用于他励同步电机的转子的星形盘
阅读说明：本技术 用于他励同步电机的转子的星形盘 (Star disk for rotor of separately excited synchronous machine ) 是由 P·乌尔曼 P·赫尔曼 M·戈恩格罗斯 于 2021-05-14 设计创作，主要内容包括：一种用于他励同步电机的转子的星形盘,其具有居中的盘体,多个接片从盘体出发径向地延伸,在所述多个接片的端部上分别设置有端板,使得在盘体与相应的端板之间形成绕线槽,该绕线槽通过形成槽底的接片界定并且侧向地通过形成槽侧面的盘体和形成槽侧面的端板界定,并且该绕线槽用于接纳围绕接片引导的、由在多层中缠绕的导线形成的导体线匝,其中,接片配设有沟槽,该沟槽沿缠绕方向延伸并且用于接纳各一个导线部段,其中,在接片的至少一侧上在槽侧面上设置有至少一个附加的沟槽。(A star disk for the rotor of a separately excited synchronous machine, having a central disk body, from which a plurality of webs extend radially, end plates being provided in each case at the ends of the plurality of webs, such that a winding slot is formed between the disk body and the respective end plate, which winding slot is delimited by webs forming the slot bottom and laterally by the disk body forming the slot side and the end plates forming the slot side, and which winding slot is intended to receive conductor turns, which are guided around the webs and formed by wires wound in a plurality of layers, wherein the webs are provided with grooves which extend in the winding direction and are intended to receive in each case one wire section, wherein at least one additional groove is provided on at least one side of the webs on the slot side.)
技术领域
本发明涉及一种用于他励同步电机的转子的星形盘，其具有居中的盘体，多个接片从盘体出发径向地延伸，在所述多个接片的端部上分别设置有端板，使得在盘体与相应的端板之间形成绕线槽，该绕线槽通过形成槽底的接片并且侧向通过形成槽侧面的盘体和端板界定，并且该绕线槽用于接纳围绕接片引导的、由在多个层中缠绕的导线形成的导体线匝，其中，接片配设有沟槽，该沟槽沿缠绕方向延伸并且用于接纳各一个导线部段。
背景技术
电机主要由位置固定的部件、即定子和运动的部件、即转子组成。转子本身通常包括转子轴，在该转子轴上安装有由多个单独的叠片组成的叠片组。在他励同步电机中，转子所具有的导体线匝的数量还相当于各个相的数量，其中，这种同步电机大多是三相电机。导体线匝轴向地延伸并且在转子端部处环绕，从而得到相应的线匝结构。为了使导线在两个转子端部处环绕，各一个所谓的星形盘位于叠片组的端侧，在所述星形盘上形成有相应的绕线槽，相应的导线在多个上下相叠的层中缠绕到所述绕线槽中，使得导线从一个星形盘延伸到另一个星形盘，在此穿过叠片组延伸。
