製造用於電機的繞組線圈的方法和用於電機的繞組的製作方法

2023-07-12 05:37:26

專利名稱：製造用於電機的繞組線圈的方法和用於電機的繞組的製作方法
技術領域：
本發明的目的在於一種根據權利要求1的前序部分所述的制
造用於電機的繞組線圈的方法和一種根據權利要求7的前序部分所
述的用於電機的繞組。
背景技術：
電機的定子繞組通常配合到定子的磁片組中形成的定子槽中。 某一類電機是所謂的集中繞組機器、具體為槽係數小的電機，其中 製造定子繞組使得繞組中的各線圈匝或者線圈在定子的一個齒周 圍。在這一情況下， 一個槽保持兩個相鄰線圈的線圏側部。線圏也 可以纏繞於每隔一個齒周圍，這使一個線圏填充整個槽。在槽係數
小的這些電機中，槽係數是q〈1，槽係數限定為q=Q/(m*2*p)，其中 Q指代槽數目，m指代相數目，而p指代機器中的磁極對的數目。
定子繞組在尺度上設定成產生作為繞組N中的導體匝數目與 在繞組I中流動的電流的乘積來確定的充分的/f茲動勢。例如，在槽系 數小而槽數目充分大的機器中，可用於各繞組的槽相對窄。現有技 術的繞組線圏由扁平線例如扁平銅棒製成，該扁平線的橫截面為矩 形並且在製造線圏之前絕緣。利用這樣的導體，槽填充係數高，而 當使用標準導體時，繞組製造起來經濟。
當操作電機時，在導體中流動的電流產生熱量，該熱量必須加 以冷卻以便保證電機高效，操作。可以使用經過線圏端部流通的如下 空氣來冷卻線圏端部，該空氣例如使用配合到電機軸的風扇或者單 獨吹風機來吹動。然而，由繞組在槽中的線圈側部生成的熱量必須 傳導到周圍的鐵，或者具有流通冷卻劑的冷卻通道需要布置於線圏 側部旁邊。當電機的尺度設定使得不可能在槽中安裝單獨冷卻通道
4時，優選使用如下繞組，其中由線圈側部中的導體生成的熱量以最 佳可能方式傳送到電機在繞組周圍的鐵製部分。換而言之，應當制 造線圏使得線圏導體在槽的邊緣處在最大的可能程度上與齒接觸。 當單層線圈由具有矩形橫截面的扁平線繞成時並且當分段線圏的直 邊與齒接觸時，在導體中生成的熱量直接地傳送到齒並且從齒傳送 到電才幾的本體部分。
對電機的尺度設定自然地以最佳的可能效率和經濟的製造方 法為目標。在一些情況下，比如在具有小的槽係數和集中繞組的電 機中，在槽中為繞組線圏保留的空間在槽數目大時是有限的。當線 圏由所述扁平線製成使得槽填充係數儘可能高時，線圍的導體層在 槽的深度方向上相互接觸，並且成品線圏在深度方向上填充整個槽。 然而，由扁平線製成的導體在彎曲的內邊接近線圈端部處變得明顯
擾亂(upset)。在電機的槽的端部和在線圏端部區域，線圈在徑向 方向上的總厚度增加，線圈因此往往在與電機的端部接近處在徑向 方向上脫離槽或者至少增加槽楔上的壓力，這將導致槽楔隨時間而 失效。

發明內容
本發明的目的在於開發一種用於由連續繞組線形成用於電機 的繞組線圏並且消除上述問題的既新穎又經濟的解決方案。為了實 現這一點，根據本發明的製造用於電機的繞組線圏的方法的特徵在 於在權利要求1的特徵部分中具體說明的特徵。對應地根據本發明 的用於電機的繞組的特徵在於在權利要求7的特徵部分中具體說明 的特徵。本發明的某些其它實施例的特徵在於從屬權利要求的特徵。
當根據本發明製造線圏時，其中導體彎曲的位置交替地更接近 和更遠離定子槽的邊緣，重疊導體的擾亂彎曲不在相同位置，這保 持導體在槽的整個長度內相互緊密接觸。這使線圈的槽填充係數和 安培匝數最大。
當彎曲導體時，導體絕緣物由於對導體的擾亂而退化。對應地，在彎曲的外邊上絕緣體伸展並且例如編織絕緣物的重疊部分減少。 當應用本發明時，彎曲點互不接觸。因而，線圏匝絕緣物的電壓強 度在線圈端部沒有退化，因為導體的彎曲區域互不接觸。
由於使用根據本發明的方法來製造繞組並且位於線圏端部處 的繞組沒有相互接觸，所以這增加了冷卻效率，因為氣流與各層的 線圏端部接觸。


