一种气隙电枢电的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种气隙电枢电机，包括定子、转子及轴承系统，定子由机座和气隙电枢组成，所述气隙电枢由铁芯冲片、线圈支撑件、线圈和槽契组成；所述的铁芯冲片为轴向带有鸽尾槽的圆环形结构；所述的线圈支撑件为镶嵌在鸽尾槽中的等腰梯形楔形条；线圈为带有冷却通道且换位的多匝梭形结构，由铁芯冲片及线圈支撑件共同定位及支撑。本发明优点是：冷却效果显著，线圈固定可靠，因取消了铁齿，采用了非导磁材料对线圈进行结构固定，使得电枢绕组可以最大限度地利用气隙空间，增加导体数量，提高电机功率密度，同时由于线圈采用带有冷却通道的梭形结构，减少了热传递路径，降低了接触热阻，从而提高了冷却效率，极大改善了电枢绕组的冷却。
【专利说明】—种气隙电枢电机
【技术领域】
[0001]本发明属于电机领域，具体涉及一种气隙电枢电机，它是适于高频率高场强高热负荷的电机，特别适于作大功率、低转速、结构紧凑、功率密度高、运行成本低等要求的船舶推进用大容量高温超导电动机和高温超导风力发电机。
【背景技术】
[0002]自从1960年以来，超导电机得到了较好的发展。在该类电机中，超导绕组的使用，能在电机气隙中产生很强的磁场，常规电机中用于提高气隙磁密的铁齿会出现饱和，限制了气隙磁密的提高，不再适用，在超导电机的设计中取消铁齿，采用非导磁材料进行结构固定，这种结构称为气隙电枢。
[0003]由于没有齿槽的限制，电枢绕组可以最大限度地利用气隙空间，增加导体数量，提高了功率密度。
[0004]已有技术中有多种气隙电枢电机，但大多数气隙电枢均米用浸泡式油外冷。但由于电机热源(线圈)离冷却介质较远，热量散热过程须经过绕组绝缘，热路较长，导致其散热能力有限，一般用你热负荷不高的电机。
[0005]对于大容量电机，在进一步提高定子热负荷的前提下，浸泡式油外冷与液体内冷相比，其温升较高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种从气隙电枢冷却形式入手，优化线圈结构，能满足高频率、高场强、高热负荷的气隙电枢电机。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种气隙电枢电机，包括定子、转子及轴承系统，其定子由机座和气隙电枢组成，所述气隙电枢由铁芯冲片、线圈支撑件、线圈和槽契组成；所述的铁芯冲片为轴向带有鸽尾槽的圆环形结构；所述的线圈支撑件为镶嵌在鸽尾槽中的等腰梯形楔形条；线圈为带有冷却通道且换位的多匝梭形结构，由铁芯冲片及线圈支撑件共同定位及支撑。
[0008]进一步的技术方案是:
所述的气隙电枢电机，其线圈包含线圈引线和线圈冷却管道接头。
[0009]所述的气隙电枢电机，其线圈的冷却方式为液体内冷，冷却介质为去离子水或变压器油。
[0010]所述的气隙电枢电机，其线圈为单层或双层、换位的多匝成型线圈。
[0011]所述的气隙电枢电机，其线圈是小线规的空心铜导线，该空心铜导线截面为外方内圆形，或外方内方形，或外圆内圆形，或外圆内方形。
[0012]所述的气隙电枢电机，其线圈是小线规空心铜导线与小线规实心铜导线的组合结构，空心铜导线截面为外方内圆形，或外方内方形，成外圆内圆形，或外圆内方形。
[0013]所述的气隙电枢电机，其线圈支撑件材料为不导磁、不导电、高强度且导热性能优的复合材料，或塑料。
