专利名称：适于在组装时构成环形定子的定子段单元的制作方法
技术领域：
电机能够将电转换成机械能，例如电动马达，或者电机能够逆向地将机械能转换为电，例如发电机。因此，转子和定子，即转子借助于磁感应相对于定子旋转，代表了电机的基本部件。
背景技术：
在简易运输和操纵方面，公知的是将转子和/或定子以圆形的节段的形式进行分段，也就是说转子和定子由多个分段部分构成，这些分段部分将被组装以构成环状转子和/ 或定子组件。关于组装定子，其中定子包括定子磁轭且多个定子齿形成用于容纳定子绕组的槽，则通常最初组装定子段以构成定子环且随后绕定子齿缠绕定子绕组，以便它们位于槽内。考虑到具有所谓双层构造的定子，绕组被置于两个层内，即在彼此的顶部上，从而各相绕组占据第一部分(定子槽中的底部位置且具有其离开部分)和第二部分(即在另一定子槽内的顶部位置且具有其返回部分)。换言之，每个槽在底部位置容纳第一定子绕组的离开相绕组并且在顶部位置容纳另一定子绕组的返回相绕组。组装如上所述这种具有双层构造的定子是繁琐、费时且低效的。在第一相绕组已经被安装到定子磁轭的槽内之后，由其离开部分占据第一槽中的下部且由其返回部分占据第二槽内的顶部位置，也就是说第二槽的底部位置被第一相绕组的返回部分所阻挡，从而阻止另一相绕组的另一离开部分被容易地安装到这个槽的底部位置。不过，在相绕组的分段方案中已经提出了对于解决这些问题的尝试，其中定子绕组被构造成两半，这两半被安装到定子磁轭的槽中且随后借助于例如螺栓而被连接在其端部绕组处。不过，这种组装方法仍是耗时且因而低效的。除此之外，定子包括增加数量的单独部件。
发明内容
因此，本发明的目标是提供能够被容易连接来构成定子的改进定子段单元。这通过如上所述的定子段单元来实现，其中该定子段单元具有定子磁轭且至少一个定子齿从磁轭突出，该定子段单元包括至少一个定子绕组，该定子绕组具有靠近齿被固定的第一绕组部段和从定子段单元自由延伸的第二绕组部段。根据本发明，定子段单元包括一个或更多个已经部分安装的定子绕组，也就是第一定子绕组，其具有相应地靠近定子齿被固定或绕定子齿缠绕的第一绕组部段以及从本发明的定子段单元自由延伸的第二绕组部段，也就是具有自由终端。因此，在定子绕组围绕从定子磁轭突出的定子齿缠绕时，第一绕组部段通常代表定子绕组的离开部分，而第二绕组部段通常代表定子绕组的返回部分。换言之，第一绕组部段位于下层基本与定子磁轭接触并且第二绕组部段相对于具有双层构造的定子位于上层。本发明的定子段单元通常具有圆形的节段的形状。因此，当组装时导致形成环形定子。
本发明的定子段单元允许简单组装定子，因为仅相邻定子段单元的定子磁轭必须被连接并且相应从定子段单元或定子磁轭自由延伸的第二绕组部段必须被置于被安装在相邻定子段单元上的另一定子绕组的第一绕组部段的顶部。因此，本发明的定子段单元具有许多优点，具体是关于组装、运输以及服役和/或维修时间方面的优点。当包括从定子磁轭突出的相应数量的定子齿时，本发明的定子段单元适于容纳多相绕组系统，其中所述数量基本符合相数，因为这样不会影响本发明的基本原理。因此，可能的是，定子段单元包括两个或更多个定子齿以及两个或更多个定子绕组，其中每个所述定子绕组均包括第一和第二绕组部段，从而定子绕组的每个第一绕组部段被固定成靠近从定子磁轭突出的相应相邻定子齿并且每个第二绕组部段从定子段单元自由延伸。以此方式，多相定子段单元可以被实现为如上所述。根据这个实施例，关于具有双层构造的定子，基本原理是不变的，其中所述至少两个定子绕组的第一绕组部段占据下层并且所述至少两个定子绕组的第二绕组部段在上层内从定子段单元自由延伸。定子段单元也可以包括
-第一组定子绕组和第二组定子绕组，每个定子绕组均包括第一和第二绕组部段， -包括多个相邻定子齿的第一组定子齿以及包括多个相邻定子齿的第二组定子齿，每个定子齿均从所述定子磁轭突出，其中所述第二组中的定子齿被置于与所述第一组中的定子齿相邻，其中
