專利名稱：定子纏繞方法和設備的制作方法
技術領域：
本申請涉及用于電機的定子，以及更具體地涉及用于電機定子的 纏繞方法。
背景技術：
電動機和發(fā)電機包括旋轉的轉子和固定的定子。定子通常包括若 干繞組，并且每一繞組可相應于一束導線。即使在一束導線中的每一 導線是絕緣的，但是該束導線仍會在其內存在循環(huán)電流，上述是不希 望的。循環(huán)電流與電動機或發(fā)電才幾工作頻率的平方成比例。因此當電 動機或發(fā)電機的轉子高速旋轉時循環(huán)電流是成問題的。

發(fā)明內容
定子組件包括定子芯和至少一導線束。定子芯具有第一端部、第 二端部以及從第一端部延伸到第二端部的若干狹槽。導線束包括若干 獨立的絕緣導線。至少一導線束的至少一部分從若干狹槽中一個狹槽 的第一端部延伸到第二端部。將上述至少一部分在上述一個狹槽內扭 曲預定量，以便使得沿著上述至少一部分內的若干獨立絕緣導線的循 環(huán)電流最小化。
形成定子組件的方法包括將若干獨立的絕緣導線分組成導線束， 將導線束的一部分放置在從定子芯第一端部延伸到定子芯第二端部的 定子芯狹槽內，以及扭曲導線束，這樣將上述部分在定子芯狹槽內扭 曲預定量，以便使得沿著上述部分內的若干獨立絕緣導線的循環(huán)電流 最小化。
從下述說明和附圖可以更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征，下 面是簡要說明。


圖1示意示出定子電路； 圖2示意示出定子芯；
圖3示意示出執(zhí)行圖1定子電路的纏繞方案；圖4a示意示出定子芯狹槽的第一視圖，該狹槽包括一部分，該部
分具有兩個導線束；
圖4b示意示出圖4a定子芯狹槽和導線束部分的第二視圖4c示意示出在扭曲預定量之后的圖4a的導線束部分；
圖5a示意示出定子芯狹槽，該狹槽包括四部分，每部分具有兩個
導線束；
圖5b示意示出定子芯狹槽，該狹槽包括一部分，該部分示例性地 具有兩股絞合線導線束；
圖6示意示出通過將若干線圈插入圖2定子芯內形成定子組件的 方法；
圖7示出關于圖6方法的效率改進；
圖8示出對于處于若干頻率下的電流各個相位的循環(huán)損失系數(shù)；
圖9示意示出壓縮才幾電機。
具體實施例方式
圖l示意示出定子電路10，其包括處于所謂"雙星"形式的若干 線圏12, 14， 16， 18， 20， 22。線圈12和線團18并聯(lián)耦合成一對， 線圏14和線圏20并聯(lián)耦合成一對，以及線圏16和線圏22并聯(lián)耦合成 一對。在一個實例中，每一對相應于電機中的交流("AC")相位。
圖2示意示出圓柱形定子芯30,其具有第一端部32和第二端部34。 在一個實例中，第一端部32相應于定子芯30的下端，以及第二端部 34相應于定子芯30的上端。中心軸線35沿著定子芯30的中心軸向延 伸。定子芯30具有限定內周緣表面38的中央開口。定子芯30包括若 干狹槽36，上述狹槽形成在從第一端部32延伸到第二端部34的內周 緣表面上并且平行于中心軸線35。在一個實例中，每一狹槽36具有第 一狹槽部分37和第二狹槽部分39 (見圖4b),其中第一狹槽部分37 更接近定子芯30的外周緣表面41，以及第二狹槽部分39更接近定子 芯30的內周緣表面38。雖然圖2的定子芯30包括三十六個狹槽36， 但是可以理解還可利用其它數(shù)量的狹槽，并且每一狹槽的幾何形狀可 變化。如圖3中所示，狹槽36被單獨用標為SI-S36。
圖3示意示出示例性的纏繞方案40,其利用導線束60 (圖4a-c， 5)在定子芯30上執(zhí)行定子電路10，每一導線束包括若干絕緣導線62 (見圖4a)。利用單獨的絕緣導線62有助于在使用較粗導線(例如，如果導線束由單根較粗電線形成)時將會發(fā)生的不希望的渦流最小化。
圖3的示例性纏繞方案40將線圏12，14和16放置在若干狹槽36的第 一狹槽部分37內，并且將線圏18， 20和22放置在若干狹槽36的第二 狹槽部分39內。在一個實例中，若干絕緣導線62的每一根具有瓷漆 絕緣涂層。在一個實例中，在導線束60內的若干絕緣導線62的每一 根并聯(lián)電耦合。
