CN103138427B - 用于高温应用的电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高温应用的电动机。所述电动机包括转子和定子，所述定子具有由烤制釉线制成的中空筒状的无铁心定子绕组。此外，设有包围定子绕组的软磁回路。根据本发明，所述定子绕组设置为由在内部径向抵靠所述定子绕组放置的中空筒状的支撑套筒支撑。

Description

用于高温应用的电动机

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分所述的用于高温应用的电动机。这种电动机包括转子和定子，所述定子具有中空筒状的烤制釉线制成的无铁心定子绕组并且具有包围定子绕组的软磁回路。

背景技术

这种必须耐受高温的电动机的可能的应用可见于例如航空航天、车辆和飞行器构造、原材料的提取和处理领域，尤其可见于石油工业对石油和天然气的测试和试钻以及电厂技术中。

在现有技术已知的用于高温应用的电动机中，其定子绕组未缠绕到开槽叠片式磁心上，而是设计为中空筒状的无铁心定子绕组。定子绕组通常由沿周向重叠的几个单独的菱形绕组构成。此处，定子绕组由烤制釉线绕制而成，烤制釉线在固化之后，要注意让定子绕组在尺寸上保持稳定。然而，在高温下，烤制釉变软，这会导致绕组变形。由于开篇提及的电动机的转子通常被设计为内部转子并且被定子绕组直接包围，所以这种变形使得难以保持在内部转子和定子绕组之间的必要的气隙。

开篇提到的类型的电动机可从例如美国6,489,697B1获知。其中，被设计为中空筒状的定子绕组被也是中空筒状的软磁回路包围。定子绕组和准回路形成这样一种单元：在定子绕组和软磁回路之间存在绝缘层。为了防止定子绕组变形，定子绕组和软磁回路均由油路冷却。冷却介质沿轴向流动，经过定子绕组的内周和回路的外周。为了使冷却介质不与电动机的内部转子相接触，在定子绕组和内部转子之间布置陶瓷套筒，该陶瓷套筒既不接触转子，又不接触定子绕组。中空筒状的陶瓷套筒限定了至内部转子的气隙以及在陶瓷套筒和定子绕组之间的中空筒状的冷却流体流道。

从美国6,489,697B1获知的电动机具有相对复杂的设计并且其制造和运转昂贵。由于存在运转中的冷却系统，所以必须定期对电动机进行维护。

从美国2010/0045121A1获知一种用于高温应用的电动机，其定子包括开槽叠片式磁心，定子绕组缠绕到所述开槽叠片式磁心上。通过具有陶瓷结合剂的电绝缘粘合剂将定子绕组的各个绕组彼此胶粘到一起。未示出中空筒状的无铁心定子绕组。缠绕有定子绕组的开槽叠片式磁心对于定子绕组的稳定性起到至关重要的作用。

发明内容

本发明的目的是特别针对定子绕组的稳定性来改进开篇提到的类型的电动机，以使得能够在高达550°C的温度下使用电动机，该电动机应当仍然具有简单的构造并且造价低廉。

该目的是通过独立权利要求1的特征实现的。因此，如果定子绕组由在内部径向抵靠定子绕组放置的中空筒状的支撑套筒支撑，则得到根据本发明的技术方案。

根据本发明的方案防止定子绕组在高温下变形而使得电动机的功能和安全性受损。因此，即使用于将定子绕组的各个绕组烘制到一起并且用来确保已处于低温的定子绕组的尺寸稳定性的烤制釉已经变软并且已经不能再以稳定的方式保持定子绕组的形状，根据本发明提供的支撑套筒也可以甚至在最大工作温度下用来使得保持定子绕组的中空筒状的形状。因此，本发明提供一种甚至能够在高达550°C或者甚至更高的极高的温度下使用的电动机。此处，本发明同时提供如下优点：能够快速、廉价且容易地制造电动机，而且不再需要耗时的维护工作。

