專利名稱：氣冷式電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種氣冷式電機(jī)，包括置于定子鐵心線槽內(nèi)的定子繞組，所述定子繞組主要各由兩個在一個線槽中上下布置的、由彼此絕緣的分段導(dǎo)體構(gòu)成的定子繞組線包組成，所述線包在定子鐵心外的繞組端部通過圈環(huán)以電氣和機(jī)械方式相互連接，構(gòu)成一個繞組，還有一個用于產(chǎn)生流經(jīng)電機(jī)的冷卻氣流的風(fēng)扇，其中該冷卻氣流的一股支流穿過繞組線包主絕緣體內(nèi)部設(shè)置的冷卻通道流動。
本發(fā)明是基于一個現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的，例如見歐洲專利說明書EP-0392243B1。
在帶有間接冷卻的定子繞組的電機(jī)中，繞組端部的端托架是由風(fēng)扇供應(yīng)的冷卻氣流的一股支流冷卻的。在以極限功率運行的電機(jī)中，端托架過度受熱會導(dǎo)致危險。如果僅針對嵌在繞組線槽中的繞組分段進(jìn)行冷卻，則自由放置的繞組分段將不僅通過流經(jīng)的電流加熱，而且還通過繞組端部空腔的磁場而加熱。
在帶有直接冷卻的定子繞組的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，繞組由實心和空心分段導(dǎo)體構(gòu)成，在某些類型的電機(jī)中甚至僅由空心導(dǎo)體構(gòu)成。在定子線包的整個空心導(dǎo)體的長度上流過的冷卻介質(zhì)在繞組端部的線包中也產(chǎn)生足夠的冷卻。冷卻氣體通常從電機(jī)的一側(cè)進(jìn)入，從另一側(cè)流出。
在氣體冷卻的電機(jī)和單側(cè)供氣的場合，其冷卻作用特別是對于具有較大長度的電機(jī)已不再夠用。為提高冷卻作用，歐洲專利說明書EP-0392243B1建議為實心分段導(dǎo)體構(gòu)成的繞組線包設(shè)置單側(cè)金屬冷卻管/冷卻通道，或者在兩個分段導(dǎo)體繞組之間設(shè)置金屬冷卻管/冷卻通道。它們彼此并相對于分段導(dǎo)體絕緣，并位于主絕緣體之中。冷卻介質(zhì)的供應(yīng)是從電機(jī)的兩側(cè)和中間進(jìn)入的。其中，電機(jī)中間的供給是通過定子鐵心中的徑向通道和主絕緣體上的開口實現(xiàn)的。被加熱的冷卻氣體通過在定子鐵心端部區(qū)域的主絕緣體上的開口穿過定子鐵心上的徑向通道離開冷卻通道。
帶附加通道的定子繞組線包設(shè)備和在線包中引入這樣的通道減小了線槽的填充因數(shù)。用作流入和流出冷卻氣體的成型件使線包的制造費用增加，它們構(gòu)成了嵌入主絕緣體中的大部分。
歐洲專利說明書EP-0519091B1公開了一種氣冷式電機(jī)，其中僅對用作電氣和機(jī)械連接的金屬圈環(huán)自身進(jìn)行冷卻。其中設(shè)置了帶有罩的圈環(huán)，除了一個或者多個大致沿軸向延伸的通道，該罩實際上將圈環(huán)完全包圍。這些通道朝向定子鐵心的一端開口。一個徑向延伸的隔板把繞組端部空腔和電機(jī)風(fēng)扇的吸入空腔分開。一個蓋在其隔板側(cè)的端部具有一個開口，并與所述通道自由連通。從這一開口向風(fēng)扇的吸入空腔直接引一軟管。由于在吸入空腔和繞組端部空腔之間的壓差，一部分由風(fēng)扇供給的冷卻介質(zhì)通過所述通道流過，冷卻圈環(huán)，并少量冷卻最外部的線包。此方案的缺點是，為冷卻圈環(huán)，需調(diào)用已經(jīng)在環(huán)流繞組端部的端托架中被加熱的冷卻氣體，亦即冷卻作用有限。新鮮氣體冷卻僅在繞組端部空腔安裝特別的引導(dǎo)裝置時才能實現(xiàn)。
本發(fā)明的任務(wù)是制造一種上述類型的電機(jī)，以簡單的方式對其繞組端部空腔中的定子繞組線包進(jìn)行充分的冷卻。
