專利名稱：氣體冷卻的電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體冷卻的電機(jī)，該電機(jī)具有設(shè)置在定子矽鋼片芯體槽內(nèi)的定子繞組，該定子繞組主要由分別兩個疊置在一個槽內(nèi)的、由相互絕緣的繞組線段構(gòu)成的定子繞組桿構(gòu)成，該定子繞組桿在定子矽鋼片芯體外部的繞組端部利用圈環(huán)和環(huán)耦合件相互電氣連接成一繞組，其中圈環(huán)包含一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)和一定數(shù)量的散熱圈環(huán)，該電機(jī)上還具有一個用于產(chǎn)生穿過電機(jī)的冷卻氣體流的風(fēng)機(jī)，其中該冷卻氣體流的分流流經(jīng)在圈環(huán)內(nèi)設(shè)置的第一冷卻通道。
本發(fā)明以諸如EP-0519091 B1揭示的已有技術(shù)為基礎(chǔ)。
本帶有間接冷卻的定子繞組的電機(jī)中，端集電弓和與其連接的所謂的在繞組端部的環(huán)耦合件或相耦合件被由風(fēng)機(jī)輸送的冷卻氣體流的分流冷卻。在極限功率電機(jī)中，端集電弓和相耦合件受到過熱的威脅。在嵌入繞組槽內(nèi)的繞組部分受到有目的的冷卻的同時，那些位于外面的繞組部分不僅被電流，而且也被繞組端部腔室內(nèi)的磁場加熱。
在帶有直接冷卻的定子繞組的旋轉(zhuǎn)的電機(jī)中，繞組由實(shí)心的和空心的繞組線段構(gòu)成，在某些類型的電機(jī)中繞組線段甚至僅由空心導(dǎo)線構(gòu)成。流經(jīng)橫跨定子桿總長度的空心導(dǎo)線的冷卻介質(zhì)其中也實(shí)現(xiàn)了對繞組端部的繞組桿的充分的冷卻。環(huán)耦合件或相耦合件同樣是空心導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的并被冷卻介質(zhì)強(qiáng)化冷卻。
在空氣冷卻的電機(jī)和單側(cè)饋送時，尤其在過長的電機(jī)中不再能實(shí)現(xiàn)充分的冷卻效果。為了改進(jìn)冷卻效果，所以在EP-0392243 B1中建議，由實(shí)心的繞組線段構(gòu)成的繞組桿備有側(cè)面的或在兩個繞組線段堆間的金屬冷卻管/冷卻通道。冷卻管/冷卻通道相互和與繞組線段絕緣并且位于主絕緣中。由電機(jī)的兩側(cè)和電機(jī)的中部饋送冷卻介質(zhì)。在電機(jī)中部進(jìn)行的冷卻介質(zhì)的饋送是通過在定子矽鋼片芯體上的徑向通道和在主絕緣中的孔實(shí)現(xiàn)的。被加熱的冷卻氣體通過位于定子碳矽片芯體端區(qū)范圍內(nèi)的主絕緣中的孔和位于定子碳鋼片芯體上的徑向通道，離開冷卻通道。
由于定子繞組桿配備有附加的通道并且這種通道設(shè)置在繞組桿內(nèi)，這勢必減少了槽填充系數(shù)。用于輸入和導(dǎo)出冷卻氣體的并且絕大部分被嵌入主絕緣中的型件使繞組桿的制造成本過高。另外對設(shè)置在繞組端部的環(huán)耦合件的冷卻未予考慮。
在EP-0519091 B1中記載了一種氣體冷卻的電機(jī)，其中僅對起著電氣和機(jī)械連接的金屬圈環(huán)進(jìn)行冷卻。在此處的圈環(huán)備有蓋罩，該蓋罩在留出一個或多個近似軸向伸展的通道時實(shí)際完全環(huán)繞圈環(huán)。這些通道在對著定子矽鋼片芯本方向上是開放的。一個徑向伸展的隔板將繞組端部腔室與電機(jī)風(fēng)機(jī)的抽吸腔室分隔開。蓋罩在其隔板側(cè)端具有一個開孔，該開孔與所述通道自由連接。由此開孔有一軟導(dǎo)管直接接入風(fēng)機(jī)的抽吸腔室。由于在抽吸腔室與繞組端部腔室間的壓差，一部分由風(fēng)機(jī)輸送的冷卻介質(zhì)流經(jīng)所述通道并冷卻圈環(huán)并且也對最外部的繞組桿端進(jìn)行微量冷卻。但不利的是，為對圈環(huán)進(jìn)行冷卻將使用冷卻氣體，而冷卻氣體在環(huán)流位于繞組端部的端集電弓對已被加熱，故只能實(shí)現(xiàn)有限的冷卻效果。
本發(fā)明的任務(wù)在于提出一種本說明書引言部分中所述方式的電機(jī)，對其定子繞組端部和位于繞組端部腔室內(nèi)的、與該定子繞組端連接的環(huán)耦合件可采用簡單的手段充分進(jìn)行冷卻。