为此，每个星形盘具有居中的盘体，星形盘利用该盘体安装在转子轴上。接片从盘体上径向向外延伸，接片的数量与转子的极的数量相一致，其中，每个接片通过端板终结。居中的盘体以及端板分别形成槽侧面，这些槽侧面径向对内和对外界定相应的绕线槽，而接片或者说远离叠片组的接片侧面形成槽底。
为了确保将导线位置固定地定位在被缠绕到接片上的第一层中而获得导线的精确引导，已知的是，接片配设有沿缠绕方向延伸的沟槽，其中，每个沟槽用于接纳被插入的导线部段。因此，通过该沟槽部能够实现，在一定程度上紧固每个导线部段，使得其不向侧面滑动并且形成限定的第一层，所述第一层能够实现其它层的缠绕。然而，如果多层被上下相叠地缠绕，那么由于金属线直径的波动和星形盘的可能的制造公差，并不总是能够在所有层上实现准确的层结构。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提出一种相对改进的星形盘。
为了实现该目的，在开头所述类型的星形盘中根据本发明规定，在接片的至少一侧上在槽侧面上设置有至少一个附加的槽。
根据本发明的星形盘不仅在接片处、即在槽底处配设有沟槽部，而且在两个槽侧面中的至少一个槽侧面处也配设有沟槽部，其方式为，在该槽侧面处设置有至少一个附加的沟槽，优选当然也可以设置多个高度错位的附加沟槽。这能够实现，除了在槽底处引导或支撑导线或导线部段之外，还根据附加的沟槽的数量在位于第一金属线层之上的一个或多个另外的金属线层中实现附加的支撑。由此确保在至少一个、优选多个另外的金属线层中的附加的侧向引导，这是因为在侧面也可以利用限定的导体引导部实现限定的线匝几何结构，从而可以实现更好的层结构且进而实现更高的铜填充系数，其中，提高的铜填充系数又引起电机的更高的效率。
在此，优选地不仅在接片的单侧上、即在一个槽侧面上设置有至少一个附加的沟槽，而且在两个槽侧面上、即在接片的两侧都设置有至少一个附加的沟槽，其中，在每个槽侧面上设置有至少一个附加的沟槽、优选设置多个在高度方面分级的附加沟槽，使得不仅在一个附加的金属线层中、而且在多个附加的金属线层中能够实现引导。
在一个或两个槽侧面上的附加的沟槽适宜地设置在导体线匝的紧接着下个层的高度处，也就是说，在高度方面直接与在接片上或在接片的沟槽部中的第一绕线平面邻接。如果设置仅一个附加的沟槽，则也可以考虑将该附加的沟槽设置在较高的平面中。与此无关地，当然根据金属线直径来选择该附加的沟槽在高度方面与接片平面或与接片沟槽部的距离，从而确保相应的附加沟槽准确地定位在缠绕时产生的金属线层中。
如以上已经指出的，当然特别适宜的是，在一个槽侧面或每个槽侧面上设置有多个附加的、在高度方面错开的沟槽，也就是说这些沟槽布置在不同的高度位置中，其中，这些高度位置当然相当于对应的金属线层或金属线平面。附加的沟槽不必直接与接片平面或接片沟槽部邻接，而是也可以在高度方面彼此错开，其中，在附加沟槽的沟槽顺序中也不必存在直接的顺序，而是也可以在那里存在相应的、多个金属线层的错位。
然而优选地，多个沟槽设置在导体线匝的连续高度处，使得每个跟随第一金属线层之后的绕线层或绕线平面在单侧或者优选地也在两侧被精确地侧向引导。
多个沟槽至少设置在相应的槽侧面的四分之一高度上，但也在整个线匝结构的高度需要时优选地设置在更高处。优选地，沟槽在两个槽侧面上在相同的高度上延伸，从而在两侧得到相同的、对称的金属线引导部。
如上所述，导线被缠绕到绕线槽中。为了在整个宽度上对绕线槽进行缠绕，需要径向地从内向外并且返回地引导金属线，以便以平行延伸的导体部段来缠绕各个层。在此，在每次返回/绕回(Umlauf)时必然需要层跳跃，随着该层跳跃使导线进一步径向向外或向内错开了金属线厚度或金属线直径。这种层跳跃通常在围绕星形盘环绕时以缠绕技术实现，而在另一个星形盘上则存在简单的、不跳跃的返回。为了在第一层中限定层跳跃，但同时在另一星形盘上同样实现精确的导体引导，本发明的一个特别有利的改进方案规定，至少所述多个沟槽在接片上或者垂直于接片的纵轴线延伸，或者以与接片的纵轴线成不等于90°的角度延伸，所述角度的大小被确定为使得沟槽的出口与入口错开了导线的金属线厚度。也就是说，两个星形盘根据本发明在接片上的沟槽部方面不同地设计。