專利名稱：用于電機組件的扇形片，電機組件以及具有該組件的電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電機組件的扇形片，其線槽分兩層容納第一套配置的線圈，使得每個線圈的第一線圈邊設置在第一層中，另一線圈邊設置在第二層中。此外，本發(fā)明還涉及一種帶有這種扇形片的電機組件以及具有這種組件的電機。
背景技術：
DE 102007054719A1公開了這種扇形片、組件和電機。雖然主要考慮將本發(fā)明用于電機定子，但其類似地也適用于轉子?？偟膩碚f，本發(fā)明適用于具有帶有多個彼此重疊的線圈的繞組的電機組件(定子和/或轉子)。非常大的電機定子幾乎不可能整體地從制造地點運送至使用地點?，F(xiàn)代風電設備如海上風電站的部分發(fā)電機也非常大，導致只有以巨大的起重費用才能將其提升到風電設備的塔上。整體式定子的缺點還有在僅僅一個定子線圈中有故障的情況下整個定子就必須更換，這導致相應的維修成本。在將電機用作船舶上的發(fā)電機或電動機的情況下、例如用于油電驅動船舶，在此常常需要切開船舶外殼以卸下故障定子并更換新定子。為克服所有這些缺點，在20世紀20年代就已經(jīng)有人提出將電機定子由多個扇形片制成，這些扇形片在使用地點組合成定子。DE 334070文獻建議將定子由四個扇形片組成，該文獻本身涉及由多個扇形片構成的定子的磁優(yōu)化。各個扇形片相應更小更輕，由此其運輸和操作也就更加簡單。如果一個線圈損壞，則只需更換相關的扇形片。因此，假如各個扇形片彼此完全電絕緣或在海損事件后將失靈的扇形片電絕緣，當一個線圈有故障時，則只是相關扇形片失靈，而不是整個定子和由此整個電機。隨后，電機可以以相應減小的功率繼續(xù)運行。也就是說，由多個扇形片構成的機器在這些情況下具有一定的故障容限。此外，柏林/哥廷根/海德堡Springer出版社1953年出版的F. Heiles的書“電機繞組和其制造”(二版(改進版))中公開了用于電機的所謂的雙層繞組。該書第49頁的附圖62出示了三相雙層繞組的一種方案。從1 頁往后描述了不同的用于交直流整流電機的雙層繞組。在此，在定子疊片組的一個槽中在徑向方向上看總是上下疊置的、即在兩個層中設有兩個線圈邊。每個線圈以一個線圈邊位于下層中，另一個線圈邊位于上層中，每個線圈的兩個線圈邊的距離被稱為線圈寬度w，也就是說任意線圈的線圈邊位于槽i和槽 i+w中。每個線圈的兩個線圈邊的連接構成繞組端部。繞組端部總是略傾斜于定子的切向方向。在既不能在定子的分離點上分開成型線圈，電機安裝后再將之連接，也不能在定子的分離點上省略成型線圈或裝配圓導線繞組的情況下，這種布置的缺點在于定子不能進行不同扇形片的切分。為了避免上述雙層繞組的缺點以實現(xiàn)將定子做成由幾個扇形片組成，在開頭所提的DE 102007054719A1文獻中提出，將扇形片最后的下方的線圈邊不與其它的線圈那樣， 在同一方向作為上方的線圈邊導入另一個線槽，而是在與其它線圈的相反方向回繞。這樣， 一方面沒有線圈越過分離點，另一方面從電氣角度來看，實現(xiàn)了和上述傳統(tǒng)的沒有這種回繞的雙層繞組相同的繞組。從而就能制造并運輸全繞好線圈和可單獨更換的單體扇形片，而且能做到扇形片與扇形片之間的完全隔離。通過成型線圈來實際實施該解決方案的嘗試表明在各個線圈在繞組端部區(qū)域中不彼此碰撞的情況下，這種解決方案不能或只能以巨大花費來實際實施。如果要通過使用成型線圈來實施該解決方案，那么則需要大量不同的復雜的線圈形式，其將導致繞組端部顯著延長和由此重量進一步增加并且材料費用也比其它解決方案高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出的這種扇形片、電機組件以及電機，其制造費用低，并能實現(xiàn)電氣工程技術上提出的雙層繞組，從而解決上述問題。