包围定子绕组的软磁回路优选确定地抵靠定子绕组而放置，确保向外界良好地散热。优选地，电动机还包括壳体，所述壳体也直接包围软磁回路，使得壳体确定地抵靠回路放置。这也确保了在定子绕组中产生的废热的最佳散热。然而，应当指出的是，额外的壳体不是绝对必需的，例如如果软磁回路已经形成电动机的外壳时。

本发明的有益的实施例是从属权利要求的主题。

在本发明的优选实施例中，支撑套筒在定子绕组的全部长度上延伸。这容许定子绕组的最佳支撑，以使定子绕组甚至在极高的工作温度下也将保持其形状。

在本发明的另一尤其优选的实施例中，支撑套筒由陶瓷材料构成。一方面，陶瓷材料提供因其极稳定从而能够将支撑套筒设计成具有极薄的壁的优点。因此，根据本发明提供的支撑套筒需要极小的安装空间。此外，陶瓷还提供了支撑套筒略微具有绝热效果的优点。通过这点，有利于经由软磁回路和壳体向外界的热传递。同时，防止定子绕组内的部件（例如，设计为内部转子的转子）由于在定子绕组中生成的废热而变热。而且，陶瓷材料为非磁性的和非可磁化的，防止支撑套筒中铁损的形成。而且，能够极迅速且廉价地制造由陶瓷材料制成的支撑套筒。针对上述目的，表明氧化锆作为陶瓷材料尤其有益。

在本发明的另一尤其优选的实施例中，定子绕组额外地涂覆有陶制化合物。陶制化合物将额外的稳定性赋予定子绕组并且防止烤制釉在极高的温度下挥发，即，蒸发或液化。优选地，陶制化合物至少施加到定子绕组的整个外壳上。如果定子绕组的外部以及内部涂覆有陶制化合物，则最佳地防止烤制釉的挥发。

此外，优选的是提供通过陶制化合物固定到支撑套筒的定子绕组。这容许定子绕组和支撑套筒之间的极稳定的粘附，从而能够通过支撑套筒来最佳地确保定子绕组的形状。

另外，陶制化合物优选地为陶瓷结合剂或陶瓷粘合剂。如果采用陶瓷结合剂，则将定子绕组固定到支撑套筒是通过确立连接（positiveconnection）和/或摩擦连接来实现的。在使用陶瓷粘合剂的情况下，固定是通过材料连接来实现的。陶瓷结合剂以及陶瓷粘合剂在最大工作温度甚至在550°C以上的温度下在尺寸上绝对稳定，并且甚至在这些温度下能够防止烤制釉的挥发。基于氧化物陶瓷的陶瓷结合剂或陶瓷粘合剂尤其适用。

在本发明的另一优选实施例中，定子进一步包括绕组支撑件，所述绕组支撑件布置在定子绕组的正面处并且由陶瓷材料构成。因此，定子绕组能够确切地定位并保持在电动机中。优选地，绕组支撑件也由氧化锆制成。

在本发明的另一优选的实施例中，定子绕组为多相设计，优选地为三相设计，其中定子进一步包括用于将各相绕组互连的由陶瓷材料制成的印刷电路板。通过这样，实现用于将各相绕组互连的尤其紧凑和稳定的布置。如果印刷电路板跟随在绕组支撑件后，则尤其易于安装电动机，其中支撑套筒在定子绕组和绕组支撑件的全部长度上延伸并且沿轴向确定地抵靠印刷电路板放置。这也使得定子的布置尤其紧凑和稳定。

在本发明的另一优选的实施例中，电动机的转子被设计成内部转子。通过创造性的陶瓷制成的支撑套筒，能够在极宽的温度范围内绝对稳定地保持由电动机的功能所需的定子和转子之间的气隙。支撑套筒甚至在高温下也不会明显变形并且同时支撑定子绕组。

