專利名稱：一種蒸發(fā)冷卻電機無槽定子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電機定子，特別涉及一種蒸發(fā)冷卻電機無槽定子。
背景技術：
具有高功率密度、重量輕、體積小的電機是電機行業(yè)發(fā)展追求的目標之一，尤其是在艦 艇、飛機等對重量和空間有特殊要求的場合，電機的高功率密度就顯得更為重要。 蒸發(fā)冷卻電機由于其良好的冷卻效果，在設計上允許采用較常規(guī)技術更高的線負荷，實現(xiàn)更 高的功率密度，從而滿足對電機重量和體積的特殊要求。但是要進一步提高蒸發(fā)冷卻電機的 功率密度卻受到定子齒槽結構的限制。這是因為齒槽占據(jù)了較大的定子空間，增加了定子 鐵軛的尺寸和重量，使得電機尺寸難以做得更??；在電機設計中一般鐵磁材料齒部的磁密都 接近飽和，然而軛部的磁密則會降低，使得軛部的鐵磁材料利用不夠充分；齒槽的存在還影 響了氣隙磁場分布，帶來了諧波干擾，給電機帶來一定的危害。
如果我們對蒸發(fā)冷卻電機采用定子無槽結構可以解決這些問題。
目前無槽定子的研究工作一般集中在永磁電機、超導電機和橫向、軸向磁通電機領域。 例如專利申請?zhí)枮?00620040424的高出力永磁無刷無槽電動機、專利申請?zhí)枮?200410078394無槽永磁電機、專利申請?zhí)枮?2231791的永磁無槽電機中的無槽結構均針對小 功率的永磁電機。專利申請?zhí)枮?00420037973的汽車無槽交流發(fā)電機、專利申請?zhí)?7126126 的無槽靜激磁同步發(fā)電機、專利申請?zhí)枮?7126127的無槽同步發(fā)電機、專利申請?zhí)枮?200410023515的無槽異步電動機、專利申請?zhí)枮?00420037972的無槽異步電動機、專利申請 號為96100040的無軛、無槽軸向磁路電機均針對橫向、軸向磁通電機，國外許多超導電機也 采用了無槽定子結構，日本自1988年開始的700MW級超導電機樣機的設計中，采用將電樞線 圈直接置于氣隙中(這種結構也被稱為氣隙繞組結構)，進行了適用于氣隙繞組的絕緣材料 方面的研究。西屋(westinghouse)公司的Ahmed等人研究的一臺300MW的大型超導電機中， 使用了無槽定子結構。西門子公司在2002年研制的一臺380kW超導電機中也使用了定子無槽 技術。2005年韓國的Kwon等人在一臺三相，兩對極的超導同步電機中使用了無槽定子結構。 美洲超導公司2001年試制的5000馬力(3730 kW)與美國海軍部訂購的艦載5 MW高溫超導同 步發(fā)電機也都使用了帶有氣隙線圈的無槽定子結構。
無槽定子結構在其他電機領域還沒有應用，這主要是因為定子無槽結構應用到電機上能 否達到更高的功率密度的最關鍵的問題在于增加氣隙后，轉子的勵磁磁勢也相應增加，從而轉子的導線電密和線負荷也要增加，因此對轉子的冷卻效果提出了更高要求，而一般的空冷 等轉子冷卻方式不能滿足相應的要求，而轉子采用蒸發(fā)冷卻方式的電機正好由于其良好的冷 卻效果可以取得更大的勵磁磁勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是進一步提高蒸發(fā)冷卻電機的功率密度，提出了一種適用于蒸發(fā)冷卻電機 的無槽定子，采用這種無槽定子結構可進一步提高電機的功率密度。
由于蒸發(fā)冷卻電機冷卻效果好，可以實現(xiàn)很高的功率密度。且由于其轉子良好的冷卻效 果，可以實現(xiàn)較大的勵磁磁勢，提供較大的勵磁功率，因此可以將定子和轉子之間的氣隙適 當放大，并將定子繞組放置氣隙內(nèi)，這樣就可以取消定子齒，減小定子的重量和尺寸，提高 定子軛的磁密，提高鐵磁材料利用率，實現(xiàn)了更高的功率密度。本發(fā)明的定子無槽結構正是 基于此。本發(fā)明由于需要較大的勵磁功率，因此非常適用于蒸發(fā)冷卻電機。
本發(fā)明的蒸發(fā)冷卻電機無槽定子是指電機定子上不開設齒槽，在定子內(nèi)套一個非鐵磁材 料筒，非鐵磁材料筒上開設齒槽，定子線圈放置在非鐵磁材料筒上開設的齒槽內(nèi)，非鐵磁材 料筒放置于氣隙內(nèi)，定子線圈也位于氣隙內(nèi)并依靠非鐵磁材料固定。
本發(fā)明提出的定子無槽結構不同于永磁電機、橫向、軸向磁通電機及超導電機中常用的 無槽結構，永磁電機采用無槽結構主要是為了消除齒槽力矩， 一般功率較小，其定子繞組所 受電磁力也較小，且定子發(fā)熱也較小，因此一般將定子繞組直接粘接或固化在定子鐵芯表面 上，不需要增加非鐵磁固定材料進行固定。橫向、軸向磁通電機的磁路屬于橫向、軸向磁路， 其無槽結構中定子線圈的位置并不在氣隙內(nèi)與本發(fā)明有本質(zhì)的不同。超導電機的設計中，理
