專利名稱：電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)，包括具有多個(gè)端繞組的定子，轉(zhuǎn)子，和輸送冷卻介質(zhì)的冷
卻裝置。
背景技術(shù)：
電機(jī)和發(fā)電機(jī)通常由于競(jìng)爭(zhēng)壓力而變得愈加緊湊。這些電機(jī)越小，則其發(fā)熱密度將越大。當(dāng)今，隨著電力裝置的改進(jìn)，電機(jī)利用可變速驅(qū)動(dòng)器單元驅(qū)動(dòng)，從而由于由反用換流器提供的和聲學(xué)而存在另外的熱源。當(dāng)這樣的機(jī)器以低速工作時(shí)，冷卻性能進(jìn)一步受到負(fù)面影響。所有這些因素導(dǎo)致機(jī)器中溫度升高，這將顯著影響其性能和期望壽命。特別地，在具有基于銅的冷卻裝置(例如導(dǎo)管，管道或類似物)的液體冷卻電機(jī)中， 大多數(shù)熱量耗散源于所稱的銅耗散。由于銅具有高的軸向?qū)崧剩蚨蠖鄶?shù)熱量常常傳送到端繞組并在端繞組之處形成“熱點(diǎn)”。由此，端繞組被具有不良導(dǎo)熱性能的空氣圍繞，如已知的那樣。因此，端繞組通過(guò)使用銅線通過(guò)空氣冷卻或直接水冷卻，例如在Kilbourne，C. Ε.和Holley，C. H.的“渦輪發(fā)電機(jī)電樞繞組的液體冷卻”中所述。不過(guò)，現(xiàn)有措施未提供令人滿意的電機(jī)冷卻性能，特別是對(duì)定子端繞組而言。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種電機(jī)，其具有改進(jìn)的冷卻能力，特別是對(duì)定子端繞組而言。上述目的通過(guò)上面提到的電機(jī)實(shí)現(xiàn)，其中，冷卻裝置沿軸向突出到所述定子外，至少所述端繞組由導(dǎo)熱材料包封。根據(jù)本發(fā)明，在端繞組區(qū)域中產(chǎn)生熱積累的“熱點(diǎn)”的存在面臨兩種不同但相互作用的方式。一方面，給定冷卻裝置沿軸向伸長(zhǎng)，即，其延伸到定子之外，特別是延伸到定子片之外。另一方面，導(dǎo)熱材料用于包封定子端繞組以在端繞組與伸長(zhǎng)的冷卻裝置之間形成熱橋。在電機(jī)內(nèi)、特別是關(guān)于定子的大的溫度梯度被消除。應(yīng)理解，其它或者甚至所有電機(jī)構(gòu)件也可由導(dǎo)熱材料包封。因此，標(biāo)準(zhǔn)的冷卻裝置也可用于提供適當(dāng)?shù)亩死@組冷卻，只要其沿軸向伸長(zhǎng)即可，由此利用導(dǎo)熱材料確保在熱積累危險(xiǎn)區(qū)域、特別是在端繞組處的傳熱。來(lái)自端繞組的熱量被直接傳導(dǎo)到冷卻裝置和定子堆。這樣，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)有效的方式以獲得改進(jìn)的電機(jī)冷卻性能。有利地，所述冷卻裝置是導(dǎo)管狀管道。導(dǎo)管狀管道是已知的，并廣泛用作標(biāo)準(zhǔn)冷卻裝置。導(dǎo)管狀管道通常由銅制成，并提供出色的熱性能，特別是對(duì)傳熱而言(參見(jiàn)X01 400 W/mK)。進(jìn)一步地，銅是易加工的具有可塑性和延展性的材料。當(dāng)然，也可使用其它導(dǎo)熱材料。導(dǎo)管狀管道可具有蜿蜒狀形狀，并因而通過(guò)大表面分布，所述大表面使得在定子片的實(shí)現(xiàn)良好換熱。冷卻裝置的特征在于，具有適合連接部分，例如入口和出口，用于與冷卻液體相連，從而提供冷卻系統(tǒng)。冷卻液體可例如為去離子水。
所述導(dǎo)熱材料可直接附接到所述定子結(jié)構(gòu)。以這種方式，由于在定子與導(dǎo)熱材料之間提供緊密接觸(即，導(dǎo)熱材料緊密鄰接定子)而確保適當(dāng)換熱。這樣，防止形成將使熱通量變差的空氣孔、空氣間隙和類似物。優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱材料具有至少100 W/mK的導(dǎo)熱率。以這種方式，確保導(dǎo)熱材料顯示出良好的傳熱表現(xiàn)，即，能夠?qū)⑦m合熱量從其產(chǎn)生之處傳導(dǎo)或傳送到冷卻裝置。通常， 希望導(dǎo)熱材料具有大于100 W/mK的λ值，盡管如此，有可能存在例外，即，導(dǎo)熱材料具有小于100 W/mK的λ值。優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱材料是泡沫材料。