專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)變壓器的電氣組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的實(shí)施例大體涉及旋轉(zhuǎn)變壓器，并且，更具體而言，涉及用于旋轉(zhuǎn)變壓器的電氣組件。
背景技術(shù)：
至少一些已知的旋轉(zhuǎn)變壓器包括具有活性材料制成的至少一個(gè)環(huán)和聯(lián)接在環(huán)的周圍的至少一個(gè)繞組的電氣組件，例如轉(zhuǎn)子和定子。如本文所用，用語“電氣組件”指的是轉(zhuǎn)子和/或定子，而用語“活性材料”指的是具有使得能夠塑造磁場(chǎng)(即控制磁場(chǎng)中的通量線的方向和/或幅度)的屬性的材料。至少一種已知的旋轉(zhuǎn)變壓器包括各自由多個(gè)節(jié)段形成的電氣組件環(huán)。已知的分段式電氣組件構(gòu)造成在高功率應(yīng)用和/或高頻應(yīng)用(例如使用 20千赫(kHz)的功率來對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁)中使用。例如，這種已知的旋轉(zhuǎn)變壓器包含具有大約500毫特斯拉(mT)磁通量密度的鐵氧體作為活性材料。用于旋轉(zhuǎn)變壓器和/或電磁芯體中的已知鐵氧體包含鎳、鋅和/或錳化合物。這樣的鐵氧體具有低的矯頑性，并且被稱為軟鐵氧體。低矯頑性使得軟鐵氧體的磁化能夠倒轉(zhuǎn)方向，而不浪費(fèi)太多能量，即磁滯損耗。另外，軟鐵氧體的高電阻率防止變壓器和/或芯體中有渦電流，渦電流也會(huì)導(dǎo)致能量損耗。因?yàn)樗鼈冊(cè)诟哳l處有相當(dāng)?shù)偷膿p耗的原因，軟鐵氧體廣泛地用于射頻變壓器的芯體中。此外，已知的電氣組件的活性材料制成的各個(gè)節(jié)段均具有基本長(zhǎng)方形的軸向截面形狀，使得節(jié)段的周向截面積隨半徑的增大而增大。因而，電氣組件的活性材料的截面隨半徑而改變。另外，沿著軸向截面，環(huán)的各個(gè)節(jié)段為基本U形，并且由一個(gè)或三個(gè)零件形成。至少一些已知的電氣組件包括從電氣組件的繞組向外延伸通過電氣組件的活性材料的電纜。在至少一些已知的電氣組件中，通過活性材料而鉆出孔，以使得電纜能夠延伸通過活性材料。但是，鉆削可在活性材料中產(chǎn)生應(yīng)力和/或損害活性材料。例如，至少一些已知的電氣組件包括易碎材料作為活性材料，并且因而，鉆削可損害或壓迫易碎材料。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種電氣組件。該電氣組件包括具有至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段的環(huán)。各個(gè)環(huán)形節(jié)段均包括第一部分和第二部分。第二部分從第一部分朝向第二部分的端部漸縮， 以限定沿著電氣組件的半徑基本恒定的環(huán)的周向截面積。至少一個(gè)繞組聯(lián)接在環(huán)的周圍。在另一方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)變壓器。該旋轉(zhuǎn)變壓器包括定子和定位成緊鄰該定子的轉(zhuǎn)子。定子和轉(zhuǎn)子中的至少一個(gè)包括具有至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段的環(huán)。各個(gè)環(huán)形節(jié)段均包括第一部分和第二部分。第二部分從第一部分朝向第二部分的端部漸縮，以限定沿著電氣組件的半徑基本恒定的環(huán)的周向截面積。至少一個(gè)繞組聯(lián)接在環(huán)的周圍。在又一方面，提供了一種制造具有縱向軸線和基本垂直于該縱向軸線的半徑的電氣組件的方法。該方法包括在電氣組件的縱向軸線的周圍沿周向聯(lián)接至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段， 以形成環(huán)。該至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段各自包括第一部分和第二部分。第二部分從第一部分朝向第二部分的端部漸縮，以限定沿著電氣組件的半徑基本恒定的環(huán)的周向截面積。至少一個(gè)繞組聯(lián)接在該至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段的周圍。