本發(fā)明對該任務(wù)的解決方案是，所述定子繞組線包僅在繞組端部設(shè)置冷卻通道，其中給每個線包至少分配一對布置在其寬側(cè)的冷卻通道，即第一冷卻通道和第二冷卻通道，這些冷卻通道在定子鐵心的工作部分之前是分開設(shè)置的，只是到達(dá)定子鐵心的工作部分才相互匯合，其中第一冷卻通道通過絕緣管或者絕緣軟管與一個空腔相通，所述空腔是通過一個隔板從繞組端部空腔分出來的，并且第二冷卻通道在圈環(huán)處與所述繞組端部空腔相互連通。
本發(fā)明所述方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在線包端部設(shè)置金屬連接件，所述連接件被一個絕緣罩包圍，其中第一冷卻通道通過位于絕緣罩端面的出流口匯入繞組端部空腔，而第二冷卻通道匯入一個或者多個絕緣管或者絕緣軟管。絕緣罩的端面與連接件隔開，并且以這種方式構(gòu)成的空腔通過軸向延伸的隔板又被分為3個空腔，其中徑向內(nèi)圈的空腔和在徑向外圈的空腔設(shè)置有貫通孔，使得這兩個空腔與繞組端部空腔自由連通，而中間空腔則與第二冷卻通道自由連通。所述連接件上設(shè)置側(cè)向貫通孔，它們構(gòu)成第一和第二冷卻通道的延續(xù)，并且其中一個貫通孔通過位于絕緣罩端面的出流口與繞組端部空腔自由連通，而另一個貫通孔通過絕緣管或者絕緣軟管與所述空腔相通。
本發(fā)明在廣義上可認(rèn)為是歐洲專利說明書EP-0392243B1和歐洲專利說明書EP-0519091B1所述冷卻裝置的結(jié)合，但是去掉了該公知方案中的缺點。它特別基于下述思想，即工作部分的冷卻以傳統(tǒng)的方法，也就是說以間接冷卻方式實現(xiàn)，而對繞組端部線包的端面部分和圈環(huán)則采用直接冷卻方式。這樣在工作部分線槽填充因數(shù)不至降低。在繞組端部通過直接冷卻線包簡化了冷卻氣體的供給。在設(shè)計支承和隔離端托架所需的支承和隔離件時，可無需考慮冷卻氣流的情況。
下面根據(jù)附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實施例及其所實現(xiàn)的優(yōu)點。
附圖中示意性地表示出本發(fā)明的實施例，其中

圖1表示一個氣冷式電機(jī)的定子繞組端部展開圖的一部分；圖2表示根據(jù)圖1沿圈環(huán)前不遠(yuǎn)處的AA線穿過下和上線包的剖視圖；圖3表示根據(jù)圖1沿從工作部分出來不遠(yuǎn)處的線BB處的一個下線包的剖視圖；圖4表示根據(jù)圖1沿線CC穿過圈環(huán)的剖視圖；圖5表示根據(jù)圖1沿在圈環(huán)外部的線DD穿過圈環(huán)的絕緣罩的剖視圖；圖6表示根據(jù)圖5沿線EE穿過圈環(huán)的縱截面；圖7表示穿過一個圈環(huán)的另外可選的實施形式的縱向剖視圖；圖8表示根據(jù)圖7沿線FF穿過圈環(huán)的縱向剖視圖；圖9表示根據(jù)圖8沿線GG穿過在壓力空腔和圈環(huán)之間的連接件的剖視圖。
圖1表示一個氣冷式電機(jī)定子端部一個示意性展開圖的極為簡化的局部。在定子鐵心2中的每一個定子線槽1中各放置一個下線包3和一個上線包4。為明顯起見在圖1中只畫出兩個下線包和兩個上線包。通常從不同線槽1來的每一下線包3和上線包4借助于電絕緣的圈環(huán)5彼此電氣和機(jī)械連接，并以這種方式集合成一個繞組。所有從定子鐵心2伸出的下線包和上線包的全體連同圈環(huán)5構(gòu)成定子繞組端部。下和上線包由許多彼此電絕緣的分段導(dǎo)體6組成，分段導(dǎo)體6分布在兩個并排的由一個總的主絕緣體7包圍的分段導(dǎo)體組上。主絕緣體7延伸到圈環(huán)5(參見圖2和圖3)。到此為止是公知電機(jī)的結(jié)構(gòu)。
