C形或U形半线圈、有此半线圈的转子绕组和其制造方法与流程

本发明涉及一种用于旋转电机中的转子绕组。更具体地说，本发明涉及用于转子绕组的新颖的半线圈。此外，本发明还涉及一种用于绕制电机的转子体的方法。

背景技术：

众所周知，旋转的机械能转换成电能和电能转换成机械能分别通过发电机和电动机来完成。

电动机或发电机包括定子和转子。电机的转子在定子的定子孔内部旋转。对于传统的同步电机，磁场通常通过放置在由磁性材料制成的转子体中的载流场绕组来激励。转子极的数量和以每分钟转数(rpm)为单位的转速的组合确定了旋转磁场的频率。

转子通常利用某一数量线圈来制造，其均埋置在相对应的槽中，槽设置在转子体中。具体地说，各个线圈采用成叠堆的导体的形式，导体被称为匝圈，其通常由铜制成。

转子绕组由多个线圈制成，其均平行于转子轴线沿着转子体而延伸。各个线圈通常采用两个相反的对称的基本C形的半线圈的形式。各个半线圈在其轴向末端具有两个沿直径相反的半径部分，其形成转子末端绕组，各个末端绕组与相反的半线圈的相应的半径部分相连接，因而形成了完整的转子线圈，其中所有线圈组成了转子绕组。

典型地，与半径部分相对应的半线圈的连接通过铜焊工艺来完成，其中在铜焊合金定位在连接区域之后，有待连接的定位在线圈两端的匝圈被单独地或成叠堆地加热至铜焊温度。

用于半线圈的匝圈通常是空心的，具有一个或两个遍及其轴向长度而延伸的通道。这种通道是必需的，从而在导体中引导流体以用于冷却目的，因为电流流动产生了热量，热量必须从电机中除去。

导体通常采用具有单一的轴向通道的单空心导体的形式，或者采用具有在内部延伸的两个通道的双空心导体的形式。空心导体可牢固地由C-截面(单空心导体)或相对应的E-截面(双空心导体)形成或制成。利用单空心导体或双空心导体设计转子绕组的选择主要依赖于必须传送的需用的功率和需要的线圈机械强度。通常安装双空心导体用于大功率电机，而单空心导体可适合于较少功率的电机。

然而，同单空心导体的生产相比，大功率电机所需要的双空心导体的制造通常更为复杂且耗时，其导致较高的制造成本。同相同宽度的单空心导体相比，双空心导体的机械特性更强，并且较少变形。

此外，制造半线圈是已知的实践，其中半径部分在其转角进行铜焊。

通常应避免转角铜焊；相反，转子绕组是优选的，其中半线圈具有通过弯曲而获得的半径末端部分。实际上，除了是耗时的且昂贵的工艺之外，铜焊工艺还不能在整个电机寿命期间完全保证转子绕组的完整性和稳定性。

然而，用于更换转角铜焊的转子线圈的合适的方案受到固持环下面的有限轴向空间的挑战。

在原始设计于转子末端绕组中具有铜焊接头(转角铜焊或铜焊弓段)的转子上，重绕方案也必须具有铜焊的转角接头，从而满足空间约束，即固持环下面的在轴向方向上的可用空间。实际上，弯曲的转角倾向于相对于铜焊的转角设计在轴向方向上占用更大的空间，其中具有不同截面/更小截面的弓段是铜焊的，以节省轴向空间。结果，在转子末端绕组中利用弯曲的转角替代旧绕组意味着利用更大的固持环替代旧固持环。

然而，供给具有更大轴向尺寸的新固持环并不总是技术可行的，并且可能遭遇价格竞争性方面的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的是通过提供独立权利要求1中基本限定的用于转子体绕组的一种新颖的C形半线圈以及从属权利要求8中基本相应地限定的电机而解决前述技术问题。此外，本发明还提供了独立权利要求9中基本限定的一种用于绕制转子体的方法。

