用于電機(jī)的定子的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于電機(jī)(例如，馬達(dá)或發(fā)電機(jī))的定子(12)。定子包括由多個(gè)軸向相鄰的大體環(huán)形層壓件(1)組成的定子芯(20)。定子(12)具有軸向延伸定子齒，在所述定子齒的相鄰對之間形成用于接收定子繞組的導(dǎo)體的軸向延伸定子槽。定子齒中的至少一個(gè)包括在使用中冷卻流體流動(dòng)通過的軸向延伸冷卻通道(36)。電機(jī)可以包括用于通過(一個(gè)或多個(gè))冷卻通道(36)循環(huán)冷卻流體以冷卻堆疊的層壓件(1)的裝置以及用于圍繞定子沿著空氣冷卻回路循環(huán)空氣的裝置，其中循環(huán)空氣由定子層壓件(1)冷卻并且不需要獨(dú)立的熱交換器。
【專利說明】
用于電機(jī)的定子
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于電機(jī)(例如，馬達(dá)和發(fā)電機(jī))的定子，并且特別地，涉及具有冷卻通道或管道的定子。本發(fā)明可以特別地有用于高功率、低速電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知通過將環(huán)形層壓件堆疊壓制在一起產(chǎn)生電機(jī)的層壓定子。層壓件典型地由通常帶有絕緣涂層的電氣級(jí)鋼的薄片形成。每個(gè)環(huán)形層壓件可以由單個(gè)部件形成并且可以自身為具有例如在大體徑向延伸邊緣處彼此鄰接的節(jié)段的分段結(jié)構(gòu)。
[0003]層壓件可以限定軸向延伸齒，所述軸向延伸齒在其間限定用于接收定子繞組的導(dǎo)體的軸向延伸槽。齒圍繞定子表面圓周地間隔并且運(yùn)載橫越空氣隙從定子鏈接到轉(zhuǎn)子的磁通量。導(dǎo)體與齒電絕緣。
[0004]電機(jī)的設(shè)計(jì)者面對的困難之一是由于各種損耗(例如，定子繞組中的電阻損耗，層壓件中的渦流損耗等)產(chǎn)生的熱。當(dāng)試圖設(shè)計(jì)具有高功率密度的電機(jī)時(shí)熱的問題會(huì)特別嚴(yán)重。對于指定量的導(dǎo)電材料(例如，用于定子繞組導(dǎo)體的銅和用于磁路的鐵)，電機(jī)的最大功率輸出由冷卻的效率限制，原因是如果不有效地去除熱，電機(jī)的溫度將增加到可以導(dǎo)致機(jī)器的絕緣材料或某個(gè)其它部分失靈的程度。
[0005]低速電機(jī)的主要熱源之一典型地是定子繞組導(dǎo)體中的電阻損耗的結(jié)果，所述定子繞組導(dǎo)體接收在槽中并且具有向外延伸超出定子的軸向端部的端部繞組。
[0006]可以以各種不同的方式冷卻電機(jī)，例如，直接液體或空氣冷卻，通過傳導(dǎo)到層壓件冷卻，所述層壓件又由直接冷卻或外部水套冷卻。然而，所有的這些已知冷卻方式在其可用功率密度、機(jī)械復(fù)雜性或噪聲方面存在一些缺陷。
[0007]所以需要組合良好的冷卻效率、機(jī)械簡單性和低噪聲的冷卻電機(jī)的改進(jìn)方式。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明提供一種用于電機(jī)的定子，所述定子包括多個(gè)軸向相鄰的大體環(huán)形層壓件(例如，限定定子芯)，所述定子具有軸向延伸定子齒，在所述定子齒的相鄰對之間形成用于接收定子繞組的導(dǎo)體的軸向延伸定子槽，所述定子齒中的至少一個(gè)包括在使用中冷卻流體流動(dòng)通過其中的軸向延伸冷卻通道(或管道)。優(yōu)選地每個(gè)定子齒將包括至少一個(gè)軸向延伸冷卻通道使得圍繞定子的圓周提供冷卻通道。
[0009]每個(gè)定子齒可以具有兩個(gè)或更多個(gè)軸向延伸冷卻通道(或管道)。兩個(gè)或更多個(gè)冷卻通道可以典型地優(yōu)先于單個(gè)、更大的冷卻通道被使用，只要這給予定子齒改善的機(jī)械性質(zhì)，如強(qiáng)度和/或剛性。
[0010]每個(gè)層壓件優(yōu)選地在其中包括當(dāng)層壓件堆疊在一起時(shí)限定定子槽的槽，和限定定子齒的齒。每個(gè)層壓件齒可以在其中具有當(dāng)層壓件堆疊在一起時(shí)限定軸向延伸空隙的至少一個(gè)開口。在一個(gè)布置中，每個(gè)空隙限定用于冷卻流體的相應(yīng)的冷卻通道。在另一布置中，非導(dǎo)電材料的管可以定位在每個(gè)空隙內(nèi)使得每個(gè)冷卻通道由相應(yīng)的管限定。每個(gè)層壓件開口可以具有任何合適的形狀或尺寸。每個(gè)管可以具有任何合適的橫截面。每個(gè)層壓件可以具有圓環(huán)的節(jié)段形式，或者可以自身由優(yōu)選地沿著大體徑向延伸邊緣彼此鄰接的多個(gè)分段部件形成。層壓件節(jié)段邊界優(yōu)選地與定子槽對準(zhǔn)，不與定子齒對準(zhǔn)。