-所述第一组定子绕组的所述第一绕组部段被固定成靠近所述第一组定子齿的相应相邻定子齿，以及
-所述第二组定子绕组的所述第一绕组部段被固定成靠近所述第二组定子齿的相应相邻定子齿；以及
-所述第一组定子绕组的所述第二绕组部段被置于所述第二组定子绕组的相应第一绕组上方；以及
-所述第二组定子绕组的所述第二绕组部段从所述定子段单元自由延伸。这个实施例稍不同于之前给出的实施例，不过基本构思仍是一样的。关于定子的双层构造且因而关于定子段单元的双层构造，定子段单元具有沿定子磁轭的长度被部分安装的定子绕组的区域，其中第一组定子绕组的第一绕组部段被固定成靠近第一组定子齿的相应相邻定子齿。被相邻放置的是完全安装的定子绕组的区域，其中第二组定子绕组的第一绕组部段被固定成靠近第二组定子齿的相应相邻定子齿，并且第一组定子绕组的第二绕组部段被置于第二组定子绕组的相应第一绕组上方。最后，定子段单元包括第二组定子绕组的第二绕组部段从定子段单元自由延伸的区域。换言之，定子段单元仍具有适于容纳第二或返回绕组部段的一个区域以及被附连在另一定子段单元的第一绕组部段的顶部上的一个区域。属于一个组的定子绕组的数量且因而定子齿的数量不受限制。定子段单元可以有利地包括用于连接定子段单元与另外定子段单元的至少一个连接构件。因此，可以在上游和/或下游附连多个定子段单元，从而形成阶梯方式的定子。第一定子段单元的连接部分可以提供与另一定子段单元的连接部分之间的插头连接。插头连接导致快速且容易地连接定子段单元。插头连接可以是可拆卸的或不可拆卸的。连接部分优选的是沟槽状凹槽或舌状凸起，并且相对于定子的圆周方向被置于定子段单元的自由相对的端部。还可能的是，连接部分是阶梯状槽口 /凹凸榫(rebate)和/ 或阶梯状凹槽。有利地，定子段单元包括在一端的沟槽状或阶梯状凹槽以及被置于相对端的舌状凸起或阶梯状槽口。可替代地或附加地，第一定子段单元的连接部分可以提供与另一定子段单元的连接部分的卡扣配合连接。卡扣配合连接是已知的并且代表了一种机械接头系统，其中通过要被结合的部件中彼此对应的定位和锁定特征来实现各部分之间的附连。所述结合需要 (柔性)锁定特征来移动侧边以便接合对应匹配部分，之后锁定特征朝向其原始位置返回。 被定位的特征是非柔性的，从而为附连提供强度和稳定性。因而，在这个实施例中，连接部分可以是卡扣配合件或类似件或者适于接收卡扣配合件的凹槽或类似件。卡扣配合件和对应凹槽的所有形状均是可能的。当然，卡扣配合件可以是倾斜的，从而有助于连接定子段单元。卡扣配合连接可以是可拆卸的或不可拆卸的。连接部分，即卡扣配合件和对应凹槽，可以被设置在定子段单元的末端，也就是相对于环形定子处于圆周位置。在本发明的另一实施例中，定子齿可以包括从定子磁轭突出的第一定子齿段以及适于被固定到第一定子齿段以便构成定子齿的至少一个另外定子齿段。因而，优选地第一定子齿段具有与第一绕组部段相同的高度。以此方式，第一绕组部段被稳定地置于紧密接触第一定子齿段。在组装定子方面，定子齿的分段是有利的，因为简化了定子段单元的连接。优选地，定子齿段使用连接装置被可拆卸地彼此附连。优选地，连接装置是螺纹螺栓。连接装置导致了定子齿段的稳定刚性连接。如果需要，可以在定子齿段内提供孔或类似物以便容纳连接装置。此外，本发明涉及具有至少一个相的电机，其包括转子和分段定子，其中定子由多个如上所述的定子段单元构成。电机可以是电动马达或发电机。电机可以包括任意数量的相。此外，本发明涉及用于组装如上所述的电机的定子的方法，其中通过连接多个如上所述的定子段单元来组装定子，该方法包括作为第一步，使用连接装置将第一定子段单元连接到相邻放置的另一定子段单元；作为第二步，将从所述第一定子段单元的定子绕组自由延伸的第二绕组部段放置在所述另一定子段单元的定子绕组的第一绕组部段的顶部； 以及重复第一和第二步直到已经构成完整定子。