测量电机的节段中的芯损耗的制作方法

1.本发明涉及一种测量装置，其用于测量电机的节段中的芯损耗（core loss），例如发电机的定子的节段中的芯损耗。


背景技术：

2.电机的圆形定子芯上的芯（铁芯或叠片）损耗的测量在本领域中是已知的。然而，测量电机的节段上的芯损耗是不可能的，因为磁路不像电机的圆形定子中那样闭合。在包括置于多个齿之间的多个槽的电机的节段中，磁通量由流过缠绕在这些槽内并围绕芯体和齿的导体的电流产生。相对于每个槽，磁通量具有沿槽的一侧上的齿、沿槽底部下方的芯体以及沿槽的另一侧上的另一个齿的路径。当单独考虑节段时，即未组装在电机中时，槽上方的与槽底部径向相对的空气体积不为磁通量提供返回路径。由于这种开放的磁路，难以估计拆卸的节段中的芯损耗。
3.因此，可能期望提供一种测量装置，其用于容易且有效地测量电机的节段中的芯损耗。


技术实现要素：

4.该目的可通过根据独立权利要求的测量装置来解决。本发明的有利实施例通过从属权利要求来描述。
5.根据本发明，提供了一种测量装置，以用于测量电机的周向节段中的损耗。
6.该节段包括：轭部，从该轭部径向延伸的多个齿，周向地置于该多个齿之间的多个槽，插入该多个槽中的多个线圈绕组，框架。
7.在该电机中，多个上述类型的节段可被周向接合，以形成定子。可替代地，可使用多个上述类型的节段来形成转子。
8.所述测量装置包括：框架，所述周向节段可固定到所述框架；以及通量元件，其附接到所述框架，使得固定到所述框架的周向节段和所述通量元件径向隔开，并且由沿收容在所述多个槽中的一个槽中的线圈绕组流动的电流产生的磁通量沿循一磁通路径，所述磁通路径至少包括与所述一个槽周向相邻的一个齿中的第一路径部分、所述轭部中的第二路径部分、与所述一个槽周向相邻的另一个齿中的第三路径部分以及所述通量元件中的第四路径部分。
9.本发明提供了一种有效且简单的测量装置，其包括用于磁通量的返回路径，从而使得能够实现用于磁通量的低磁阻路径。因此，测得的芯损耗是有意义的，并且可与组装的机器在操作中经历的芯损耗比较，并且因此，可用于对真实机器的分析和评估。这允许精确
地测量单个周向节段上的芯损耗，这允许：发现在制造期间和在节段被组装到电机中之前形成的节段芯组件中的缺陷，提供如下可能性，即：更好地比较来自不同供应商的节段，并且改善对其制造过程（例如，叠片冲压、堆叠和节段层压芯的压制等）的理解，改善对例如发电机的组装的电机中的铁损的预测，从而提供进一步优化发电机并提高其效率的可能性。
10.在本发明的实施例中，通量元件包括在该多个槽和该多个齿的第一轴向端和第二轴向端之间轴向延伸的至少一个细长元件。该通量元件可包括缠绕在该至少一个细长元件上的测量线圈，以用于测量由沿第四路径部分的磁通量感生的电压。这样的实施例提供了桥，其轴向和周向延伸，以覆盖一个槽。围绕桥芯、即围绕该细长元件安装的线圈允许测量由通过该桥的通量感生的电压。特别地，该通量元件可具有所述多个槽中的一个槽和所述多个齿中的两个齿的相同的周向延伸。根据本发明的特定实施例，所述通量元件以如下方式包括轴向平行于所述一个槽的一个中央细长元件和与所述中央细长元件周向相邻的两个侧向元件，即：使得所述中央细长元件沿周向方向处于所述两个侧向元件中间。有利地，该侧向元件可用于承载中央细长元件并且调整节段和中央细长元件之间的气隙。该中央细长元件可具有所述多个槽中的一个槽的相同的周向延伸，并且该两个侧向元件中的每一个可具有所述多个齿中的一个齿的相同的周向延伸。
11.根据本发明的特定实施例，该通量元件被附接到所述框架，使得该通量元件可在周向节段的第一周向端和第二周向端之间移动。有利地，可设置滑轨以用于将所述桥滑动到不同的位置，并且在相同的周向节段的不同的齿和相上方测量。另外的加强轨可被任选地附接到所述框架，以用于加强通量元件。
12.在本发明的其他实施例中，通量元件包括在周向节段的第一周向端和第二周向端之间周向延伸的弯曲板。在这样的实施例中，该弯曲板可用于覆盖定子节段的所有槽和齿，从而模拟转子的存在。在这样的实施例中，通量元件可任选地包括从该弯曲板朝向该弯曲板的曲率轴线径向延伸的多个径向突起，这些径向突起具有模拟电机的永磁体的形状的形状。特别地，这些径向突起可具有模拟发电机的转子的永磁体的形状的形状。
13.在本发明的实施例中，通量元件可由铁磁材料制成。所述测量装置还可包括至少一个霍尔类型的传感器，以用于执行损耗测量。霍尔效应传感器可与缠绕在通量元件的细长元件上的测量线圈一起使用或者代替该测量线圈使用。霍尔效应传感器可被设置在该细长元件上，或周向节段上，或该细长元件和周向节段之间的气隙中，或者放置在测量装置的其他位置。
