電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電機(jī)，其具有定子和相對(duì)于該定子被可動(dòng)地支承的轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002] 電機(jī)可以被操作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。
[0003] 在電機(jī)的設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要方面是電機(jī)的熱性能。特別重要的是，不超過電機(jī)的 最敏感部分處的最高溫度。否則，可能例如發(fā)生短路并且永久性地?fù)p壞電機(jī)。在該情況下， 過熱可以引起定子繞組的絕緣部的擊穿和/或在永磁激勵(lì)式電機(jī)的情況下的永磁體的去 磁。
[0004] 發(fā)熱限制最終限定了電機(jī)的輸出。
[0005] 已知的是，作為電動(dòng)機(jī)的電機(jī)的操作處在高轉(zhuǎn)矩，該高轉(zhuǎn)矩與由于損耗在定子繞 組中以及在定子鐵芯中的顯著發(fā)熱相關(guān)聯(lián)。
[0006] 利用實(shí)心堆疊部件內(nèi)的熱傳導(dǎo)與在與空氣或冷卻液體或其他氣體接觸的表面上 的對(duì)流的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)中的熱損耗的耗散。在定子繞組中生成的熱損耗沿槽襯從線圈側(cè) 徑向地和周向地耗散至定子鐵芯中并且進(jìn)一步向外耗散至定子殼體中?？傮w電機(jī)損耗的大 部分沿該路徑被耗散。
[0007]因而，定子繞組和定子鐵芯的有效冷卻在電機(jī)的設(shè)計(jì)中是極其重要的。有效冷卻 不僅可以防止電機(jī)或電機(jī)部件在處于峰值負(fù)荷時(shí)的過熱，而且提高了電機(jī)在正常條件下的 效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是開發(fā)一種電機(jī)，其具有充分的熱性質(zhì)并且可以不費(fèi)力地制造。
[0009] 現(xiàn)在利用權(quán)利要求1所述的對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。
[0010] 在從屬權(quán)利要求中公開了有利實(shí)施方式和增強(qiáng)方式。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施方式中，電機(jī)的特征在于：定子和相對(duì)于該定子被可動(dòng)地支承的轉(zhuǎn)子。 定子包括用于容納定子繞組的多個(gè)槽。每個(gè)槽中分別置入有定子繞組的導(dǎo)體部。在定子的 一側(cè)上，導(dǎo)體部在短路裝置中彼此間被電短路。短路裝置包括冷卻裝置。
[0012] 導(dǎo)體部可以例如在定子的相對(duì)于短路裝置的遠(yuǎn)側(cè)上連接至供電單元。這使得可以 例如如下面更詳細(xì)地描述的那樣將相電流單獨(dú)地饋送至每個(gè)導(dǎo)體部。
[0013] 可以不費(fèi)力地制造短路裝置以及在定子的槽中的導(dǎo)體部，并且可以將上述短路裝 置和導(dǎo)體部安裝在定子中。這同樣適用于由短路裝置所包括的冷卻裝置。
[0014] 定子繞組的熱損耗恰好在生成該熱損耗的位置處被耗散。這產(chǎn)生了電機(jī)的特別有 利的熱性質(zhì)。導(dǎo)體部和短路裝置自然具有充分的導(dǎo)電性，即低電阻。該類型的大多數(shù)材料 還提供非常良好的導(dǎo)熱性。這意指將在整個(gè)繞組中生成的熱損耗特別是在導(dǎo)體部中存在的 熱損耗也非常良好地傳遞至短路裝置，并且通過冷卻裝置在該位置處被耗散。
[0015]因此，可以省去替選冷卻系統(tǒng)，例如諸如冷卻肋片以及例如借助于風(fēng)扇在所述冷 卻肋片上方所吹送的空氣。另外，在定子殼體內(nèi)不需要冷卻通道。
[0016] 實(shí)際上，現(xiàn)在通過對(duì)短路裝置進(jìn)行冷卻實(shí)現(xiàn)了對(duì)定子繞組的導(dǎo)體部的直接冷卻。