參照圖3，并且將線圏12用作實例，線圏12在定子芯30的第一 端部32處進入狹槽Sl，在定子芯30的第二端部34處離開狹槽Sl， 在定子芯30的第二端部34處進入狹槽S16，在定子芯30的第一端部 32處離開狹槽S16,然后在定子芯30的第一端部32處進入狹槽S2以 形成線圈部分42a的第一線匝(見圖2)。這些步驟可以重復從而線圈 部分42a包括若干線匝。 一旦完成線圈部分42a，重復如圖3所示的程 序以形成若干線團部分42b-f，這樣線團12具有預定量的線團部分。雖 然對于線圏12而言纏繞方案40包括六個線圏部分(部分42a-f)，但 是可以理解可以使用其它數(shù)量的部分。以類似的方式形成其它線圏14 -22以便具有六個部分。但是，如上所述，還可使用其它數(shù)量的部分。 在一個實例中，線圈形成的順序是12， 22, 14， 18， 16和20。但是， 可以理解線圈12-22可以其它順序形成。如圖3中所示，線圈12， 14 和16存在于若干狹槽36的第一狹槽部分37內，以及線圈18, 20和 22存在于若干狹槽36的第二狹槽部分39內。
此外，如圖3中所示，諸如狹槽S19-S21的一些狹槽包括多個線 圏部分。為了將多個線圈容納在單一狹槽內，可以使用絕緣分隔層64 (見圖4a-c)。還可利用分隔層64來進一步使得沿著定子芯30的第 一端部32和第二端部34的線圏絕緣。在一個實例中，每一線圏部分 4a-f包括一至四個線匝，并且每一狹槽具有處于第一狹槽部分37和第 二狹槽部分39內的一部分導線束60，這樣每一狹槽36包括二至八個 線匝。
圖6示意示出在定子芯30上形成若干線團12-22的方法100。導 線束60的一部分61 (圖2 )放置在定子芯30的第一狹槽36內(步驟 102)。然后扭曲導線束60，這樣將部分61在第一狹槽內扭曲預定量 (步驟104，圖4c)。但是，可以理解可在將其插入到狹槽36內之前 將導線束60扭曲預定量。在一個實例中，預定量為360度。在一個實例中，預定量是360度的倍數(shù)。當然可以使用其它的預定量。導線束 60的第二部分63 (圖2)插入到另一狹槽內(步驟106)，然后扭曲 導線束60,這樣將第二部分63扭曲預定量(步驟108)。接著可重復 步驟102 - 108 (步驟110)以便形成具有希望數(shù)量線匝的線圏部分。 接著可重復步驟102-IIO(步驟111)以便形成具有希望數(shù)量線圍部 分的線圈。接著可重復步驟102-111 (步驟112)以便在定子芯30上 形成希望數(shù)目的線圏。
圖4a-c示意示出導線束60a， 60b，每一導線束相應于單束的絕緣 導線62，這樣狹槽36a的第一部分37包括導線束60a的單一部分，以 及狹槽36a的第二部分39包括導線束60b的單一部分。圖5a示出定子 芯狹槽36b，其包括導線束60c的四個部分以及導線束60d的四個部分。 在圖5a的實例中，導線束60c， 60d包括較少的絕緣導線62，這樣狹 槽36b可容納每一導線束60c， 60d的四個線匝。當然，可以使用其它 數(shù)量的線匝。
圖5b示出定子芯狹槽36c，該狹槽包括一部分，該部分示例性地 具有兩股絞合線導線束66a， 66b。每一導線束66a， 66b包括絕緣導線 62的若干離散束68。如上所述，在步驟104中，將導線束60的一部分 61扭曲預定量(第一預定量)。在圖5b的實例中，在將導線束66扭 曲第一預定量之前將每一離散束68扭曲第二預定量。在一個實例中， 第二預定量是360度。在一個實例中，第二預定量是360度的倍數(shù)。 在一個實例中，在每一離散束68中的絕緣導線62并聯(lián)電耦合。
圖7示出關于圖6方法的效率改進。圖7包括表70，其將利用方 法100形成的第一導線束72 (見圖4c)、未扭曲的第二導線束74 (見 圖4a)、以及未扭曲但包括已經(jīng)扭曲的離散束的第三導線束76 (見圖 5)進行比較。如圖7所示，對于利用方法100形成的導線束72而言平 均的循環(huán)電流損失系數(shù)78是最低的?？赏ㄟ^下述等式來確定循環(huán)損失 系數(shù)
