專利名稱：定子纏繞方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及用于電機(jī)的定子，以及更具體地涉及用于電機(jī)定子的 纏繞方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)包括旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和固定的定子。定子通常包括若 干繞組，并且每一繞組可相應(yīng)于一束導(dǎo)線。即使在一束導(dǎo)線中的每一 導(dǎo)線是絕緣的，但是該束導(dǎo)線仍會(huì)在其內(nèi)存在循環(huán)電流，上述是不希 望的。循環(huán)電流與電動(dòng)機(jī)或發(fā)電才幾工作頻率的平方成比例。因此當(dāng)電 動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)循環(huán)電流是成問題的。

發(fā)明內(nèi)容
定子組件包括定子芯和至少一導(dǎo)線束。定子芯具有第一端部、第 二端部以及從第一端部延伸到第二端部的若干狹槽。導(dǎo)線束包括若干 獨(dú)立的絕緣導(dǎo)線。至少一導(dǎo)線束的至少一部分從若干狹槽中一個(gè)狹槽 的第一端部延伸到第二端部。將上述至少一部分在上述一個(gè)狹槽內(nèi)扭 曲預(yù)定量，以便使得沿著上述至少一部分內(nèi)的若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線的循 環(huán)電流最小化。
形成定子組件的方法包括將若干獨(dú)立的絕緣導(dǎo)線分組成導(dǎo)線束， 將導(dǎo)線束的一部分放置在從定子芯第一端部延伸到定子芯第二端部的 定子芯狹槽內(nèi)，以及扭曲導(dǎo)線束，這樣將上述部分在定子芯狹槽內(nèi)扭 曲預(yù)定量，以便使得沿著上述部分內(nèi)的若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線的循環(huán)電流 最小化。
從下述說明和附圖可以更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征，下 面是簡要說明。


圖1示意示出定子電路； 圖2示意示出定子芯；
圖3示意示出執(zhí)行圖1定子電路的纏繞方案；圖4a示意示出定子芯狹槽的第一視圖，該狹槽包括一部分，該部
分具有兩個(gè)導(dǎo)線束；
圖4b示意示出圖4a定子芯狹槽和導(dǎo)線束部分的第二視圖4c示意示出在扭曲預(yù)定量之后的圖4a的導(dǎo)線束部分；
圖5a示意示出定子芯狹槽，該狹槽包括四部分，每部分具有兩個(gè)
導(dǎo)線束；
圖5b示意示出定子芯狹槽，該狹槽包括一部分，該部分示例性地 具有兩股絞合線導(dǎo)線束；
圖6示意示出通過將若干線圈插入圖2定子芯內(nèi)形成定子組件的 方法；
圖7示出關(guān)于圖6方法的效率改進(jìn)；
圖8示出對(duì)于處于若干頻率下的電流各個(gè)相位的循環(huán)損失系數(shù)；
圖9示意示出壓縮才幾電機(jī)。
具體實(shí)施例方式
圖l示意示出定子電路10，其包括處于所謂"雙星"形式的若干 線圏12, 14， 16， 18， 20， 22。線圈12和線團(tuán)18并聯(lián)耦合成一對(duì)， 線圏14和線圏20并聯(lián)耦合成一對(duì)，以及線圏16和線圏22并聯(lián)耦合成 一對(duì)。在一個(gè)實(shí)例中，每一對(duì)相應(yīng)于電機(jī)中的交流("AC")相位。
圖2示意示出圓柱形定子芯30,其具有第一端部32和第二端部34。 在一個(gè)實(shí)例中，第一端部32相應(yīng)于定子芯30的下端，以及第二端部 34相應(yīng)于定子芯30的上端。中心軸線35沿著定子芯30的中心軸向延 伸。定子芯30具有限定內(nèi)周緣表面38的中央開口。定子芯30包括若 干狹槽36，上述狹槽形成在從第一端部32延伸到第二端部34的內(nèi)周 緣表面上并且平行于中心軸線35。在一個(gè)實(shí)例中，每一狹槽36具有第 一狹槽部分37和第二狹槽部分39 (見圖4b),其中第一狹槽部分37 更接近定子芯30的外周緣表面41，以及第二狹槽部分39更接近定子 芯30的內(nèi)周緣表面38。雖然圖2的定子芯30包括三十六個(gè)狹槽36， 但是可以理解還可利用其它數(shù)量的狹槽，并且每一狹槽的幾何形狀可 變化。如圖3中所示，狹槽36被單獨(dú)用標(biāo)為SI-S36。