14.本发明的上文所限定的方面以及另外的方面通过将在下文中描述的实施例的示例是显而易见的，并且参考这些实施例的示例来解释。将在下文中参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例的示例。
附图说明
15.图1示出了包括发电机的风力涡轮机的示意性剖面图。
16.图2示出了具有定子的发电机的分解图，该定子具有多个周向节段。
17.图3示出了图2的定子的周向节段的轴测图。
18.图4示出了图3的节段的第一部件。
19.图5示出了图3的节段的第二部件。
20.图6示出了根据本发明的测量装置的示意性局部剖视图。
21.图7示出了图6的测量装置的第一实施例的轴测图。
22.图8示出了图7的实施例的轴向视图。
23.图9示出了图6的测量装置的第二实施例的轴测图。
24.图10示出了图9的实施例的轴向视图。
具体实施方式
25.附图中的图示是示意性的。要注意的是，在不同的附图中，相似或相同的元件配有相同的附图标记。
26.图1示出了根据本发明的风力涡轮机1。该风力涡轮机1包括塔架2，其被安装在未描绘出的基础上。机舱3被布置在塔架2的顶部上。风力涡轮机1还包括至少风力转子5，其具有轮毂和至少一个叶片4（在图1的实施例中，该风力转子包括三个叶片4，其中仅两个叶片4是可见的）。风力转子5可围绕旋转纵向轴线y旋转。叶片4相对于纵向轴线y基本上径向地延伸。一般而言，当未不同地指定时，下文中的术语“轴向”、“径向”以及“周向”是参考旋转纵向轴线y作出。风力涡轮机1包括至少一个发电机11，其包括定子20和转子30。该转子30可相对于定子20绕旋转纵向轴线y旋转。风力转子5与转子30耦接，并且两者都被连接到主轴承组件8的外圈。该主轴承组件8的外圈相对于静止的内圈绕旋转纵向轴线y旋转，该内圈与沿纵向轴线y延伸的主轴9耦接。
27.图2示出了具有转子30和定子20的发电机11的分解图。定子20包括圆柱形内部主体21，六个周向节段45被附接到该内部主体21。每个周向节段45具有60
°
的周向角度延伸部。根据本发明的其他实施例，定子20包括多个节段，这些节段具有不同于六个的节段数量。转子30具有常规结构，其具有多个周向分布的转子永磁体31。
28.图3至图5更详细地示出了包括芯60的定子周向节段45。周向节段45在第一轴向端60a和第二轴向端60b之间轴向延伸，并且在第一周向端47和第二周向端48之间绕纵向轴线y周向延伸。芯60可通过叠片堆叠形成，并且可被固定（焊接或栓接）到支撑结构，该支撑结构置于叠片堆叠和圆柱形内部主体21之间。芯60具有常规结构，其包括多个齿51，这些齿51周向置于多个槽52之间。齿51从轭部46按照径向方向突出。周向节段45还包括插入芯60的槽52中的多个线圈绕组44。
29.图6示出了用于测量单个周向节段45中的损耗的测量装置100的周向局部示意图。测量装置100可提供测试未连接到其他周向节段45以形成定子20的周向节段45的可能性。测量装置100包括通量元件110、120，其相对于周向节段45以如下方式布置，即：使得通量元件110、120和周向节段45彼此径向隔开，周向气隙53径向置于通量元件110、120和周向节段45之间。在图6的局部视图中，呈现了该多个槽52中的一个单槽52a，该槽52a周向地包括在第一齿51a和第二齿51b之间。由沿收容在槽52a中的线圈绕组44流动的电流ic产生的磁通量沿循磁通路径130a、130b、130c、130d，该磁通路径包括第一齿51a中的第一路径部分130a、轭部46中的第二路径部分130b、第二齿51b中的第三路径部分130c以及通量元件110、120中的第四路径部分130d。
30.图7至图10示出了测量装置100的第一和第二实施例。测量装置100包括框架101，周向节段45可被固定到该框架101。框架101允许将测量装置100附接到周向节段45。在附图的实施例中，框架101包括两个承载侧板102、103，其用于相应地固定周向节段45的两个周向端47、48。在这两个承载侧板102、103上设置固定元件，以用于固定这两个周向端47、48。耦接元件也被设置在框架101上，以用于附接通量元件110、120。框架101允许限定周向节段45和通量元件110、120之间的相对位置，特别是通过限定气隙53的径向延伸。通量元件110、120包括在芯60的第一轴向端60a和第二轴向端60b之间轴向延伸的一个细长元件111、121。