[0011]定子還可以包括軸向延伸冷卻翅片。每個(gè)層壓件優(yōu)選地具有限定冷卻翅片的突起。也可以使用其它冷卻翅片配置(例如，非軸向)。如果定子齒設(shè)在定子的徑向內(nèi)表面上則冷卻翅片可以設(shè)在定子的徑向外表面上，反之亦然。冷卻翅片增加了與冷卻空氣接觸的定子芯的面積，如下文所述，冷卻空氣形成空氣冷卻回路的一部分，并且因此改善冷卻效率。冷卻翅片可以具有用于最佳冷卻的任何合適的形狀。
[0012]每個(gè)冷卻通道優(yōu)選地沿著堆疊的層壓件(或定子芯)的全長度延伸。但是在一些配置中，每個(gè)冷卻通道可以僅僅沿著堆疊的層壓件的一部分延伸。
[0013]當(dāng)堆疊的層壓件被壓縮并且受到包括真空壓力浸漬(VPI)和固化(curingprocess)的適當(dāng)處理時(shí)，優(yōu)選地使每個(gè)冷卻通道不透流體。在一個(gè)布置中，每個(gè)冷卻通道的表面由層壓件開口限定使得冷卻流體與堆疊的層壓件直接接觸。每個(gè)冷卻通道由定位在每個(gè)空隙內(nèi)的管限定的布置可能不具有堆疊的層壓件和冷卻流體之間的這樣的有效熱傳遞，但是它具有的潛在優(yōu)點(diǎn)是它不依賴于軸向延伸空隙自身是不透流體的。使用任一布置，在冷卻流體和定子繞組導(dǎo)體之間沒有直接接觸。歧管優(yōu)選地設(shè)在堆疊的層壓件的每個(gè)軸向端部處一見下文。歧管優(yōu)選地也經(jīng)受VPI和固化過程并且提供圍繞每個(gè)冷卻通道的端部的不透流體密封。
[0014]外部管路或其它管道可以隨后連接到歧管連接點(diǎn)以允許冷卻流體圍繞至少一個(gè)閉環(huán)冷卻回路循環(huán)。外部管路或其它管道可以是外部冷卻組件的一部分。如果它提供附加的有用冷卻，外部管路或其它管道可以鄰近定子繞組的端部繞組中的至少一個(gè)布設(shè)。
[0015]定子還可以包括在定子的第一軸向端部處的第一歧管和在定子的第二軸向端部處的第二歧管。第一歧管可以具有與冷卻流體源流體連通的至少一個(gè)入口和與冷卻通道的第一軸向端部流體連通的出口。第二歧管可以具有與冷卻通道的第二軸向端部流體連通的至少一個(gè)出口和入口。第一歧管將冷卻流體從(一個(gè)或多個(gè))入口分配到冷卻通道并且第二歧管從冷卻通道收集冷卻流體并且將它供應(yīng)到(一個(gè)或多個(gè))出口。第一和第二歧管可以具有任何合適的構(gòu)造，包括每個(gè)歧管由多個(gè)歧管段形成的分段構(gòu)造。歧管段可以布置成限定大致環(huán)形歧管。在更大直徑的定子中，歧管段的使用可以保證第一和第二歧管不與層壓件節(jié)段邊界交叉。也可以精確地確定每個(gè)歧管段流體動(dòng)力學(xué)，這避免在使用適當(dāng)數(shù)量的單獨(dú)的歧管部段構(gòu)造歧管時(shí)需要不同尺寸的定子的大量建模。
[0016]第一歧管的每個(gè)歧管段可以包括其自身的入口并且第二歧管每個(gè)歧管段可以包括其自身的出口。
[0017]每個(gè)歧管或歧管段將典型地包括內(nèi)部室，所述內(nèi)部室與入口或出口流體連通并且包括徑向延伸部分，所述徑向延伸部分與定子齒對準(zhǔn)并且將冷卻流體分配到冷卻通道或從冷卻通道收集冷卻流體。在一個(gè)布置中，典型地對于具有非分段層壓件的更小直徑的定子，第一和第二歧管是非分段的并且內(nèi)部室可以是大致環(huán)形的。第一歧管的入口和第二歧管的出口可以流體地連接到外部冷卻組件，以與冷卻通道限定閉環(huán)冷卻回路。例如，外部冷卻組件可選地包括并聯(lián)地流體連接到入口和出口以提供冗余的兩個(gè)或更多個(gè)外部冷卻回路。
[0018]在第一和第二歧管分段的另一布置中，可在多種外部冷卻回路中進(jìn)行選擇。例如，第一歧管的歧管段的入口可以串聯(lián)或并聯(lián)地流體連接到共同入口，并且第二歧管的歧管段的出口可以串聯(lián)或并聯(lián)地流體連接到共同出口。共同入口和共同出口然后可以流體地連接到外部冷卻組件，以與內(nèi)部冷卻通道限定閉環(huán)冷卻回路。例如，外部冷卻組件可選地包括并聯(lián)地流體連接到共同入口和共同出口以提供冗余的兩個(gè)或更多個(gè)外部冷卻回路。