圖3示意示出示例性的纏繞方案40,其利用導(dǎo)線束60 (圖4a-c， 5)在定子芯30上執(zhí)行定子電路10，每一導(dǎo)線束包括若干絕緣導(dǎo)線62 (見圖4a)。利用單獨(dú)的絕緣導(dǎo)線62有助于在使用較粗導(dǎo)線(例如，如果導(dǎo)線束由單根較粗電線形成)時(shí)將會(huì)發(fā)生的不希望的渦流最小化。
圖3的示例性纏繞方案40將線圏12，14和16放置在若干狹槽36的第 一狹槽部分37內(nèi)，并且將線圏18， 20和22放置在若干狹槽36的第二 狹槽部分39內(nèi)。在一個(gè)實(shí)例中，若干絕緣導(dǎo)線62的每一根具有瓷漆 絕緣涂層。在一個(gè)實(shí)例中，在導(dǎo)線束60內(nèi)的若干絕緣導(dǎo)線62的每一 根并聯(lián)電耦合。
參照?qǐng)D3，并且將線圏12用作實(shí)例，線圏12在定子芯30的第一 端部32處進(jìn)入狹槽Sl，在定子芯30的第二端部34處離開狹槽Sl， 在定子芯30的第二端部34處進(jìn)入狹槽S16，在定子芯30的第一端部 32處離開狹槽S16,然后在定子芯30的第一端部32處進(jìn)入狹槽S2以 形成線圈部分42a的第一線匝(見圖2)。這些步驟可以重復(fù)從而線圈 部分42a包括若干線匝。 一旦完成線圈部分42a，重復(fù)如圖3所示的程 序以形成若干線團(tuán)部分42b-f，這樣線團(tuán)12具有預(yù)定量的線團(tuán)部分。雖 然對(duì)于線圏12而言纏繞方案40包括六個(gè)線圏部分(部分42a-f)，但 是可以理解可以使用其它數(shù)量的部分。以類似的方式形成其它線圏14 -22以便具有六個(gè)部分。但是，如上所述，還可使用其它數(shù)量的部分。 在一個(gè)實(shí)例中，線圈形成的順序是12， 22, 14， 18， 16和20。但是， 可以理解線圈12-22可以其它順序形成。如圖3中所示，線圈12， 14 和16存在于若干狹槽36的第一狹槽部分37內(nèi)，以及線圈18, 20和 22存在于若干狹槽36的第二狹槽部分39內(nèi)。
此外，如圖3中所示，諸如狹槽S19-S21的一些狹槽包括多個(gè)線 圏部分。為了將多個(gè)線圈容納在單一狹槽內(nèi)，可以使用絕緣分隔層64 (見圖4a-c)。還可利用分隔層64來進(jìn)一步使得沿著定子芯30的第 一端部32和第二端部34的線圏絕緣。在一個(gè)實(shí)例中，每一線圏部分 4a-f包括一至四個(gè)線匝，并且每一狹槽具有處于第一狹槽部分37和第 二狹槽部分39內(nèi)的一部分導(dǎo)線束60，這樣每一狹槽36包括二至八個(gè) 線匝。
圖6示意示出在定子芯30上形成若干線團(tuán)12-22的方法100。導(dǎo) 線束60的一部分61 (圖2 )放置在定子芯30的第一狹槽36內(nèi)(步驟 102)。然后扭曲導(dǎo)線束60，這樣將部分61在第一狹槽內(nèi)扭曲預(yù)定量 (步驟104，圖4c)。但是，可以理解可在將其插入到狹槽36內(nèi)之前 將導(dǎo)線束60扭曲預(yù)定量。在一個(gè)實(shí)例中，預(yù)定量為360度。在一個(gè)實(shí)例中，預(yù)定量是360度的倍數(shù)。當(dāng)然可以使用其它的預(yù)定量。導(dǎo)線束 60的第二部分63 (圖2)插入到另一狹槽內(nèi)(步驟106)，然后扭曲 導(dǎo)線束60,這樣將第二部分63扭曲預(yù)定量(步驟108)。接著可重復(fù) 步驟102 - 108 (步驟110)以便形成具有希望數(shù)量線匝的線圏部分。 接著可重復(fù)步驟102-IIO(步驟111)以便形成具有希望數(shù)量線圍部 分的線圈。接著可重復(fù)步驟102-111 (步驟112)以便在定子芯30上 形成希望數(shù)目的線圏。
圖4a-c示意示出導(dǎo)線束60a， 60b，每一導(dǎo)線束相應(yīng)于單束的絕緣 導(dǎo)線62，這樣狹槽36a的第一部分37包括導(dǎo)線束60a的單一部分，以 及狹槽36a的第二部分39包括導(dǎo)線束60b的單一部分。圖5a示出定子 芯狹槽36b，其包括導(dǎo)線束60c的四個(gè)部分以及導(dǎo)線束60d的四個(gè)部分。 在圖5a的實(shí)例中，導(dǎo)線束60c， 60d包括較少的絕緣導(dǎo)線62，這樣狹 槽36b可容納每一導(dǎo)線束60c， 60d的四個(gè)線匝。當(dāng)然，可以使用其它 數(shù)量的線匝。