在下文中將通過參照以下附圖具體地描述本發明 -圖1圖示了根據本發明的繞組的一部分， -圖2圖示了現有技術的解決方案， -圖3A從氣隙的方向圖示了繞組的一部分， -圖3B圖示了圖3A中的截面B-B， -圖3C圖示了圖3A中的截面C-C, -圖4圖示了根據本發明的繞組， -圖5圖示了根據本發明的線圏端部布置， -圖6圖示了根據本發明的另一繞組，以及 -圖7圖示了根據本發明的另一線圈端部布置。
具體實施例方式
圖1圖示了電機中的定子齒2的橫截面，該定子齒具有由纏繞 於齒周圍的扁平銅線製成的線圏導體4。導體的橫截面為扁平和矩 形，其中使導體的短邊6之一與齒2的側壁8接觸。導體4使用已 知方法利用導體絕緣物來絕緣並且使用已知方法從一個線圏端部直 接地或者經過母線棒連接到電機的外部連接器(未圖示)。在相鄰 齒周圍延伸的繞組與導體共用槽4。在將繞組配合就位之後用槽楔 10阻隔定子槽。
當根據圖1的扁平銅線通過在扁平銅線的較窄側周圍彎曲扁 平銅線來纏繞於齒周圍時，導體的內邊變得擾亂。在圖2、圖3A、
6圖3B和圖3C中圖示了這一點。圖2圖示了關於一個齒和纏繞於該 齒周圍的繞組線圏從定子的端部查看的線圈端部。圖3A圖示了從電 機的氣隙查看的線圈端部12。在槽處，也就是在線圈側部14處，扁 平銅線如圖3B (在圖3A中為截面B-B)中所示為矩形。圖3C圖示 了扁平銅線4在齒2的中間在線圈端部處的橫截面C-C。由於彎曲 扁平銅線，它的內邊16擾亂並且比圖3B中所示的在線圏側部上的 橫截面或者扁平銅線在線圈端部處的外邊18明顯更厚。由於圖3C 中所示擾亂和扁平銅線在線圏端部區域中的增厚，繞組線圈所需空 間在齒的深度方向——也就是電機的徑向方向——上增加。如圖2 中所示，線圏端部的內邊20 (該內邊是面向轉子的邊緣)往往在槽 的頂邊24所限定的線以外延伸，並且對應地，外邊22往往在槽的 底邊所限定的線23以外延伸。同時，它們向外推動位於齒之間的槽 楔10。應當理解圖3C和圖2中的變形有所誇大以圖示實質，但是 實際上擾亂所致的增厚較小。
圖4圖示了本發明的一個實施例，其中從電機的氣隙方向查看 形成於一個定子齒2周圍的繞組線圈40。該圖僅圖示與氣隙最接近 的兩個線圏臣42和44，但是自然地應當理解可以有如圖1的例子中 所示更多線圏匝。線圏繞組由絕緣的扁平銅線製成的連續繞組線纏 繞而成。包括一個扁平銅線導體的線圏匝42纏繞於齒2周圍，使得 在兩個線圖端部46和48的區域中，導體在它的窄側周圍與定子齒 端部50和52分別充分接近地彎曲。扁平銅線如上文對現有4支術的 描述中提到的那樣塗有導體絕緣物。在彎曲點的中間處，與導體的 彎曲半徑R近似對應的尺度在導體的內邊54與齒50的端部之間並 且對應地在另一內邊56與齒52的端部之間保持。在最高線圏匝42 以下的第二線圈匝44彎曲使得它的伸直部分在齒2以外充分延伸， 這造成線圈端部在齒2的兩端構成伸直部分58和彎曲部分60。線圏 壓44的彎曲半徑對應於第一線圏匝42的彎曲半徑R,但是在齒的 兩端，線圏匝44的內表面61與齒端部50和52有近似R+L的距離， L指代扁平銅線的寬度。圖5圖示了相繼線圏匝42和44在線圈端部區域中的部分橫截面。在重疊線圏的線圏端部處的擾亂區在電機的
徑向方向r上處於不同位置，並且它們不與相鄰線圈匝接觸。線圈如 在圖5中的線圏匝42處所示塗有匝絕緣物55。由於線圏端部的彎曲 部分在相繼線圏匝中處於不同位置，所以沒有減少相繼線圈匝之間 電壓強度的風險。