圖1-10顯示了本文描述的組件和方法的示例性實(shí)施例。圖I是一個(gè)示例性旋轉(zhuǎn)變壓器的軸向截面圖。圖2是可用于圖I中顯示的旋轉(zhuǎn)變壓器的示例性環(huán)的軸向截面圖。圖3是可用于圖I和2中顯示的旋轉(zhuǎn)變壓器的一次環(huán)的節(jié)段的透視軸向視圖。圖4是由如圖3中顯示的多個(gè)節(jié)段形成的示例性一次子環(huán)的透視徑向視圖。圖5是可用于圖I和2中顯示的旋轉(zhuǎn)變壓器的二次環(huán)的節(jié)段的透視軸向視圖。圖6是由如圖5中顯示的多個(gè)節(jié)段形成的示例性二次子環(huán)的透視徑向視圖。圖7是圖2中顯示的環(huán)的一部分的軸向截面圖。圖8是圖7中顯示的部分在第一半徑值處的周向截面圖。圖9是圖7中顯示的部分在第二半徑值處的周向截面圖。圖10是圖2中顯示的環(huán)的軸向截面圖，其示出了通量線和磁場(chǎng)密度。圖11是可用于圖I中顯示的旋轉(zhuǎn)變壓器的備選二次子環(huán)的透視徑向視圖。部件列表10旋轉(zhuǎn)變壓器12 殼體12 殼體14 芯體16縱向軸線18 轉(zhuǎn)子20 定子22 導(dǎo)線25 繞著100電氣組件102 一次環(huán)104 繞組106第——次子環(huán)108第二一次子環(huán)110 節(jié)段112 節(jié)段114 基部116 支腿117 底端118 底壁120 凹部122 側(cè)壁
124軸向端126第一周向端128第二周向端130 接頭132 空隙134 進(jìn)入開口136 底部200 二次電氣組件202 二次環(huán)203第一二次繞組205第二二次繞組206 二次子環(huán)208 二次子環(huán)210子環(huán)節(jié)段212子環(huán)節(jié)段214 基部216漸縮支腿217 頂端218 底壁220 凹部222 側(cè)壁224軸向端226第一周向端228第二周向端230 凹槽232凸出部234 接頭236 空隙238 進(jìn)入開口240 頂部300磁通量線302 區(qū)域400 子環(huán)402 節(jié)段404 基部406 支腿408 壁410 頂端
具體實(shí)施例方式本文描述的實(shí)施例提供了用于旋轉(zhuǎn)變壓器的分段式電氣組件。各個(gè)電氣組件的節(jié)段構(gòu)造成具有沿著電氣組件的半徑基本恒定的周向截面積。本文描述的旋轉(zhuǎn)變壓器構(gòu)造成在小于或等于大約25千瓦(kW)的功率處和在大約50赫茲(Hz)和/或大約60Hz的頻率處運(yùn)行。因而，本文描述的旋轉(zhuǎn)變壓器可用來將來自風(fēng)力渦輪機(jī)的固定機(jī)艙的功率傳輸給風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)轂，以對(duì)葉片變槳驅(qū)動(dòng)器提供能量。圖I是一個(gè)示例性旋轉(zhuǎn)變壓器10的軸向截面圖。在該示例性實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)變壓器10包括殼體12和定位在殼體12內(nèi)的芯體14。芯體14為基本圓柱形且具有縱向軸線
16。芯體14的縱向軸線16也是旋轉(zhuǎn)變壓器10與電氣組件100和200的縱向軸線，并且因而，本文中僅提到一個(gè)縱向軸線16。在備選實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)變壓器10和/或電氣組件100 和/或200的縱向軸線與芯體14的縱向軸線16不重合。如本文所提到的那樣，將徑向方向限定成基本垂直于縱向軸線16，而將周向方向限定成大體垂直于徑向方向和縱向軸線16。縱向方向基本平行于縱向軸線16。另外，如本文所用，軸向截面是基本平行于縱向軸線16而得到的截面，徑向截面是基本垂直于縱向軸線16而得到的截面，而周向截面是在把縱向軸線16作為其中心的圓的圓周處得到的截面。在該示例性實(shí)施例中，諸如一次電氣組件100的至少一個(gè)電氣組件聯(lián)接到殼體12 上，而諸如二次電氣組件200的至少一個(gè)電氣組件聯(lián)接到芯體14。在該示例性實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)變壓器10包括聯(lián)接到殼體12上的三個(gè)一次電氣組件100和聯(lián)接到芯體14上的三個(gè)二次電氣組件200，使得旋轉(zhuǎn)變壓器10具有多相設(shè)計(jì)。芯體14和殼體12構(gòu)造成相對(duì)于彼此而旋轉(zhuǎn)。例如，在該示例性實(shí)施例中，芯體14相對(duì)于固定殼體12而旋轉(zhuǎn)，使得芯體14和二次電氣組件200形成轉(zhuǎn)子18，以及殼體12和一次電氣組件100形成定子20。備選地，殼體 12相對(duì)于固定芯體14而旋轉(zhuǎn)，使得芯體14和二次電氣組件200形成定子，以及殼體12和一次電氣組件100形成轉(zhuǎn)子。在該示例性實(shí)施例中，一次電氣組件100包括一次環(huán)102和至少一個(gè)一次繞組 104，而二次電氣組件200包括二次環(huán)202和至少一個(gè)二次繞組204。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，一次電氣組件100包括多個(gè)一次繞組104，以及/或者二次電氣組件200包括多個(gè)二次繞組204，以使得旋轉(zhuǎn)變壓器10能夠在不同的電壓水平處運(yùn)行。