[0019]替代地，第一歧管的第一組歧管段的入口可以串聯(lián)或并聯(lián)地流體連接到第一共同入口，第一歧管的第二組歧管段的入口可以串聯(lián)或并聯(lián)地流體連接到第二共同入口，等等。類似地，第二歧管的第一組歧管段的出口可以串聯(lián)或并聯(lián)地流體連接到第一共同出口，第二歧管的第二組歧管段的出口可以串聯(lián)或并聯(lián)地流體連接到第二共同出口，等等。第一共同入口和第一共同出口然后可以流體地連接到第一外部冷卻回路，以和與第一組歧管段關(guān)聯(lián)的冷卻通道限定第一閉環(huán)冷卻回路;第二共同入口和第二共同出口然后可以流體地連接到第二外部冷卻回路，以和與第二組歧管段關(guān)聯(lián)的冷卻通道限定第二閉環(huán)冷卻回路;等等。歧管段可以被分成任何合適數(shù)量的組并且外部冷卻組件可以包括任何合適數(shù)量的外部冷卻回路。例如，兩個(gè)或更多個(gè)冷卻回路可以可選地流體地連接到每個(gè)共同入口和共同出口以提供冗余。組成每個(gè)組的歧管段可以不必是物理相鄰的，而是可以有利地圍繞定子的圓周分布。例如，如果第一歧管包括十六個(gè)歧管段并且第二歧管包括十六個(gè)歧管段，這些可以在兩個(gè)完全獨(dú)立的閉環(huán)冷卻回路中一起流體地連接，第一歧管的偶數(shù)歧管段的八個(gè)入口(即，連續(xù)地圍繞定子的圓周編號(hào))流體地連接到第一共同入口，第一歧管的奇數(shù)歧管段的八個(gè)入口流體地連接到第二共同入口，第二歧管的偶數(shù)歧管段的八個(gè)出口流體地連接到第一共同出口，并且第二歧管的奇數(shù)歧管段的八個(gè)出口流體地連接到第二共同出口。第一共同入口和第一共同出口可以流體地連接到第一外部冷卻回路并且第二共同入口和第二共同出口可以流體地連接到第二外部冷卻回路。第一外部冷卻回路和與偶數(shù)歧管段關(guān)聯(lián)的冷卻通道限定第一閉環(huán)冷卻回路并且第二外部冷卻回路和與奇數(shù)歧管段關(guān)聯(lián)的冷卻通道限定第二閉環(huán)冷卻回路。將容易地領(lǐng)會(huì)，在第一外部冷卻回路出故障的情況下，冷卻流體可以仍然通過與奇數(shù)歧管段關(guān)聯(lián)的冷卻通道循環(huán)使得冷卻圍繞定子的圓周分配。例如，十六個(gè)歧管段也可以視情況均勻地分成四組。這些組不需要具有相同數(shù)量的歧管段。因此，十六個(gè)歧管段也可以分成三組，例如，第一和第二組具有五個(gè)歧管段并且第三組具有六個(gè)歧管段。
[0020]替代地，第一歧管的第一歧管段的入口和第二歧管的第一歧管段的出口可以流體地連接到第一外部冷卻回路，以和與第一歧管段關(guān)聯(lián)的冷卻通道限定第一閉環(huán)冷卻回路；第一歧管的第二歧管段的入口和第二歧管的第二歧管段的出口可以流體地連接到第二外部冷卻回路，以和與第二歧管段關(guān)聯(lián)的冷卻通道限定第二閉環(huán)冷卻回路;第一歧管的第三歧管段的入口和第二歧管的第三歧管段的出口可以流體地連接到第三外部冷卻回路，以和與第三歧管段關(guān)聯(lián)的冷卻通道限定第三閉環(huán)冷卻回路;等等。換句話說，第一歧管的每個(gè)歧管段可以通過外部冷卻組件的一個(gè)或多個(gè)外部冷卻回路流體地連接到第二歧管的相應(yīng)的歧管段。
[0021]每個(gè)外部冷卻回路可以包括用于提供循環(huán)壓力的至少一個(gè)栗和用于冷卻冷卻流體的至少一個(gè)熱交換器或類似裝置。每個(gè)栗可以屬于任何合適的類型，并且可以取決于正在使用的冷卻流體的類型。類似地，每個(gè)熱交換器可以屬于任何合適的類型。術(shù)語“熱交換器”應(yīng)當(dāng)被理解為包括從流過外部冷卻回路的冷卻流體中抽取熱的任何裝置。每個(gè)外部冷卻回路可以包括例如用于處理、凈化或調(diào)節(jié)冷卻流體的部件或者用于監(jiān)測或控制等其它部件。
[0022]冷卻流體可以以相同方向通過冷卻通道循環(huán)。替代地，冷卻流體可以通過一些冷卻通道在一個(gè)方向上循環(huán)并且冷卻流體可以通過其它冷卻通道在相反方向上循環(huán)。
[0023]可以使用任何合適的冷卻流體，包括空氣或其它合適的氣體，氣體/液體混合物(例如，蒸汽)，或合適的液體，如水、純凈水、液體電介質(zhì)或油。冷卻流體的選擇將典型地考慮諸如腐蝕、電損耗等的問題。必要時(shí)，外部冷卻回路可以包括處理單元(例如，用于凈化或處理冷卻流體)或者合適的添加劑可以被加入冷卻流體。