因此，本發(fā)明有利地使用高導(dǎo)熱性和低密度的材料包封端繞組，并且如果需要，也可包封其它電機(jī)部件。泡沫材料通常易于處理并可個(gè)性化地適配于寬范圍的形狀。進(jìn)一步地，由于泡沫材料可例如通過(guò)切割而簡(jiǎn)單地被適配，因而易于執(zhí)行重制、修整和類似處理。在示例中，泡沫材料可基于定子齒寬而成形或切割，以易于插入各端繞組之間。為了穩(wěn)定附接，可使用膠或類似物，以將泡沫材料適合安裝到定子。此外，多個(gè)成形的泡沫材料部件可膠粘在一起。泡沫材料可具有整體結(jié)構(gòu)，由此提供良好的比機(jī)械性能?？商娲?，導(dǎo)熱材料可包括導(dǎo)熱樹(shù)脂類材料，并在需要時(shí)具有專用填料以在特定關(guān)注的傳熱過(guò)程中提供更好的熱性能。有利地，所述泡沫材料所具有的密度在100 - 800 kg/m3的范圍，特別是在300 — 500 kg/m3的范圍。低密度有助于減重并因而支持輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)然其它密度也是可行的。 優(yōu)選地，導(dǎo)熱性為100 W/mK且密度在400 kg/m3范圍內(nèi)的碳纖維泡沫材料用作導(dǎo)熱泡沫材料，這是因?yàn)椋滹@示出良好的熱性能和低重量?？商娲?，所述導(dǎo)熱材料可以是金屬。金屬通常具有相對(duì)較高的導(dǎo)熱率，因而其能夠提供適合的傳熱并由此消除電機(jī)內(nèi)、特別是定子內(nèi)的大溫度梯度。金屬可采用特定形狀的構(gòu)件或板的形式，其形狀與端繞組和/或延伸于定子以構(gòu)建熱橋的冷卻裝置部分一致。 另外地或可替代地，所述金屬可與所述端繞組混雜在一起，由此確保適當(dāng)?shù)母浇雍土己玫膫鳠帷＝饘倏衫鐬殂~或鋁。在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述端繞組在不同角度位置分裂。在三個(gè)端繞組 (即，三相)的示例性情況下，端繞組可在0°、45°和90°相繼分裂，以增大用于冷卻裝置的空間，從而在總體上產(chǎn)生改進(jìn)的冷卻效率。其它角度也是可用的，其中應(yīng)緊記為冷卻裝置提供最大空間的前提。


在下文中，參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施的電機(jī)的原理性詳細(xì)視圖； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施的電機(jī)的原理性詳細(xì)視圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施的電機(jī)的原理性詳細(xì)視圖； 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施的電機(jī)的原理性詳細(xì)視圖； 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施的電機(jī)的原理性詳細(xì)視圖；和圖6示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施的電機(jī)的原理性詳細(xì)視圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施的電機(jī)1的原理性詳細(xì)視圖，其中基本上僅可見(jiàn)與本發(fā)明相關(guān)的部件，即定子2，其包括定子片3或堆；和冷卻裝置，其采用銅制的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)管狀管道4。未示出的冷卻液體(例如去離子水或類似物)流動(dòng)通過(guò)導(dǎo)管狀管道4，其中， 冷卻液體由未示出的冷卻液體提供系統(tǒng)供應(yīng)。定子2包括三個(gè)定子繞組，其中僅示出了端繞組5，而其余定子繞組被定子片3包圍。導(dǎo)管狀管道4沿軸向縱向伸長(zhǎng)而使其突出到定子2之外。導(dǎo)管狀管道4進(jìn)一步與分布腔6連通。除此以外，導(dǎo)管狀管道4在定子2中以蜿蜒狀形狀分布，其中彎曲部?jī)?yōu)選地位于定子2的端部處，S卩，在端繞組5的區(qū)域中。進(jìn)一步地，以泡沫材料7形式的導(dǎo)熱材料包封定子2的端繞組5，由此根據(jù)熱橋提供從端繞組5 至導(dǎo)管狀管道4的熱量流動(dòng)，從而避免在端繞組5的區(qū)域中出現(xiàn)熱積累問(wèn)題。