當(dāng)電氣組件100和/或200 分別包括多個(gè)繞組104和/或204時(shí)，該多個(gè)繞組104或204中的各個(gè)繞組104或204均構(gòu)造成在與該多個(gè)繞組104或204中的另一個(gè)繞組104或204不同的電壓水平處運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，二次電氣組件200包括構(gòu)造成在第一電壓水平處運(yùn)行的第一二次繞組203 和構(gòu)造成在與第一電壓水平不同的第二電壓水平處運(yùn)行的第二二次繞組205。在該示例性實(shí)施例中，導(dǎo)線22通過二次環(huán)202而從二次繞組204延伸到芯體14中，并且連接到另一個(gè)構(gòu)件(未顯示)上。備選地或者另外，導(dǎo)線從一次繞組104延伸通過一次環(huán)102，并且連接到另一個(gè)構(gòu)件(未顯示)上。在該示例性實(shí)施例中，一次環(huán)102和二次環(huán)202各自均包括鐵粉作為活性材料。 例如，一次環(huán)102和二次環(huán)202各自均由SOMALOY ( “Somaloy”是瑞典H0ganas的 HdganasAB公司的注冊(cè)商標(biāo))軟磁復(fù)合材料形成。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，一次環(huán)102和 /或二次環(huán)202由具有大約1600mT的磁通量密度的活性材料形成。在備選實(shí)施例中，一次環(huán)102和/或二次環(huán)202由使得旋轉(zhuǎn)變壓器10能夠如本文描述的那樣起作用的任何適當(dāng)?shù)幕钚圆牧闲纬?。另外，雖然一次環(huán)102和二次環(huán)202在本文被描述為基本圓柱形且具有基本圓形的徑向截面形狀，但是一次環(huán)102和/或二次環(huán)202可為大體圓柱形或具有圖11 中顯示的多邊形的徑向截面形狀的管形。圖2是可用于旋轉(zhuǎn)變壓器10(在圖I中顯示)的、沒有繞組104和204的示例性環(huán)102和202的軸向截面圖。圖3是一次電氣組件100的節(jié)段112的透視軸向視圖。圖4 是由多個(gè)節(jié)段110形成的示例性一次子環(huán)106的透視徑向視圖。圖5是二次電氣組件200 的節(jié)段210的透視軸向視圖。圖6是由多個(gè)節(jié)段210形成的示例性二次子環(huán)206的透視徑向視圖。參看圖2-4，在該示例性實(shí)施例中，一次環(huán)102包括第--次子環(huán)106和第二一次
子環(huán)108。各個(gè)一次子環(huán)106和108均基本類似地構(gòu)造而成，只是第二一次子環(huán)108基本是第一一次子環(huán)106的鏡像。另外，第一一次子環(huán)106包括多個(gè)第一一次子環(huán)節(jié)段110，而第二一次子環(huán)108包括基本是第一一次子環(huán)節(jié)段110的鏡像的多個(gè)第二一次子環(huán)節(jié)段112。 在一個(gè)特定的實(shí)施例中，第一一次子環(huán)106包括至少一個(gè)第一一次子環(huán)節(jié)段110，而第二一次子環(huán)108包括至少一個(gè)第二一次子環(huán)節(jié)段112。因而，一次環(huán)102包括至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段 110 和 / 或 112。在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)節(jié)段110和112大體為具有基部114和支腿116的L 形，支腿116從基部114漸縮到支腿116的底端117。基部114在本文中也稱為節(jié)段110 和/或112的第一部分，并且支腿116在本文中還稱為節(jié)段110和/或112的第二部分。 當(dāng)節(jié)段110和112組裝而形成一次環(huán)102時(shí)，基部114限定凹部120的底壁118，并且支腿 116限定凹部120的側(cè)壁122。更具體而言，沿軸向相鄰的節(jié)段110或112的基部114的軸向端124緊靠和/或互鎖，而節(jié)段110和112的支腿116沿著基部114而沿軸向彼此相對(duì)。 因而，當(dāng)節(jié)段110和112定位成沿軸向彼此相鄰時(shí)，節(jié)段110和112具有限定凹部120的大體U形的軸向截面形狀。凹部120構(gòu)造成在其中接收繞組104。在一個(gè)備選實(shí)施例中，節(jié)段 110和112 —體地形成為具有限定凹部的基部和兩個(gè)漸縮支腿的一個(gè)U形節(jié)段。當(dāng)環(huán)102 包括至少兩個(gè)一體式U形節(jié)段時(shí)，該至少兩個(gè)一體式U形節(jié)段沿周向定位在殼體12 (在圖 I中顯示)的周圍。在該示例性實(shí)施例中，基部114定位成鄰近殼體12，并且支腿116沿徑向向內(nèi)朝向芯體14(在圖I中顯示)延伸。