组装定子的现有方法基本上包括首先组装定子段来构成环形定子且随后麻烦且耗时地将定子绕组安装到定子齿之间的槽内，与该现有方法相比，本发明的方法是简化的， 因为本发明定子段单元包括具有靠近齿被固定的第一绕组部段和从定子段单元自由延伸的第二绕组部段的至少一个定子绕组，也就是表现为部分安装的定子绕组。根据本发明，完整安装的定子，也就是已经安装的定子绕组被逐步组装，因为在第一步中第一定子段单元被连接到相邻放置的另一定子段单元。连接装置，可以是机械接头， 例如螺钉、螺栓或类似件，或者是如上所述被设置于定子磁轭的连接部分，其被包括以实现定子段单元间的稳定连接。在随后的第二步中，从第一定子段单元的定子绕组的第一定子段单元自由延伸的第二绕组部段被放置在另一定子段单元的定子绕组的第一绕组部段的顶部上。因此，两个定子段单元被牢固连接，且其具有完整安装的定子绕组。步骤被重复直到环形定子已经被组装完成。如果定子段单元包括从定子磁轭突出的第一定子齿段以及适于被固定到所述第一定子齿段以便构成定子齿的至少一个另外定子齿段，则优选的是在将从第一定子段单元的定子绕组自由延伸的第二绕组部段放置在另一定子段单元的定子绕组的第一绕组部段的顶部之后，使用连接装置将所述至少一个另外定子齿段固定到第一定子齿段。换言之，所述至少一个另外定子齿段被插在第一定子段单元的定子绕组的被安装的第二绕组部段之间并且被牢固地固定到从所述另外定子段单元的定子磁轭突出的定子齿段。因而，优选的是从定子磁轭延伸到定子齿段的螺纹螺栓被用作连接装置。以此方式，螺纹螺栓从定子段单元的定子磁轭穿过且进一步穿过定子齿段从而构成在定子磁轭、 从定子磁轭突出的定子齿段以及适于被固定到从定子磁轭突出的定子齿段的定子齿段之间的牢固连接。因而，定子磁轭和从磁轭突出的定子齿段可以包括孔，而适于被固定到从磁轭突出的定子齿段的定子齿段可以包括螺柱孔(stud hole)。
在下文中，参考附图具体描述了本发明，其中
图1示出了根据本发明的第一实施例的本发明定子段单元的原理图； 图2示出了根据本发明的第二实施例的本发明定子段单元的原理图； 图3示出了根据本发明的第三实施例的本发明定子段单元的原理图； 图4示出了根据本发明的第四实施例的本发明定子段单元的原理图； 图5示出了根据本发明的第五实施例的本发明定子段单元的原理图； 图6示出了根据本发明的第一实施例的本发明方法的基本步骤； 图7、图8示出了根据本发明的第二实施例的本发明方法的基本步骤； 图9-11示出了根据本发明的第三实施例的本发明方法的基本步骤；以及图12、图13示出了根据本发明的第四实施例的本发明方法的基本步骤。
具体实施例方式图1示出了在本发明的第一或基础实施例中适于构成环形定子的定子段单元1。 定子段单元1包括从定子磁轭3突出的一个定子齿2。定子绕组A围绕定子齿2缠绕，其中定子绕组A的第一绕组部段a代表定子绕组A的离开侧且被固定成靠近定子齿2，并且代表定子绕组A的返回侧的第二绕组部段a’从定子段单元1自由延伸。因此，这个定子段单元1描绘了单相构造。必须被提到的是，所有定子段单元均是弯曲的，即代表了圆形的段， 以便在组装时构成环形定子，不过它们被绘制成直的。图2示出了根据本发明第二实施例的定子段单元5。定子段单元5包括从定子磁轭7突出的三个定子齿6。定子段单元5表示了三相构造，其具有三个定子绕组A、B、C且每个绕组均具有不同相。每个定子绕组A、B、C均具有代表相应定子绕组A、B、C的离开侧且均被固定成靠近相应相邻定子齿6的第一绕组部段a、b、c以及代表相应定子绕组A、B、 C的返回侧且均从定子段单元5自由延伸的第二绕组部段a’、b’、C’。