CN101051768B - 定子组件和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的装置提供了诸如电机或发电机一类的电气装置的一个定子组件。该定子组件包括具有多个定子齿的一个基本上为环形的定子铁心。定子电线缠绕在每一个定子齿的周围，以形成一个定子线圈。将环氧树脂涂敷在该定子线圈上和每一个定子齿周围，使得该定子电线被环氧树脂涂覆和电气上绝缘。至少部分地由该环氧树脂形成一个冷却剂通道很接近该定子线圈，使得该定子组件保持冷却。还提供了制造这种定子组件的相应的方法。
Description
美国政府在该发明中享有已付的许可证、并在有限的情况下要求该专利拥有者根据由NEEL/DOE签订的ECL-3-32060-02条款提供的合理条款给予他人许可证的权利。
技术领域
一般来说，本发明涉及定子组件及其制造方法。
发明背景
诸如定子固定在电机或发电机的壳体内的电机和发电机一类的电气装置是众所周知的。安装在轴上的转子放置在定子内，并围绕着该轴的纵轴线，相对于定子转动。电流通过定子的传递产生磁场，使转子和安装在其上的轴转动。另外，还知道，为了保证电气装置的最优性能，必需将定子保持在预先确定的温度范围内，并使定子没有污染物。
发明概述
本发明的定子组件包括具有多个定子齿的基本上为环形的定子锥心。定子电线卷绕在每一个定子齿圆周，以形成定子线圈。将环氧树脂涂在定子线圈上和每一个定子齿周围，使得该定子电线可由环氧树脂涂覆和电气上绝缘。至少部分地由环氧树脂形成的冷却剂通道很接近该定子线圈设置，使得定子组件保持冷却。
制造本发明的定子组件的优选方法由装配多个定子齿部件，形成定子齿开始。然后，将定子电线缠绕在该定子齿周围，形成该定子线圈，从而形成一个极。将环氧树脂涂在该定子线圈上，使得定子电线被涂覆和电气上绝缘。将多个极装配在一起，形成一个基本上为环形的定子组件。最好将第二层环氧树脂涂在多个极上，保持它们互相连接。
根据本发明的一个方面，环氧树脂便于热从定子线圈，通过该冷却剂通道传递和传出该定子组件外。
根据本发明的另一个方面，环氧树脂可防止将污染物导入所述定子线圈中。
根据本发明的再一个方面，环氧树脂可增加定子铁心的强度。
本发明的上述特点，优点和其他特点与优点从以下结构附图对本发明的优选实施例的详细说明中很容易了解。
附图简要说明
图1为根据本发明的，包括一个定子组件的电动机的示意性横截面图；
图2为图1的定子组件的截面图；
图3a为图1的定子组件的透视图；和
图3b为图3a的定子组件的部件的透视图。
优选实施例说明
在几个图中，相同的符号表示相同或相当的部件。图1表示电机10的示意图。根据优选实施例，所示的电机10是为了说明的目的，然而应当了解，本发明可以用于其他的电机结构和其他电气装置-例如发电机。电机10包括一个壳体12，一个定子组件14，一根轴16和一个转子18。该定子组件14基本上为环形，并且在电机10工作过程中，保持相对于壳体12静止不动。转子18安装在轴16上，并且一般被定子14约束。该转子18和轴16可相对于壳体12和定子14转动。
参见图2可看出，该定子组件14包括具有一个定子外壳22的定子铁心20，从该定子铁心伸出，其间形成槽21的多个定子齿24；和卷绕或缠绕在每一个定子齿24周围，至少部分地充满该槽21和形成定子线圈28的定子电线26。该定子线圈28用环氧树脂30浸渍，使得环氧树脂30涂覆该定子电线26和该定子线圈28的绕组电气上互相绝缘。最好利用由位于First Streer 1450号，Wabash，Indiana 46992的Wabash Magnetics LLC公司销售的66-2251形式的环氧树脂作为环氧树脂30。根据优选实施例，该定子铁心20由软磁性复合材料或SMC构成，以降低成本和简化制造，并且该定子电线26由铜制成。根据另一个实施例，该定子铁心20可以由层叠钢构成。然而，应当了解，可以使用另外的环氧树脂，定子铁心和/或定子电线成分。