[0024]定子還可以包括第一和第二壓縮板。
[0025]第一歧管可以定位在第一壓縮板和堆疊的層壓件的第一軸向端部之間并且第二歧管可以定位在第二壓縮板和堆疊的層壓件的第二軸向端部之間。在另一布置中，歧管和壓縮板可以成一體地形成或由完成兩種技術(shù)功能的單個(gè)部件組合而成。
[0026]第一歧管可以包括用于在第一壓縮板和堆疊的層壓件的第一軸向端部之間傳遞壓縮力的一個(gè)或多個(gè)支撐件。類似地，第二歧管可以包括用于在第二壓縮板和堆疊的層壓件的第二軸向端部之間傳遞壓縮力的一個(gè)或多個(gè)支撐件。第一和第二歧管可以在定子齒和相鄰的壓縮板之間延伸。在該情況下，將容易地領(lǐng)會(huì)第一和第二歧管代替通常位于壓縮板和堆疊的層壓件的軸向端部之間的常規(guī)齒支撐件。支撐件可以位于每個(gè)歧管或歧管段的內(nèi)部室中，并且可選地位于內(nèi)部室的徑向向內(nèi)延伸部分中。
[0027]第一和第二歧管可以焊接或以另外方式固定到堆疊的層壓件的軸向端部，例如相鄰的端部層壓件。附加地或替代地，密封裝置可以設(shè)在第一和第二歧管和相鄰的端部層壓件之間以防止冷卻流體的泄漏。例如，密封裝置可以包括設(shè)在第一和第二歧管中的一個(gè)或兩者以及端部層壓件上的密封件、墊圈或密封特征。
[0028]第一和第二歧管可以以任何合適的方式形成，例如通過制造、通過鑄造或通過將內(nèi)部室機(jī)械加工到一塊材料中。
[0029]本發(fā)明還可以提供一種電機(jī)，其包括如本文中所述的定子，以及用于通過(一個(gè)或多個(gè))冷卻通道循環(huán)冷卻流體的裝置(例如，外部冷卻組件)。外部冷卻組件限定冷卻流體源。定子可以包括在定子的第一軸向端部處與冷卻通道的第一軸向端部流體連通的第一歧管，以及在定子的第二軸向端部處與冷卻通道的第二軸向端部流體連通的第二歧管。用于循環(huán)冷卻流體的裝置可以是具有流體地連接在第一和第二歧管之間的一個(gè)或多個(gè)外部冷卻回路的外部冷卻組件。外部冷卻組件可以包括至少一個(gè)栗和至少一個(gè)熱交換器。
[0030]定子還可以包括具有在定子的第一軸向端部處的多個(gè)第一端部繞組和在定子的第二軸向端部處的多個(gè)第二端部繞組的定子繞組，定子繞組的導(dǎo)體接收在定子槽中。
[0031]電機(jī)還可以包括用于循環(huán)圍繞定子外部空氣的裝置。空氣可以圍繞空氣冷卻回路循環(huán)，所述空氣冷卻回路沿著定子的徑向內(nèi)或外表面中的一個(gè)(例如，經(jīng)過定子齒)、第一端部繞組、定子的徑向內(nèi)和外表面中的另一個(gè)(例如，經(jīng)過冷卻翅片)和第二端部繞組延伸。
[0032]本發(fā)明還可以提供一種冷卻電機(jī)的方法，所述電機(jī)包括具有多個(gè)軸向相鄰的大體環(huán)形層壓件的定子，所述定子具有軸向延伸定子齒，在所述定子齒的相鄰對之間形成用于接收定子繞組的導(dǎo)體的軸向延伸定子槽，所述定子齒中的至少一個(gè)包括軸向延伸冷卻通道；
[0033]其中，所述方法包括導(dǎo)致冷卻流體流動(dòng)通過所述冷卻通道以冷卻所述定子的步驟。
[0034]如果定子齒的每一個(gè)包括軸向延伸冷卻通道，方法還可以包括導(dǎo)致冷卻流體流動(dòng)通過每個(gè)冷卻通道以冷卻定子的步驟。
[0035]方法還可以包括圍繞定子的外部、優(yōu)選地圍繞空氣冷卻回路循環(huán)空氣的步驟，所述空氣冷卻回路經(jīng)過或沿著定子的徑向內(nèi)或外表面中的一個(gè)(例如，經(jīng)過定子齒)、第一端部繞組、定子的徑向內(nèi)和外表面中的另一個(gè)和第二端部繞組延伸。圍繞定子循環(huán)的空氣優(yōu)選地由堆疊的層壓件冷卻。這可以避免需要獨(dú)立的熱交換器來冷卻冷卻空氣。在一個(gè)布置中，定子還可以包括在定子的徑向內(nèi)和外表面中的另一個(gè)處的冷卻翅片，使得圍繞空氣冷卻回路循環(huán)的空氣由冷卻翅片冷卻。