第一一次子環(huán)節(jié)段110在縱向軸線16的周圍沿周向串聯(lián)聯(lián)接而形成第一一次子環(huán)106，而第二一次子環(huán)節(jié)段112在縱向軸線16的周圍沿周向串聯(lián)聯(lián)接而形成第二一次子環(huán)108。另外，第一一次子環(huán)106和第二一次子環(huán)108沿著縱向軸線16而串聯(lián)定位，以形成一次環(huán)102。因而，第一一次子環(huán)節(jié)段110和第二一次子環(huán)節(jié)段112沿著縱向軸線16而串聯(lián)定位。各個(gè)節(jié)段110和112包括第一周向端126和第二周向端128。一個(gè)節(jié)段110或112 的第一周向端126構(gòu)造成與沿周向相鄰的節(jié)段110或112的第二周向端128緊靠和/或互鎖。當(dāng)子環(huán)106和/或108分別由節(jié)段110或節(jié)段112形成時(shí)，限定了第一周向端126與
第二周向端128緊靠和/或互鎖所處的接頭130。第--次子環(huán)106的接頭130與第二一
次子環(huán)108的接頭130基本共線地對(duì)準(zhǔn)；但是，應(yīng)當(dāng)理解，第一一次子環(huán)106的接頭130不要求與第二一次子環(huán)108的接頭130基本共線地對(duì)準(zhǔn)，而是可為交錯(cuò)的或以別的方式對(duì)準(zhǔn)。在該示例性實(shí)施例中，空隙132在各個(gè)子環(huán)106和108中相應(yīng)地限定在一個(gè)節(jié)段 110或112的第一周向端126和節(jié)段110或112的沿周向相鄰的第二周向端128之間。接頭130限定在其它緊靠端和/或互鎖端126和128處，使得在各個(gè)子環(huán)106和108中限定一個(gè)空隙132。備選地，除了一個(gè)空隙132之外，子環(huán)106和/或108例如不包括空隙132 和/或包括多個(gè)空隙132。在該示例性實(shí)施例中，第一子環(huán)106的空隙132基本沿周向與第二子環(huán)108的空隙132對(duì)準(zhǔn)，以限定一次環(huán)102的進(jìn)入開口 134(在圖I中顯示)。進(jìn)入開口 134構(gòu)造成使得連接到一次繞組104(在圖I中顯示)上的電纜能夠通過一次環(huán)102而延伸到另一個(gè)構(gòu)件(未顯示)。備選地，一次環(huán)102不包括進(jìn)入開口 134。參看圖2、5和6，在該示例性實(shí)施例中，二次環(huán)202包括第一二次子環(huán)206和第二二次子環(huán)208。各個(gè)二次子環(huán)206和208均基本類似地構(gòu)造而成，只是第二二次子環(huán)208 基本是第一二次子環(huán)206的鏡像。另外，第一二次子環(huán)206包括多個(gè)第一二次子環(huán)節(jié)段210， 而第二二次子環(huán)208包括基本是第一二次子環(huán)節(jié)段210的鏡像的多個(gè)第二二次子環(huán)節(jié)段 212。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，第一二次子環(huán)206包括至少一個(gè)第一二次子環(huán)節(jié)段210，而第二二次子環(huán)208包括至少一個(gè)第二二次子環(huán)節(jié)段212。因而，二次環(huán)202包括至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段210和/或212。在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)節(jié)段210和212大體為具有基部214和支腿216的L形，支腿216從基部214漸縮到支腿216的頂端217?；?14在本文中也稱為節(jié)段210和/或212 的第一部分，并且支腿216在本文中還稱為節(jié)段210和/或212的第二部分。當(dāng)節(jié)段210和212 組裝而形成二次環(huán)202時(shí)，基部214限定凹部220的底壁218，并且支腿216限定凹部220的側(cè)壁222。更具體而言，沿軸向相鄰的節(jié)段210或212的基部214的軸向端224緊靠和/或互鎖， 而節(jié)段210和212的支腿216沿著基部214而沿軸向彼此相對(duì)。因而，當(dāng)節(jié)段210和212定位成沿軸向彼此相鄰時(shí)，節(jié)段210和212具有限定凹部220的大體U形的軸向截面形狀。凹部220 構(gòu)造成在其中接收二次繞組204。在一個(gè)備選實(shí)施例中，節(jié)段210和212 —體地形成為具有限定凹部的基部和兩個(gè)漸縮支腿的一個(gè)U形節(jié)段。當(dāng)環(huán)202包括至少兩個(gè)一體式U形節(jié)段時(shí)，該至少兩個(gè)一體式U形節(jié)段沿周向定位在芯體14(在圖I中顯示)的周圍。