為達到上述目的，本發(fā)明的扇形片，其特征在于扇形片增配帶第一線圈邊和第二線圈邊的第二套配置線圈，而且至少有幾個線槽，其深度能嵌入三層線圈邊，使得第二套配置線圈的每個線圈的第一線圈邊設置在第二層中，另一個線圈邊設置在第三層中。為了達到該目的，本發(fā)明的組件至少具有兩個這種扇形片，而本發(fā)明的電機，其內(nèi)安裝的就是這種組件。根據(jù)本發(fā)明，扇形片上為線圈準備了能容納三層的槽，即該線槽深度是已知的雙層繞組的1.5倍深。就這點而言可以將其稱為三層繞組，雖然其最終還是涉及雙層繞組，因為在每個線槽中總是僅安置兩層線圈邊，即使其在電機徑向方向上看與電機的旋轉軸線間隔開不同距離。這在本發(fā)明所應用的電機直徑中實際并未大幅增加重量并且?guī)缀醪挥绊戨姍C的電和磁特性。第一套配置線圈的繞組端部和第二套配置線圈的繞組端部也可以以極簡單的方式在不延長繞組端部的情況下無碰撞地順向鋪設，由此，組件可以以簡單的方式來制造。如此構造的全繞線定子的扇形片拼合同樣也可以以極簡單的方式實現(xiàn)。每個扇形片設置的線槽數(shù)為奇數(shù)。各個線圈這樣分布在線槽上，即在2n+l個奇數(shù)線槽的情況下，其中η為自然數(shù)，使用第一套配置的η+1個線圈和第二套配置的η個線圈， 第一套配置的線圈邊在第一和第二層中延伸，第二套配置的線圈邊在第二和第三層中延伸。屬于第一套配置的線圈的兩個線圈邊彼此間隔開η個線槽，而第二套配置的線圈的兩個線圈邊彼此間隔開η+1個線槽。也就是說，在每套配置中可以總是使用相同構造的線圈， 由此總共僅需兩種不同的線圈類型。這在線圈為成型線圈的情況下是特別有利的，但在本發(fā)明的范疇中也不是必須使用成型線圈。但也可以使用2η個偶數(shù)線槽，其中η為自然數(shù)。其優(yōu)點在于可使用僅一種結構形式的成型線圈，因為兩種線圈配置方式的每個線圈的線圈邊總是彼此間隔開η個線槽。每個扇形片使用多少個線槽，在電氣方面有利的功率值之下由所選擇或預給定的孔數(shù)來決定。但是線槽的數(shù)量最好能被加載到機器上或者說由其制造的電流的相位數(shù)整除，因為在這種情況下每個扇形片可以以相同的方式連接到電網(wǎng)上，這大大簡化了接口。為此，線槽數(shù)的設置至少雙倍于相位，以便在每個扇形片內(nèi)能配置所有相位，即在三相電流場中至少設置六個線槽。當然，扇形片也可設置9、12、15......個線槽。容納線圈的線槽不必全部沖壓成等深的。重要的僅在于為線圈邊設置三個層，每個線槽僅兩個層用于走線。如果所有線槽為等深，那從理論上講，每個線槽都可容納三層線圈邊，那么，在定子疊片組中在疊片組的縱向方向上看產(chǎn)生了空腔。這些空腔可被用作冷卻空氣通道和用于嵌入冷卻劑管，也可嵌入用于冷卻定子的具有良好導熱性能的冷卻體，或者嵌入測量儀器。這里重要的僅是冷卻體或者說冷卻劑管不可在定子縱向方向上導電，因為該電流將對磁場產(chǎn)生不利影響并造成損耗。為此目的，冷卻劑管或冷卻體由不導電材料制造，或者為提高導熱性，由導電和不導電材料如三明治狀分層制成，如其原則上由用于另一種應用目的的DE 102006056942A1文獻公開。另外，空出來的線槽空間可用來嵌入一個或多個附加線圈。這些附加線圈不參與電機本身的運行，但可被用于下述目的如果使用永久磁性的轉子，那么其定子在安裝期間，會有巨大的磁力作用到定子的各個扇形片上，這大大加大了定子安裝的難度?，F(xiàn)在扇形片中的附加線圈可有利地用于在各個定子的扇形片中產(chǎn)生與轉子的磁力相反的感應磁場并且由此使永久磁鐵的磁力不起作用或該磁力至少得到足夠的減弱。為此，可借助直流電建立相應的反向磁場。此外，也可在電機運行期間將一個或多個附加線圈用作旋轉傳感器，因為通過定子中轉子的旋轉使附加線圈產(chǎn)生感應電流，那么，該線圈上產(chǎn)生的交流電壓就成了用于轉子旋轉速度的量度， 這樣，就可省去安裝專門的旋轉傳感器。也就是說，扇形片中的附加線圈在安裝期間可用于產(chǎn)生反向磁場，在運行期間用作轉速傳感器。接下來借助附圖所示的實施例進一步解釋本發(fā)明。附圖如下


