專利名稱：電機的定子元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電機特別是發(fā)電機的定子元件，其包括具有至少兩個相鄰放置的軸向延伸的槽的磁軛，所述槽用于容納至少ー個定子繞組，該定子繞組由沿徑向方向堆疊在彼此頂部上的多個股線(Strand)構(gòu)成，每個定子繞組包括軸向延伸離開磁軛的端部繞組。
背景技術：
通常在大的電機或發(fā)電機(例如用于大型風カ渦輪機)中使用所謂的雙層繞組設置(double-layer winding setup)，因為所有的定子繞組均是相同的且因而易于制造。然而，在具有大量磁極和小磁極距的電機中，雙層繞組可能是難以安裝的，因為在專用槽中插入最后定子繞組需要將已經(jīng)安裝的第一定子繞組從槽中提升出以便完成繞組。 也就是說，為了插入最后定子繞組，第一定子繞組必須被臨時移除。此外，在分段式電機的情況下，雙層繞組需要連接跨過段接頭(segment joint)的定子繞組。單層繞組設計克服了這些缺點，因為當在磁軛的各個槽中插入最后定子繞組時， 它們不需要移除第一個被插入的定子繞組。此外，可以使用不需要跨過段接頭的單層繞組。 單層繞組通常需要平面內(nèi)(in-plane)和平面外(out-of-plane)端部繞組(參見繞組端部 (winding overhang)或繞組頭部)這二者。因而，單層繞組具有某些優(yōu)點，特別是在大型電機方面，該大型電機例如是用于風カ渦輪機的發(fā)電機。不過，公知的單層技術導致了大的端部繞組，從而在定子元件的軸向端部處占據(jù)了大量的空間。因而，對于各定子繞組而言也需要大量銅或類似物。EP 2 166 644 Al涉及用于定子元件的端部繞組的特定設計，其包括三組定子繞組，其基本上具有相同的長度，其中至少兩個端部繞組徑向傾斜不同的傾斜角。不過，該設計仍需要大量空間，因為端部繞組需要具有特定長度以便越過彼此。具體地，在鋁定子繞組的情況下，其原本具有相當小的電連接性，這不可避免地導致難以進行磁軛的結(jié)構(gòu)設計以便獲得電機的理想電輸出。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標是提供ー種改良的定子元件，特別是關于尺寸減小和有效的材料使用方面。這是通過如上所述的定子元件實現(xiàn)的，其中各定子繞組的股線在其軸向長度上是不同的，其中各定子繞組中的至少ー個端部繞組具有斜坡(bevelled)或彎曲形狀。本發(fā)明提出了一種定子繞組的新穎設計，其特別適用于各定子繞組的端部繞組， 該設計實質(zhì)上基于其軸向長度不同的股線，從而提供具有斜坡或彎曲形狀的至少ー個且優(yōu)選地兩個端部繞組。端部繞組的斜坡或彎曲形狀導致端部繞組的軸向尺寸減小且因而作為一個整體的定子元件的軸向尺寸減小。端部繞組的軸向尺寸或長度的減小進一歩有助于減少所用材料，從而允許定子元件具有更加輕質(zhì)且有成本效率的構(gòu)造。類似地，在保持定子元件的軸向尺寸恒定的情況下，即在定子元件具有相同的總軸向長度的情況下，能夠增加各定子元件的動カ輸出或輸出扭矩，因為各定子元件具有細長磁軛。端部繞組的斜坡或彎曲形狀指的是所有種類的傾斜、凸或凹的彎曲形狀。傾斜度或曲率可以是恒定的，均一或非恒定的，非均一的。對于具有軸向延伸離開磁軛的兩個端部繞組的給定定子元件而言，各端部繞組可以具有相同或不同的形狀。在本發(fā)明的基本實施例中，定子繞組的兩個端部繞組均是斜坡的，使得定子繞組沿縱切面具有梯形形狀。本發(fā)明的定子元件可以包括整個的、特別是環(huán)形的定子。除此之外，本發(fā)明的定子元件可以被構(gòu)成具體環(huán)形的定子段，其中多個相應定子元件可以被連接以構(gòu)成整個定子。本發(fā)明的定子元件適于具有外部定子-內(nèi)部轉(zhuǎn)子以及外部轉(zhuǎn)子-內(nèi)部定子這兩種構(gòu)造的電機中的應用。如果定子元件包括多于ー個定子繞組，即在具有三個單獨的定子繞組的三相電機的示例性情況下，各定子繞組的端部繞組優(yōu)選地形狀不同。各端部繞組的形狀以如下方式來對應，即使得定子元件的軸向尺寸減小。因而，優(yōu)選的是在定子包括多于ー個定子繞組的情況下，第一定子繞組的端部繞組被成形成至少部分地包圍另一定子繞組的端部繞組，這將在下文中被更加詳細地描述。