圖5b示出定子芯狹槽36c，該狹槽包括一部分，該部分示例性地 具有兩股絞合線導(dǎo)線束66a， 66b。每一導(dǎo)線束66a， 66b包括絕緣導(dǎo)線 62的若干離散束68。如上所述，在步驟104中，將導(dǎo)線束60的一部分 61扭曲預(yù)定量(第一預(yù)定量)。在圖5b的實(shí)例中，在將導(dǎo)線束66扭 曲第一預(yù)定量之前將每一離散束68扭曲第二預(yù)定量。在一個(gè)實(shí)例中， 第二預(yù)定量是360度。在一個(gè)實(shí)例中，第二預(yù)定量是360度的倍數(shù)。 在一個(gè)實(shí)例中，在每一離散束68中的絕緣導(dǎo)線62并聯(lián)電耦合。
圖7示出關(guān)于圖6方法的效率改進(jìn)。圖7包括表70，其將利用方 法100形成的第一導(dǎo)線束72 (見圖4c)、未扭曲的第二導(dǎo)線束74 (見 圖4a)、以及未扭曲但包括已經(jīng)扭曲的離散束的第三導(dǎo)線束76 (見圖 5)進(jìn)行比較。如圖7所示，對(duì)于利用方法100形成的導(dǎo)線束72而言平 均的循環(huán)電流損失系數(shù)78是最低的?？赏ㄟ^下述等式來確定循環(huán)損失 系數(shù)
w, 2
K^L_^ = ^ 等式#1
w''《d其中Kcc是循環(huán)損失系數(shù)；
Ns是在導(dǎo)線束中平行股的數(shù)目；
I一n是在第n股中電流的復(fù)值；
Pcc相應(yīng)于存在循環(huán)電流的情形；以及
Ped相應(yīng)于電流總和被導(dǎo)線束中各股之間均分的情形。
作為對(duì)照點(diǎn)，l.O的損失系數(shù)(其中Pcc-Ped)相應(yīng)于零循環(huán)損失。 但是，如果PcOPed，那么損失系數(shù)將大于1.0，指示非零循環(huán)損失。
圖8示出對(duì)于處于若干頻率下的電流各個(gè)相位的循環(huán)損失系數(shù)。 相位U90相應(yīng)于線團(tuán)12和18并聯(lián)連接，相位V92相應(yīng)于線圈14和 20并聯(lián)連接，以及相位W94相應(yīng)于線圏16和22并聯(lián)連接。在該實(shí)例 中，每一相位具有兩個(gè)線圏，并且每一線圈具有并聯(lián)的一百根導(dǎo)體或 股線。圖8還包括對(duì)于所有相位卯-94的平均循環(huán)損失系數(shù)96。如圖 8所示，當(dāng)頻率增加時(shí)循環(huán)損失系數(shù)趨于增加。
圖9示意示出壓縮機(jī)電機(jī)80，其是用于定子芯30—個(gè)實(shí)例。在一 個(gè)實(shí)例中，電機(jī)80在20,000 - 100，000rpm、 100 - 600kw和400 - 690V 的范圍下運(yùn)行。電機(jī)80包括由氣隙84分隔開的實(shí)心鋼轉(zhuǎn)子82和定子 芯83。在一個(gè)實(shí)施例中，定子芯83包括若干狹槽，上述狹槽至少部分 由0.2-0.35毫米(0.079-0.0014英寸)之間厚度的薄層壓件形成。在 一個(gè)實(shí)例中，氣隙84為1 - 4毫米(0.04-0.16英寸)厚。若干繞組86 在定子芯82上形成線圈。這些線圈可以是上述中的任意線圏，并且可 相應(yīng)于如圖4a-c和圖5所示的導(dǎo)線束60， 66。外殼88罩蓋轉(zhuǎn)子82、 定子芯83和繞組86?？梢岳斫?，轉(zhuǎn)子80還可設(shè)計(jì)成作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行， 并且因此可i人為是電機(jī)。