圖1為本發(fā)明的扇形片第一種實施例的定子橫截面圖，；圖2為圖1定子的端面俯視圖；圖3為本發(fā)明扇形片的另一種實施例的定子橫截面圖；圖4為圖3定子的端面透視圖。附圖標記說明
10扇形片
11線槽
12線槽
13線槽
14線槽
15線槽
16線槽
17線槽
18線槽
19線槽
20槽齒
21燕尾形槽
22線圈
23線圈
24線圈
25線圈
26線圈
27線圈
28線圈
29線圈
30線圈
31繞組端部
32通道
33通道
34線圈
35線圈
具體實施例方式圖1示出一種由多個扇形片10構成的定子的剖面圖。在圖1中可看到一個完整的扇形片10以及各一個在左側和右側相鄰的局部的扇形片10。通常情況下，扇形片10的基本構體由定子疊片構成，上述情況的疊片，其上設有九個線槽，即線槽11、12、13、14、15、 16、17、18和19，該線槽分別通過槽齒20彼此分開。在槽齒20的端面上設置燕尾形槽21， 向該線槽中推入相應的槽楔，以便封閉嵌有線圈的線槽11至19。在線槽11至19中嵌入線圈。具體來說是使用已知的成型線圈。線槽11至19中的每個線槽，其深度為可容納三層線圈的線圈邊。這具體情況如下第一線圈22，其一個線圈邊2 嵌入線槽11中，另一個線圈邊22b嵌入線槽16 中。線圈22這樣成形，使得一個線圈邊2 設置在最下層中——下面也稱其為第三層，而另一個線圈邊22b設置在中間層中——下面也稱其為第二層。接下來嵌入另外三個成型線圈23J4和25 即線圈23以其一個線圈邊23a嵌入線槽12的最下層中，另一個線圈邊2 嵌入線槽17的中間層中；線圈M以其一個線圈邊2 嵌入線槽13的最下層中，另一個線圈邊24b嵌入線槽18的中間層中；線圈25以其一個線圈邊25a嵌入線槽14中，另一個線圈邊2 嵌入線槽19中。線圈22至25構成線圈的第一套配置，其中，線圈邊2 至25a 分別與相關的另一線圈邊22b至2 錯開五個槽。在2n+l個奇數(shù)槽11至19 (其中η為自然數(shù))的情況下線圈的這種布置如下同一線圈22至25的一個線圈邊2 至2 分別與所配置的另一個線圈邊2 至2 錯開n+1個槽。在線圈22至25上鋪設第二套配置，即線圈26、27、28、四和30 線圈沈的一個線圈邊26a嵌入線槽11的中間層，即在線圈邊2 之上，該線圈26的另一個線圈邊26b嵌入線槽15的上層中——下面也稱其為第一層；位于其旁邊的線圈27，其一個線圈邊27a嵌入在線槽12的中間層，即在線圈邊23a之上，另一個線圈邊27b嵌入線槽16中，即在線圈邊 22b之上；線圈28，其一個線圈邊28a嵌入線槽13中，即在線圈邊2 之上，另一個線圈邊 28b嵌入線槽17中，即在線圈邊2 之上；線圈四，其一個線圈邊29a嵌入線槽14中，即在線圈邊2 之上，另一個線圈邊29b嵌入線槽18中，即在線圈邊24b之上；線圈30，其一個線圈邊30a嵌入線槽15中，即在線圈邊26b之下，另一個線圈邊30b嵌入槽19中，即在線圈邊2 之上。兩組線圈邊26a至30a和26b至30b在目前情況下彼此錯開四個槽?？偟膩碚f，在2n+l個奇數(shù)槽11至19 (其中η為自然數(shù))的情況下相同線圈沈至30的一側線圈邊26a至30a和另一側線圈邊26b至30b彼此錯開η個槽。從中可以看出，這里僅需兩種不同類型的成型線圈、即一種用于線圈22至25的第一套配置，另一種用于線圈沈至30 的第二套配置。在所述線圈的布置中，線圈22至25或者說沈至30分別相同成形。可以看出，盡管分為三個層，在每個線槽11至19中僅嵌入兩層線圈邊2 至30a ；22b至30b，使得最終僅涉及雙層繞組。但線圈邊2 至2 和26a至29a嵌入線槽11至14的第二和第三層中，而線圈邊30a和2 至25b以及2 至30b則嵌入第一和第二層中。由此，如圖2 所見，線圈22至30可毫無問題地嵌入線槽11至19中，而且在其繞組端部31區(qū)域中未出現(xiàn)碰撞。