依照本發(fā)明，該任務(wù)的解決方案是—在繞組端部的定子繞組桿僅在圈環(huán)范圍內(nèi)備有所述的第一冷卻通道，其中這些第一冷卻通道基本徑向伸展，一散熱圈環(huán)在第一冷卻通道的順流側(cè)，在其本身與作為空心導(dǎo)線的環(huán)耦合件間具有管連接件，其中以帶有第二冷卻通道的空心導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)環(huán)耦合件，所述第二冷卻通道與散熱圈環(huán)的第一冷卻通道自由連接，一環(huán)耦合件的第二冷卻通道與一通過一隔板與繞組端腔室分隔開的腔室利用絕緣管或絕緣軟管相連接，一在隔板和圈環(huán)的端側(cè)間備有一用于加強(qiáng)透流穿過標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)的第一冷卻通道的殼體。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過徑向的所有圈環(huán)范圍內(nèi)的第一冷卻通道利用冷卻氣體流實(shí)現(xiàn)了對繞組桿端充分的冷卻，其中在圈環(huán)上的第一冷卻通道與空心導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的環(huán)耦合件的第二冷卻通道直接連接。該第二冷卻通道利用絕緣軟管或管與一被隔板與繞組端腔室分隔開的腔室相連接，從而與散熱圈環(huán)配合可實(shí)現(xiàn)對環(huán)耦合件的強(qiáng)化冷卻。如果在所有圈環(huán)的端側(cè)以恒定不變的與圈環(huán)的間隔，旨在實(shí)現(xiàn)隔板上的空氣流的導(dǎo)向，設(shè)置一個殼體，從而實(shí)現(xiàn)空氣被強(qiáng)制強(qiáng)化地流經(jīng)第一冷卻通道，尤其是有益的。
在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，定子繞組桿是雙平面桿，其桿平面在繞組端范圍內(nèi)分別利用一個楔形嵌件相同互間隔開，從而在繞組桿端形成徑向第一冷卻通道。對繞組桿端起著固定作用的圈環(huán)由連接件構(gòu)成，這些連接件在第一冷卻通道范圍內(nèi)同樣是相互間隔的。這些圈環(huán)被絕緣罩環(huán)圍，這些絕緣罩對于第一冷卻通道分別具有一個入口孔和一個出口孔。
如果冷卻氣體流由徑向外部向徑向內(nèi)部流經(jīng)繞組端并從而流經(jīng)繞組桿端的圈環(huán)，則尤其是有益的。
該解決方案的構(gòu)思基礎(chǔ)尤其在于，實(shí)現(xiàn)慣用定義的激活部分中的冷卻，即間接冷卻，并且對位于面端區(qū)外的繞組桿端和在繞組端的環(huán)耦合件一起用強(qiáng)制冷卻進(jìn)行直接冷卻。
下面將對照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例及因此實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)做進(jìn)一步的說明。
附圖簡述在附圖中示出本發(fā)明的實(shí)施例。圖中示出

圖1氣體冷卻的電機(jī)的定子繞組端展開斷面圖；圖2沿圖1D-D線的定子繞組端上的繞組桿端的截面；圖3沿圖2C-C線的繞組桿端的縱剖面；圖4沿圖2A-A或B-B線的散熱圈環(huán)的縱剖面以及與散熱圈環(huán)連接的環(huán)耦合件和用于空氣導(dǎo)向的殼體；圖5沿圖2E-E線的標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)的縱剖面以及用于空氣導(dǎo)向的殼體；圖6環(huán)耦合件展開斷面。
在附圖1中示出氣體冷卻的電機(jī)的定子繞組端展開的斷面簡圖。在定子矽鋼片芯體2的每個定子槽1內(nèi)分別有一下桿3和一上桿4相互疊置。出于簡明起見，在圖1中僅繪入了兩個下桿和兩個上桿。通常分別有一下桿3和一上桿4來自不同的槽1，利用電絕緣圈環(huán)5相互電氣和機(jī)械連接并采用此方式被共同連接成一個繞組。所有由定子矽鋼片芯體2引出的下桿和上干連同圈環(huán)5共同構(gòu)成定子繞組端。下桿和上桿由許多相互電絕緣的繞組線段6構(gòu)成，這些繞組線段被分配在兩個相鄰的繞組線段堆上，被一個共同的主絕緣7環(huán)圍，該主絕緣一直延伸到圈環(huán)5(參見圖2和3)。而且還揭示了這樣一種定子繞組桿是雙平面桿。電機(jī)在此程度上是已知的。