想的氣隙磁密是2T以上，該氣隙磁密勢必導致鐵磁材料飽和(鐵磁材料的飽和磁密一般在2T 以下)。因此在合理的超導電機中不僅要取消定子齒槽，而且要取消鐵芯，因此其無槽結構 優(yōu)選為無鐵芯結構，而本發(fā)明無槽定子結構必須有鐵芯形成導磁回路。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述。 圖1為本發(fā)明釆用的一種無槽定子結構示意圖； 圖2為本發(fā)明所采用的另一種無槽定子結構示意圖中IO轉子鐵芯、20轉子線圈、30氣隙、40定子鐵芯、50非鐵磁材料筒、60定子 線圈、70定子槽楔、80固定螺栓、90非鐵磁材料槽。
具體實施例方式
本發(fā)明無槽定子結構如圖1所示。圖1中，轉子線圈20放置在轉子鐵芯10槽內(nèi)，定子鐵芯40上不開設定子槽，定子鐵 芯套在一個非鐵磁材料筒50上，沿圓周分布的多個螺栓80將定子鐵芯和非鐵磁材料筒固定 連接。非鐵磁材料筒50沿圓周方向上開設了多個非鐵磁材料槽90，非鐵磁材料槽90內(nèi)放置 了定子線圈60。并在非鐵磁材料槽90槽口處設置了定子槽楔70以便固定定子線圈60,定 子鐵芯40和轉子鐵芯10之間為氣隙。圖1中非鐵磁材料筒50上開設的非鐵磁材料槽卯的 槽口向定子方向。本發(fā)明采用的另一種無槽定子結構示意圖如圖2所示。圖2與圖1的不同之處在于，非鐵磁材料筒50上開設的非鐵磁材料槽90的槽口向轉子 方向。本發(fā)明對于包括隱級機和凸級機在內(nèi)的蒸發(fā)冷卻同步電機均可適用。本發(fā)明由于采用了定子無槽結構， 一方面可以降低定子鐵芯的尺寸和重量；提高了定子 鐵芯內(nèi)的磁密，提高了鐵磁材料的利用率，提高電機的功率密度，實現(xiàn)電機的小型化和輕型 化,另一方面還可以適當消除定子齒諧波和齒槽力矩帶來的危害。本發(fā)明專利中非鐵磁材料筒50可以用環(huán)氧、尼龍等非金屬材料制作，也可以用不銹鋼 等不導磁的金屬材料制作。如果是環(huán)氧、尼龍等非金屬材料，由于其自身的絕緣性，非鐵磁材料槽90與定子線圈 60之間可以不再設置槽絕緣，如圖l、 2所示，且由于線圈不直接接觸導電材料，匝絕緣也 可以減薄。因此采用這類非金屬材料作為定子線圈的固定部件，除了通過無槽結構提高了功 率密度之外，還可以適當?shù)臏p少線圈的絕緣材料，且由于線圈絕緣減薄，導熱性更好，可以 進一步提高定子的線負荷從而達到進一步提高功率密度的目的。但是對于一些轉矩較大的電 機，由于其定子線圈所受的安培力較大，也可以采用不銹鋼等金屬但不導磁的材料，利用其 高強度，達到機械要求。但采用這類材料時，需要在非鐵磁材料槽90與定子線圈60之間需 要設置槽絕緣，同時也不能減薄匝絕緣，這與一般電機定子的槽絕緣設計類似，因此在本發(fā) 明專利中優(yōu)先采用非金屬材料作為定子線圏的固定件。
權利要求
1. 一種蒸發(fā)冷卻電機無槽定子，其特征在于轉子線圈(20)放置在轉子鐵芯(10)槽內(nèi)，定子鐵芯(40)套在一個非鐵磁材料筒(50)上，沿圓周分布的多個螺栓(80)將定子鐵芯和非鐵磁材料筒固定連接；非鐵磁材料筒(50)沿圓周方向上開設了多個非鐵磁材料槽(90)，非鐵磁材料(90)內(nèi)放置了定子線圈(60)；非鐵磁材料槽(90)槽口處設置定子槽楔(70)固定定子線圈(60)，定子鐵芯(40)和轉子鐵芯(10)之間為氣隙。
2、 按照權利要求l所述的蒸發(fā)冷卻電機無槽定子，其特征在于非鐵磁材料筒50上開設 的非鐵磁材料槽90的槽口向定子方向或向轉子方向。
3、 按照權利要求1或2所述的蒸發(fā)冷卻電機無槽定子，其特征在于非鐵磁材料筒(50) 用環(huán)氧、尼龍等非金屬材料或不導磁的金屬材料制作。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種無槽定子結構，轉子線圈(20)放置在轉子鐵芯(10)槽內(nèi)，定子鐵芯(40)上不開設定子槽，定子鐵芯套在非鐵磁材料筒(50)上，并依靠沿圓周分布的多個螺栓(80)固定，非鐵磁材料筒(50)沿圓周方向上開設了多個非鐵磁材料槽(90)，非鐵磁材料槽(90)內(nèi)放置了定子線圈(60)。與并在非鐵磁材料槽(90)槽口處設置了定子槽楔(70)以便固定定子線圈(60)，定子鐵芯(40)和轉子鐵芯(10)之間為氣隙。非鐵磁材料筒(50)上開設的非鐵磁材料槽(90)的槽口向定子方向或向轉子方向。
文檔編號H02K3/48GK101282050SQ20081011229
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權日2008年5月22日
發(fā)明者卉 郭, 顧國彪 申請人:中國科學院電工研究所