現(xiàn)在有可能想到并且也與本發(fā)明的實質相統(tǒng)一的是，線槽15至19的深度可容納兩層繞組邊即可。同樣線槽11至14的第一層可回填。但目前線槽的深度一致、即線槽11 至19均為三層設計，那么，線槽11至14的第一層為空腔，該空腔為扇形片10的通道32 ；線槽15至19的第三層為空腔，該空腔為扇形片10的通道33。該通道32和33可被合理用作冷卻空氣通道，冷卻空氣可由風扇泵送。也可在通道32和/或33中嵌入由良好導熱材料制成的冷卻元件或冷卻劑流通管道。是否將通道32、33全部用于冷卻或只用其中幾個，這可根據(jù)需要來決定。若在通道32、33中全部或者部分嵌入冷卻元件或冷卻劑管，則須確保這些冷卻元件或冷卻劑管在扇形片的縱向方向上(定子縱向軸線)不會產(chǎn)生導電。也就是說，冷卻元件或冷卻劑管必須由不導電材料制成或設有電中斷裝置、如DE 102006056942A1 文獻所公開那樣。此外，也可在通道32、33的部分通道中嵌入附加線圈。圖3和4中示出該方案。方案內(nèi)，在上層的兩個相鄰通道32中分別嵌入附加線圈34，該線圈的一個線圈邊3 位于線槽11或者13中的最上層，另一個線圈邊34b則位于通道12或者14中的最上層。線槽16、 17和18、19的最下層為空腔，用于嵌入線圈35的兩個線圈邊，這樣，線圈35的一個線圈邊 35a設置在線槽16或者說18的最下層，另一個線圈邊3 設置在線槽17或者19最下層。 線槽15的通道33保持為空，可被用于其它用途如冷卻。附加線圈34和35在電機安裝期間可通過施加直流電壓來產(chǎn)生磁場，因為本發(fā)明的定子扇形片10主要是用在永磁轉子的電機上。永磁轉子的永久磁體會吸引定子扇形片10。如果現(xiàn)在通過對附加的線圈34和35 施加直流電壓，使其產(chǎn)生與轉子磁場相反的感應磁場，從而中和轉子磁場，這樣就能將扇形片10毫無問題地合裝成定子。在運行期間，可將附加線圈34、35中的一個線圈，最好是設置在下層的線圈35，用作旋轉傳感器，因為在電機運行時，線圈34、35中會產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生交流電壓，該電壓的大小和頻率的高低則成了轉子旋轉速度的量度。轉子旋轉速度可以以這種特別簡單的方式來測定，因而就無須另裝旋轉傳感器。當然，如果安裝時無需對永久磁性作中和的話，則只需在扇形片10的一個線槽中嵌入一個附加線圈即可，并將該線圈用作旋轉傳感器。
權利要求
1.一種電機組件的扇形片，其線槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)分兩層容納第一套配置的線圈(沈、27、觀、29、30)，使得每個線圈(26,27,28,29,30)的第一線圈邊(26b, 27b,28b,29b,30b)安置在第一層中，另一個線圈邊安置在第二層中，其特征在于，設定有第二套配置的線圈02、23、24、25)，并且所述第二套配置的線圈具有第一線圈邊(22b、23b、 24b,25b)和第二線圈邊(22a、23a、Ma、25a)，扇形片上至少有幾個線槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)具有三層深度，這樣所述第二套配置的線圈02、23、24、25)，其每個線圈的第一線圈邊(22b,23b,24b,25b)能安置在第二層中，另一線圈邊(22a.23a.24a.25a)能安置在第三層中。
