[发明专利]电机的定子元件

说明书

技术领域

本发明涉及电机特别是发电机的定子元件，其包括具有至少两个相邻放置的轴向延伸的槽的磁轭，所述槽用于容纳至少一个定子绕组，该定子绕组由沿径向方向堆叠在彼此顶部上的多个股线（strand）构成，每个定子绕组包括轴向延伸离开磁轭的端部绕组。

背景技术

通常在大的电机或发电机（例如用于大型风力涡轮机）中使用所谓的双层绕组设置（double-layer winding setup），因为所有的定子绕组均是相同的且因而易于制造。

然而，在具有大量磁极和小磁极距的电机中，双层绕组可能是难以安装的，因为在专用槽中插入最后定子绕组需要将已经安装的第一定子绕组从槽中提升出以便完成绕组。也就是说，为了插入最后定子绕组，第一定子绕组必须被临时移除。此外，在分段式电机的情况下，双层绕组需要连接跨过段接头（segment joint）的定子绕组。

单层绕组设计克服了这些缺点，因为当在磁轭的各个槽中插入最后定子绕组时，它们不需要移除第一个被插入的定子绕组。此外，可以使用不需要跨过段接头的单层绕组。单层绕组通常需要平面内（in-plane）和平面外（out-of-plane）端部绕组（参见绕组端部（winding overhang）或绕组头部）这二者。因而，单层绕组具有某些优点，特别是在大型电机方面，该大型电机例如是用于风力涡轮机的发电机。

不过，公知的单层技术导致了大的端部绕组，从而在定子元件的轴向端部处占据了大量的空间。因而，对于各定子绕组而言也需要大量铜或类似物。

EP 2 166 644 A1涉及用于定子元件的端部绕组的特定设计，其包括三组定子绕组，其基本上具有相同的长度，其中至少两个端部绕组径向倾斜不同的倾斜角。不过，该设计仍需要大量空间，因为端部绕组需要具有特定长度以便越过彼此。具体地，在铝定子绕组的情况下，其原本具有相当小的电连接性，这不可避免地导致难以进行磁轭的结构设计以便获得电机的理想电输出。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种改良的定子元件，特别是关于尺寸减小和有效的材料使用方面。

这是通过如上所述的定子元件实现的，其中各定子绕组的股线在其轴向长度上是不同的，其中各定子绕组中的至少一个端部绕组具有斜坡（bevelled）或弯曲形状。

本发明提出了一种定子绕组的新颖设计，其特别适用于各定子绕组的端部绕组，该设计实质上基于其轴向长度不同的股线，从而提供具有斜坡或弯曲形状的至少一个且优选地两个端部绕组。端部绕组的斜坡或弯曲形状导致端部绕组的轴向尺寸减小且因而作为一个整体的定子元件的轴向尺寸减小。端部绕组的轴向尺寸或长度的减小进一步有助于减少所用材料，从而允许定子元件具有更加轻质且有成本效率的构造。类似地，在保持定子元件的轴向尺寸恒定的情况下，即在定子元件具有相同的总轴向长度的情况下，能够增加各定子元件的动力输出或输出扭矩，因为各定子元件具有细长磁轭。

端部绕组的斜坡或弯曲形状指的是所有种类的倾斜、凸或凹的弯曲形状。倾斜度或曲率可以是恒定的，均一或非恒定的，非均一的。对于具有轴向延伸离开磁轭的两个端部绕组的给定定子元件而言，各端部绕组可以具有相同或不同的形状。在本发明的基本实施例中，定子绕组的两个端部绕组均是斜坡的，使得定子绕组沿纵切面具有梯形形状。

本发明的定子元件可以包括整个的、特别是环形的定子。除此之外，本发明的定子元件可以被构成具体环形的定子段，其中多个相应定子元件可以被连接以构成整个定子。

本发明的定子元件适于具有外部定子-内部转子以及外部转子-内部定子这两种构造的电机中的应用。

如果定子元件包括多于一个定子绕组，即在具有三个单独的定子绕组的三相电机的示例性情况下，各定子绕组的端部绕组优选地形状不同。各端部绕组的形状以如下方式来对应，即使得定子元件的轴向尺寸减小。因而，优选的是在定子包括多于一个定子绕组的情况下，第一定子绕组的端部绕组被成形成至少部分地包围另一定子绕组的端部绕组，这将在下文中被更加详细地描述。

关于一个或更多个相应的定子绕组，可能的是，相应定子绕组的股线的轴向长度沿径向向外或向内方向减小。各股线的轴向长度与其布置的结合主要限定了各定子绕组的形状或相应地各端部绕组的形状。因此，可能的是，在多于一个定子绕组的情况下，第一定子绕组的股线在轴向长度上可以沿径向向外方向增加，而另一定子绕组的股线在轴向长度上沿径向向外方向减小，或者反之亦可。