在相对应的从属权利要求中限定了优选的实施例。

根据本发明的优选实施例，C形半线圈是以两个单空心导体形式提供的，而非作为双空心导体制造而成的，所述两个单空心导体相邻地埋置在转子体的相应的槽中，优选实施例将在以下详细说明书中仅作为举例而非限制目的进行描述。

这样就改善了制造工艺，因为如上所述，单空心导体的生产相对双空心导体的生产更快且更便宜。这有利地导致了具有导体的电机的制造方面的改进的工艺，导体需要两个冷却通道。

此外，这个方案进一步改善了转子体的重绕工艺，提供了具有弯曲转角的线圈(替代现存具有铜焊转角或铜焊弓段)，而不需要更换固持环。

实际上，半线圈是以两个分开的单空心导体的结构来提供的，只有一个导体完全穿过末端绕组的弯曲部分，而另一个在离开转子体之后就终止了。

已经论证这种装置至少对于绕组的内部线圈是可行的，内部线圈更短，并因而具有热裕量，以减少围绕其末端绕组部分的横截面。

分开的单个导体可通过不同的接触技术进行电接触，例如软焊、摩擦焊、铆接、螺纹连接、卷边、接触套筒、接触桥、接触条。

因此，根据本发明的优选方面，可省略昂贵且耗时的转角铜焊，并且为单空心导体而不是双空心导体实现了更广泛的供应商基础以及更短的交付时间。

根据优选实施例，提出将电触头固定在相邻的分开的单个导体之间的有利途径，其特征在于一种径向布置，其利用离心力促进和增强了在彼此上下放置的形成匝圈的相邻的上下层导体之间的电(电)接触，因而这两个相邻的导体的连接(例如铜焊)可以是备用的，这意味着较少的工作和较低的成本，因为不需要连接(铜焊)工艺，这将在本发明优选实施例的详细说明书中进行完整地解释。

关于这种径向布置，需要注意以下方面：沿着导体所有限定区域应保持足够良好的接触；在例如组装期间应防止尺寸公差由于变形而改变，并应避免由于振动而发生可能的轴向移动。

此外，在该结构中顶部至底部地将一层导体连接在一起从而形成匝圈，绕组在操作期间遇到较少的振动，并且需要较少的工作来处理沿着导体的连接点，连接点是一个相对数字，因为这种导体具有通常几米的长度。

附图说明

本发明的前述目的和许多伴随的优点将通过参考以下结合附图所作的详细说明而变得更容易理解，其中：

图1是安装在转子体上的绕组的透视图，其具有属于现有技术状态的弯曲转角；

图2,3分别是根据本发明的第一优选实施例的C形半线圈的一部分的透视图和平面图；

图4,5和6分别是本发明的第一优选实施例根据针对重绕操作而特别配置的变体的C形半线圈的一部分的透视图、展开图和横截面图；

图7显示了根据本发明的转子绕组的展开图；

图8显示了沿着图7的剖面线A-A'的横截面图；

图9和10分别显示了根据本发明的第二优选实施例的半线圈的横截面和透视图；

图11和12分别显示了本发明的第二优选实施例根据针对重绕操作而特别配置的变体的C形半线圈的一部分的透视图和平面图；

图13显示了图11和12的半线圈的横截面图；

图14显示了用于图11的半线圈底层的各种备选方案；

图15显示了图11和12的半线圈的横截面图。

附图详细说明

参照图1，其显示了现有技术的电机1。具体地说，图1显示了大体用标号2表示的转子体的视图。转子体2包括多个轴向槽3。现有技术的C形半线圈4'埋置在转子体2的相应的槽3中。C形半线圈4'包括穿过转子槽3的轴向起作用(active)部分41'和两个相反的弯曲半径绕组末端部分，两个相反的弯曲半径绕组末端部分定位在槽之外，位于转子体3的不同末端上。在该图中，只有弯曲部分42'在转子体3的一个末端是可见的。各个C形半线圈4'连接在相对应的C形半线圈5'上，如图中清晰显示的那样。半线圈4'和5'形成了完整的线圈。卷绕在转子体2周围的所有线圈组成了转子绕组，其在图中总地用标号100表示。