為冷卻定子繞組端部，本發(fā)明現(xiàn)在在每一個線包3、4的寬側(cè)設(shè)置一對冷卻通道，即一個第一冷卻通道8和一個第二冷卻通道9，它們位于主絕緣體7之內(nèi)。這里優(yōu)選在每一線包的寬側(cè)配置這樣的冷卻通道。如圖2所示，它們可以作為閉合通道采用雙管10的構(gòu)造(圖2的左半部)。但是也可以采用朝向分段導(dǎo)體6開口的E形側(cè)面11組成，這時，一個分段導(dǎo)體線束構(gòu)成內(nèi)通道壁。
冷卻通道8、9在線包3、4進(jìn)入工作部分(定子鐵心2)前不遠(yuǎn)處結(jié)束，并在那里彼此連通，這一點是通過取消分開兩個通道的隔板12或者13實現(xiàn)的。連通空腔在圖3中用14或者15表示。與此相反，線包3、4的圈環(huán)側(cè)端部在第一冷卻通道8和第二冷卻通道9之間不設(shè)置這種連通。
在圖4、5和6中通過兩個剖視圖和一個縱截面明顯地示出絕緣圈環(huán)5的構(gòu)造。該圈環(huán)包括一個容納兩個分段導(dǎo)體線束的H形金屬連接件16。這里分段導(dǎo)體6使用兩個鐵心對17、18或者19、20通過焊接方式實現(xiàn)電氣和機(jī)械連接。連接件16由一個絕緣罩21所包圍，其軸向端面22從連接件16軸向隔開。這樣得到的空腔通過兩個隔板23、24又分成三個空腔25、26和27。隔板23、24處在隔板13的(軸向)延伸方向。上空腔25和下空腔27每一個都具有一個或者多個出流口28或者29。以這種方式，冷卻通道8與端部空腔30自由連通。
在中空腔26中匯入4個冷卻通道9。一個軸向延伸的絕緣管31越過繞組端部腔30連接空腔26和一個壓力空腔32，例如電機(jī)風(fēng)扇(未示出)的流出腔，其與繞組端部空腔30用一個徑向隔板33分開。這里絕緣管31例如通過粘接固定在隔板33上。與此相反，在空腔26中，絕緣管31適當(dāng)向里伸入，但不與絕緣罩21的端面22固定連接。以這種方式使因操作條件產(chǎn)生的在軸向和在圈環(huán)5和隔板之間在徑向限制范圍內(nèi)的相對運動成為可能，其中要考慮的是，絕緣管31的長度在一個現(xiàn)實的實施例中比圖中表示的要長。這里也可以使用軟絕緣管代替絕緣管31，像在水冷定子繞組中使用的那樣。另外同樣可以考慮在絕緣管31和絕緣罩21之間的固定連接，不過這時絕緣管31只能穿過隔板33，以便使上述相對運動可能實現(xiàn)。
由于在流出腔32和繞組端部空腔30之間的氣壓差，從電機(jī)風(fēng)扇輸送來的冷卻氣體的部份氣流(在圖6中用箭頭表示)流過空腔26中的管31，然后穿過在分段導(dǎo)體上的冷卻通道9，直到在工作部分2前附近的連通空腔14、15，然后穿過冷卻通道8返回圈環(huán)5并通過出流口28或者29離開圈環(huán)，最后到達(dá)繞組端部空腔30(吸入冷卻)。
當(dāng)如EP-0519091B1所述，電機(jī)風(fēng)扇的流出腔是繞組端部空腔時，氣流也可以反向流動(壓入冷卻)。在這種配置中冷卻氣體與圖6中表示的箭頭方向相反，以相反的順序從繞組端部空腔30流向電機(jī)風(fēng)扇的流出腔32。
本發(fā)明另一可供選擇的實施例在圖7、8和9中表示。其與前述實施例的不同之處僅在于圈環(huán)的實現(xiàn)方式。該實施例包括一個帶加厚支腳17′、18′、19′、20′的H形連接件16′。其中在示例中總共設(shè)置有8個側(cè)向、軸向貫通孔8′、9′，其大體上與冷卻通道8或9同心。絕緣罩21的端面22鄰近連接件16′的軸向端面。絕緣管31插入貫通孔9′的擴(kuò)展部分，但并不與其固接。它穿過隔板33并在其中例如粘接。這里也可以使用絕緣軟管來代替絕緣管。
標(biāo)號一覽表1 2中的線槽2 定子3 下線包4 上線包5 圈環(huán)6 分段導(dǎo)體7 主絕緣體8、9 冷卻通道10雙管11E形側(cè)面12、13在10或者11中的隔板14、15連接空腔16、16′ H形連接件17-20、17′-20′ 16和16′的支腳21絕緣罩2221的端面