2.根據(jù)權利要求1所述的扇形片，其特征在于，設置2n+l個奇數(shù)線槽(11、12、13、14、 15、16、17、18、19)，其中η為自然數(shù)，第一套配置的線圈的線圈邊(26a,27a,28a,29a,30a ； 26b、27b、28b、29b、30b)彼此間隔開 η 個線槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)，而第二套配置的線圈(22、23、24、25)，其線圈邊(22a,23a,24a,25a ；22b,23b,24b,25b)彼此間隔開n+1 個線槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的扇形片，其特征在于，所述線槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)的數(shù)量可被電流相位的數(shù)量整除。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的扇形片，其特征在于，所述線槽(11、12、13、14、 15、16、17、18、19)要足夠的長，使得線槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)的一些區(qū)域不被線圈02、23、24、25、26、27、28、四、30)所占據(jù)，由此在這些區(qū)域中形成在縱向方向上延伸的通道(32,33) ο
5.根據(jù)權利要求4所述的扇形片，其特征在于，所述通道(32、3；3)中至少有幾個通道為用于冷卻的冷卻通道。
6.根據(jù)權利要求5所述的扇形片，其特征在于，所述冷卻通道能流通冷卻空氣、或設置冷卻劑管或冷卻體。
7.根據(jù)權利要求4所述的扇形片，其特征在于，所述通道(32、3；3)中至少有兩個通道內(nèi)嵌有附加線圈(34,35) 0
8.根據(jù)權利要求7所述的扇形片，其特征在于，同一個附加線圈(34、35)的線圈邊嵌入相鄰的通道(32、33)中。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的扇形片，其特征在于，所述附加線圈(34、35)可加載直流電以產(chǎn)生磁場。
10.根據(jù)權利要求7至9中任一項所述的扇形片，其特征在于，測量產(chǎn)生于附加線圈 (34,35)上的感應電壓并且將其用于確定轉子的旋轉速度。
11.一種電機組件，尤其是定子，其特征在于，所述電機組件具有至少兩個根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的扇形片(10)。
12.一種電機，其特征在于，所述電機具有根據(jù)權利要求11所述的電機組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電機組件(如定子或轉子)的扇形片，該扇形片的線槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)分兩層安置第一套配置的線圈(26、27、28、29、30)，這樣該線圈的第一線圈邊(26b、27b、28b、29b、30b)被嵌入第一層中，而另一個線圈邊則被嵌入第二層中。為了在較少的制造費用下生產(chǎn)這種具有電氣工程方面提出的雙層繞組的組件，本發(fā)明的扇形片，其特征在于，設定有第二套配置的線圈(22、23、24、25)，并且所述第二套配置的線圈具有第一線圈邊(22b、23b、24b、25b)和第二線圈邊(22a、23a、24a、25a)，扇形片上至少有幾個具有三層深度的線槽(11、12、13、14、15、16、17、18、19)，使得第二套配置的線圈，其第一線圈邊(22b、23b、24b、25b)能安置在第二層中，另一個線圈邊(22a、23a、24a、25a)安置在第三層中。
文檔編號H02K1/20GK102403806SQ20111023842
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權日2010年9月16日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:勞埃德戴那莫維克有限及兩合公司