[0017] 短路裝置可以以例如短路環(huán)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣的短路環(huán)可以以特別簡(jiǎn)單的方式 來(lái)制造。根據(jù)不同的應(yīng)用，也就是短路電樞（即異步電機(jī)中的轉(zhuǎn)子）的形式，這樣的短路環(huán) 的設(shè)計(jì)和功能基本上是已知的。然而，與所提出的原理相對(duì)比，在短路電樞中，導(dǎo)體部的兩 側(cè)上均提供短路環(huán)。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施方式中，短路環(huán)以中空方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，這意指該短路環(huán)具有例如矩形橫 截面，在該短路環(huán)內(nèi)定位有冷卻通道。因而，該冷卻通道也以環(huán)狀方式設(shè)計(jì)并且被集成至短 路環(huán)中。
[0019] 環(huán)狀冷卻通道可以被替選地或另外地布置成沿軸向方向和/或徑向方向與短路 環(huán)直接相鄰并且通過可能的最大的面連接至短路環(huán)，以便確保從短路環(huán)至冷卻通道的充分 導(dǎo)熱性。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施方式中，短路環(huán)與相鄰地布置的冷卻通道具有相同的內(nèi)徑和外徑。
[0021] 短路環(huán)和冷卻通道可以彼此直接接觸或者借助于導(dǎo)熱性介質(zhì)例如粘合層來(lái)彼此 連接。
[0022] 替代環(huán)狀冷卻通道的基本為矩形的橫截面，還可以考慮其他的橫截面形狀，例如L 形、U形或橢圓形的橫截面。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施方式中U形冷卻通道以使得U的開口被軸向地定向?yàn)槌螂姍C(jī)的方式 來(lái)布置。
[0024] 例如，引起冷卻效果的液體冷卻介質(zhì)或氣體冷卻介質(zhì)可以流過冷卻通道。
[0025] 冷卻裝置的特征在于：用于將冷卻裝置連接至例如熱交換器的至少一條冷卻介質(zhì) 供給管線以及至少一條冷卻介質(zhì)排出管線，該熱交換器可以吸收來(lái)自冷卻介質(zhì)的熱量。替 代熱交換器，還可以使用其他已知的冷卻裝置例如蒸發(fā)器。
[0026] 在該情況下可以利用單回路冷卻系統(tǒng)或多回路冷卻系統(tǒng)。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)體部被分別實(shí)現(xiàn)為直的。這使得能夠特別有成本效益地制 造定子槽和繞組。
[0028] 導(dǎo)體部自身可以例如具有矩形橫截面、圓形橫截面或橢圓形橫截面。
[0029] 導(dǎo)體部可以包括鋁棒、銅棒或青銅棒。
[0030] 所提出的原理使得可以直接對(duì)在短路裝置的冷卻裝置周圍的區(qū)域中生成的歐姆 損耗進(jìn)行耗散。
[0031] 在導(dǎo)體部中或與定子繞組的導(dǎo)體部直接相鄰處或在連接至導(dǎo)體部的供電單元中 所生成或存在的熱通過導(dǎo)體部被有效地傳遞至短路裝置，然后通過冷卻裝置傳送走。銅或 鋁的導(dǎo)熱性是鐵的導(dǎo)熱性的5倍至8倍。因此，繞組自身比定子鐵芯更適于熱傳遞。
[0032] 總之，例如與將冷卻通道布置在定子鐵芯的鐵中相比，所提出的原理產(chǎn)生優(yōu)良的 冷卻效果，對(duì)于經(jīng)由導(dǎo)體部至短路裝置的熱傳遞的熱阻非常低，因而使得能夠?qū)Χㄗ永@組 進(jìn)行非常有效地冷卻。
[0033] 相對(duì)于定子鐵芯中的損耗，本冷卻也良好地起作用。這是由于定子鐵芯周圍的區(qū) 域與定子繞組的導(dǎo)體部之間的低的熱阻。在所提出的繞組中，分別在各個(gè)導(dǎo)體部與定子齒 部或定子磁輒之間不需要槽襯。這產(chǎn)生了對(duì)于從定子鐵芯至短路裝置的冷卻裝置的熱傳遞 的低的總體熱阻。
[0034] 冷卻裝置的冷卻通道的L形橫截面產(chǎn)生了增大的對(duì)流面，使得進(jìn)一步提高了冷卻 效果。
【附圖說明】
[0035] 下面參照附圖中示出的若干示例性實(shí)施方式來(lái)闡述所提出的原理的其他細(xì)節(jié)。
[0036] 在附圖中，相同的或起相同作用的部件通過相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示。
[0037] 在這些附圖中：
[0038] 圖1示出了根據(jù)所提出的原理的定子的繞組系統(tǒng)的第一示例性實(shí)施方式；
[0039] 圖2示出了根據(jù)圖1的示例性實(shí)施方式的定子；
[0040] 圖3示出了根據(jù)所提出的原理的定子的繞組系統(tǒng)的第二示例性實(shí)施方式；