在該示例性實(shí)施例中，基部214定位成鄰近芯體14，并且支腿216沿徑向向外朝向殼體12(在圖I中顯示)延伸。第一二次子環(huán)節(jié)段210在縱向軸線16的周圍沿周向串聯(lián)聯(lián)接而形成第一二次子環(huán)206，而第二二次子環(huán)節(jié)段212在縱向軸線16的周圍沿周向串聯(lián)聯(lián)接而形成第二二次子環(huán)208。另外，第一二次子環(huán)206和第二二次子環(huán)208沿著縱向軸線16而串聯(lián)定位，以形成二次環(huán)202。因而，第一二次子環(huán)節(jié)段210和第二二次子環(huán)節(jié)段212沿著縱向軸線16而串聯(lián)定位。各個(gè)節(jié)段210和212包括第一周向端226和第二周向端228。一個(gè)節(jié)段210或212 的第一周向端226構(gòu)造成分別與沿周向相鄰的節(jié)段210或212的第二周向端228緊靠和/ 或互鎖。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，第一周向端226包括限定在其中的凹槽230， 例如鳩尾凹槽，而第二周向端228包括從其中突出的凸出部232，例如鳩尾凸出部。凸出部 232構(gòu)造成插入沿周向相鄰的凹槽230中，以將節(jié)段210或212聯(lián)接在一起。應(yīng)當(dāng)理解，一次環(huán)102可另外或備選地包括凹槽230和凸出部232。當(dāng)子環(huán)206和/或208分別由節(jié)段210或節(jié)段212形成時(shí)，接頭234限定在第一周向端226與第二周向端228緊靠和/或互鎖處。第一二次子環(huán)206的接頭234與第二二次子環(huán)208的接頭234基本共線地對(duì)準(zhǔn)；但是，應(yīng)當(dāng)理解，第一二次子環(huán)206的接頭234不要求與第二二次子環(huán)208的接頭234基本共線地對(duì)準(zhǔn)，而是可為交錯(cuò)的或以別的方式對(duì)準(zhǔn)。在該示例性實(shí)施例中，空隙236在各個(gè)子環(huán)206和206中相應(yīng)地限定在一個(gè)節(jié)段210或212的第一周向端226和節(jié)段210或212的沿周向相鄰的第二周向端228之間。接頭234限定在其它緊靠端和/或互鎖端226和228處，使得在各個(gè)子環(huán)206和208中限定一個(gè)空隙236。備選地，除了一個(gè)空隙236之外，子環(huán)206和/或208例如不包括空隙236 和/或包括多個(gè)空隙236。在該示例性實(shí)施例中，第一子環(huán)206的空隙236基本沿周向與第二子環(huán)208的空隙236對(duì)準(zhǔn)，以限定二次環(huán)202的進(jìn)入開口 238 (在圖I中顯示)。進(jìn)入開口 238構(gòu)造成使得連接到二次繞組204上的電纜(例如導(dǎo)線22)能夠延伸通過二次環(huán)202， 以及連接到另一個(gè)構(gòu)件(未顯示)。備選地，二次環(huán)202不包括進(jìn)入開口 238。另外，雖然顯示了凹槽230和凸出部232在進(jìn)入開口 238和/或空隙236處，但周向端226和/或228 可在限定了進(jìn)入開口 238和/或空隙236處為齊平的。再次參看圖I和2，第一子環(huán)106和206基本沿徑向?qū)?zhǔn)，并且第二子環(huán)108和208 基本沿徑向?qū)?zhǔn)，使得一次繞組104定位成鄰近二次繞組204。另外，在該示例性實(shí)施例中， 一次環(huán)102通過一次繞組104來抵靠著殼體12而進(jìn)行摩擦配合，而二次環(huán)202通過二次繞組204來抵靠著芯體14而進(jìn)行摩擦配合。備選地或者另外，一次環(huán)102通過緊固件來聯(lián)接到殼體12上，以及/或者二次環(huán)202通過緊固件來聯(lián)接到芯體14上。圖7是環(huán)102和202 (在圖1-6中顯示)的一部分的軸向截面圖。圖8是在圖7 中顯示的線8-8處的第一半徑值Γ(ι處的環(huán)102和202的周向截面圖。圖9是在圖7中顯示的線9-9處的第二半徑值F1處的環(huán)102和202的周向截面圖各個(gè)環(huán)節(jié)段110、112、210和212包括限定沿著電氣組件100和200(在圖I中顯示)的半徑r是基本恒定的周向截面積A(在圖8和9中顯示)的軸向截面形狀(顯示圖 7)。為了清楚起見，關(guān)于圖7-9來提到第二二次子環(huán)節(jié)段212，但是，應(yīng)當(dāng)理解，以下描述適用于各個(gè)環(huán)節(jié)段110、112、210和212。在該示例性實(shí)施例中，節(jié)段212具有大體漸縮的軸向截面形狀，以隨著半徑r增大而提供基本恒定的活性周向截面。如本文所用，用于“活性截面”或其變型指的是其中存在通量線和/或磁場(chǎng)的活性材料的截面。