电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电机,其具有定子和相对于该定子被可动地支承的转子。
【背景技术】
[0002] 电机可以被操作为电动机或发电机。
[0003] 在电机的设计中的一个重要方面是电机的热性能。特别重要的是,不超过电机的 最敏感部分处的最高温度。否则,可能例如发生短路并且永久性地损坏电机。在该情况下, 过热可以引起定子绕组的绝缘部的击穿和/或在永磁激励式电机的情况下的永磁体的去 磁。
[0004] 发热限制最终限定了电机的输出。
[0005] 已知的是,作为电动机的电机的操作处在高转矩,该高转矩与由于损耗在定子绕 组中以及在定子铁芯中的显著发热相关联。
[0006] 利用实心堆叠部件内的热传导与在与空气或冷却液体或其他气体接触的表面上 的对流的组合来实现电机中的热损耗的耗散。在定子绕组中生成的热损耗沿槽衬从线圈侧 径向地和周向地耗散至定子铁芯中并且进一步向外耗散至定子壳体中。总体电机损耗的大 部分沿该路径被耗散。
[0007]因而,定子绕组和定子铁芯的有效冷却在电机的设计中是极其重要的。有效冷却 不仅可以防止电机或电机部件在处于峰值负荷时的过热,而且提高了电机在正常条件下的 效率。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是开发一种电机,其具有充分的热性质并且可以不费力地制造。
[0009] 现在利用权利要求1所述的对象来实现该目的。
[0010] 在从属权利要求中公开了有利实施方式和增强方式。
[0011] 在一个实施方式中,电机的特征在于:定子和相对于该定子被可动地支承的转子。 定子包括用于容纳定子绕组的多个槽。每个槽中分别置入有定子绕组的导体部。在定子的 一侧上,导体部在短路装置中彼此间被电短路。短路装置包括冷却装置。
[0012] 导体部可以例如在定子的相对于短路装置的远侧上连接至供电单元。这使得可以 例如如下面更详细地描述的那样将相电流单独地馈送至每个导体部。
[0013] 可以不费力地制造短路装置以及在定子的槽中的导体部,并且可以将上述短路装 置和导体部安装在定子中。这同样适用于由短路装置所包括的冷却装置。
[0014] 定子绕组的热损耗恰好在生成该热损耗的位置处被耗散。这产生了电机的特别有 利的热性质。导体部和短路装置自然具有充分的导电性,即低电阻。该类型的大多数材料 还提供非常良好的导热性。这意指将在整个绕组中生成的热损耗特别是在导体部中存在的 热损耗也非常良好地传递至短路装置,并且通过冷却装置在该位置处被耗散。
[0015]因此,可以省去替选冷却系统,例如诸如冷却肋片以及例如借助于风扇在所述冷 却肋片上方所吹送的空气。另外,在定子壳体内不需要冷却通道。
[0016] 实际上,现在通过对短路装置进行冷却实现了对定子绕组的导体部的直接冷却。
[0017] 短路装置可以以例如短路环的形式来实现。这样的短路环可以以特别简单的方式 来制造。根据不同的应用,也就是短路电枢(即异步电机中的转子)的形式,这样的短路环 的设计和功能基本上是已知的。然而,与所提出的原理相对比,在短路电枢中,导体部的两 侧上均提供短路环。
[0018] 在一个实施方式中,短路环以中空方式来实现,这意指该短路环具有例如矩形横 截面,在该短路环内定位有冷却通道。因而,该冷却通道也以环状方式设计并且被集成至短 路环中。
[0019] 环状冷却通道可以被替选地或另外地布置成沿轴向方向和/或径向方向与短路 环直接相邻并且通过可能的最大的面连接至短路环,以便确保从短路环至冷却通道的充分 导热性。
[0020] 在一个实施方式中,短路环与相邻地布置的冷却通道具有相同的内径和外径。
[0021] 短路环和冷却通道可以彼此直接接触或者借助于导热性介质例如粘合层来彼此 连接。
[0022] 替代环状冷却通道的基本为矩形的横截面,还可以考虑其他的横截面形状,例如L 形、U形或椭圆形的横截面。
[0023] 在一个实施方式中U形冷却通道以使得U的开口被轴向地定向为朝向电机的方式 来布置。
[0024] 例如,引起冷却效果的液体冷却介质或气体冷却介质可以流过冷却通道。
[0025] 冷却装置的特征在于:用于将冷却装置连接至例如热交换器的至少一条冷却介质 供给管线以及至少一条冷却介质排出管线,该热交换器可以吸收来自冷却介质的热量。替 代热交换器,还可以使用其他已知的冷却装置例如蒸发器。
[0026] 在该情况下可以利用单回路冷却系统或多回路冷却系统。
[0027] 在一个实施方式中,导体部被分别实现为直的。这使得能够特别有成本效益地制 造定子槽和绕组。
[0028] 导体部自身可以例如具有矩形横截面、圆形横截面或椭圆形横截面。