[0036]流動(dòng)通過冷卻通道的冷卻流體物理接近作為電機(jī)內(nèi)的主要熱源的定子繞組導(dǎo)體。所以本發(fā)明提供高效的冷卻，同時(shí)避免與常規(guī)冷卻方法關(guān)聯(lián)的機(jī)械復(fù)雜性。也可以靜靜地進(jìn)行冷卻(S卩，具有低聲波標(biāo)記)，原因是冷卻流體可以以較低的速度(例如，在冷卻流體是水的情況下在約0.lm/s到約0.5m/s之間，但是將理解如果冷卻流體是氣體或氣體/液體混合物則可能需要更高的速度)流動(dòng)通過定子齒中的冷卻通道。例如，這避免諸如在空氣冷卻電機(jī)中常見的紊流的問題。冷卻流體保持定子繞組導(dǎo)體冷卻并且從定子的軸向端部懸突的端部繞組中的大部分熱可以通過傳導(dǎo)回到定子槽中被去除。這又意味著空氣冷卻回路需要較低的空氣流動(dòng)(例如，約5m/s)以冷卻端部繞組。在一個(gè)特定布置中，冷卻空氣可以在一組端部繞組之上流動(dòng)以冷卻它們，經(jīng)過定子齒通過設(shè)在定子和轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，由此冷卻轉(zhuǎn)子，并且在另一組端部繞組之上流動(dòng)以冷卻它們?？諝馊缓罂梢苑祷匾酝ㄟ^沿著定子的另一側(cè)流動(dòng)完成它們的冷卻回路，在所述另一側(cè)它可以由冷卻翅片冷卻。所以將容易地領(lǐng)會(huì)空氣由堆疊的層壓件冷卻，所述堆疊的層壓件又由流動(dòng)通過定子齒中的冷卻通道的冷卻流體冷卻。
[0037]例如，通過一個(gè)或多個(gè)葉輪(可選地安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上)或電動(dòng)風(fēng)扇可以使冷卻空氣圍繞空氣冷卻回路循環(huán)。
[0038]空氣冷卻回路可以是閉環(huán)回路，S卩，其中空氣圍繞電機(jī)的外部殼體內(nèi)的定子循環(huán)。擋板可以用于控制和引導(dǎo)空氣圍繞空氣冷卻回路的循環(huán)。
[0039]本發(fā)明特別地有利于必須具有高功率密度和/或低聲波標(biāo)記的電機(jī)，例如，用于海洋應(yīng)用或者用于電機(jī)安裝空間受限的情況下。提出的(一個(gè)或多個(gè))冷卻通道和閉環(huán)空氣冷卻回路的機(jī)械簡單性在制造和維護(hù)成本方面提供優(yōu)點(diǎn)。它也是本身穩(wěn)健的設(shè)計(jì)，其能夠耐受明顯的外部振動(dòng)和震動(dòng)負(fù)荷。
【附圖說明】
[0040]圖1是根據(jù)本發(fā)明的定子的層壓件節(jié)段；
[0041]圖2是根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)的軸向橫截面圖；
[0042]圖3是圖2所不的電機(jī)的部分徑向橫截面圖；
[0043]圖4是根據(jù)本發(fā)明的替代電機(jī)的軸向橫截面圖；
[0044]圖5是圖4所不電機(jī)的部分徑向橫截面圖；
[0045]圖6是圖2所示電機(jī)的徑向視圖，顯示第一歧管并且壓縮板被省略；
[0046]圖7是示意圖，顯示第一和第二歧管如何流體地連接到外部冷卻回路；
[0047]圖8是示意圖，顯示第一外部冷卻回路，其中第一和第二歧管是非分段的；
[0048]圖9是示意圖，顯示第二外部冷卻回路，其中第一和第二歧管是分段的；
[0049]圖10是示意圖，顯示第三外部冷卻回路，其中第一和第二歧管是分段的；以及
[0050]圖11是通過根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)的軸向橫截面，顯示空氣冷卻回路。
【具體實(shí)施方式】
[0051]圖1顯示由具有絕緣涂層的電氣級(jí)鋼的薄片形成的層壓件節(jié)段I。多個(gè)層壓件節(jié)段I將沿著徑向延伸邊緣2A、2B彼此鄰接以形成環(huán)形層壓件，并且環(huán)形層壓件堆疊后壓制在一起以形成定子芯。層壓件節(jié)段I交錯(cuò)以提供切向剛性。層壓件節(jié)段包括在徑向內(nèi)邊緣2C中的槽4和齒6和在徑向外邊緣2D中的突起8。開口 10形成于每個(gè)齒6中。對于更小直徑的定子，非分段環(huán)形層壓件(未顯示)可以壓制在一起以形成定子芯。每個(gè)環(huán)形層壓件包括在徑向內(nèi)邊緣中的相應(yīng)的槽和齒和在徑向外邊緣中的相應(yīng)的突起。
[0052]參考圖2，電機(jī)包括由空氣隙16分隔開的定子12和轉(zhuǎn)子14。轉(zhuǎn)子14安裝在軸18上。
[0053]定子12包括定子芯20，第一歧管22A，第二歧管22B，第一壓縮板24A和第二壓縮板24B。
[0054]定子芯20由環(huán)形堆疊層壓件I形成。參考圖2和3，定子芯20的徑向內(nèi)表面包括由層壓件的槽4限定的多個(gè)軸向延伸的定子槽26和層壓件的齒6限定的多個(gè)軸向延伸的定子齒28。定子繞組的導(dǎo)體30接收在定子槽26中。(應(yīng)當(dāng)注意在圖2和4中為了清楚起見已省略定子繞組的端部繞組)。定子芯20的徑向外表面包括多個(gè)軸向延伸的冷卻翅片32。