在該示例性實(shí)施例中，限定凹部220 (在圖2中顯示)的節(jié)段212的漸縮支腿216的周向截面積A相對(duì)于半徑r(l-rN是基本恒定的，其中，r0 是在基部214的頂部240處的半徑，而1^是在基部114的底部136處的半徑。因而，鄰近繞組204(在圖I中顯示)的節(jié)段212的漸縮支腿216在繞組104和/或204所定位的任何半徑處具有基本相同的周向截面積。周向截面積A定義為b*C，其中，b是環(huán)102和/或202沿軸向方向的厚度，C是環(huán) 102和/或202在半徑r處的周長(zhǎng)，而半徑r是環(huán)102和/或202的半徑。因而，在半徑rQ 處，如在圖8中顯示的那樣，周向截面積A等于bfQ。在半徑η處，如在圖9中顯示的那樣，周向截面積A等于Id1=IC1,其中Idc^Cci = = A。為了獲得這種基本恒定的周向截面積 A，支腿116和/或216的軸向截面形狀由下者限定dV (r0) =(IVCr1),其中dV (r) = b (r) *2 π r,并且Id1 = b0*r0/r1；其中，dV(r)是半徑r處的無窮小量，而π是常量?；?14和/或214還可具有上面的等式所產(chǎn)生的漸縮的軸向截面形狀；但是，在該示例性實(shí)施例中，基部114和214 各自均具有基本長(zhǎng)方形的軸向截面形狀。
圖10是環(huán)102和202的軸向截面圖，其示出了通量線300和磁場(chǎng)密度。在該示例性實(shí)施例中，環(huán)102和202的軸向截面形狀有助于提供具有基本恒定的磁場(chǎng)密度的區(qū)域 302。更具體而言，各個(gè)區(qū)域302均包括一組支腿116和216，并且定位成鄰近繞組104和 202。另外，在各個(gè)區(qū)域302內(nèi)的磁通量線300產(chǎn)生在環(huán)102和202內(nèi)以及特別是在支腿 116和/或216內(nèi)具有基本恒定的磁場(chǎng)密度的磁場(chǎng)。圖11是可用于旋轉(zhuǎn)變壓器10 (在圖I中顯示)的備選二次子環(huán)400的透視徑向視圖。子環(huán)400基本類似于二次子環(huán)206 (在圖6中顯示)，只是環(huán)400具有多邊形徑向截面形狀(如沿著縱向軸線16所看到的那樣)而非具有基本圓形的徑向截面形狀。因而，圖 11中顯示的構(gòu)件標(biāo)有圖2-10中使用的相同參考標(biāo)號(hào)。在該示例性實(shí)施例中，子環(huán)400形成多邊形二次環(huán)(未顯示)。用于多邊形二次環(huán)的一次環(huán)(未顯示)還具有對(duì)應(yīng)于二次環(huán)的形狀的多邊形徑向截面形狀。備選地，一次環(huán)具有使得旋轉(zhuǎn)變壓器10能夠如本文描述的那樣起作用的任何適當(dāng)?shù)膹较蚪孛嫘螤?。在該示例性?shí)施例中，子環(huán)400包括多個(gè)節(jié)段402。各個(gè)節(jié)段402包括基部404 (在本文中也稱為第一部分)和支腿406 (在本文中也稱為第二部分)?；?04基本類似于基部214 (在圖2中顯不),只是基部404的壁408是基本平的，而非像壁218 (在圖2中顯不)一樣是圓的。另外，支腿406基本類似于支腿216，只是支腿406的頂端410是基本平的，而非像端部 217(在圖2中顯示)一樣是圓的。因而，基部214和支腿216的描述適用于基部404和支腿406。更具體而言，支腿406也是漸縮的，以提供沿著半徑r (在圖7中顯示)基本恒定的截面積，如上面描述的那樣。此外，空隙236限定在兩個(gè)相鄰的節(jié)段402之間，如上面描述的那樣。備選地，子環(huán)400不包括空隙236。在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)節(jié)段402均包括凹槽230和凸出部232，如上面描述的那樣。但是，應(yīng)當(dāng)理解，可從至少一個(gè)節(jié)段402中省略凹槽230和/或凸出部232。上面描述的具有活性材料制成的漸縮環(huán)的電氣組件提供了包括基本恒定的活性材料量的電機(jī)，例如旋轉(zhuǎn)變壓器。更具體而言，在環(huán)的徑向方向的至少一部分上面，周向截面積相對(duì)于半徑值是基本恒定的。與具有基本長(zhǎng)方形的軸向截面形狀的環(huán)相比，這種構(gòu)造有助于更高效地利用活性材料。另外，與具有分段式電氣組件的已知機(jī)器相比，上面描述的旋轉(zhuǎn)變壓器可在更低功率和更低頻率處使用。與具有在環(huán)組裝好之后鉆出或以別的方式形成的孔的電氣組件相比，本文描述的進(jìn)入開口使得能夠更容易地制造和/或組裝電氣組件。更具體而言，上面描述的進(jìn)入開口在環(huán)形成時(shí)形成，而非在環(huán)形成之后形成。上面詳細(xì)描述了用于旋轉(zhuǎn)變壓器的電氣組件及其制造方法的示例性實(shí)施例。方法和設(shè)備不限于本文描述的特定的實(shí)施例，而是相反，設(shè)備的構(gòu)件和/或方法的步驟可獨(dú)立地并且與本文描述的其它構(gòu)件和/或步驟分開來使用。