雖然已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的那些普通技 術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到特定變型將落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。因?yàn)樯鲜鲈颍瑧?yīng) 該研究下面的權(quán)利要求，以確定真正的保護(hù)范圍和本發(fā)明的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1. 定子組件，包括定子芯，其具有第一端部、第二端部以及從第一端部延伸到第二端部的若干狹槽；以及至少一個(gè)導(dǎo)線束，其包括若干獨(dú)立的絕緣導(dǎo)線，其中至少一導(dǎo)線束的至少一部分從若干狹槽中一個(gè)狹槽的第一端部延伸到第二端部，以及其中將所述至少一部分在所述一個(gè)狹槽內(nèi)扭曲預(yù)定量，以便使得沿著至少一部分內(nèi)的若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線的循環(huán)電流最小化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子組件，其中所述至少一部分包括若 干導(dǎo)線束部分，其中每一部分插入到若干狹槽之一內(nèi)以形成具有若干 線圈部分的線圏，每一線圈部分具有至少一個(gè)線匝。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的定子組件，其中所述若干部分包括十二 個(gè)導(dǎo)線束部分，上述十二個(gè)導(dǎo)線束部分放置在十二個(gè)不同的狹槽內(nèi)， 并且十二個(gè)導(dǎo)線束部分的每一部分在十二個(gè)狹槽的每一狹槽內(nèi)扭曲預(yù) 定量以形成具有六個(gè)線圍部分的線圈。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的定子組件，其中每一線圈部分包括導(dǎo)線束 的至少一個(gè)線匝。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的定子組件，其中每一線圏部分包括導(dǎo)線束 的兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)線匣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的定子組件，其中預(yù)定量是至少360度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子組件，其中至少一個(gè)導(dǎo)線束相應(yīng)于 單束的單獨(dú)絕緣導(dǎo)線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子組件，其中至少一個(gè)導(dǎo)線束包括獨(dú) 立絕緣導(dǎo)線的若干離散束，其中在將至少一個(gè)導(dǎo)線束的部分扭曲預(yù)定 量之前將每一離散束單獨(dú)扭曲。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子組件，其中定子芯是圓柱形的，并 且其中狹槽沿著定子芯的內(nèi)周緣表面延伸，并且平行于定子芯的中心 軸線。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子組件，其中至少一個(gè)導(dǎo)線束包括若 干導(dǎo)線束，每一導(dǎo)線束相應(yīng)于由定子組件產(chǎn)生的交流電流相位。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子組件，其中至少一個(gè)導(dǎo)線束包括若 干對(duì)導(dǎo)線束，其中每一對(duì)導(dǎo)線束相應(yīng)于與定子組件相關(guān)聯(lián)的交流電流相位，并且其中每一對(duì)導(dǎo)線束包括并聯(lián)連接的至少兩個(gè)導(dǎo)線束。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子組件，其中若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線中每 一導(dǎo)線具有瓷漆絕緣涂層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子組件，其中若干狹槽的每一狹槽包 括更接近定子芯外周緣表面的第一狹槽部分以及更接近定子芯內(nèi)周緣 表面的第二狹槽部分，其中至少一導(dǎo)線束包括第一導(dǎo)線束和第二導(dǎo)線 束，并且其中所述一個(gè)狹槽包含由絕緣分隔層分隔開的第一狹槽部分 內(nèi)的一部分第一導(dǎo)線束和在第二狹槽部分內(nèi)的一部分第二導(dǎo)線束。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子組件，其中定子組件與電機(jī)相關(guān) 聯(lián)，該電機(jī)可運(yùn)行以產(chǎn)生具有400-690伏特范圍的電壓以及產(chǎn)生具有 100 - 600千瓦范圍的功率，電機(jī)具有在每分鐘20,000 - IOO，OOO轉(zhuǎn)之間 旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。