[0055]定子芯20包括由層壓件的開口 10限定的多個(gè)軸向延伸空隙34。每個(gè)空隙34延伸通過定子齒28并且限定在電機(jī)的操作期間冷卻液體(例如，水)流動(dòng)通過的冷卻通道36。所以流動(dòng)通過冷卻通道36的冷卻液體與定子芯20的堆疊層壓件I直接接觸。當(dāng)堆疊層壓件I被壓縮并且受到包括真空壓力浸漬(VPI)和固化的適當(dāng)處理時(shí)，優(yōu)選地每個(gè)冷卻通道36的表面被制成不透液體。
[0056]在圖4和5中所示的替代電機(jī)中，非導(dǎo)電材料的管38位于每個(gè)空隙34中并且限定冷卻通道40。替代電機(jī)大體上類似于圖2和3中所示的電機(jī)并且相同部件被給予相同附圖標(biāo)記。在替代電機(jī)中，冷卻液體不與定子芯20的堆疊層壓件I直接接觸。但是管38提供不透液體通道40。
[0057]參考圖6，第一歧管22A由多個(gè)歧管段(manifold segments)40i_404形成。在該布置中，第一歧管22A由四個(gè)歧管段形成，但是僅僅顯示三個(gè)段。每個(gè)歧管段40將冷卻液體分配到兩個(gè)圓周相鄰的冷卻通道36。但是將容易地領(lǐng)會(huì)其它構(gòu)造是可能的。每個(gè)歧管段40包括與內(nèi)部室44液體連通的入口 42ο內(nèi)部室44包括與冷卻通道36液體連通并且限定歧管段40的出口的徑向向內(nèi)延伸部分46 ο通過入口 42引入內(nèi)部室44中的冷卻液體通過徑向延伸部分46分配到冷卻通道36。環(huán)形密封件48圍繞每個(gè)冷卻通道36設(shè)在歧管段40和相鄰的端部層壓件(即，在定子芯20的軸向端部處的層壓件)之間。第一歧管22A將來自第一壓縮板24A的壓力負(fù)荷傳遞到定子芯20。歧管段40具有與定子齒28對準(zhǔn)的徑向延伸部分50(例如，殼體部分，內(nèi)部室的徑向延伸部分46形成于其中)并且通常安裝在壓縮板和定子芯之間的常規(guī)齒支撐件被省略。支撐件52可以定位在內(nèi)部室44內(nèi)以將附加的強(qiáng)度和剛性提供給歧管部段40。
[0058]第二歧管22B以類似方式形成以收集來自冷卻通道的冷卻液體并且將收集的冷卻液體供應(yīng)到與內(nèi)部室液體連通的出口。盡管未顯示，但是第一和第二歧管也可以具有帶有環(huán)形內(nèi)部室的非分段構(gòu)造。
[0059]電機(jī)包括用于通過冷卻通道36循環(huán)冷卻液體的外部冷卻組件。
[0060]外部冷卻組件54在圖7中示意性地被顯示并且包括流體地連接到第一和第二歧管22A、22B的外部冷卻回路58。外部冷卻組件54包括用于循環(huán)冷卻液體的栗60和用于冷卻冷卻液體的熱交換器62。外部冷卻回路58和內(nèi)部冷卻通道36—起限定用于冷卻液體的閉環(huán)冷卻回路。外部冷卻回路58可以為了冗余目的可選地包括第二栗60A和第二熱交換器62A。第二外部冷卻回路58A可以與外部冷卻回路58并聯(lián)地流體連接到第一和第二歧管22A、22B。
[0061]在圖8至10中示意性地顯示外部冷卻組件的一些不同選擇。外部冷卻組件的外部管路或其它管道在圖9和10中由粗線表示。
[0062I圖8顯示具有非分段(non-segmented)的第一和第二歧管的布置，其中每個(gè)歧管具有環(huán)形內(nèi)部室64A、64B。第一歧管具有入口 66并且第二歧管具有出口 68。外部冷卻組件包括流體地連接到入口和出口 66、68的第一外部冷卻回路70。第一外部冷卻回路70包括至少一個(gè)栗72和至少一個(gè)熱交換器74。第二外部冷卻回路70A可以為了冗余目的可選地與第一外部冷卻回路70并聯(lián)地流體連接到入口和出口 66、68。
[0063]圖9顯示具有分段的第一和第二歧管(例如，如前文所述的第一和第二歧管22A、22B)的布置，其中每個(gè)歧管段4(h-404具有內(nèi)部室44。第一歧管的每個(gè)歧管段4(h-404包括入口 76!-764并且第二歧管的每個(gè)歧管段包括出口 78^784。入口 76!-764—起并聯(lián)地流體連接到共同入口 80，并且出口 78!-784—起并聯(lián)地流體連接到共同出口 82。外部冷卻組件包括流體地連接到共同入口和出口 80、82的第一外部冷卻回路84。第一外部冷卻回路84包括至少一個(gè)栗86和至少一個(gè)熱交換器88。第二外部冷卻回路84A可以為了冗余目的可選地與第一外部冷卻回路84并聯(lián)地流體連接到共同入口和出口 80、82。