雖然可能在一些圖中顯示了本發(fā)明的多種實(shí)施例的特定的特征，而在其它圖中沒有顯示，但這僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，圖的任何特征可與任何其它圖的任何特征結(jié)合起來參照和/或要求保護(hù)。本書面描述使用實(shí)例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這樣的其它實(shí)例具有不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這樣的其它實(shí)例意圖處于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電氣組件(100)，包括包括各自包括第一部分和第二部分的至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段(110，112)的環(huán)(102)，所述第二部分從所述第一部分朝向所述第二部分的端部(117)漸縮，以限定沿著所述電氣組件的半徑基本恒定的所述環(huán)的周向截面積；以及聯(lián)接在所述環(huán)的周圍的至少一個(gè)繞組(104)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電氣組件(100)，其特征在于，所述第二部分定位成鄰近所述至少一個(gè)繞組(104)的側(cè)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電氣組件(100)，其特征在于，所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段的各個(gè)環(huán)形節(jié)段(110，112)為大體L形，所述第二部分大體垂直于所述第一部分，所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段沿著所述環(huán)(102)的縱向軸線(16)而串聯(lián)定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電氣組件(100)，其特征在于，所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段(110， 112)各自包括凸出部(232)和凹槽(230)，通過將所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段中的第一環(huán)形節(jié)段的所述凸出部插入所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段中的第二環(huán)形節(jié)段的所述凹槽中來將所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段聯(lián)接在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電氣組件(100)，其特征在于，所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段(110， 112)包括構(gòu)造成形成第一子環(huán)(106)的多個(gè)第一節(jié)段和構(gòu)造成形成第二子環(huán)(108)的多個(gè)第二節(jié)段。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電氣組件(100)，其特征在于，所述環(huán)(102)包括構(gòu)造成接收所述至少一個(gè)繞組(104)的周向凹部，所述周向凹部(120)由所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段(110， 112)中的各個(gè)節(jié)段的所述第一部分和所述第二部分限定。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電氣組件(100)，其特征在于，所述環(huán)(102)包括限定在所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段(110，112)的相鄰的節(jié)段之間的進(jìn)入開口(134)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電氣組件(100)，其特征在于，所述第二部分的截面形狀由下者限定dVCr。)= dVCr1),其中dV (r) = b (r) *2 n r,并且bi = b0*r0/r1；其中，r是所述環(huán)(102)的半徑，dV(r)是在所述半徑!■處的無窮小量，b是所述環(huán)沿軸向方向的厚度，而π是常量。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電氣組件(100)，其特征在于，所述電氣組件用于旋轉(zhuǎn)變壓器(10)，所述旋轉(zhuǎn)變壓器(10)包括定子(20);以及定位成緊鄰所述定子的轉(zhuǎn)子(18)，其中，所述定子和所述轉(zhuǎn)子中的至少一個(gè)包括所述環(huán)和聯(lián)接在所述環(huán)的周圍的所述至少一個(gè)繞組(104)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)變壓器(10)，其特征在于，所述定子(20)和所述轉(zhuǎn)子(18)中的至少一個(gè)包括多個(gè)繞組(104)，所述多個(gè)繞組(104)各自構(gòu)造成在與所述多個(gè)繞組中的其它繞組不同的電壓水平處運(yùn)行。