關于ー個或更多個相應的定子繞組，可能的是，相應定子繞組的股線的軸向長度沿徑向向外或向內(nèi)方向減小。各股線的軸向長度與其布置的結(jié)合主要限定了各定子繞組的形狀或相應地各端部繞組的形狀。因此，可能的是，在多于ー個定子繞組的情況下，第一定子繞組的股線在軸向長度上可以沿徑向向外方向増加，而另一定子繞組的股線在軸向長度上沿徑向向外方向減小，或者反之亦可?？赡艿氖?，定子繞組的端部繞組沿徑向向外或向內(nèi)方向傾斜。端部繞組的傾斜還影響端部繞組的軸向尺寸且進一歩影響作為整體的定子元件的軸向尺寸。傾斜可以伴隨有磁軛的更深的槽，從而確保端部繞組不超過磁軛的高度，即端部繞組不超過磁軛的徑向尺寸，使得對于定子元件和轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙存在足夠的空間。因為傾斜可能沿徑向向外或向內(nèi)方向，所以本發(fā)明的定子元件適于在具有外部轉(zhuǎn)子-內(nèi)部定子構(gòu)造的電機以及具有外部定子-內(nèi)部轉(zhuǎn)子構(gòu)造的電機中使用。在下文中將描述示例性實施例。如果定子元件包括例如三個定子元件，則可能的是，第一定子繞組的端部繞組不傾斜或沿徑向向外方向傾斜，并且第二和第三定子繞組的端部繞組沿徑向向內(nèi)方向傾斜。 這種實施例適用于例如具有外部定子-內(nèi)部轉(zhuǎn)子構(gòu)造的三相電機。因而，可能的是，定子元件包括三個定子繞組，其中第一定子繞組的端部繞組不傾斜或沿徑向向內(nèi)方向傾斜，并且第二和第三定子繞組的端部繞組沿徑向向外方向傾斜。這種實施例適用于例如具有外部轉(zhuǎn)子-內(nèi)部定子構(gòu)造的三相電機。在本發(fā)明的另ー實施例中，定子元件包括多于ー個定子繞組，其中各定子繞組的端部繞組相對于定子元件的中心軸線以不同角度傾斜。端部繞組的傾斜還有助于減小軸向尺寸，因為能夠?qū)⒍瞬坷@組相對彼此設置得更近，也就是提供了更密集封裝的端部繞組，從而導致更有效地使用空間。應用到包括三個定子繞組的定子元件，則可能的是，相對于定子元件的中心軸線或縱向軸線，第一定子繞組的端部繞組沿逆時針方向傾斜大約0-15度，并且第二定子繞組的端部繞組沿順時針方向傾斜大約45度，并且第三定子繞組的端部繞組沿順時針方向傾斜大約90度。當然，在減少定子元件的總軸向長度的前提下，即減少至少各端部繞組的軸向長度的前提下，在例外情況下，可以想到其他角度。因而，可能的是，定子元件包括三個定子繞組，其中相對于定子元件的中心軸線或縱向軸線，第一定子繞組的端部繞組沿順時針方向傾斜大約0-15度，并且第二定子繞組的端部繞組沿逆時針方向傾斜大約45度，并且第三定子繞組的端部繞組沿逆時針方向傾斜大約90度。類似地，在減少定子元件的總軸向長度的前提下，即減少至少端部繞組的軸向長度的前提下，在例外情況下，可以想到其他角度。理想的是，股線由金屬，特別是銅或鋁制成。因此，銅呈現(xiàn)了更佳的電連接性但是價格相當高。鋁代表了更有成本效率的材料，不過電連接性相當?shù)?。在股線由鋁制成的情況下，可能必要的是調(diào)整槽的深度以便獲得與使用銅股線時相當?shù)南鄳獎鹰敵?。在例外情況下，通?？梢詰闷渌麑щ娊饘倩虿牧稀４送?，本發(fā)明涉及ー種電機，特別是用于風カ渦輪機的發(fā)電機，其具有相對于定子可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，所述定子包括如上所述的至少ー個定子元件。因此，電機的軸向尺寸可以被減小，從而有助于更輕質(zhì)且有成本效率的設計。因此，當保持電機的軸向尺寸恒定時，可以増加相應電機的動カ輸出或輸出扭矩。電機優(yōu)選地用作風カ渦輪機的發(fā)電機，特別是大型直接驅(qū)動的風カ渦輪機的發(fā)電機。除此之外，本發(fā)明還涉及ー種風カ渦輪機，特別是直接驅(qū)動風カ渦輪機，其包括如前所述的電機，特別是發(fā)電機的形式。


從本發(fā)明的優(yōu)選實施例的下述具體描述以及附圖中能夠獲得本發(fā)明的其他優(yōu)點和細節(jié)，附圖中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的定子元件； 圖2示出了圖1的部分剖切的透視圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的定子元件； 圖4示出了根據(jù)圖2的實施例的透視圖；以及
