电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机，以及具体地涉及但不限于直驱式电机，诸如像具有绕组的发电机，其允许定子被模块化，以便促进生产、测试和组装过程。
【背景技术】
[0002]大多数风力涡轮发电机和潮汐水轮发电机通过机械式齿轮箱驱动，所述机械式齿轮箱将旋转速度放大，从而在基本上不增加它们的尺寸的情况下提高它们的发电。变速齿轮箱本身具有相当大的重量和尺寸。尽管技术的发展历史悠久，当今的齿轮箱仍然遭受可靠性的问题，这增加能量的总成本。
[0003]响应于齿轮箱的弱点，已经提出通过使用直驱式发电机与固态功率转换器一起使用来省却齿轮箱。在没有齿轮箱的情况下，对于相同发电能力而言，直驱式发电机必需是比使用齿轮箱的那些大得多的发电机，因为直驱式发电机具有较低的转速。直驱式发电机并不是没有问题，因为在缺乏齿轮箱的情况下将可靠性转移至发电机。直驱式发电机的外径在工程开发以及还有在制造、生产管理和物流方面形成一项挑战。
[0004]直驱式潮汐水轮发电机可具有在定子和转子之间的被海水淹没的空气间隙。机械式滚动元件轴承不适于海底应用，并且对于这种较大直径的机器而言是昂贵的。相反，这种“湿式”发电机的定子和转子由基于流体动力润滑进行操作的船舶级低摩擦轴颈轴承支撑。相比于由滚动元件轴承支撑的电机相比，具有轴颈轴承的湿式发电机通常在定子和转子之间具有相对大的机械间隙。
[0005]为了容易制造也为了经济原因，大型直驱式发电机通常通过将多个小型的机器区段组装到一起而构成。若干独立的、平行成对的定子区段可围绕机器的周边分布，以形成轴向磁通发电机。每个定子区段可包括封装在防水箱中的电子磁芯、集中线圈和一些电气组件。这种布局的一个缺点是由于定子区段之间的相当大的间距会另外由活性磁性材料填充而具有有限的功率容量。常规的三相双层绕组将导致更高功率密度的机器，但是由于相绕组围绕机器彼此重叠，定子在不具有悬垂线圈的情况下不能被分段。
[0006]未重叠的集中线圈和/或分数槽绕组在永磁电机中非常普遍。然而，它们不用在感应式电机中，因为它们在转子中感生相反的磁场谐波，这导致非常低的转矩。鼠笼式和实心钢转子基本上是没有任何预先限定的电流路径的短路导电结构，从而感生的电流将产生富含磁动势(MMF)的谐波。针对该问题的一个补救方法是使用绕线转子，其具有与基本的定子磁动势相同的极数，以便不感生其它谐波。虽然针对湿式感应式发电机使用绕线转子不是不切实际的，但是其结构会稍微复杂化。
[0007]已经提出线性感应式电动机，其具有夹置导电转子盘的相对的两个定子。两个定子彼此偏移，使得来自第二定子的集中线圈可通过非希望极数的半波长的奇数倍或通过非希望极数的整波长的奇数倍位移，并且具有逆转的电流方向。这种布置消除了磁场的偶数整数谐波，同时增强所需的基本磁场。这种谐波消除要求从偏移定子的相等和平衡的分担。如果任何一个定子不能操作，偶数谐波不被取消，则会导致大的负转矩，其抵消主要的正转矩。在转子两侧上的空气间隙也应该在名义上相等。当在轴向方向上存在相对大的转子偏移时，不希望的MMF谐波不会被完全取消。
[0008]湿式发电机的构造稍微比干式发电机更复杂，因为必须防止水侵入到关键的电气组件内。线圈可用树脂封装以及组合件进一步由不锈钢外壳保护。备选地，定子区段和线圈可在塑料盒内封装在树脂中。对于全部去除树脂和线圈中的空气空隙，整个组合件将需要在真空压力下进行灌注，这增加了线圈的生产成本。一旦检测到故障或组合件被认为不适于使用，则整个线圈组合件就会被丢弃。
【发明内容】
[0009]根据一方面，提供一种电机，其可用于潮汐能量收集应用，其中唯一的旋转部件是环形转子。由于没有齿轮箱，传动轴和机械滚动元件轴承降低了成本，并简化了整个系统。机器的空气间隙可充满海水。
[0010]可提供轴向磁通感应式发电机，其具有夹置环形导电盘的双面环形定子。转子盘可以是无铁芯的以便减少直接暴露于海水所造成的腐蚀。另一个附加益处是，转子盘的重量可小于永久磁铁安装的转子，并且这导致适于涡轮机的更轻、较低静摩擦和较低惯性的转子。将环形盘结构用作转子相比于绕线或鼠笼式转子显著地简化了制造过程。
[0011]可提供模块化或分段的定子和转子，其可以一种侧面对侧面的方式进行组装，以便分别形成连续的环形定子和连续的环形转子。模块化的定子可以是相同的，使得它们可在生产期间独立地进行测试。可容易地更换发电机中的任何模块。容纳功率转换设备的水下外壳可集成到每个模块化的定子。
[0012]模块化的定子可具有绕组方案，其产生与具有分布式和重叠绕组的常规电机的那些基本上相等的MMF。线圈可不在两个相邻的模块化定子之间重叠，并且可不处于悬垂位置下。MMF磁场可以基本正弦形状为特征。基波分量可能最占优势。
[0013]绕组方案可以是即使当存在大的转子偏移时，所感生MMF的正弦波形基本上被保存。卷组方案可配置成用于发电机的单相或多相的电机。
[0014]可在插入到定子槽内之前预先制备同心或搭接的线圈。线圈匝数目会随着它们散布跨过多个槽而变化。线圈可足够地绝缘，使得它们不需要被封装在树脂中。线圈也可直接暴露于海水以促进散热。
[0015]可存在通用的轴向磁通感应式电机，其具有夹置环形定子的双面环形转子。定子可包括离散的铁磁磁极，其可由环状盘保持和间隔开。每个转子可包括导电盘和铁盘(护铁)。
[0016]可提供绕组布置，其适用于线性电机、径向磁通和轴向磁通旋转电机，上述电机可以是感应式、永磁、绕场同步、双馈感应或同步磁阻电机。
【附图说明】
[0017]为了使得本发明可被容易地理解并容易地付诸实践效果，现在将通过非限制性实例的仅仅示例性的实施例来进行描述，描述参照附图。在附图中:
[0018]图1是轴向磁通电机的分解透视图，其具有组装以分别形成整个连续的定子和转子的模块化定子和模块化转子；