這樣，從端繞組5的散熱直接傳導(dǎo)到定子片3和延伸的導(dǎo)管狀管道4。泡沫材料7是碳纖維泡沫材料，其具有約100 W/mK的導(dǎo)熱率和約400 kg/m3的密度。不必進(jìn)行使用分立銅線的空氣冷卻和/ 或液體冷卻。端繞組5以0°、45°和90°分裂，以構(gòu)建用于泡沫材料7和導(dǎo)管狀管道4的最大空間，其中泡沫材料7基于定子齒寬而切制以易于插入端繞組5與導(dǎo)管狀管道4之間的間隙中。泡沫材料7被膠粘到定子2，即，定子片3，使得不會(huì)出現(xiàn)以空氣填充的空隙。進(jìn)一步地，泡沫材料7可分為通過(guò)粘接劑或膠相互結(jié)合的各獨(dú)立成形的泡沫部件?？商娲鼗蛄硗獾?，可以采用諸如螺釘、螺栓、夾、保持器或類似物的機(jī)械緊固裝置將泡沫部件相互附接和/或附接到定子2。圖2 — 4示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施的電機(jī)1的原理性詳細(xì)視圖，其中圖示出用于三個(gè)不同相的端繞組5、5’、5”、導(dǎo)管狀管道4和泡沫材料7的不同布置。泡沫材料7 在端繞組5、5’、5”與導(dǎo)管狀管道4之間提供熱橋，從而將多余的熱量從端繞組5、5’、5”排散。圖5和6示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施的電機(jī)1的原理性詳細(xì)視圖。與前述實(shí)施例的基本差別是，使用金屬板8作為導(dǎo)熱材料以替代泡沫材料7。金屬板8 (其可由鋁、銅或類似物制成)還提供從端繞組5至導(dǎo)管狀管道4的適當(dāng)傳熱。金屬板8的附接可通過(guò)粘接劑、機(jī)械緊固裝置和/或通過(guò)與端繞組5的混雜在一起(參見(jiàn)圖5)而實(shí)現(xiàn)。金屬板8包括孔9，用于容接導(dǎo)管狀管道4。否則，孔9可本身用作導(dǎo)管狀管道4，由此，必須確?？?與現(xiàn)有導(dǎo)管狀管道4 (作為定子2的冷卻裝置)的適當(dāng)連接。當(dāng)然，也可同時(shí)采用泡沫材料7 和金屬板8，以從端繞組5、5’、5”向?qū)Ч軤罟艿?傳熱。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，包括具有多個(gè)端繞組的定子 ’轉(zhuǎn)子；和輸送液體冷卻介質(zhì)的冷卻裝置， 其中，所述冷卻裝置沿軸向突出到所述定子(2)外，而且至少所述端繞組(5)由導(dǎo)熱材料包封。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，所述冷卻裝置是導(dǎo)管狀管道(4)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其中，所述導(dǎo)熱材料直接附接到所述定子(2)。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的電機(jī)，其中，所述導(dǎo)熱材料具有至少100W/mK的導(dǎo)熱率。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的電機(jī)，其中，所述導(dǎo)熱材料是泡沫材料(7)。
6.如權(quán)利要求5所述的電機(jī)，其中，所述泡沫材料(7)所具有的密度在100— 800 kg/ m3的范圍，特別是在300 — 500 kg/m3的范圍。
7.如權(quán)利要求5或6所述的電機(jī)，其中，所述泡沫材料(7)是碳纖維泡沫材料。
8.如權(quán)利要求1至4之一所述的電機(jī)，其中，所述導(dǎo)熱材料是金屬。
9.如權(quán)利要求8所述的電機(jī)，其中，所述金屬與所述端繞組(5)混雜在一起。
10.如前述權(quán)利要求之一所述的電機(jī)，其中，所述端繞組(5)在不同角度位置分裂。
全文摘要
一種電機(jī)，包括具有多個(gè)端繞組的定子、轉(zhuǎn)子和輸送冷卻介質(zhì)的冷卻裝置，其中所述冷卻裝置沿軸向突出到所述定子(2)外，而且至少所述端繞組(5)由導(dǎo)熱材料包封。
文檔編號(hào)H02K9/22GK102223021SQ20111009229
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者J.勒貝納雷 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司