圖4和圖5中所示本發明實施例中的線圈匝包括配合於槽中的 兩個伸直側部以及在片組以外並且形成線圏端部的在伸直側部之間 的兩個彎曲部分。片組在軸向上的中點是電機的電磁中心。這一中 心也必須視為電機的繞組在機器的軸向方向上的中心線。最低線圏 匝(該線圏匝是在槽底部的線圈匝)的第一端部從中心線延伸至最 小距離，換而言之，線圏端部的彎曲部分緊接在片組的邊緣以外開 始，並且在第一線圏匝與中心線之間的距離是片組長度的一半加上 線圈端部所需尺度。在最低線圏匝的第二端部與中心線之間的距離 與第一端部的距離相同，也就是片組長度的一半加上彎曲線圏端部 所需長度。第二最低線圈匝的第 一端部從中心線伸直延伸比片組邊 緣更遠，使得第二線圏的端部在機器的軸向方向上在第 一線圈的端 部以外延伸。因而，第二最低線圈匝的第二端部從中心線延伸同樣 遠，換而言之，線圏端部的彎曲在片組邊緣和第一線圏匝以外開始。 在第三最低線圏匝和後續奇數編號的線圈匝中，線圏端部彎曲以及 與中心線的線圏端部距離對應於第一線圏匝的彎曲和距離。對應地， 第四最低線圈匝和後續偶數編號的線圏匝在彎曲和距離方面對應於 第二最低線圏匝。
圖6圖示了本發明的另一實施例。在這一情況下，第一線圏匝 62彎曲使得在齒2的第一端部50處，線圏的內表面64充分接近於 齒端部50——也就是相距與線圏端部66的中間處的彎曲半徑R近似 對應的距離。然而，相反線圏端部68與齒端部50更遠或者在由彎 曲半徑R和扁平銅線L的寬度近似確定的距離。第二線圏匝72配合 於齒2周圍，使得線圏端部的內表面74與齒的第一端部50相距近 似R+L的距離。對應地，線圏匝72的第二線圏端部的內表面76位
8似對應的距離。因此，在 齒的第一端部50處，線圏匝62和72如圖5中所示交替。然而在齒 的另一端部處，線圈匝是以提供相同效果的相逆順序，並且扁平銅 線的擾亂沒有在槽楔或者相鄰線圏端部上施加任何力。
圖4-圖6圖示了安裝於電機的齒2周圍的線圈匝。根據本發明， 線圈可以直接地纏繞於齒周圍。備選地，可以有利地以繞組形式預 先製造繞組線圈。這使得有可能將不同長度的線圏有利地預先彎曲 成恰當形狀，這有助於並且加速製造。
圖7圖示了本發明一個實施例的線圏端部截面，其中線圈端部 部分地重疊。最下線圈匝的線圈端部78緊接在片組的邊緣50以外 彎曲。第二最低線圈匝的對應線圈端部80從片組的邊緣略微更遠地 彎曲，使得線圏端部在機器的徑向方向上略微地重疊。然而，圖3C 中所示擾亂截面在相繼線圏端部中並不處於相同位置。因此，由於 彎曲而已經退化的線圏編織絕緣物的最弱點在機器的徑向方向上沒 有重疊、但是略微地移位。對應地，第三線圏壓82和第四線圏匪84 這些接下來的線圏匝同樣從中心線比先前線圏匝略微更遠地彎曲。 三個最高線圏匝86、 88和90比第四線圈匝84逐漸與片組邊緣50 更接近地彎曲。因此，最低匝78和最高匝90在相同位置彎曲。
線圏端部的彎曲半徑可以在本發明思想的範圍內以許多方式 變化。例如，線圈端部中的彎曲可以與圖7中的兩個最低線圏匝78 和80類似地交替，在該情況下線圏端部在才幾器的軸向方向上的最遠 點對應於圖7中的第二最低線圏端部81的最外點。也可以根據當前 應用的要求來實施各種其它類型的分級和交錯。
線圈端部將優選地在冷卻空氣具有進入各傳導層中的無障礙 通道時很好地加以冷卻。在圖4至圖6中所示實施例中，在機器的 徑向方向上在相繼線圏匝之間有如下氣隙，該氣隙允許空氣在線圏 匝之間流動並且冷卻線圏端部區域中每個導體的內外表面。
上文已經藉助某些實施例描述本發明。然而不應認為該描述限 制專利保護的範圍；本發明的實施例可以在所附權利要求書的範圍 內變化。
權利要求
1.一種製造用於電機的繞組線圈的方法，所述電機包括至少一個定子片組，所述定子片組具有布置於所述片組的內周邊緣用於配合所述繞組線圈的槽，在所述方法中，通過纏繞連續扁平線的多個線圈匝使得一個線圈匝(42，44)在相鄰槽之間在齒(2)周圍延伸並且所述扁平線在所述片組以外的部分彎曲以形成線圈端部，來製造所述繞組線圈，其特徵在於所述方法包括製造至少一個第一線圈匝(42)和至少一個其它線圈匝(44)，並且在所述齒(2)周圍將所述第一和第二線圈匝相互疊加地配合於所述槽中，其中至少一個第一線圈匝(42)的至少一個線圈端部(46)與所述片組的邊緣(50)充分接近地彎曲，並且其中所述至少一個其它線圈匝(44)的至少一個線圈端部(60)在與所述片組的邊緣(50)相距一定距離處彎曲。