[0014]一种用于上述气隙电枢电机的线圈制作方法，其步骤是:先将一定根数的小线规空心铜导线并联换位成一匝，或是先将小线规空心铜导线与小线规实心铜导线的组合结构并联换位成一匝，然后绕成多匝的梭形结构，最后整型为成型线圈。
[0015]本发明的有益效果是:液体内冷的气隙电枢冷却效果显著，而且线圈固定方案可靠，因取消了铁齿，采用了非导磁材料对线圈进行结构固定，使得电枢绕组可以最大限度地利用气隙空间，增加导体数量，提高电机功率密度，同时由于线圈采用带有冷却通道的梭形结构，减少了热传递路径，降低了接触热阻，从而提高了冷却效率，极大改善了电枢绕组的冷却，此外，绕组采用小线规的换位导线，可大大减小绕组环流及涡流损耗，同传统的采用铁齿的电机相比，本发明在冷却及固定等方面均有较大程度的创新，适合在高频率高场强及高热负荷的电机中运用。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构示意图；
图2为铁芯冲片的结构示意图；
图3为线圈支撑件的结构示意图；
图4为带有冷却管道的线圈示意图；
图5为图4中全空心导线线圈的A-A剖视图；
图6为图4中空心和实心组合导线线圈的A-A剖视图；
图7为线圈换位示意图。
[0017]其中:1 一槽契，2—线圈，21—线圈引线，22—线圈冷却管道接头，3—铁芯冲片，4 一线圈支撑件。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0019]实施例1:如图1-7所不,是本发明的一个基本实施例。一种气隙电枢电机，包括定子、转子及轴承系统，其定子由机座和气隙电枢组成，所述气隙电枢由铁芯冲片3、线圈支撑件4、线圈2和槽契I组成；所述的铁芯冲片3为轴向带有鸽尾槽的圆环形结构；所述的线圈支撑件4为镶嵌在鸽尾槽中的等腰梯形楔形条；线圈2为带有冷却通道且换位的多匝梭形结构，由铁芯冲片3及线圈支撑件4共同定位及支撑。
[0020]实施例2:是进一步的实施例。与实施例1不同的是:所述的气隙电枢电机，其线圈2包含线圈引线21和线圈冷却管道接头22。线圈2的冷却方式为液体内冷，冷却介质为去离子水或变压器油。线圈2为双层、换位的多匝成型线圈。当线圈2为单层则是另外的实施例。线圈2是小线规的空心铜导线，该空心铜导线截面为外方内圆形，当选为外方内方形，或外圆内圆形，或外圆内方形则是另外的实施例。所述的线圈支撑件4材料为不导磁、不导电、高强度且导热性能优的复合材料，也可选为塑料。
[0021]实施例3:是又一个进一步的实施例。与实施例2不同的是:所述的线圈2是小线规空心铜导线与小线规实心铜导线的组合构成，空心铜导线截面为外方内圆形，当选为外方内方形，成外圆内圆形，或外圆内方形则是另外的实施例。[0022]实施例4:是一种用于本发明气隙电枢电机的线圈制作方法，其步骤是:先将一定根数的小线规空心铜导线并联换位成一匝，或是先将小线规空心铜导线与小线规实心铜导线的组合结构并联换位成一匝，然后绕成多匝的梭形结构，最后整型为成型线圈。
[0023]对本发明技术方案、原理和效果再作说明如下:
如图1至7所示，一种气隙电枢电机，由铁芯冲片3、线圈支撑件4、线圈2和槽契I组成，线圈2为带有冷却通道的梭形结构，由铁芯冲片3及线圈支撑件4共同定位及支撑，如图4所示，线圈2包含绕组引线21和线圈冷却管道接头22，线圈2冷却方式为液体内冷，冷却介质为去离子水或变压器油，作为实施例1，如图5和图6所示，线圈2在成型制作过程中，先将小线规的外方内方空心铜导线换位成一匝，后绕成梭形多匝，最后整型为成型线圈，换位示意图如图7所示。