[0029] 导体部可以包括铝棒、铜棒或青铜棒。
[0030] 所提出的原理使得可以直接对在短路装置的冷却装置周围的区域中生成的欧姆 损耗进行耗散。
[0031] 在导体部中或与定子绕组的导体部直接相邻处或在连接至导体部的供电单元中 所生成或存在的热通过导体部被有效地传递至短路装置,然后通过冷却装置传送走。铜或 铝的导热性是铁的导热性的5倍至8倍。因此,绕组自身比定子铁芯更适于热传递。
[0032] 总之,例如与将冷却通道布置在定子铁芯的铁中相比,所提出的原理产生优良的 冷却效果,对于经由导体部至短路装置的热传递的热阻非常低,因而使得能够对定子绕组 进行非常有效地冷却。
[0033] 相对于定子铁芯中的损耗,本冷却也良好地起作用。这是由于定子铁芯周围的区 域与定子绕组的导体部之间的低的热阻。在所提出的绕组中,分别在各个导体部与定子齿 部或定子磁辄之间不需要槽衬。这产生了对于从定子铁芯至短路装置的冷却装置的热传递 的低的总体热阻。
[0034] 冷却装置的冷却通道的L形横截面产生了增大的对流面,使得进一步提高了冷却 效果。
【附图说明】
[0035] 下面参照附图中示出的若干示例性实施方式来阐述所提出的原理的其他细节。
[0036] 在附图中,相同的或起相同作用的部件通过相同的附图标记来表示。
[0037] 在这些附图中:
[0038] 图1示出了根据所提出的原理的定子的绕组系统的第一示例性实施方式;
[0039] 图2示出了根据图1的示例性实施方式的定子;
[0040] 图3示出了根据所提出的原理的定子的绕组系统的第二示例性实施方式;
[0041] 图4示出了根据图3的示例性实施方式的定子;
[0042] 图5示出了根据所提出的原理的定子的绕组系统的第三示例性实施方式;
[0043] 图6示出了根据图5的示例性实施方式的定子;
[0044] 图7示出了根据所提出的原理的定子的绕组系统的第四示例性实施方式;
[0045] 图8示出了插入相应定子的槽中的根据图7的示例性绕组系统;
[0046] 图9示出了穿过根据所提出的原理的定子的示例性实施方式的横截面;
[0047] 图10示出了用于定子的绕组系统的示例性供电单元;
[0048] 图11示出了根据图1的实施方式的示例性增强方式;
[0049] 图12示出了根据图7的实施方式的示例性增强方式;
[0050] 图13示出了具有U形冷却通道的示例性实施方式;
[0051] 图14示出了具有若干对磁极和若干个部分短路环的示例性实施方式;
[0052] 图15不出了具有若干对磁极和若干个部分短路环的另一不例性实施方式;
[0053] 图16示出了具有导体部的定子的示例的细节;
[0054] 图17示出了永磁转子形式的转子的示例性实施方式;
[0055] 图18示出了磁阻转子形式的转子的示例性实施方式;
[0056] 图19示出了电流励磁式转子形式的转子的示例性实施方式;以及
[0057] 图20示出了异步转子形式的转子的示例性实施方式。
【具体实施方式】
[0058] 图1以透视表示法的形式示出了电机的定子的绕组系统的第一示例性实施方式。 绕组系统包括沿轴向方向延伸并且沿转子的圆周均匀分布的多个直导体部3。每个导体部 3的一端连接至以短路环4的形式实现的短路装置。短路环4的特征在于冷却装置5,在该 情况下,该冷却装置5以具有矩形横截面的环状冷却通道的形式来实现。直导体部3被实 现为实心的,并且具有基本长方体的形状。在该情况下,导体部被定向为与电机的轴平行。
[0059] 在导体部3的端面上,导体部3以使得产生大表面的导电导热连接的方式连接至 短路环4。电连接用于将导体部的端彼此短路,而热连接用于实现从导体部3至经冷却的短 路环4的充分的热传递。冷却装置5的冷却通道以使得流体例如冷却流体或气体在电机的 操作期间可以流过所述冷却通道的方式来设计。冷却介质用于对在电机的操作期间所生成 的热损耗进行耗散。
[0060] 所示的绕组的制造工作量非常低。基本设计与异步电机的短路电枢相对应,其中, 与短路电枢对比,所提出的定子绕组仅在一侧上被短路。导体部的自由端连接至如下面更 详细地描述的分别产生可用的各个相电流的供电单元。
[0061] 图2示出了根据图1的绕组,其中导体部3、短路环4和集成的冷却装置5被安装 至定子1中。在该情况下,定子1中的槽2的数目精确地对应于所提供的导体部3的数目。 槽2沿定子1的圆周分布并且与导体部3类似地沿轴向方向延伸。
[0062] 在本示例中,定子1的特征在于可以容纳定子绕组的36个导体部3的总共36个 槽2。可以立即推断出,不仅可以容易地制造具有短路环和冷却装置的定子绕组,而且还可 以以非常简单的方式来执行将定子绕组安装至定子槽中。
[0063] 在图1和图2中未示出至/从集成至短路环中的冷却通道的