w, 2
K^L_^ = ^ 等式#1
w''《d其中Kcc是循環(huán)損失系數(shù)；
Ns是在導線束中平行股的數(shù)目；
I一n是在第n股中電流的復值；
Pcc相應于存在循環(huán)電流的情形；以及
Ped相應于電流總和被導線束中各股之間均分的情形。
作為對照點，l.O的損失系數(shù)(其中Pcc-Ped)相應于零循環(huán)損失。 但是，如果PcOPed，那么損失系數(shù)將大于1.0，指示非零循環(huán)損失。
圖8示出對于處于若干頻率下的電流各個相位的循環(huán)損失系數(shù)。 相位U90相應于線團12和18并聯(lián)連接，相位V92相應于線圈14和 20并聯(lián)連接，以及相位W94相應于線圏16和22并聯(lián)連接。在該實例 中，每一相位具有兩個線圏，并且每一線圈具有并聯(lián)的一百根導體或 股線。圖8還包括對于所有相位卯-94的平均循環(huán)損失系數(shù)96。如圖 8所示，當頻率增加時循環(huán)損失系數(shù)趨于增加。
圖9示意示出壓縮機電機80，其是用于定子芯30—個實例。在一 個實例中，電機80在20,000 - 100，000rpm、 100 - 600kw和400 - 690V 的范圍下運行。電機80包括由氣隙84分隔開的實心鋼轉子82和定子 芯83。在一個實施例中，定子芯83包括若干狹槽，上述狹槽至少部分 由0.2-0.35毫米(0.079-0.0014英寸)之間厚度的薄層壓件形成。在 一個實例中，氣隙84為1 - 4毫米(0.04-0.16英寸)厚。若干繞組86 在定子芯82上形成線圈。這些線圈可以是上述中的任意線圏，并且可 相應于如圖4a-c和圖5所示的導線束60， 66。外殼88罩蓋轉子82、 定子芯83和繞組86?？梢岳斫?，轉子80還可設計成作為發(fā)電機運行， 并且因此可i人為是電機。
雖然已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本領域的那些普通技 術人員將認識到特定變型將落入本發(fā)明的范圍內。因為上述原因，應 該研究下面的權利要求，以確定真正的保護范圍和本發(fā)明的內容。
權利要求
1. 定子組件，包括定子芯，其具有第一端部、第二端部以及從第一端部延伸到第二端部的若干狹槽；以及至少一個導線束，其包括若干獨立的絕緣導線，其中至少一導線束的至少一部分從若干狹槽中一個狹槽的第一端部延伸到第二端部，以及其中將所述至少一部分在所述一個狹槽內扭曲預定量，以便使得沿著至少一部分內的若干獨立絕緣導線的循環(huán)電流最小化。
2. 根據(jù)權利要求1所述的定子組件，其中所述至少一部分包括若 干導線束部分，其中每一部分插入到若干狹槽之一內以形成具有若干 線圈部分的線圏，每一線圈部分具有至少一個線匝。
3. 根據(jù)權利要求2所述的定子組件，其中所述若干部分包括十二 個導線束部分，上述十二個導線束部分放置在十二個不同的狹槽內， 并且十二個導線束部分的每一部分在十二個狹槽的每一狹槽內扭曲預 定量以形成具有六個線圍部分的線圈。
4. 根據(jù)權利要求3所述的定子組件，其中每一線圈部分包括導線束 的至少一個線匝。
5. 根據(jù)權利要求3所述的定子組件，其中每一線圏部分包括導線束 的兩個、三個或四個線匣。
6. 根據(jù)權利要求l所述的定子組件，其中預定量是至少360度。
7. 根據(jù)權利要求1所述的定子組件，其中至少一個導線束相應于 單束的單獨絕緣導線。
8. 根據(jù)權利要求1所述的定子組件，其中至少一個導線束包括獨 立絕緣導線的若干離散束，其中在將至少一個導線束的部分扭曲預定 量之前將每一離散束單獨扭曲。
9. 根據(jù)權利要求1所述的定子組件，其中定子芯是圓柱形的，并 且其中狹槽沿著定子芯的內周緣表面延伸，并且平行于定子芯的中心 軸線。