[0024]如图2所示，所述的铁芯冲片3为轴向带有鸽尾槽的圆环形结构，如图3所示，所述的线圈支撑件4为沿铁芯轴向的等腰梯形楔形条，镶嵌在所述的鸽尾槽中，材料为不导磁、不导电、强度高且导热性能优的复合材料或类似性能的塑料及多孔材料，在气隙电枢装配过程中，先将铁芯冲片3沿轴向叠压在一起，然后将线圈支撑件4沿轴向打入铁芯冲片3的每一个鸽尾槽中，在设计阶段，需对线圈支撑件4与铁芯冲片3的鸽尾槽进行公差配合的设计，保证线圈支撑件4与铁芯冲片3之间的配合31与41、32与42、33与43为过渡配合，采用工装设备，将线圈2放入由线圈支撑件4组成的不导磁齿槽中，后打入槽契I以及整体VPI，从而起到固定线圈2及传递力矩的作用，同时线圈2在工作过程中所受到的电磁力将由与铁芯冲片3进行紧配合接触的线圈支撑件4承受，并通过鸽尾传递给铁芯冲片3。
[0025]本发明的原理是:将一定根数的小线规空心铜导线换位成一匝，后绕成多匝的梭形，最后整型为成型线圈2，在放线圈2之前，沿铁芯圆周方向，将线圈支撑件4沿电机轴向打入每一个铁芯冲片3的鸽尾槽中，由于线圈支撑件4与铁芯冲片3的鸽尾槽之间为紧配合，故此时线圈支撑件4与铁芯冲片3成一个整体，而后将成型线圈放入鸽尾槽中，打入槽契I整体VPI，从而起到固定线圈及传递力矩的作用，在该气隙电枢电机中，线圈支撑件4主要起到固定线圈，传递电磁力的作用，空心铜导线既起到导电的作用，又起到冷却的作用。
[0026]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种气隙电枢电机，包括定子、转子及轴承系统，其特征在于，定子由机座和气隙电枢组成，所述气隙电枢由铁芯冲片(3)、线圈支撑件(4)、线圈(2)和槽契(I)组成；所述的铁芯冲片(3)为轴向带有鸽尾槽的圆环形结构；所述的线圈支撑件(4)为镶嵌在鸽尾槽中的等腰梯形楔形条；线圈(2)为带有冷却通道且换位的多匝梭形结构，由铁芯冲片(3)及线圈支撑件(4)共同定位及支撑。
2.根据权利要求1所述的一种气隙电枢电机，其特征在于，所述的线圈(2)包含线圈引线(21)和线圈冷却管道接头(22)。
3.根据权利要求1或2所述的一种气隙电枢电机，其特征在于，所述的线圈(2)的冷却方式为液体内冷，冷却介质为去离子水或变压器油。
4.根据权利要求3所述的一种气隙电枢电机，其特征在于，所述的线圈(2)为单层或双层、换位的多匝成型线圈。
5.根据权利要求4所述的一种气隙电枢电机，其特征在于，所述的线圈(2)是小线规的空心铜导线，该空心铜导线截面为外方内圆形，或外方内方形，或外圆内圆形，或外圆内方形。
6.根据权利要求4所述的一种气隙电枢电机，其特征在于，所述的线圈(2)是小线规空心铜导线与小线规实心铜导线的组合结构，空心铜导线截面为外方内圆形，或外方内方形，成外圆内圆形，或外圆内方形。
7.根据权利要求1所述的一种气隙电枢电机，其特征在于，所述的线圈支撑件(4)材料为不导磁、不导电、高强度且导热性能优的复合材料，或塑料。
8.一种用于权利要求1所述气隙电枢电机的线圈制作方法，其特征在于，其步骤是:先将一定根数的小线规空心铜导线并联换位成一匝，或是先将小线规空心铜导线与小线规实心铜导线的组合结构并联换位成一匝，然后绕成多匝的梭形结构，最后整型为成型线圈。
【文档编号】H02K3/22GK103532346SQ201310526725
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】周勇, 郑军, 董琦, 贾海媛, 钮小军 申请人:中国船舶重工集团公司第七一二研究所