[0019]图2示出图1所示的一个模块化的双面定子布置和一个模块化的转子；
[0020]图3示出容纳图1所示一叠定子叠片的防水箱；
[0021]图4示出具有分布在16槽定子中的对称绕组的现有技术的单相感应式电动机，其中，(a)是径向磁通电动机，(b)是轴向磁通电动机，以及(C)是槽和线圈的等效表示；
[0022]图5示出单相、轴向磁通感应式电机，其中，
[0023](a)是具有同心绕组的布局；
[0024](b)是具有搭叠绕组的布局；以及
[0025](C)是包括多个基本单元的等效绕组方案；
[0026]图6示出:
[0027](a)包括双面定子的单相、轴向磁通感应式电机，其中定子的辅助绕组作为中间磁极绕组；
[0028](b)由主绕组所产生的空气间隙磁场；以及
[0029](C)由辅助绕组所产生的空气间隙磁场；
[0030]图7示出:
[0031](a)单相、轴向磁通感应式电机的等效全距绕组方案；以及
[0032](b)其空气间隙磁场和谐波；
[0033]图8示出:
[0034](a)单相、轴向磁通感应式电机的等效短距绕组方案；以及
[0035](b)其空气间隙磁场和谐波；
[0036]图9示出:
[0037](a)具有正弦绕组的单相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；以及
[0038](b)其空气间隙磁场和谐波；
[0039]图10示出:
[0040](a)具有正弦绕组并具有每个基本单元更高数目线圈的单相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；以及
[0041](b)其空气间隙磁场和谐波；
[0042]图11示出:
[0043](a)三相、轴向磁通感应式电机的等效全距绕组方案；以及
[0044](b)相同的绕组方案，但具有重叠相的线圈；
[0045]图12示出:
[0046](a)三相、轴向磁通感应式电机的等效短距绕组方案；以及
[0047](b)等效的短距双层绕组；
[0048]图13示出:
[0049](a)三相、轴向磁通感应式电机的等效8/9短距绕组方案；以及
[0050](b)等效的8/9短距双层绕组；
[0051]图14示出:
[0052](a)三相、轴向磁通感应式电机的等效7/9短距绕组方案；以及
[0053](b)等效的7/9短距双层绕组；
[0054]图15示出:
[0055](a)具有更好的槽利用率的三相、轴向磁通感应式电机的等效短距绕组方案；
[0056](b)具有为4的平均线圈节距的A相线圈；以及
[0057](c)具有为6的平均线圈节距的所有相线圈；
[0058]图16示出具有非对称双面定子的三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；
[0059]图17示出三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案，其中一个相的绕组在对称的双面定子之间拆分；
[0060]图18示出出三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案，其中一个相的绕组在对称的双面定子之间拆分以及所有相线圈的匝数被分配；
[0061]图19示出五相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；
[0062]图20示出具有重叠线圈的五相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；
[0063]图21示出:
[0064](a)六相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；以及
[0065](b)馈送相位线圈的功率转换器；
[0066]图22是轴向磁通电机的分解透视图，其中8个模块化的定子和8个模块化的转子组装以便分别形成完整连续的定子和转子；
[0067]图23示出一个模块化的定子和一个模块化的双面转子；
[0068]图24示出:
[0069](a)包括一叠铁磁叠片的定子磁极；
[0070](b)包括矩形横截面的非铁或铁块的定子磁极；以及
[0071](C)容纳在防水箱中的一叠叠片；
[0072]图25示出模块化定子的交错端部；
[0073]图26示出单相、轴向磁通感应式电机，其中:
[0074](a)是具有同心绕组的布局；
[0075](b)是具有搭叠绕组的布局；以及
[0076](c)是包括多个基本单元的等效绕组方案；
[0077]图27示出单相、轴向磁通感应式电机的绕组方案，其辅助绕组作为中间磁极绕组卷绕；
[0078]图28示出具有正弦绕组的单相轴向磁通感应式电机的绕组方案；
[0079]图29示出具有正弦绕组和具有每个基本单元的更高匝数线圈的单相轴向磁通感应式电机的绕组方案；
[0080]图30示出三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；
[0081]图31示出具有每个基本单元的更高匝数线圈的三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；
[0082]图32示出具有重叠线圈的三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；
[0083]图33示出三相、轴向磁通感应式电机的等效8/9短距绕组方案；
[0084]图34是具有更好的槽利用率的三相、轴向磁通感应式电机的等效短距绕组方案；
[0085]图35是具有其匝数被分配的三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；
[0086]图36是具有其匝数被分