11.一種制造具有縱向軸線(16)和基本垂直于所述縱向軸線的半徑的電氣組件(100) 的方法，所述方法包括在所述電氣組件的所述縱向軸線的周圍沿周向聯(lián)接至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段(110，112)，以形成環(huán)，所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段各自包括第一部分和第二部分，所述第二部分從所述第一部分朝向所述第二部分的端部漸縮，以限定沿著所述電氣組件的半徑基本恒定的所述環(huán) (102)的周向截面積；以及將至少一個(gè)繞組聯(lián)接在所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段的周圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述電氣組件(100)的所述縱向軸線(16)的周圍沿周向聯(lián)接至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段(110，112)包括將所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段中的第一環(huán)形節(jié)段(110)的凸出部(232)聯(lián)接到所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段中的第二環(huán)形節(jié)段 (232)的凹槽中，以形成所述環(huán)(102)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述電氣組件(100)的所述縱向軸線(16)的周圍沿周向聯(lián)接至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段包括在所述縱向軸線的周圍沿周向串聯(lián)聯(lián)接所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段，以在所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段中的第一環(huán)形節(jié)段(110)和所述至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段中的第二環(huán)形節(jié)段(112)之間限定進(jìn)入開口(134)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述電氣組件(100)的所述縱向軸線的周圍沿周向聯(lián)接至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段包括沿周向?qū)⒍鄠€(gè)第一節(jié)段(110)聯(lián)接在一起而形成第一子環(huán)(106);以及沿周向?qū)⒍鄠€(gè)第二節(jié)段聯(lián)接在一起而形成第二子環(huán)(108)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括使所述第一子環(huán)(106)和所述第二子環(huán)(108)沿著所述縱向軸線(16)而串聯(lián)定位，所述第一子環(huán)和所述第二子環(huán)形成旋轉(zhuǎn)變壓器的定子(20)和所述旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子(18)中的至少一個(gè)的所述環(huán) (102)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于旋轉(zhuǎn)變壓器的電氣組件及其制造方法。提供了一種電氣組件(100)。該電氣組件包括具有至少兩個(gè)環(huán)形節(jié)段(110，112)的環(huán)。各個(gè)環(huán)形節(jié)段均包括第一部分和第二部分。第二部分從第一部分朝向第二部分的端部(128)漸縮，以限定沿著電氣組件的半徑基本恒定的環(huán)的周向截面積。至少一個(gè)繞組(104)聯(lián)接在環(huán)的周圍。
文檔編號(hào)H01F27/00GK102610380SQ20111042943
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者A·F·費(fèi)澤尼, J·赫默爾曼, S·布蘭霍夫 申請(qǐng)人:通用電氣公司