在其上不形成层跳跃的其中一个星形盘具有沟槽部，其中，沟槽垂直于接片纵轴线延伸。当然，无论在何种设计方案中，所有的沟槽都是平行延伸的，然而在此未被设置角度，而是与接片纵轴线垂直。由此可以实现被引导的、但不进行层跳跃的缠绕。然而，另一个星形盘在其沟槽部中专门针对所规定的层跳跃来设计。沟槽部的在这里也相互平行延伸的沟槽与接片纵轴线形成不等于90°的角度。在此，角度被如此确定，沿径向观察使得沟槽入口和沟槽出口布置成彼此错开了金属线厚度或金属线直径。也就是说，返回的金属线相对于前一次返回的金属线错开刚好一个金属线厚度或金属线直径。
在此，原则上优选地规定，接片具有矩形的横截面，该横截面至少在绕线槽侧上的棱边被倒圆，其中，沟槽在接片外侧和两个接片侧面的至少一部分上延伸。通过这种矩形的接片结构和在接片外侧上的沟槽部，实现了在沟槽部中的近似大面积的导体引导，所述沟槽部也至少部分地延伸到两个接片侧面上，导体也在这两个接片侧面上被引导。此外，特别是当在星形盘上通过沟槽部实现层跳跃时，可以实现非常精确的导体引导，因此可以实现非常稳定的层结构，从而在相对较长的绕线距离上、即从一个接片侧面上的沟槽入口开始经过在接片外侧上的沟槽长度直至在另一个接片侧面上的沟槽出口产生层跳跃。
本发明的一个适宜的改进方案规定，在盘体上形成引导导体插入绕线槽中的槽，该槽一直延伸到接片并且通入具有接片侧沟槽的平面中。来自星形盘的第一金属线必须被强制地插入绕线槽中。根据本发明，现在通过形成在盘体上的槽来引入所述金属线，该槽一直延伸到接片并且延伸到沟槽部的区域中。槽通入具有第一接片侧的沟槽的平面中，使得导体被引入到下凹的沟槽平面中，然后继续被引导。这导致，所引入的导体在起始部处就以下降了大约一金属线厚度的方式被引入。现在这导致，导体在第一起始部处可以在第二绕线平面中被无问题地包绕，并且在线匝中不会形成当金属线在起始部处近似从沟槽部的平面中突出时发生的“鼓包”。这对于精确的层结构同样是非常有利的。
星形盘本身优选地由塑料制成，也就是说，星形盘是一种注塑件，在该注塑件上可以通过相应的注塑模具形成相应的几何结构和特别是形成沟槽部。
除了星形盘本身之外，本发明还涉及一种转子，包括转子轴以及布置在该转子轴上的叠片组和两个上述类型的、轴向终结叠片组的星形盘，导体线匝被缠绕到所述星形盘上。优选地，一个星形盘具有通过沟槽部形成的或限定的层跳跃，而另一星形盘的沟槽部限定了简单的、不跳跃的返回。也就是说，带有层跳跃的其中一个星形盘具有以与纵轴线成不等于90°的角度延伸的沟槽，而另一星形盘具有垂直于接片的纵轴线延伸的沟槽。
最后，本发明还涉及一种同步电机，包括前述类型的转子。
附图说明
本发明的其它优点和细节从下面描述的实施例中以及根据附图得出。图中示出：
图1作为原理图示出根据本发明的转子的透视图，
图2示出第一实施方式的星形盘的部分视图，其中示出接片连同绕线槽，
图3示出图2中的星形盘的一部分的透视图，其中示出在径向外部的槽侧面上的沟槽部，
图4示出图2中的星形盘的一部分的透视图，其中示出在位于径向内部的槽侧面上的沟槽部，
图5示出根据本发明的第二个实施方式的具有倾斜延伸的沟槽的星形盘的局部视图，
图6示出图5中的星形盘的一部分的透视图，其中示出在位于径向外部的槽侧面上的沟槽部，和
图7示出图5中的星形盘的一部分的透视图，其中示出在位于径向内部的槽侧面上的沟槽部。
具体实施方式
图1示出包括转子轴2的转子1，在转子轴上布置有叠片组/铁芯3，该叠片组包括多个轴向相继布置的叠片。在叠片组3上形成有一组单独的(磁)极4，为这些极分配相应的导体线匝5，这些导体线匝可以通过励磁电流来激励，以便通过极4产生磁场。
为了能够形成这些线匝，叠片组3在轴向两侧分别设置有各一个星形盘6，其中，导体线匝5通过星形盘6缠绕并且在那里缠入相应的绕线槽中。星形盘6优选地由塑料制成并且被设计为用于，通过多个上下相叠缠绕的导体层实现尽可能精确的层结构。