仍然参照根据现有技术状态的半线圈4'，半线圈4'包括多个堆叠的导体，被称为匝圈，通常由铜制成。叠堆的各个匝圈与属于相同半线圈的相邻匝圈是电绝缘开的。

现在参考以下图2和3，其分别以透视图和展开图显示了根据本发明第一实施例的C形半线圈4的一部分。具体地说，C形半线圈包括起作用部分41和两个相反的弯曲半径绕组末端部分，起作用部分41配置为用于埋置在相应的转子槽中，其中只有一个弯曲部分42在图中是可见的，另一弯曲部分相对应地定位在转子槽的另一末端上。半线圈4包括彼此电绝缘的成叠堆的匝圈5。半线圈4的成叠堆的匝圈中的各个匝圈5包括两个分开的相邻的单个导体6和7。导体6和7彼此电连接在一起，从而保证其之间的电流流动。换而言之，匝圈5彼此上下设置，而导体6和7并列地定位成在机械且电方面是并行的。匝圈5的各个单个导体6和7优选是空心导体，具有穿过其轴向展开部分(图中是不可见的)的内部冷却通道。因此，彼此电连接的分开的单个导体6和7的并列定位有利地确保了现有技术的双空心单个导体的相同功能，同时促进了制造工艺。

现在参照图4，其显示了根据一个优选实施例的针对重绕操作而特别配置的半线圈8的一部分。C形半线圈8按照相似的方式包括起作用部分81和两个相反的弯曲半径绕组末端部分，起作用部分配置为用于埋置在相应的转子槽中，其中只有一个弯曲部分82在图中是可见的。半线圈8包括彼此电绝缘的成叠堆的匝圈5。半线圈8的成叠堆的匝圈中的各个匝圈5包括两个分开的相邻的单个第一导体9和第二导体10。术语第一导体9在这整个公开中也被称为第一笔直导体9,31。然而如同所述，并非转子绕组20的所有第一导体9必须设计为笔直的第一导体9,31。第一导体9可部分地设计为笔直的第一导体9,31而没有弯曲部分，并且部分地设计为公共第一导体9，其具有与第二导体10,32相对应的弯曲部分，见图7。第一笔直导体9,31是弯曲部分被切去的导体。导体9和10彼此电连接在一起，从而保证其之间的电流流动。在这个变体中，有利的是，第一导体9是匝圈5的外导体，其是笔直导体，其轴向末端在埋置于转子体(未显示)中时突出于相应的转子槽3之外，并且定位在相应的弯曲半径部分附近(图中只有弯曲部分82是可见的)。如图4,5,11中可见，第一笔直导体(9,31)沿着第一笔直导体(9,31)的全长而与第二导体(10,32)的起作用的笔直部分相紧靠，并且第一笔直导体(9,31)沿着第二导体(10,32)的长度而终止。这样，与导体10的弯曲部分82相邻延伸的导体9的外弯曲部分的缺乏容许极大地减少相关匝圈的定位所需要的轴向方向上的空间。已经显示了至少可针对卷绕在转子体上的第一内部线圈建立这种布置，其中弯曲部分的有限长度(其连接在相反的半线圈的相应弯曲部分上)仍然容许电流在单个导体上而非两个导体上流过，而没有导致过热问题。特别参见图1，内部线圈位于左边，并且外部线圈位于右边，或图7。特别参照图5，匝圈5还包括置于相邻的导体9和10之间的电接触装置11。更精确地说，电接触装置11在第一笔直导体9,31和第二导体10,32的笔直部分之间产生了电接触。如图5中可见，在起作用部分81的区域中建立了电接触装置11。因为第一笔直导体9仅仅设置在相邻的第二导体10的笔直部分的一侧，这意味着电接触装置11对于第二导体10的弯曲半径部分82没有接触。根据这个典型的非限制性实施例，这种接触装置11基本定位在第一导体9的轴向末端附近。或者，匝圈5的第一导体和第二导体9,10可遍及其长度围绕转子体保持电接触。可使用本领域中的技术人员所已知的不同的技术，从而将匝圈5的第一导体9和第二导体10电连接起来，例如软焊、镀银、摩擦焊、铆接、螺纹连接、卷边、接触套筒、接触桥、接触条。