10. 根據(jù)權利要求1所述的定子組件，其中至少一個導線束包括若 干導線束，每一導線束相應于由定子組件產(chǎn)生的交流電流相位。
11. 根據(jù)權利要求1所述的定子組件，其中至少一個導線束包括若 干對導線束，其中每一對導線束相應于與定子組件相關聯(lián)的交流電流相位，并且其中每一對導線束包括并聯(lián)連接的至少兩個導線束。
12. 根據(jù)權利要求1所述的定子組件，其中若干獨立絕緣導線中每 一導線具有瓷漆絕緣涂層。
13. 根據(jù)權利要求1所述的定子組件，其中若干狹槽的每一狹槽包 括更接近定子芯外周緣表面的第一狹槽部分以及更接近定子芯內周緣 表面的第二狹槽部分，其中至少一導線束包括第一導線束和第二導線 束，并且其中所述一個狹槽包含由絕緣分隔層分隔開的第一狹槽部分 內的一部分第一導線束和在第二狹槽部分內的一部分第二導線束。
14. 根據(jù)權利要求1所述的定子組件，其中定子組件與電機相關 聯(lián)，該電機可運行以產(chǎn)生具有400-690伏特范圍的電壓以及產(chǎn)生具有 100 - 600千瓦范圍的功率，電機具有在每分鐘20,000 - IOO，OOO轉之間 旋轉的轉子。
15. 形成定子組件的方法，包括 將若干獨立絕緣導線分組成導線束；將導線束的一部分放置在從定子芯第一端部延伸到定子芯笫二端 部的定子芯狹槽內；以及扭曲導線束，這樣將上述部分在定子芯狹槽內扭曲預定量，以便 使得沿著上述部分內若干獨立絕緣導線的循環(huán)電流最小化。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中將若干獨立絕緣導線分組 成導線束的所述步驟包括將若干獨立絕緣導線分組成單束。
17. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中將若干單獨絕緣導線分組 成導線束的所述步驟包括扭曲第一若干獨立絕緣導線以形成第一離散的導線束； 扭曲第二若干獨立絕緣導線以形成第二離散的導線束； 扭曲第三若干獨立絕緣導線以形成第三離散的導線束；以及 將第一離散的導線束、第二離散的導線束以及第三離散的導線 束分組在一起，以提供組合的導線束。
18. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中將導線束的一部分放置在 從定子芯第一端部延伸到定子芯第二端部的定子芯狹槽內的所述步驟 包括a) 將導線束的笫一部分插入到第一定子芯狹槽內；b) 扭曲導線束，這樣將第一部分在第一定子芯狹槽內扭曲預定量；c) 將導線束的第二部分插入到第二定子芯狹槽內；以及d) 扭曲導線束，這樣將笫二部分在第二定子芯狹槽內扭曲預定量。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法，包括在同一定子芯狹槽內選擇性重復步驟(a) - (d)，以形成具有希望數(shù)量線匝的線圏。
20. 根據(jù)權利要求18所述的方法，包括在不同的定子芯狹槽內選 擇性重復步驟(a) - (d)，以形成具有希望數(shù)量線圈部分的線圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及定子纏繞方法和設備，其中定子組件包括定子芯和至少一導線束。定子芯具有第一端部、第二端部以及從第一端部延伸到第二端部的若干狹槽。導線束包括若干獨立的絕緣導線。至少一導線束的至少一部分從若干狹槽之一的第一端部延伸到第二端部。將上述至少一部分在上述一個狹槽內扭曲預定量，以便使得沿著至少一部分內的若干獨立絕緣導線的循環(huán)電流最小化。
文檔編號H02K15/085GK101442226SQ20081017619
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權日2007年11月15日
發(fā)明者E·蘭托, J·薩里, M·帕爾科 申請人:勝達因公司