[0041] 圖4示出了根據(jù)圖3的示例性實(shí)施方式的定子；
[0042] 圖5示出了根據(jù)所提出的原理的定子的繞組系統(tǒng)的第三示例性實(shí)施方式；
[0043] 圖6示出了根據(jù)圖5的示例性實(shí)施方式的定子；
[0044] 圖7示出了根據(jù)所提出的原理的定子的繞組系統(tǒng)的第四示例性實(shí)施方式；
[0045] 圖8示出了插入相應(yīng)定子的槽中的根據(jù)圖7的示例性繞組系統(tǒng)；
[0046] 圖9示出了穿過根據(jù)所提出的原理的定子的示例性實(shí)施方式的橫截面；
[0047] 圖10示出了用于定子的繞組系統(tǒng)的示例性供電單元；
[0048] 圖11示出了根據(jù)圖1的實(shí)施方式的示例性增強(qiáng)方式；
[0049] 圖12示出了根據(jù)圖7的實(shí)施方式的示例性增強(qiáng)方式；
[0050] 圖13示出了具有U形冷卻通道的示例性實(shí)施方式；
[0051] 圖14示出了具有若干對(duì)磁極和若干個(gè)部分短路環(huán)的示例性實(shí)施方式；
[0052] 圖15不出了具有若干對(duì)磁極和若干個(gè)部分短路環(huán)的另一不例性實(shí)施方式；
[0053] 圖16示出了具有導(dǎo)體部的定子的示例的細(xì)節(jié)；
[0054] 圖17示出了永磁轉(zhuǎn)子形式的轉(zhuǎn)子的示例性實(shí)施方式；
[0055] 圖18示出了磁阻轉(zhuǎn)子形式的轉(zhuǎn)子的示例性實(shí)施方式；
[0056] 圖19示出了電流勵(lì)磁式轉(zhuǎn)子形式的轉(zhuǎn)子的示例性實(shí)施方式；以及
[0057] 圖20示出了異步轉(zhuǎn)子形式的轉(zhuǎn)子的示例性實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0058] 圖1以透視表示法的形式示出了電機(jī)的定子的繞組系統(tǒng)的第一示例性實(shí)施方式。 繞組系統(tǒng)包括沿軸向方向延伸并且沿轉(zhuǎn)子的圓周均勻分布的多個(gè)直導(dǎo)體部3。每個(gè)導(dǎo)體部 3的一端連接至以短路環(huán)4的形式實(shí)現(xiàn)的短路裝置。短路環(huán)4的特征在于冷卻裝置5,在該 情況下，該冷卻裝置5以具有矩形橫截面的環(huán)狀冷卻通道的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。直導(dǎo)體部3被實(shí) 現(xiàn)為實(shí)心的，并且具有基本長(zhǎng)方體的形狀。在該情況下，導(dǎo)體部被定向?yàn)榕c電機(jī)的軸平行。
[0059] 在導(dǎo)體部3的端面上，導(dǎo)體部3以使得產(chǎn)生大表面的導(dǎo)電導(dǎo)熱連接的方式連接至 短路環(huán)4。電連接用于將導(dǎo)體部的端彼此短路，而熱連接用于實(shí)現(xiàn)從導(dǎo)體部3至經(jīng)冷卻的短 路環(huán)4的充分的熱傳遞。冷卻裝置5的冷卻通道以使得流體例如冷卻流體或氣體在電機(jī)的 操作期間可以流過所述冷卻通道的方式來(lái)設(shè)計(jì)。冷卻介質(zhì)用于對(duì)在電機(jī)的操作期間所生成 的熱損耗進(jìn)行耗散。
[0060] 所示的繞組的制造工作量非常低?；驹O(shè)計(jì)與異步電機(jī)的短路電樞相對(duì)應(yīng)，其中， 與短路電樞對(duì)比，所提出的定子繞組僅在一側(cè)上被短路。導(dǎo)體部的自由端連接至如下面更 詳細(xì)地描述的分別產(chǎn)生可用的各個(gè)相電流的供電單元。
[0061] 圖2示出了根據(jù)圖1的繞組，其中導(dǎo)體部3、短路環(huán)4和集成的冷卻裝置5被安裝 至定子1中。在該情況下，定子1中的槽2的數(shù)目精確地對(duì)應(yīng)于所提供的導(dǎo)體部3的數(shù)目。 槽2沿定子1的圓周分布并且與導(dǎo)體部3類似地沿軸向方向延伸。
[0062] 在本示例中，定子1的特征在于可以容納定子繞組的36個(gè)導(dǎo)體部3的總共36個(gè) 槽2?？梢粤⒓赐茢喑?，不僅可以容易地制造具有短路環(huán)和冷卻裝置的定子繞組，而且還可 以以非常簡(jiǎn)單的方式來(lái)執(zhí)行將定子繞組安裝至定子槽中。
[0063] 在圖1和圖2中未示出至/從集成至短路環(huán)中的冷卻通道的