結(jié)合圖3所示，桿端以及圈環(huán)5a、5b的結(jié)構(gòu)如下所述各個繞組線段6構(gòu)成疊置在一起的兩個繞組線段堆，從而對于下桿3及上桿4形成一雙平面桿。在桿端方向，繞組線段堆利用楔形嵌件15相互留有一定間隔，從而在某桿端上的桿平面之間形成冷卻通道8。環(huán)繞桿端的圈環(huán)5a、5b環(huán)包形金屬連接件14，該金屬連接件用于固定桿端。在此處通過焊接繞組線段6相互并且繞組線段與形連接件14電氣和機(jī)械連接在一起，其中連接件14在短腳的面端側(cè)與冷卻通道8同心為冷卻介質(zhì)流提供一個開孔。由形連接件14構(gòu)成的圈環(huán)5a、5b被一個絕緣蓋罩16a、16b、16c環(huán)圍，其中絕緣蓋罩16a、16b、15c與圈環(huán)5之間的中間腔室填滿填充材料17。
在這里標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)5a與所謂的散熱圈環(huán)5b間是有區(qū)別的。這樣在一個由四個形連接件14構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)5a中每一個下桿3和一個上桿4拼合成桿端并被一絕緣罩16a環(huán)圍。其中絕緣罩16a在其下桿側(cè)具有一冷卻通道8的入口孔18并且在其上桿側(cè)具有冷卻通道8的出口孔19。用13表示冷卻氣體的流向。
對采用穿流帶有標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)5a的桿端實(shí)現(xiàn)最佳冷卻重要的是冷卻氣體徑向輸入。在實(shí)施例中選定的是冷卻氣體由繞組端外圓周向繞組端內(nèi)圓周的流向13。
對散熱圈環(huán)5b上的桿端實(shí)現(xiàn)的冷卻程度與對標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)5a上的桿端實(shí)現(xiàn)的冷卻相同。散熱圈環(huán)5b提供了與環(huán)圍繞組端外圓周的環(huán)耦合件或相耦合件20的電氣連接(參見圖4)，其中該環(huán)耦合件與(圖中未示出的)發(fā)電機(jī)端子導(dǎo)電連接。依照本發(fā)明，散熱圈環(huán)5b分別圍繞一桿端，即一上桿4的桿端或一下桿3的桿端安裝。在上桿端或下桿端上的散熱圈環(huán)5b的基本結(jié)構(gòu)當(dāng)然是相同的，這就是為什么在圖4中僅示出沿圖2示出的切線AA和BB的切面的原因。因此在下面有關(guān)在散熱圈環(huán)5b上的冷卻裝置的結(jié)構(gòu)，僅以上標(biāo)端4上的配置為例加以說明。
如上所述，采用楔形嵌件15間隔開的桿平面在散熱圈環(huán)5b上被形連接件14夾固，在此情況時被兩個形連接件夾固。散熱圈環(huán)5b在形連接件14的短腳上通過金屬連接件12與管子連接件11進(jìn)行導(dǎo)電和就穿過散熱圈環(huán)5b的導(dǎo)流通道8而言的連接。散熱圈環(huán)5b及管子連接件11的端部被一絕緣蓋罩16c封裝，該蓋罩在繞組端內(nèi)圓上具有一個冷卻氣體入口孔18。如圖4所示，管子連接件10通向一個從徑向外部環(huán)圍繞組端的環(huán)耦合件20。盡管每個環(huán)耦合件20都配備有這樣的接頭，但出于簡明的考慮，將管子連接件20的導(dǎo)電和導(dǎo)流連接分開進(jìn)行表述。環(huán)耦合件20具有一個矩形結(jié)構(gòu)并且是帶有一個冷卻通道9的空心導(dǎo)體。桿平面5b的冷卻通道8與管子連接件11的冷卻通道10和與環(huán)耦合件20的冷卻通道9順序自由連接。每個環(huán)耦合件20被一密封蓋罩23閉合，其中冷卻通道9通過密封蓋罩23和螺旋連接件21接入絕緣管31。絕緣管31的另一端同樣利用螺旋連接件固定在隔板33上。