[0064]圖10顯示具有分段的第一和第二歧管(例如，如前文所述的第一和第二歧管22A、22B)的布置，其中每個(gè)歧管段4(h-404具有內(nèi)部室44。圖10的布置類似于圖9的布置并且共同部件被給予相同附圖標(biāo)記。入口 76dP763并聯(lián)地流體連接到第一共同入口 90并且入口 762和764流體地連接到第二共同入口 92。出口 78!和783并聯(lián)地流體連接到第一共同出口 94并且出口 782和783流體地連接到第二共同出口 96。外部冷卻組件包括流體地連接到第一共同入口和出口 90、94的第一外部冷卻回路98。第一外部冷卻回路98包括至少一個(gè)栗100和至少一個(gè)熱交換器102。外部冷卻組件也包括流體地連接到第二共同入口和出口 92、96的第二外部冷卻回路104。第二外部冷卻回路104包括至少一個(gè)栗106和至少一個(gè)熱交換器108。第三外部冷卻回路(未顯示)可以為了冗余目的可選地與第一外部冷卻回路98并聯(lián)地流體連接到第一共同入口和出口 90、94。類似地，第四外部冷卻回路(未顯示)可以為了冗余目的可選地與第二外部冷卻回路104并聯(lián)地流體連接到第二共同入口和出口 92、96。將容易地領(lǐng)會(huì)冷卻液體可以通過通道362和364循環(huán)，即使第一外部冷卻回路98有故障。在另一布置(未顯示)中，每個(gè)入口可以通過至少一個(gè)外部冷卻回路流體地連接到相應(yīng)的出口，S卩，使得外部冷卻組件包括至少四個(gè)外部冷卻回路。
[0065]電機(jī)也包括空氣冷卻回路。參考圖11，冷卻空氣(由虛線箭頭表示)可以圍繞定子12的外部循環(huán)。冷卻空氣可以在第一端部繞組110之上流動(dòng)，通過定子芯20和轉(zhuǎn)子14之間的空氣隙16，在第二端部繞組112之上流動(dòng)，并且在定子芯的徑向外表面之上流動(dòng)，其中空氣由冷卻翅片32冷卻。換句話說，冷卻液體通過冷卻通道36循環(huán)以冷卻定子層壓件I，所述定子層壓件又可以冷卻循環(huán)空氣。冷卻空氣可以由安裝到轉(zhuǎn)子軸的葉輪葉片114循環(huán)并且由擋板(未顯示)引導(dǎo)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于電機(jī)的定子(12)，所述定子(12)包括多個(gè)軸向相鄰的大體環(huán)形層壓件(I)，所述定子(12)具有軸向延伸的定子齒(28)，在所述定子齒的相鄰對之間形成用于接收定子繞組導(dǎo)體(30)的軸向延伸的定子槽(26)，所述定子齒(28)中的至少一個(gè)包括在使用中冷卻流體流動(dòng)通過其中的軸向延伸的冷卻通道(36)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子(12)，其特征在于，每個(gè)定子齒(28)包括在使用中冷卻流體流動(dòng)通過其中的一個(gè)或多個(gè)軸向延伸冷卻通道(36)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的定子(12)，其特征在于，其還包括冷卻翅片(32)。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定子(12)，其特征在于，所述定子齒(28)中的至少一個(gè)包括限定所述冷卻通道(36)的軸向延伸空隙(34)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的定子(12)，其特征在于，所述定子齒(28)中的至少一個(gè)包括非導(dǎo)電材料的管(40)定位在其中的軸向延伸空隙(34 )，并且其中所述管(40)限定所述冷卻通道。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定子(12)，其特征在于，其還包括在所述定子的第一軸向端部處的第一歧管(22A)和在所述定子的第二軸向端部處的第二歧管(22B)，其中所述第一歧管(22A)具有與冷卻流體源(54)流體連通的至少一個(gè)入口(42)和與所述冷卻通道(36)的第一軸向端部流體連通的出口，并且所述第二歧管(22B)具有與所述冷卻通道(36)的第二軸向端部流體連通的至少一個(gè)出口和入口。