图2示出根据本发明的第一星形盘6a的局部视图。该第一星形盘包括居中的盘体7a，对此也可以参见图3和图4，该盘体具有中央孔，转子轴2延伸穿过该中央孔。多个、在所示示例中六个接片8a从居中的盘体7a径向伸出，所述接片又配设有端侧的端板9a，在所述端板上又布置有引导磁通的金属元件10a。设计方案如下，即，形成有绕线槽11a，其径向地通过由盘体7a形成的位于径向内部的槽侧面12a和由端板9a形成的位于径向外部的槽侧面13a以及通过限定槽底14a的接片8a界定或者说限定。
如图2至图4所示，在接片8a本身上设置有多个沟槽15a，这些沟槽全部相互平行地延伸。接片8a本身具有外棱边倒圆角的近似矩形的横截面，其中，沟槽15a从接片短边侧经由接片外侧延伸到另一的接片短边侧，如特别由图3和图4所示的那样。
然而，沟槽15a不仅在接片8a本身延伸。更确切地说，参见图3和图4，多个附加的沟槽16a形成在径向外部的槽侧面13a、即端板9a上，以及多个附加的沟槽17a形成在内部的槽侧面12a、即盘体7a上。在每个槽侧面12a和13a上的附加的沟槽16a和17a布置在相同的高度上，即布置在相同的绕线平面中，其中，各个附加的沟槽16a或17a分别在高度方面彼此邻接，因此也就是最终以限定的、大致相当于金属线厚度的间距在高度方面彼此间隔开。附加的沟槽也在几何形状方面类似于沟槽14a弯曲地延伸。也就是说，整个沟槽部通过槽侧面12a、13a上的附加的沟槽16a、17a向上蔓延，从而除了在槽底14a、即沟槽15a中精确地引导和支撑缠入的导线部段之外，沿径向观察也通过在槽侧面12a、13a上的附加的沟槽16a、17a形成支撑，因此也就是导线不仅在直接在接片8a上的第一绕线层中、而且也在多个在第一绕线层上方缠绕的其它层中被很好地引导和支撑。尽管例如在外部的槽侧面13a上仅设置有少量的沟槽16a，但是当然也可以考虑，将这些沟槽还要进一步向上蔓延，即形成更多的沟槽16a。
也就是说，由此实现非常准确的导体引导和导体支撑，这对于非常精确的层结构来说是适宜的。
可以看出，沟槽15a垂直于接片8a的纵轴线延伸。因此，通过该接片8a不发生层跳跃，也就是说，导线在一个平面中进入相应沟槽15a，又在该同一平面中从相应沟槽15a中延伸出来。
然而因为在导体线匝5的绕线过程中金属线以相应的交替频率径向向外和向内被引导，所以需要在返回位置/绕回位置中将金属线按规定径向向外或向内以错开近似一金属线厚度的方式继续引导。根据本发明，这通过在接片本身上的各个沟槽导向部来进行，如图5至图7所示的那样。
这些附图示出星形盘6b的第二实施方式，星形盘具有盘体7b和接片8b，该接片又具有包括引导磁通的金属元件10b的端板9b。因此，在这里也形成有绕线槽11b，该绕线槽又通过在盘体7b上的位于径向内部的槽侧面12b和在端板9b上的位于径向外部的槽侧面13b限定。
在这里也再次在接片8b本身上设置有沟槽部14b，该沟槽部通过多个平行延伸的沟槽15b形成，参见图5，然而所述沟槽与接片纵轴线成角度α地延伸。也就是说，沿径向观察相应的沟槽入口和沟槽出口彼此错开，更确切地说，精确错开了金属线厚度或金属线直径，从而金属线出口比金属线入口沿径向多出一金属线厚度。由此在第一层中实现规定的层跳跃，其中，参见图6和图7，在这里沟槽15b同样不仅在接片外侧上延伸，而且在接片短边侧上延伸。
在这里，参见图6和图7，在槽侧面12b、13b上也分别设置有附加的沟槽16b、17b，类似于在图2至图4的设计方案中的情况。也就是说，在这里在两个槽侧面12b、13b上在较高的绕线层中也实现了精确的金属线引导。在这里，附加的沟槽16b、17b也与第一沟槽平面的高度邻接，其中，在这里也可以设置更多的附加沟槽16b、17b，这些附加沟槽因此还可以进一步经由槽侧面向上蔓延/布置。
最后，图5示出槽18，该槽形成在盘体7b上，并且通过所述槽将导线首次引入到绕线槽11b中。该槽18引导至槽底，即引导至沟槽部14b并且通入槽15b中，从而所输入的导线近似下沉并且进入沟槽部平面中。这导致，导线可以毫无问题地通过紧接着的第二绕线层和后续的绕线层包绕，而不在线匝中产生对于层结构不利的“鼓包”。
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