31.在图7和图8的第一实施例中，通量元件110具有以如下方式附接到框架100的杆的形式，即：在两个承载侧板102、103之间并且因此在周向节段45的第一周向端47和第二周向端48之间周向移动。通量元件110包括轴向平行于一个槽52的一个中央细长元件111，这是在中央细长元件111与该槽52径向对准的情况下。通量元件110还包括两个侧向元件112、113，它们以如下方式周向与中央细长元件111相邻，即：使得中央细长元件111沿周向方向处于这两个侧向元件112、113中间。这三个细长元件成形为具有相应的矩形剖面的杆。通量元件110包括缠绕在中央细长元件111上的测量线圈115，以用于测量由沿第四路径部分130d的磁通量感生的电压。该测量线圈115可由绝缘的圆形或矩形线材制成。测量线圈115的匝数可取决于各种参数，例如测试设备、节段尺寸等，并且将针对每个单一测试计算。遵循中央细长元件111的形状，测量线圈115具有两个主侧115a、115b，它们彼此径向隔开并且平行于槽52，这是在中央细长元件111与该槽52径向对准的情况下。一个主侧115b面向气隙53。中央细长元件111由侧向元件112、113支撑。根据本发明的其他实施例（未示出），不存在侧向元件112、113。以如下方式，通量元件110可具有所述多个槽52中的一个槽和所述多个齿51中的两个齿的相同的周向延伸，即：当通量元件110与一个槽52径向对准时，建立磁通路径130a、130b、130c、130d。特别地，在图7和图8中所示的实施例中，中央细长元件111具有所述多个槽52中的一个槽的相同的周向延伸，并且两个侧向元件112、113中的每一个具有所述多个齿51中的一个齿的相同的周向延伸。框架101包括两个滑轨140，从而周向连接两个承载侧板102、103。每个滑轨140被设置在框架101的相应轴向端处。通量元件110可包括一个或多个辊150，其沿每个滑轨140滑动，以便允许通量元件110在周向节段45的第一周向端47和第二周向端48之间移动。这允许通量元件110径向定位在线圈绕组44的不同的齿和相上方，以便执行相关测量。一个或多个可选的加强轨160（图7和图8的实施例中示出了两个加强轨160）可被设置在框架101中，轴向设置在两个滑轨140之间，以用于加强通量元件110。替代地或附加地，还可设置沿每个加强轨160滑动的一个或多个辊150，以便允许通量元件110在周向节段45的第一周向端47和第二周向端48之间移动。通量元件110可包括另外的辊150，其沿加强轨160滑动，以便有助于通量元件110在周向节段45的第一周向端47和第二周向端48之间移动。
32.在图9和图10的第二替代实施例中，通量元件120包括在周向节段45的第一周向端47和第二周向端48之间周向延伸的弯曲板121。该弯曲板121模拟转子30的一部分。通量元件120包括多个径向突起122，其在气隙53中从弯曲板121朝向弯曲板121的曲率轴线径向延伸。这些径向突起122模拟转子永磁体31。弯曲板121的曲率轴线可与纵向轴线y重合。径向突起122模拟转子30的永磁体的形状。根据本发明的其他实施例（未示出），不存在径向突起122。
33.根据本发明的不同实施例，通量元件110、120可由铁磁材料制成。框架101和承载部分（即，侧板102、103、滑轨140、加强轨160和辊150）可由非磁性材料制成，例如不锈钢、铝、环氧树脂复合材料、硬塑料等。特别地，通量元件110、120可由与制成芯60的相同的铁心硅钢（electrical steel）制成。
34.根据本发明的其他实施例（未示出），测量装置100可包括至少一个霍尔类型的传感器。霍尔效应传感器可被设置在细长元件111、112、113中的一个上，或弯曲板121上，或周向节段45上，或气隙53中，或者被放置在测量装置100的其他位置。
35.应当注意的是，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且措词“一”、“一个”或“一种”并不排除多个。此外，也可组合联系不同实施例描述的元件。还应当注意的是，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。