[發明專利]電機的定子元件

有效

• 申請號: 201110453698.9
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102570671A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: S.塞默;H.斯蒂斯達爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02K3/12
• 分類號: H02K3/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 崔幼平;傅永霄

技術領域

本發明涉及電機特別是發電機的定子元件，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一個定子繞組，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電機（例如用于大型風力渦輪機）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（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點，特別是在大型電機方面，該大型電機例如是用于風力渦輪機的發電機。

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?A1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構設計以便獲得電機的理想電輸出。

發明內容

因此，本發明的目標是提供一種改良的定子元件，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一個端部繞組具有斜坡（bevelled）或彎曲形狀。

本發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一個且優選地兩個端部繞組。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步有助于減少所用材料，從而允許定子元件具有更加輕質且有成本效率的構造。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力輸出或輸出扭矩，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。

本發明的定子元件可以包括整個的、特別是環形的定子。除此之外，本發明的定子元件可以被構成具體環形的定子段，其中多個相應定子元件可以被連接以構成整個定子。

本發明的定子元件適于具有外部定子-內部轉子以及外部轉子-內部定子這兩種構造的電機中的應用。

如果定子元件包括多于一個定子繞組，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，優選的是在定子包括多于一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。

關于一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方向減小。各股線的軸向長度與其布置的結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，在多于一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增加，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。