圖5-圖6示出了與現(xiàn)有技術已知的定子元件相比根據(jù)圖2的實施例的本發(fā)明的定子元件。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的定子元件1。定子元件1優(yōu)選地用在電機， 例如風カ渦輪機的發(fā)電機(未示出)中。定子元件1包括磁軛2，該磁軛2具有多個相鄰放置的槽3 (參見圖2)，根據(jù)定子元件1是用于內(nèi)部定子-外部轉(zhuǎn)子還是用于外部定子-內(nèi)部轉(zhuǎn)子構(gòu)造的相應電機中，所述槽3圍繞磁軛2的徑向內(nèi)或外表面的圓周均勻分布。槽3以公知的方式容納三個定子繞組
4、5、6，其中定子繞組4、5、6包括軸向延伸離開磁軛2的端部繞組4’、5’、6’。定子繞組4、
5、6由沿徑向方向堆疊在彼此頂部上的多個銅股線7構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，各定子繞組4、5、6的股線7在其軸向長度上是不同的，這導致了各端部繞組4’、5’、6’的斜坡形狀。端部繞組4’、5’、6’的斜坡形狀基于如下事實各定子繞組 4、5的股線7的軸向長度沿徑向向外方向減小，而定子繞組6的股線7的長度沿徑向向內(nèi)方向減小。本發(fā)明提供了端部繞組4’、5’、6’的更加緊湊且密集封裝的設計，即可以減小定子元件1的總軸向長度。因而，減少了材料的使用，從而導致定子元件1具有輕質(zhì)且有成本效率的構(gòu)造。如更加明顯的，端部繞組4’、5’、6’是傾斜的，即定子繞組4的端部繞組4’沿徑向向外方向僅稍微傾斜，而定子繞組5、6的端部繞組5’、6’沿徑向向內(nèi)方向傾斜。這導致了各端部繞組4’、5’、6’的非常緊密且密集的布置，其中相鄰放置的端部繞組4’、5’、6’或端部繞組4’、5’、6’的相鄰放置的部分可以至少部分地包圍彼此(參見圖4)。例如從圖1可見，各定子繞組4、5、6的端部繞組4’、5’、6’相對于定子元件1的中心軸線8以不同角度傾斜。根據(jù)圖1的實施例，相對于定子元件1的中心軸線或縱向軸線 8，定子繞組4的端部繞組4’沿逆時針方向傾斜大約10度，定子繞組5的端部繞組5’沿順時針方向傾斜大約45度，并且定子繞組6的端部繞組6’沿順時針方向傾斜大約90度。因而，定子繞組4的股線7以如下方式布置端部繞組4’的相應斜坡形狀呈現(xiàn)基本相同于端部繞組5’的傾斜角度的角度α。因而，端部繞組5’的斜坡形狀呈現(xiàn)對應于端部繞組6’的傾斜角度的角度β。端部繞組6’的斜坡形狀呈現(xiàn)同樣對應于端部繞組5’的傾斜角度的角度Y。因此，同樣如圖3、圖4所示，各端部繞組4’、5’、6’的形狀對應于彼此，從而導致端部繞組4’、5’、6’的上述緊密封裝。因而，實質(zhì)上端部繞組4’包圍端部繞組5’的上部， 而端部繞組6’包圍端部繞組5’的下部，使得端部繞組5’被“貼靠(nestled)”在端部繞組 4，、6，之間(參見圖4)。圖5、圖6示出了與現(xiàn)有技術已知的定子元件S (虛線)相比的本發(fā)明的定子元件 1。明顯的是，本發(fā)明的定子元件1包括端部繞組4’、5’、6’的更加密集且緊密的封裝。這還導致減少了材料使用，從而導致輕質(zhì)且有成本效率的構(gòu)造。在保持定子繞組1的軸向尺寸恒定的情況下，磁軛2可以是細長的，從而增加定子元件1的動カ輸出或扭矩，且相應地增加電機的動カ輸出。
權(quán)利要求
1.電機的定子元件(1)，特別是發(fā)電機的定子元件(1)，包括具有至少兩個相鄰放置的軸向延伸的槽(3 )的磁軛(2 )，所述槽(3 )用于容納至少ー個定子繞組(4、5、6 )，所述定子繞組(4、5、6)由沿徑向方向堆疊在彼此頂部上的多個股線(7)構(gòu)成，每個定子繞組(4、5、6)包括軸向延伸離開所述磁軛(2)的端部繞組(4’、5’、6’)，其中各定子繞組(4、5、6)的股線(7) 在其軸向長度上是不同的且各定子繞組(4、5、6)的至少ー個端部繞組(4’、5’、6’)具有斜坡或彎曲形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子元件，其中所述定子元件(1)包括多于ー個定子繞組(4、 5、6)，其中各定子繞組(4、5、6)的端部繞組(4’、5’、6’)形狀不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定子元件，其中各定子繞組(4、5、6)的股線(7)的軸向長度沿徑向向外或向內(nèi)方向減小。