再参见图2可看出，每一个定子齿24和缠绕在周围的定子电线26以后称为“极”32。最好，单独缠绕每一个极32，以便在给定体积内，使绕组数目最大，从而使电机10(如图1所示)的性能最优。每一个定子齿24从外壳22沿径向向内伸出，其终端为有法兰的末端部分34。定子齿24在外壳22和末端部分34之间形成一个槽(如图3b所示)。环氧树脂30放置在外壳22和相应的有法兰的末端部分34之间的每一个定子齿24的周边周围，使得包括定子电线26的每一个极32的至少一部分被环氧树脂30密封。按上述方法加入环氧树脂30增加定子组件14的强度，还可以提供附加的阻尼。对于定子铁心20由软磁性复合材料构成的优选实施例，这种定子组件14的强度的增加特别有利。环氧树脂30的阻尼特性可以吸收可使人不愉快的由电机10产生的振动，从而使工作更平稳。
图3a表示根据优选实施例的定子组件14的透视图。该定子组件14由连接在一起的12个预先装配的极32构成。如图3b所示，最好，每一个该极32包括4个部件38a，38b，38c和38d。将该4个部件38a，38b，38c和38d装配在一起，形成一个齿24(如图2所示)。然后，将定子电线26(如图2所示)缠绕在该齿24周围，形成一个定子线圈28(如图2所示)。再利用上述的方法，涂布环氧树脂30，以密封该定子线圈28和保持该部件38a，38b，38c和38d。参见3a～3b可看出，该12个极中的每一个极的定子线圈28(如图2所示)由定子电线26(如图2所示)电气上互相连接，使得电流可在该极32之间传递。根据该优选实施例，利用一个通常的固定装置(没有示出)固定该12个预先装配的极32，并且在该定子外壳22(如图2所示)和每一个齿24的有法兰的末端部分34之间的环氧树脂30涂敷第二层环氧树脂40，以保持形成该定子组件14的该12个极32。
再参见图2可看出，由环氧树脂30和/或环氧树脂40形成多个冷却剂孔或通道42。这些冷却剂孔或通道的位置最好很接近，该定子线圈28。冷却流体(没有示出)流过该冷却剂通道42，以吸收热和冷却电机10(如图1所示)。最好，本发明的冷却剂通道42比在壳体中形成的冷却通道更靠近该定子线圈28。因为定子线圈28为主要的热源，冷却剂通道42靠近它可以更有效地冷却电机10。根据优选实施例，该冷却剂通道42为该12个极32中的每一个极的由环氧树脂覆盖的定子线圈28之间的间隙，使得通道34至少部分地由该环氧树脂30和/或任意的第二层环氧树脂40形成。冷却剂通道34时可以在环氧树脂30和/或环氧树脂40固化过程中加入插入物形成；或者可用任何其他已知的方法-例如通常的机械加工形成。
环氧树脂30具有良好的导热性质，因此可增强该定子线圈28和冷却流体(没有示出)之间的导热性。因此，环氧树脂30的导热可促进热从定子线圈28传递至该定子组件14外，以冷却电机10(如图1所示)的过程。环氧树脂30还可作为电气绝缘体，以防止该定子线圈28的每一个单独的绕组在它们之间和/或与定子铁心20形成电气连接，从而可防止电机10短路。通常需要用清漆涂覆定子电线，以避免短路，然而因为用环氧树脂30浸渍该定子线圈28的过程可涂覆定子电线26，使每一个单独的绕组电气上绝缘，因此不再需要这个步骤。
一般，在运输和装配成电机的过程中必需小心，防止污染定子线圈。这是必需的，因为定子线圈内的或由齿轮(没有示出)引起的碎片可能使电机10的性能和寿命恶化。最好，装配该定子极32，然后以上述的方法，利用环氧树脂30密封该定子线圈28，形成定子组件14。因此，可以不必担心污染地运输和安装完成的定子组件14，使得电机10(如图1所示)比通常的电机更耐用。
下面说明制造本发明的定子组件的方法。同心地缠绕每一个极32(如图3b所示)，以达到最大可能地充满槽。这对于得到高性能是非常重要的。然后，每一个极32利用诸如环氧树脂30一类的，具有高的导热性，高的绝缘特性和具有适当的机械强度的材料密封。在一个夹具(没有示出)中装配几个极32，以形成该定子组件14。利用环氧树脂30密封该定子组件14，形成一个坚固的结构，可以形成进一步的绝缘。在生产中，这个过程是自动化的，使得可在密封前装配该极32，然后，在一个步骤中自动地加密封，以形成非常快的循环生产。孔或通道42包括在密封结构中，以形成非常有效的冷却和非常高功率密度的机械。对于混合应用，由于对密封的严格限制，这是希望的。冷却油(没有示出)可以非常靠近热源通过，这可进行非常有效的冷却。本发明可以应用于钢以及SMC部件。对于SMC部件，这特别重要，因为这可使定子结构具有机械整体性，不然，该定子结构在重负荷的定子应用场合中容易损坏。总的来说，这里所述的本发明提供了一种有效的和封闭的液体冷却系统，该系统可提供阻力损失小和保护绕组的干燥机械。