15. 形成定子組件的方法，包括 將若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線分組成導(dǎo)線束；將導(dǎo)線束的一部分放置在從定子芯第一端部延伸到定子芯笫二端 部的定子芯狹槽內(nèi)；以及扭曲導(dǎo)線束，這樣將上述部分在定子芯狹槽內(nèi)扭曲預(yù)定量，以便 使得沿著上述部分內(nèi)若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線的循環(huán)電流最小化。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中將若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線分組 成導(dǎo)線束的所述步驟包括將若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線分組成單束。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中將若干單獨(dú)絕緣導(dǎo)線分組 成導(dǎo)線束的所述步驟包括扭曲第一若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線以形成第一離散的導(dǎo)線束； 扭曲第二若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線以形成第二離散的導(dǎo)線束； 扭曲第三若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線以形成第三離散的導(dǎo)線束；以及 將第一離散的導(dǎo)線束、第二離散的導(dǎo)線束以及第三離散的導(dǎo)線 束分組在一起，以提供組合的導(dǎo)線束。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中將導(dǎo)線束的一部分放置在 從定子芯第一端部延伸到定子芯第二端部的定子芯狹槽內(nèi)的所述步驟 包括a) 將導(dǎo)線束的笫一部分插入到第一定子芯狹槽內(nèi)；b) 扭曲導(dǎo)線束，這樣將第一部分在第一定子芯狹槽內(nèi)扭曲預(yù)定量；c) 將導(dǎo)線束的第二部分插入到第二定子芯狹槽內(nèi)；以及d) 扭曲導(dǎo)線束，這樣將笫二部分在第二定子芯狹槽內(nèi)扭曲預(yù)定量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，包括在同一定子芯狹槽內(nèi)選擇性重復(fù)步驟(a) - (d)，以形成具有希望數(shù)量線匝的線圏。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，包括在不同的定子芯狹槽內(nèi)選 擇性重復(fù)步驟(a) - (d)，以形成具有希望數(shù)量線圈部分的線圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及定子纏繞方法和設(shè)備，其中定子組件包括定子芯和至少一導(dǎo)線束。定子芯具有第一端部、第二端部以及從第一端部延伸到第二端部的若干狹槽。導(dǎo)線束包括若干獨(dú)立的絕緣導(dǎo)線。至少一導(dǎo)線束的至少一部分從若干狹槽之一的第一端部延伸到第二端部。將上述至少一部分在上述一個(gè)狹槽內(nèi)扭曲預(yù)定量，以便使得沿著至少一部分內(nèi)的若干獨(dú)立絕緣導(dǎo)線的循環(huán)電流最小化。
文檔編號(hào)H02K15/085GK101442226SQ20081017619
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者E·蘭托, J·薩里, M·帕爾科 申請(qǐng)人:勝達(dá)因公司