如圖6中環(huán)耦合件20的展開圖所示，絕緣管31在繞組端腔室30內(nèi)將環(huán)耦合件20的冷卻通道9與低壓腔室32，例如(未示出的)電機(jī)風(fēng)機(jī)的抽吸腔室連接，由一徑向伸展的隔板33將該腔室與繞組端腔室30分隔開。就與未示出的發(fā)電機(jī)端子的導(dǎo)電連接而言是由實(shí)心導(dǎo)線22承擔(dān)的。當(dāng)然絕緣管31也可以是絕緣軟管，并且優(yōu)選由聚四氟乙烯制成。因此散熱圈環(huán)5b的冷卻通道8與電機(jī)風(fēng)機(jī)的抽吸腔室32處于自由連接狀態(tài)，從而保證了對散熱圈環(huán)5b和環(huán)耦合件20的強(qiáng)化冷卻。
由于在抽吸腔室32和繞組端腔室30間的壓差，由電機(jī)風(fēng)機(jī)輸送的冷卻氣體的分流，如圖4中箭頭13所示，穿流過冷卻通道8，然后流經(jīng)管子連接件11的冷卻通道10，再然后流經(jīng)環(huán)耦合件20的冷卻通道9并通過絕緣管31離開環(huán)耦合件20進(jìn)入電機(jī)風(fēng)機(jī)的抽吸腔室32。
在圖5縱剖面圖中舉例示出的標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)5a直至與環(huán)耦合件20的連接，其結(jié)構(gòu)都基本相同。絕緣罩蓋16a封包下桿3和上桿4的桿端，其中同樣留有一徑向冷卻通道8。為實(shí)現(xiàn)有針對性的流入該冷卻通道13內(nèi)在絕緣蓋罩16a的面端側(cè)對面設(shè)置有一個殼體34。該殼體34在整個繞組端腔室內(nèi)成環(huán)狀設(shè)置在所有絕緣蓋罩16a、16b、16c的面端側(cè)的相鄰處(參見圖4)，從而在絕緣罩蓋16a、b、c與殼體34間形成受限的導(dǎo)流通道并因此強(qiáng)化促使冷卻介質(zhì)流從繞組端腔室30徑向外側(cè)向徑向內(nèi)側(cè)順流向13通過冷卻通道8。殼體34被螺旋件固定在內(nèi)環(huán)35和外環(huán)36上，這些環(huán)件35、36同時也起著支承電機(jī)中的繞組端的作用。為實(shí)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)5a的最佳冷卻，一方面充分利用了繞組端腔室內(nèi)徑向外側(cè)與徑向內(nèi)側(cè)間冷卻介質(zhì)的壓差，其中的殼體34方式的導(dǎo)流輔助手段將冷卻介質(zhì)流13導(dǎo)向，徑向穿過冷卻通道8。
當(dāng)然如果變更配置方式使冷卻氣體輸送給徑向內(nèi)側(cè)并且接著向徑向外側(cè)穿過冷卻通道8，則也可以實(shí)現(xiàn)反向流體循環(huán)。
依照本發(fā)明，圈環(huán)5a、5b在桿端上配備徑向的冷卻通道8，結(jié)合環(huán)耦合件20的冷卻通道9和一個設(shè)置在圈環(huán)5a、5b面端側(cè)相鄰處的殼體34，可保證為限制功率電機(jī)的繞組端范圍內(nèi)的所有導(dǎo)電器件實(shí)現(xiàn)最佳的和相對簡單的冷卻配置。
附圖標(biāo)記對照表12上的槽2定子矽鋼片芯體3下桿4上桿5圈環(huán)5a 標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)5b 散熱圈環(huán)6繞組線段7主絕緣8、9、10冷卻通道11 管連接件12 連接件13 冷卻介質(zhì)流向14 形連接件15 楔形嵌件16、16a、b、c絕緣蓋罩17 填充材料18 入口孔19 出口孔20 環(huán)耦合件/相耦合件21 螺接件22 導(dǎo)出管23 密封罩蓋30 繞組端腔室31 絕緣管或絕緣軟管
32 電機(jī)風(fēng)機(jī)抽吸腔室33 30和32間的隔板34 殼體35 內(nèi)環(huán)36 外環(huán)
權(quán)利要求