23、2421中的隔板25、26、2721中的空腔28、2922上的出流口30繞組端部空腔31絕緣管或者絕軟管32電機(jī)風(fēng)扇的流出腔3330和32之間的隔板
權(quán)利要求
1.氣冷式電機(jī)，包括置于定子鐵心(2)線槽(1)內(nèi)的定子繞組，所述定子繞組主要各由兩個在一個線槽中上下布置的、由彼此絕緣的分段導(dǎo)體(6)構(gòu)成的定子繞組線包(3、4)組成，所述線包在定子鐵心外的繞組端部通過圈環(huán)(5)以電氣和機(jī)械方式相互連接，構(gòu)成一個繞組，還有一個用于產(chǎn)生流經(jīng)電機(jī)的冷卻氣流的風(fēng)扇，其中該冷卻氣流的一股支流穿過繞組線包主絕緣體(7)內(nèi)部設(shè)置的冷卻通道(8、9)流動，其特征在于，所述定子繞組線包(3、4)僅在繞組端部設(shè)置冷卻通道(8、9)，其中給每個線包至少分配一對布置在其寬側(cè)的冷卻通道，即第一冷卻通道(8)和第二冷卻通道(9)，這些冷卻通道在定子鐵心(2)的工作部分之前是分開設(shè)置的，只是到達(dá)定子鐵心的工作部分才相互匯合，其中第一冷卻通道(8)通過絕緣管(31)或者絕緣軟管與一個空腔(32)相通，所述空腔是通過一個隔板(33)從繞組端部空腔(30)分出來的，并且第二冷卻通道(9)在圈環(huán)(5)處與所述繞組端部空腔(30)相互連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，在線包端部設(shè)置金屬連接件(16、16′)，所述連接件被一個絕緣罩(21)包圍，其中第一冷卻通道(8)通過位于絕緣罩(21)端面(22)的出流口(28、29)匯入繞組端部空腔(30)，而第二冷卻通道(9)匯入一個或者多個絕緣管(31)或者絕緣軟管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)，其特征在于，所述絕緣罩(21)的端面(22)與連接件(16)隔開，并且以這種方式構(gòu)成的空腔通過軸向延伸的隔板(23、24)又被分為3個空腔(25、26、27)，其中徑向內(nèi)圈的空腔(27)和在徑向外圈的空腔(25)設(shè)置有貫通孔(28、29)，使得這兩個空腔與繞組端部空腔(30)自由連通，而中間空腔(26)則與第二冷卻通道(9)自由連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)，其特征在于，所述連接件上設(shè)置側(cè)向貫通孔(8′、9′)，它們構(gòu)成第一和第二冷卻通道(8、9)的延續(xù)，并且其中一個貫通孔(8′)通過位于絕緣罩(21)端面(22)的出流口(28、29)與繞組端部空腔(30)自由連通，而另一個貫通孔(9′)通過絕緣管(31)或者絕緣軟管與所述空腔(32)相通。
全文摘要
一種氣冷式電機(jī),其定子繞組線包(3、4)僅在繞組端部設(shè)置冷卻通道(8、9),其中給每個線包至少分配一對布置在其寬側(cè)的冷卻通道,即第一冷卻通道(8)和第二冷卻通道(9),這些冷卻通道在定子鐵心(2)的工作部分之前是分開設(shè)置的,只是到達(dá)定子鐵心的工作部分才相互匯合,第一冷卻通道通過絕緣管(31)或者絕緣軟管與一個空腔(32)相通,所述空腔是通過一個隔板(33)從繞組端部空腔(30)分出來的,并且第二冷卻通道在圈環(huán)(5)處與所述繞組端部空腔相互連通。
文檔編號H02K9/04GK1171647SQ97111210
公開日1998年1月28日 申請日期1997年5月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月2日
發(fā)明者C·赫希, W·赫特, J·馮胡弗斯多夫 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司