此外，定子段单元5包括连接部分，该连接部分是卡扣配合件8和适于接收卡扣配合件8的凹槽9的形式，该卡扣配合件8和该凹槽9被置于定子段单元5的相对末端处以便将定子段单元5连接到至少一个另外定子段单元(参见图12、图13)。因此，连接多个定子段单元5意味着卡扣配合连接。卡扣配合件8可以与定子磁轭7 —体成形或者作为单独构件使用适当连接装置被牢固地附连到定子磁轭7。图3示出了根据本发明第三实施例的定子段单元10。定子段单元10包括从定子磁轭11突出的六个定子齿，其被划分为包括定子齿12的第一组定子齿以及包括定子齿13 的第二组定子齿。明显地，第一组定子齿和第二组定子此被相邻放置。包括定子绕组A、B、 C的第一组定子绕组具有靠近第一组定子齿的相应定子齿12被固定的第一绕组部段a、b、 c，并且包括定子绕组D、E、F的第二组定子绕组具有靠近第二组定子齿的相应定子齿13被固定的第一绕组部段d、e、f。第一组定子绕组A、B、C的第二绕组部段a’、b’、C’被置于第二组定子绕组D、E、F的相应第一绕组部段d、e、f的顶部，而第二组定子绕组的第二绕组部段d’、e’、f’从定子段单元10自由延伸。此外，定子段单元10包括连接部分，该连接部分是凸舌14和沟槽15的形式，所述凸舌14和沟槽15被置于定子磁轭11的相对末端以便将定子段单元10连接到至少一个另外定子段单元(参见图5、图6)。凸舌14可以与定子磁轭11 一体成形。图4示出了类似于图3所示实施例的定子段单元16，其具有与定子段单元10相同的相构造，使用相同的附图标记标示出了定子绕组、定子绕组部段和第二组定子齿中的定子齿13。明显的是，定子段单元16与定子段单元10的区别在于连接部分，其与定子磁轭 17 一体构成且是阶梯型凹槽18和槽口 19的形式。此外，第一组定子齿具有分段定子齿且从定子磁轭17突出的定子齿段20具有减小的高度(具体地具有一半高度)，以便另外的定子齿段(未示出)可以被固定到从定子磁轭17突出的定子齿段20从而构成完整的定子齿。图5和图6示出了用于由多个定子段单元组装环形定子的本发明方法的基本步骤。定子段单元基本上是从根据图3的实施例所知的定子段单元。因此，至少针对第一定子段单元10可以使用相同附图标记。此外，仅编号了相关部件以便保持原理图清晰。在第一步骤中，根据图5，第一定子段单元10被连接到另一定子段单元21，如箭头22所示。随后，包括定子段单元10的定子绕组D、E、F的第二组定子绕组的第二绕组部段d’、e’、f’被置于定子段单元21的第一组定子绕组A、B、C的相应第一绕组部段a、b、c (所述第一绕组部段a、b、c被固定到包括三个定子齿23的第一组定子齿)的顶部(参见图6)。可以从图6 中看出，连接装置M的示例形式为叠覆于定子段单元10和21 二者的基板，该连接装置M 被用于将定子段单元10牢固地连接于定子段单元21。在下文中，所示步骤被重复，直到构成了完整的环形定子。图7和图8示出了使用具有分段定子齿的不同定子段单元25、26的创造性方法， 即参考定子段单元26，三个定子齿段27从定子磁轭观突出且第二定子齿段四适于被固定到从定子磁轭观突出的第一定子齿段27 (参见图8)。再次，在第一步骤中，定子段单元 25,26彼此连接。在这个实施例中，通过使得定子段单元沈朝向定子段单元25滑动，定子段单元25的槽口 30接合定子段单元沈的凹槽31，或反之亦然。可以从图8中看出，定子段单元25的定子绕组A、B、C的第二绕组部段a’、b’、c’被置于定子段单元沈的定子绕组 A、B、C的相应第一绕组部段a、b、c的顶部。随后，第二定子齿段四被置于从定子磁轭28 突出的定子齿段27的顶部。可以使用适当的连接装置，例如螺钉、螺栓、粘结剂或类似物， 以便在定子齿段27和定子齿段四之间构建稳定连接。上述步骤被相应重复直到构成了环形定子。图9-11代表了本发明方法的另一实施例，其在定子段单元的设计方面基本上不同于前述实施例。