参照图6，其显示了埋置在相应的转子槽3中的图4和图5的C形半线圈的横截面图。具体地说，由多个彼此上下定位的电绝缘的匝圈5形成的半线圈是可见的。如上面规定的那样，各个匝圈5包括两个分开的单个导体9和10，其并列定位且彼此电接触。分开的单个导体9和10优选是空心导体，具有穿过其整个长度的冷却通道。

现在参照下一图7，其显示了转子绕组的展开图，转子绕组总地用标号20来表示。转子绕组20包括多个C形半线圈8，其均埋置在相应的转子槽(未显示)中，并连接到相应的相反的半线圈8'上，从而形成完整的线圈。如图所示，第一内部三个半线圈包括两个单个导体9和10，其中导体9是笔直的，在相邻导体10的弯曲部分附近具有轴向末端，使得用于转子绕组所需要的空间由于缺乏单个导体9的半径部分而明显减少。这样，因为轴向空间的减少，现存的具有铜焊转角的转子绕组可在重绕操作期间被新的转子绕组20替代。在图7中，可以看出根据本发明的一个示例，内部三个半线圈8设计有第一笔直导体9,31，并且外部四个半线圈是以普通方式的设计。

图8显示了沿着图8的剖面线A-A'的横截面图。具体地说，如上所述，该图描绘了用于第一内部半线圈8的单个导体10。此外，该图显示了总地由标号300表示的电机的固持环。

现在参照图9，其显示了根据本发明的第二优选实施例的C形半线圈12的一部分的横截面图。类似地，半线圈12包括起作用部分121和两个相反的弯曲半径绕组末端部分，起作用部分配置为用于埋置在相应的转子槽中，其中只有一个弯曲部分122在图中是可见的。半线圈12包括彼此电绝缘的一叠匝圈5。半线圈12的成叠堆的匝圈中的各个匝圈5包括两个分开的相邻的单个导体13和14，从而形成了匝圈。导体13和14彼此电连接在一起，从而保证其之间的电流流动。在这个第二实施例中，不同于第一优选实施例，匝圈5成对并列设置，同时导体13和14彼此上下定位，从而在机械和电方面是并行的。至于第一实施例，匝圈5的各个单个导体13和14是空心导体，具有穿过其轴向展开部分的内部冷却通道(图中是不可见的)。

图10较好地显示了半线圈12的匝圈5的布置。具体地说，匝圈5成对地，彼此并列定位，包括彼此上下设置的分开的单个导体13和14。如上面规定的那样，导体13和14彼此之间保持电接触，而匝圈5之间是电绝缘的。对于具有奇数匝圈的半线圈，根据第一优选实施例可提供位于叠堆底部的最后的匝圈51，最后匝圈51具有并列定位的单个导体。如将要参照下图详细所述，这种布置保证了在相同匝圈的单个导体之间可靠且稳定的接触，对用于允许电流流动的居间电接触装置没有特殊的需求，其利用转子线圈所遭遇的离心力，离心力是在操作期间，在电机中产生的。