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述扁平線具有 第一側比第二側窄的基本上矩形橫截面，並且分段線在所述分段線 的第一側周圍在線圏端部彎曲。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一線圈臣 (42)在它的兩端(46， 48)處與所述齒的端部(50， 52)充分接近地彎曲，並且所迷第二線圈匝在與所述齒的兩端(50， 52)相距 一定距離處彎曲。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述線圏匪(42， 44)被預彎曲並且隨後安裝於所述電機的槽中。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一線圏匪 (64)的第二線圏端部(68)在與所述齒的第二端部(52)相距一定距離處彎曲，並且所述第二線圏匝(72 )與所迷齒的第二端部(52 ) 充分接近地彎曲。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述電機的徑 向方向(r)上，重疊線圏端部(78， 80, 82, 84， 86， 88， 90)交錯，使得所述重疊線圈端部在所述電機的軸向方向上在不同位置彎 曲。
7. —種用於電^L的繞組，所述電才幾包括由鎮J茲片形成的定子，所述鐵磁片在所述電機的軸向方向上堆疊成片組，朝著所述機器的 氣隙敞開的槽形成於所述片組中，並且所述電機的定子繞組配合到所述槽中，使得線圈匝在兩個相鄰槽之間在定子齒(2)周圍閉合， 多個線圏匝布置於各齒周圍，其特徵在於所述線圏匝由具有扁平 橫截面的扁平線(4)製成，使得所述扁平線的較窄邊與所述槽的壁 (8)相抵；所述扁平線(4)在它的較窄側周圍在所述片組(50) 的端部處彎曲，使得在所述線圏端部區域中，所述扁平線保持在所 述槽區域中基本上相同的位置；並且在所述定子的兩端處，相鄰扁 平線被彎曲，使得它們的彎曲部分(46, 60)至少部分處於不同位 置。
8. 根據權利要求7所述的電機，其特徵在於，所述線圏匝在所 述電機的軸向方向上交替地專交短和4交長。
9. 根據權利要求7所述的電機，其特徵在於，所述線圏匝在所 述機器的軸向方向上長度基本上相等，並且所述線圏匝在所述機器 的軸向方向上在所述第一和第二端部中交替地交錯。
10，根據權利要求7所述的電機，其特徵在於，所述線圈匝被 彎曲，使得所述線圏端部(78， 80, 82, 84， 86， 88， 90)交替地 交錯。
11. 根據權利要求7所述的電機，其特徵在於，所述扁平線(4) 在線圏匝形成之前被絕緣。
12. 根據權利要求7所述的電機，其特徵在於，所述扁平線(4) 用編織絕緣物(55)來絕緣。
13. 根據權利要求7所述的電機，其特徵在於，相繼線圏匝(42, 44)相互充分接觸。
全文摘要
本發明的目的在於一種製造用於電機的繞組線圈的方法以及對應的繞組。該電機包括定子片組，其中槽布置於片組的內周邊用於配合繞組線圈。在該方法中，繞組線圈由扁平線製成，使得一個線圈匝(42，44)在相鄰槽之間在齒(2)周圍延伸。根據本發明，製造線圈匝(42，44)使得一個線圈端部(46)與片組的邊緣(50)充分接近地彎曲，並且第二線圈端部(60)在與片組的邊緣(50)相距一定距離處彎曲。在不同位置彎曲的第一和第二線圈端部在齒(2)周圍相互疊加地配合到槽。
文檔編號H02K3/12GK101657951SQ200880012032
公開日2010年2月24日 申請日期2008年3月3日 優先權日2007年3月2日
發明者H·梅特斯貝爾格, H·西尼維奧裡, J·雅皮南, L·阿瑪萊南 申請人:Abb有限公司