这里，定子段单元类似于图4所述的定子段单元。因此，左侧定子段单元是从图4所知的定子段单元且使用了相同附图标记。同样，仅编号了基本部件。在第一步骤中，定子段单元32朝向定子段单元16滑动，从而凹槽33接合槽口 19。 可以从图10中看出，定子段单元16的第二组定子绕组D、E、F的第二绕组部段d’、e’、f’ 被放置在定子段单元32的第一组定子绕组A、B、C的第一绕组部段a、b、c的顶部。此外， 定子段单元32的第一组定子齿中的每个定子齿均包括(相对于定子段单元32)从定子磁轭 35突出的定子齿段34，从而在将定子段单元16的第二绕组部段d’、e’、f’分别安装到定子段单元32的第一绕组部段a、b、c的顶部之后第二定子齿段36被置于相应定子齿段34 上。在图11中所示的后续步骤中，使用螺纹螺栓37将定子段单元16、32彼此牢固连接，其中螺纹螺栓37穿过定子段16、32、定子齿段34和定子齿段36。因此，螺纹螺栓37将单独的齿部件34、36并且附加地将定子段单元16、32保持在一起。图12、图13示出了根据本发明的另一实施例的创造性方法的基本步骤。在左侧示出的定子段单元基本与图2所示的相同。因此，相同附图标记有效。在第一步骤中，定子段单元38借助于相应连接部分被连接到定子段单元5，即定子段单元38所具有的卡扣配合件39接合定子段单元5的凹槽9。之后，定子段单元5的定子绕组A、B、C的第二绕组部段 a’、b’、c’被置于定子段单元38的定子绕组A、B、C的第一绕组部段a、b、c的顶部。因此， 定子段单元5、38借助于卡扣配合连接被连接到已安装的定子绕组A、B、C。上述步骤被重复直到构成了环形定子。
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权利要求
1.一种适于在组装时构成环形定子的定子段单元(1，5，10，16，21，25，26，32，38)，其具有定子磁轭(3，7，11，17)且至少一个定子齿(2，6，12，13，23)从所述磁轭突出，该定子段单元包括至少一个定子绕组(A，B, C，D，E，F)，所述定子绕组具有靠近所述齿(2，6，12，13， 23)被固定的第一绕组部段(a，b，c,d,e,f)以及从所述定子段单元(1，5，10，16，21，25，26， 32，38)自由延伸的第二绕组部段(a，，b，，c，，d，，e，，f，)。
2.根据权利要求1所述的定子段单元，包括两个或更多个定子齿(6，12)以及两个或更多个定子绕组(A，B, C)，每个所述定子绕组均包括第一绕组部段(a，b，c)和第二绕组部段 (a’，b’，C’)，其中所述定子绕组(A，B, C)的每个第一绕组部段(a，b，c)被固定成靠近从所述定子磁轭(7)突出的相应相邻定子齿(6)并且每个第二绕组部段(a’，b’，c’)从所述定子段单元(5)自由延伸。
3.根据权利要求1所述的定子段单元，包括第一组定子绕组(A，B，C)和第二组定子绕组(D，E，F)，每个定子绕组均包括第一和第二绕组部段，包括多个相邻定子齿(12)的第一组定子齿以及包括多个相邻定子齿(13)的第二组定子齿，每个定子齿(12，13)均从所述定子磁轭(11)突出，其中所述第二组中的定子齿(13) 被置于与所述第一组中的定子齿(12)相邻，其中所述第一组定子绕组(A，B，C)的所述第一绕组部段(a，b，c)被固定成靠近所述第一组定子齿中的相应相邻定子齿(12)，以及所述第二组定子绕组(D，E，F)的所述第一绕组部段(d，e，f)被固定成靠近所述第二组定子齿中的相应相邻定子齿(13)；以及所述第一组定子绕组(A，B, C)的所述第二绕组部段(a’，b’，c’)被置于所述第二组定子绕组(D，E，F)的相应第一绕组(d，e, f)上方；以及所述第二组定子绕组(D，E，F)的所述第二绕组部段(d’，e’，f’)从所述定子段单元 (10)自由延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的定子段单元，其中所述定子磁轭(7，11，17)设有用于连接所述定子段单元与至少一个另外定子段单元的至少一个连接部分。