1.氣體冷卻的電機(jī)，具有設(shè)置在定子矽鋼片芯體(2)槽(1)內(nèi)的定子繞組，該定子繞組主要由分別疊置在一個槽(1)內(nèi)的并由相互絕緣的繞組線段(6)構(gòu)成的兩個定子繞組桿(3、4)構(gòu)成，該定子繞組桿在定子矽鋼片芯體(2)外部的繞組端上利用圈環(huán)(5a、5b)和環(huán)耦合件(20)相互電氣連接成一個繞組，其中圈環(huán)(5a、5b)包含有一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)(5a)和一定數(shù)量的散熱圈環(huán)(5b)，該電機(jī)還具有一個用于產(chǎn)生穿過電機(jī)的冷卻氣體流的風(fēng)機(jī)，其中該冷卻氣體流的一個分流流經(jīng)設(shè)置在圈環(huán)(5a、5b)內(nèi)的第一冷卻通道(8)，其特征在于一在繞組端上的定子繞組桿僅在圈環(huán)(5a、5b)范圍內(nèi)備有所述的第一冷卻通道(8)，其中這些第一冷卻通道(8)基本徑向伸展，一分接圈環(huán)(5b)在第一冷卻通道(8)的順流側(cè)的其本身與作為空心導(dǎo)線的環(huán)耦合件(20)間具有管連接件(11)，其中以帶有第二冷卻通道(9)的空心導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)環(huán)耦合件(20)，所述第二冷卻通道與散熱圈環(huán)(5b)的第一冷卻通道(8)自由連接，一環(huán)耦合件(20)的第二冷卻通道(9)利用絕緣管(31)或絕緣軟管與一由一隔板(33)與繞組端腔室(30)分隔開的腔室(32)相連接，一在隔板(33)和圈環(huán)(5a、5b)的面端側(cè)間備有一個用于加強(qiáng)透流穿過標(biāo)準(zhǔn)圈環(huán)(5a)的第一冷卻通道(8)的殼體(34)。
2.依照權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于定子繞組桿(34)為雙平面桿結(jié)構(gòu)，其桿平面在繞組端范圍內(nèi)分別用一楔形嵌件(15)相互間隔，從而在桿端形成徑向第一冷卻通道(8)。
3.依照權(quán)利要求2所述的電機(jī)，其特征在于圈環(huán)(5a、5b)由金屬連接件(14)構(gòu)成，這些連接件在第一冷卻通道(8)范圍內(nèi)相互間隔。
4.依照權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于對繞組端進(jìn)行冷卻的冷卻氣體流的分流具有一基本徑向的流向(13)。
5.依照權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于由絕緣蓋罩(16a、16b、16c)對圈環(huán)(5a、5b)環(huán)包，絕緣蓋罩具有第一冷卻通道(8)的入口孔和/或出口孔(18、19)。
6.依照權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于由隔板(33)與繞組端腔室(30)分隔開的腔室(32)是電機(jī)風(fēng)機(jī)抽吸腔室。
7.依照權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于殼體(34)成環(huán)狀與圈環(huán)(5a、5b)的面端側(cè)保持恒定間隔加以設(shè)置，其中形成圈環(huán)(5a、5b)面端側(cè)與殼體(34)間限界的流體通道。
全文摘要
在氣體冷卻的電機(jī)中,冷卻氣體流分別穿過設(shè)置在桿端圈環(huán)內(nèi)的冷卻通道并對繞組端上的線段桿進(jìn)行直接冷卻。結(jié)構(gòu)為雙平面的繞組桿的平面在圈環(huán)范圍內(nèi)被相互間隔開,形成一徑向冷卻通道。在散熱圈環(huán)上冷卻通道與管連接件連接,管連接件與環(huán)耦合件導(dǎo)電且流體耦接。絕緣管將環(huán)耦合件的冷卻通道與電機(jī)風(fēng)機(jī)的抽吸腔室連接,該腔室被一隔板與繞組端腔室分隔開,并且一殼體將加強(qiáng)冷卻介質(zhì)對冷卻通道的徑向流入。
文檔編號H02K3/50GK1192603SQ97125248
公開日1998年9月9日 申請日期1997年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月19日
發(fā)明者D·赫迪格爾, F·斯塔羅內(nèi) 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司