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定子(12)，其特征在于，所述第一歧管(20A)包括多個(gè)歧管段(40ι-404)和/或所述第二歧管包括多個(gè)歧管段。8.根據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的定子(12)，其特征在于，其還包括第一和第二壓縮板(24々、248)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定子(12)，其特征在于，所述第一歧管(22Α)定位在所述第一壓縮板(24Α)和所述堆疊的層壓件(20)的第一軸向端部之間和/或所述第二歧管(22Β)定位在所述第二壓縮板(24Β)和所述堆疊的層壓件(20)的第二軸向端部之間。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的定子(12)，其特征在于，所述第一歧管(22Α)包括用于在所述第一壓縮板(24Α)和所述堆疊的層壓件(20)的第一軸向端部之間傳遞壓縮力的一個(gè)或多個(gè)支撐件(52)和/或所述第二歧管包括用于在所述第二壓縮板和所述堆疊的層壓件的第二軸向端部之間傳遞壓縮力的一個(gè)或多個(gè)支撐件。11.一種電機(jī)，其包括: 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定子(12)，以及 用于循環(huán)通過所述冷卻通道的冷卻流體的裝置(54)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電機(jī)，其特征在于，所述定子(12)包括在所述定子的第一軸向端部處與所述冷卻通道(36)的第一軸向端部流體連通的第一歧管(22Α)，以及在所述定子的第二軸向端部處與所述冷卻通道(36)的第二軸向端部流體連通的第二歧管(22Β)，并且其中所述用于循環(huán)冷卻流體的裝置是具有流體地連接在所述第一和第二歧管(22Α、22Β)之間的一個(gè)或多個(gè)外部冷卻回路(58、58Α)的外部冷卻組件(54)，所述外部冷卻組件(54)可選地包括至少一個(gè)栗(60、60Α)和至少一個(gè)熱交換器(62、62Α)。13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的電氣機(jī)器，其特征在于，其還包括用于圍繞所述定子(12)的外部、可選地圍繞空氣冷卻回路循環(huán)空氣的裝置，其中循環(huán)空氣由堆疊的層壓件(20)冷卻。14.一種冷卻電機(jī)的方法，所述電機(jī)包括具有多個(gè)軸向相鄰的大體環(huán)形層壓件(I)的定子(12)，所述定子(12)具有軸向延伸的定子齒(28)，在所述定子齒的相鄰對之間形成用于接收定子繞組的導(dǎo)體(30)的軸向延伸定子槽(26)，所述定子齒(28)中的至少一個(gè)包括軸向延伸冷卻通道(36);其中，所述方法包括導(dǎo)致冷卻流體流動(dòng)通過所述冷卻通道(36)以冷卻所述定子(12)的步驟。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述定子還包括具有在所述定子(12)的第一軸向端部處的多個(gè)第一端部繞組(110)和在所述定子(12)的第二軸向端部處的多個(gè)第二端部繞組(112)的定子繞組，所述定子繞組的導(dǎo)體(30)接收在所述定子槽(26)中，并且其中所述方法還包括圍繞所述定子(12)的外部、可選地圍繞空氣冷卻回路循環(huán)空氣的步驟，所述空氣冷卻回路延伸經(jīng)過所述定子(12)的徑向內(nèi)或外表面中的一個(gè)、所述第一端部繞組(110)、所述定子(12)的徑向內(nèi)和外表面中的另一個(gè)和所述第二端部繞組(112)，并且其中循環(huán)空氣由堆疊的層壓件(20)冷卻。
【文檔編號(hào)】H02K1/14GK106059121SQ201610216946
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月8日 公開號(hào)201610216946.0, CN 106059121 A, CN 106059121A, CN 201610216946, CN-A-106059121, CN106059121 A, CN106059121A, CN201610216946, CN201610216946.0
【發(fā)明人】B.G.薩爾特, J.C.尤金, G.D.勒弗勒姆
【申請人】通用電氣能源能量變換技術(shù)有限公司