5.根据权利要求4所述的定子段单元，其中第一定子段单元的所述连接部分提供与另一定子段单元的连接部分的插头连接。
6.根据权利要求5所述的定子段单元，其中所述连接部分是沟槽状凹槽(15)或舌状凸起(14)。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的定子段单元，其中所述连接部分是阶梯型槽口 (19，20，30)和 / 或阶梯型凹槽(18，31，33)。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的定子段单元，其中第一定子段单元的连接部分提供与另一定子段单元的连接部分的卡扣配合连接。
9.根据权利要求8所述的定子段单元，其中所述连接部分是卡扣配合件(8)或者是适于接收卡扣配合件的凹槽(9)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的定子段单元，其中所述定子齿包括从所述定子磁轭(17，35)突出的第一定子齿段(20，27，34)以及至少一个另外定子齿段(29，36)，所述第一定子齿段和所述至少一个另外定子齿段适于彼此固定以构成所述定子齿。
11.根据权利要求11所述的定子段单元，其中所述定子齿段(20，27，34，四，36)借助于连接装置，具体地借助于螺纹螺栓(37)被可拆卸地彼此附连。
12.一种具有至少一相的电机，其包括转子和分段定子，其中所述定子由多个根据前述权利要求中任一项所述的定子段单元(1，5，10，16，21，25，26，32，38)构成。
13.一种用于组装根据权利要求12所述的电机的定子的方法，其中通过连接多个根据权利要求1-9中任一项所述的定子段单元来组装所述定子，所述方法包括使用连接装置将第一定子段单元连接到相邻放置的另一定子段单元，将从所述第一定子段单元的定子绕组自由延伸的第二绕组部段放置在所述另一定子段单元的定子绕组的第一绕组部段的顶部，重复步骤a)和步骤b)直到已经构成完整定子。
14.根据权利要求13所述的方法，其中如果定子段单元包括从所述定子磁轭突出的第一定子齿段和至少一个另外定子齿段，且所述至少一个另外定子齿段适于在将从所述第一定子段单元的定子绕组自由延伸的第二绕组部段放置在所述另一定子段单元的定子绕组的第一绕组部段的顶部之后被固定到所述第一定子齿以构成所述定子齿，则所述至少一个另外定子齿段使用连接装置被固定到所述第一定子齿段。
15.根据权利要求14所述的方法，其中从所述定子磁轭延伸到所述定子齿段的螺纹螺栓被用作连接装置。
全文摘要
本发明涉及在组装时适于构成环形定子的定子段单元(1，5，10，16，21，25，26，32，38)，其具有定子磁轭(3，7，11，17)且具有从所述磁轭突出的至少一个定子齿(2，6，12，13，23)，所述定子段单元包括至少一个定子绕组(A，B，C，D，E，F)，该定子绕组具有靠近齿(2，6，12，13，23)被固定的第一绕组部段(a，b，c，d，e，f)以及从定子段单元(1，5，10，16，21，25，26，32，38)自由延伸的第二绕组部段(a’，b’，c’，d’，e’，f’)。
文档编号H02K1/12GK102280949SQ201110155728
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月10日 优先权日2010年6月10日
发明者H.斯蒂斯达尔 申请人:西门子公司