现在参照下图11和12，其显示了根据第二实施例的变体的特别适合于重绕操作的半线圈30的一部分。

更具体地说，C形半线圈30按照相似的方式包括起作用部分301和两个相反的弯曲半径绕组末端部分，起作用部分配置为用于埋置在相应的转子槽中，其中只有一个弯曲部分302在图中是可见的。半线圈30包括彼此电绝缘的一叠匝圈5。半线圈30的成叠堆的匝圈中的各个匝圈5包括两个分开的相邻的单个第一导体31和第二导体32。导体31和32彼此电连接在一起，从而保证其之间的电流流动。在这个变体中，有利的是，第一导体31是笔直的较短导体，其轴向末端在埋置于转子体(未显示)中时突出于相应的转子槽之外，并且定位在相应的弯曲半径部分附近(图中只有弯曲部分32是可见的)。匝圈5成对地并列定位。在所示的半线圈部分中显示了两个匝圈，分别包括第一笔直的单个导体31和第二导体32以及第一笔直的单个导体31'和第二导体32'。有利的是，该布置使得对于每对并列定位的匝圈，第一导体和第二导体彼此上下设置，使得第一笔直导体31紧靠相邻匝圈的第二导体32'，并且第二导体32紧靠第一笔直导体31'。此外，第二导体32的弯曲半径部分以有利的方式设置为与相邻匝圈的第二导体32'的相对应的弯曲半径部分对齐。

这种布置是特别有利的，因为其容许在没有超过轴向方向的条件下压缩线圈叠堆所需要的空间，同时其容许使各个匝圈的单个导体彼此上下设置的特殊布置，因而利用离心力在其之间建立强健的接触，从而用于确保电流的流动。

后图13显示了前图9和10的半线圈30的横截面图。

参照图14，对于具有奇数匝圈的半线圈，如同第一优选实施例，在叠堆的底部可以两个并列定位的分开的单个导体的形式提供匝圈51。为了增强电接触，在两个导体之间可提供不同结构的铜条40。

最后的图15显示了利用离心力的原理的更多细节，用于确保在相同匝圈的单个导体之间的紧密接触。如增加的箭头尺寸所示，离心力随着匝圈离转子体2的中心的距离而加强。离心力的反作用通过封装转子绕组的转子槽楔110来提供，离心力实际上使各个匝圈中的导体保持强迫电接触。

此外，参照所述图，本发明还致力于一种用于绕制电机1的转子体2的方法。绕制操作还可能是重绕，即除去现存的转子绕组，并用新的转子绕组更换它。根据本发明的方法包括在转子体的各个槽3中埋置相应传导性C形半线圈，半线圈包括图1和7中所示平行于转子体2的旋转轴线R而穿过槽的轴向起作用部分、以及两个相反的弯曲半径绕组末端部分。半线圈包括彼此电绝缘的成叠堆的匝圈，其中所述成叠堆的匝圈中的各个匝圈是以两个分开的单个导体形式提供的，其沿着槽3相邻定位，并彼此电连接在一起。根据优选实施例，两个分开的单个导体(6)包括是笔直导体的第一单个导体，并且所述两个分开的单个导体的第二导体是包括两个相反的弯曲半径部分的C形状。第一导体突出于转子体2之外，并且使其轴向末端定位在相应的弯曲半径部分附近。有利的是，如上面详述，通过提供针对至少绕组的头三个内部线圈而配置的半线圈，可实现重绕，限制了所需的轴向空间。

根据第一优选实施例，至少一个半线圈的匝圈相对于转子体2的旋转轴线R沿着径向方向进行设置，并且第一导体和第二导体沿着周向方向进行定位。

根据第二优选实施例，各个匝圈的第一导体和第二导体沿着径向方向进行定位，并且至少一个半线圈的匝圈沿着周向方向成对定位，使得匝圈的第一导体紧靠相邻匝圈的第二导体，其中成对匝圈沿着径向方向设置在相应的槽中。

该方法还包括提供支撑半线圈的槽楔110，使得在操作期间，第一导体和第二导体由于离心力而压在彼此上。

虽然已经结合优选实施例完整地描述了本发明，但显然在其范围内可引入修改，并且不应认为本申请受到这些实施例的限制，而是受到以下权利要求内容的限制。