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的定子元件，其中定子繞組(4、5、6)的端部繞組 (4’、5’、6’)沿徑向向外或向內(nèi)方向傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定子元件，其中所述定子元件(1)包括三個定子繞組(4、5、 6)，其中第一定子繞組(4)的端部繞組(4’)不傾斜或沿徑向向外方向傾斜，并且第二和第三定子繞組(5、6)的端部繞組(5’、6’)沿徑向向內(nèi)方向傾斜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定子元件，其中所述定子元件(1)包括三個定子繞組(4、5、 6)，其中第一定子繞組的端部繞組不傾斜或沿徑向向內(nèi)方向傾斜，并且第二和第三定子繞組的端部繞組沿徑向向外方向傾斜。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的定子元件，其中所述定子元件(1)包括多于ー個定子繞組(4、5、6)，其中各定子繞組(4、5、6)的端部繞組(4’、5’、6’)相對于所述定子元件 (1)的中心軸線(8)以不同角度傾斜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的定子元件，其中所述定子元件(1)包括三個定子繞組(4、5、 6)，其中相對于所述定子元件(1)的所述中心軸線(8)，第一定子繞組(4)的端部繞組(4’) 沿逆時針方向傾斜0-15度，并且第二定子繞組(5)的端部繞組(5’ )沿順時針方向傾斜45 度，并且第三定子繞組(6)的端部繞組(6’)沿順時針方向傾斜90度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的定子元件，其中所述定子元件(1)包括三個定子繞組(4、5、 6)，其中相對于所述定子元件(1)的所述中心軸線(8)，第一定子繞組的端部繞組沿順時針方向傾斜0-15度，并且第二定子繞組的端部繞組沿逆時針方向傾斜45度，并且第三定子繞組的端部繞組沿逆時針方向傾斜90度。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的定子元件，其中第一定子繞組(4、6)的端部繞組(4’、6’)被成形成至少部分地包圍另一定子繞組(5)的端部繞組(5’)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的定子元件，其中所述股線(7)由金屬，特別是銅或鋁制成。
12.電機，特別是用于風カ渦輪機的發(fā)電機，具有相對于定子可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，該定子包括至少ー個根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的定子元件(1)。
13.風カ渦輪機，特別是直接驅(qū)動風カ渦輪機，包括根據(jù)權(quán)利要求12所述的電機，特別是發(fā)電機的形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及電機的定子元件(1)，具體是發(fā)電機的定子元件，特別是風力渦輪機的發(fā)電機，具體是直接驅(qū)動風力渦輪機，該定子元件包括具有至少兩個相鄰放置的軸向延伸的槽(3)的磁軛(2)，所述槽用于容納至少一個定子繞組(4、5、6)，所述定子繞組(4、5、6)由沿徑向方向堆疊在彼此頂部上的多個股線(7)構(gòu)成，每個定子繞組(4、5、6)包括軸向延伸離開所述磁軛(2)的端部繞組(4’、5’、6’)，其中各定子繞組(4、5、6)的股線(7)在其軸向長度上是不同的且各定子繞組(4、5、6)的至少一個端部繞組(4’、5’、6’)具有斜坡或彎曲形狀。
文檔編號H02K3/12GK102570671SQ201110453698
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月3日
發(fā)明者H.斯蒂斯達爾, S.塞默 申請人:西門子公司