虽然已详细说明了本发明的优选实施例，但业内人士知道，在所附权利要求书的范围内，可以有实现本发明的各种其他的设计和实施方式。
Claims (17)
1.一种电气装置的定子组件，包括：
一个包括多个定子齿的大约环形的定子铁心；
一根定子电线，所述定子电线缠绕在所述多个定子齿的每一个齿周围，以形成限定一个极的一个定子线圈；其中，
在将所述极组装成定子铁心之前，将第一层环氧树脂涂敷在所述定子线圈上和所述多个定子齿的每一个齿周围，使得所述定子电线由第一层环氧树脂涂覆并从而获得电绝缘，
所述定子组件还包括第二层环氧树脂，所述第二层环氧树脂涂敷在定子外壳和每一个定子齿的有法兰的末端部分之间的第一层环氧树脂上。
2.如权利要求1所述的定子组件，其特征为，还包括一条很接近所述定子线圈的至少一部分配置的冷却剂通道。
3.如权利要求1所述的定子组件，其特征为，所述多个定子齿中的每一个齿包括一个有法兰的末端部分，用于当环氧树脂固化时保持所述定子电线和所述环氧树脂。
4.如权利要求1所述的定子组件，其特征为，所述定子铁心由软磁性复合材料构成。
5.如权利要求2所述的定子组件，其特征为，所述环氧树脂便于将热量从该定子线圈经该冷却剂通道传递，并传至该定子组件外。
6.如权利要求1所述的定子组件，其特征为，所述环氧树脂用来防止污染物进入所述定子线圈中。
7.如权利要求1所述的定子组件，其特征为，所述环氧树脂用来增加该定子铁心的强度。
8.一种电气装置的定子组件，包括：
一个包括多个定子齿的大约环形的定子铁心；
一根定子电线，所述定子电线缠绕在所述多个定子齿中的每一个齿周围以形成限定一个极的一个定子线圈；其中，
在将所述极组装成定子铁心之前，将第一层环氧树脂涂敷在所述定子线圈上和所述多个定子齿的每一个齿周围，使得所述定子电线由第一层环氧树脂涂敷，从而获得电绝缘；和
一条冷却剂通道，至少部分地由所述第一层环氧树脂限定，所述冷却剂通道被配置得很接近所述定子线圈的至少一部分，
所述定子组件还包括第二层环氧树脂，所述第二层环氧树脂涂敷在定子外壳和每一个定子齿的有法兰的末端部分之间的第一层环氧树脂上。
9.如权利要求8所述的定子组件，其特征为，所述多个定子齿中的每一个齿包括一个有法兰的末端部分，用于在环氧树脂固化时保持所述定子电线和所述环氧树脂。
10.如权利要求8所述的定子组件，其特征为，所述定子铁心由软磁性复合材料构成。
11.如权利要求8所述的定子组件，其特征为，所述环氧树脂便于将热量从该定子线圈经该冷却剂通道传递，并传递至该定子组件外。
12.如权利要求8所述的定子组件，其特征为，所述环氧树脂用来防止污染物进入所述定子线圈中。
13.如权利要求8所述的定子组件，其特征为，所述环氧树脂用来增加该定子铁心的强度。
14.一种制造定子组件的方法，包括：
形成一个定子齿；
将定子电线缠绕在所述定子齿的周围，以形成一个定子线圈，将所述定子线圈配置在形成一个极的所述定子齿周围；
将环氧树脂涂敷在所述定子线圈上，使得所述定子电线由环氧树脂涂敷并获得绝缘；和
装配多个极，以形成一个大约环形的定子组件。
15.如权利要求14所述的方法，其特征为，所述形成一个定子齿的步骤包括装配多个定子齿部件，以形成所述的定子齿。
16.如权利要求14所述的方法，其特征为，还包括形成一条至少部分地由所述环氧树脂限定的冷却剂通道。
17.如权利要求16所述的方法，其特征为，还包括将第二层环氧树脂涂覆在所述多个极上，以保持其固定。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
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Granted publication date: 20110119 Termination date: 20140227 |