压扣方式结合；或者

所述多个硅钢片的相对应的位置设置有通孔，螺栓穿过各硅钢片的所述通孔而将所述多个硅钢片紧固结合在一起。

6.如权利要求1所述的槽楔，其特征在于，所述槽楔(1)的在所述定子铁芯(2)的轴向上的端部形成有倾斜引导表面。

7.如权利要求1所述的槽楔，其特征在于，所述槽楔(1)的横截面为梯形，所述槽楔(1)的形成所述梯形的两个腰的侧边的延长线所成的夹角在45°～70°之间，所述槽楔(1)的表面设置有防锈膜。

8.一种定子，其特征在于，所述定子包括所述定子铁芯(2)及如权利要求1-7中任一项所述的槽楔(1)，所述槽楔(1)插设在所述定子铁芯(2)的槽口(3)中。

9.一种电机，其特征在于，所述电机包括如权利要求8所述的定子。

10.一种制造如权利要求1所述的槽楔的方法，其特征在于，所述方法包括：

冲制所述多个导磁片；

将冲制的所述多个导磁片层叠在叠装模具中，以形成所述层叠体(11)；

利用模具螺栓紧固所述叠装模具以压紧所述层叠体(11)；

将压紧后的所述层叠体(11)送入烘箱，以执行固化；

待固化后的所述层叠体(11)冷却后，执行脱模；以及

对脱模后的所述层叠体(11)执行冲孔来形成所述通风槽(12)，以获得所述槽楔(1)，

其中，所述导磁片为自粘性导磁片。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用模具螺栓紧固所述叠装模具以压紧所述层叠体(11)之后，检测所述层叠体(11)的高度、叠压系数及端面平面度；以及/或者

在获得所述槽楔(1)之后，检测所述层叠体(11)的高度。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多个自粘性导磁片为自粘性硅钢片。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述槽楔(1)的在所述定子铁芯(2)的轴向上的端部形成倾斜引导表面；在所述槽楔(1)的表面形成防锈膜。

14.一种制造如权利要求1所述的槽楔的方法，其特征在于，所述方法包括：

冲制所述多个导磁片，并且在所述多个导磁片中开设通孔；

将冲制的所述多个导磁片层叠，采用螺栓穿过各导磁片的所述通孔而将所述多个导磁片紧固结合在一起形成所述层叠体(11)；以及

对所述层叠体(11)执行冲孔来形成所述通风槽(12)，以获得所述槽楔(1)。

15.一种制造如权利要求1所述的槽楔的方法，其特征在于，所述方法包括：

冲制所述多个导磁片，并且在各导磁片的一侧和与所述一侧相对的另一侧设置扣片和相应的扣片槽；

使相邻的两个导磁片的扣片和扣片槽进行压扣结合，以将所述多个导磁片层叠压紧形成所述层叠体(11)；以及

对所述层叠体(11)执行冲孔来形成所述通风槽(12)，以获得所述槽楔(1)。