附图说明

下面将参照附图更加详细地阐述本发明的一个实施例。

图1示出了根据本发明的电动机的纵向截面。

具体实施方式

电动机1被设计为内部转子式电动机并且包括转子2和中空筒状的定子3，定子3相对于转子同轴布置并且包围内部转子2。在图示的截面中未示出内部转子2。未进一步详细地示出转子的确切构造。转子包括在周边上分布的永磁体或多个永磁体段。其内容纳有电动机的全部零件的根据本发明的电动机的壳体在图中由附图标记7表示。壳体7由极简单的中空筒状的套筒构成，优选由钢构成。在壳体7的沿轴向任一端处各设置一个壳体盖8并且壳体盖8沿轴向密封壳体7。两个壳体盖8均包含一个滚珠轴承14，滚珠轴承14各用于可旋转地安装内部转子2的轴9。

根据本发明的电动机1的定子3由无铁心的、中空筒状的定子绕组4和由叠片式磁心构成的软磁外回路5构成。外回路5也具有中空筒状设计并且包围定子绕组4，外回路确定地抵靠定子绕组4放置。中空筒状的定子绕组4由烤制釉线绕制而成。在制造定子绕组时，烤制釉被加热且随后固化，以使其在低温下尺寸稳定地将绕组保持到一起。为了装备用于极高的工作温度的电动机，设置中空筒状的陶瓷支撑套筒6，其相对于定子绕组4同轴地布置在定子绕组4内，定子绕组4以其内周抵靠支撑套筒6的外周而放置。陶瓷支撑套筒6由用钇稳定的氧化锆构成。陶瓷支撑套筒6具有这样的直径：在内部转子2和陶瓷套筒6之间保持用于确保电动机的功能所需的气隙13。由于陶瓷套筒6甚至在最高的工作温度下仍保持绝对的尺寸稳定，所以其在任何时候均确保定子绕组4不会变形而使定子绕组4与内部转子2形成接触。因此，根据本发明所示的电动机适用于高达550℃的工作温度。

另外，定子绕组4整体涂覆有陶制化合物10，陶制化合物10由陶瓷结合剂或陶瓷粘合剂构成。陶瓷陶制化合物既施加到定子绕组4的外周又施加到定子绕组4的内周。陶瓷陶制化合物具有多种功能。一方面，陶瓷陶制化合物提高了定子绕组4的稳定性，尤其在高温下。此外，中空筒状的定子绕组4通过陶瓷陶制化合物固定到中空筒状的支撑套筒6。最后，陶瓷陶制化合物还用来将定子绕组4完全封装，从而甚至在高温下也可防止绕组线的烤制釉挥发，例如蒸发或液化。

各被设计成中空筒状的部件，即定子绕组4、外回路5和壳体，均相对于彼此同轴布置，并且各彼此确定地抵靠着放置。这确保了在定子绕组4中生成的废热能够经由外回路5和壳体7最佳地消散到外界。陶瓷支撑套筒6以及支撑套筒6和内部转子2之间的气隙13用来使转子2的内部存在一定的绝热效果，以使内部转子不经受更多额外的来自定子绕组4的热。

自定子绕组4的右前端，设置有环状设计的绕组支撑件11，由此将定子绕组4保持在电动机的壳体7中。绕组支撑件11轴向跟随在定子绕组4后，而绕组支撑件11的内周不伸入到内部越过定子绕组4的内周。由此，支撑套筒6能够被设计成使其达到定子绕组以及跟随的绕组支撑件11的全部长度。因此，支撑套筒6将定子绕组4和绕组支撑件11相对于内部转子2隔离。绕组支撑件11也由用钇稳定的陶瓷材料即氧化锆构成。在绕组支撑件11的右侧跟随有印刷电路板12，根据本发明的电动机1的电接触器15通向印刷电路板12。由于定子绕组4被设计为具有三相，所以印刷电路板12用于将三相各自互连。从图中可以看出，中空筒状的支撑套筒6以其右前面确定地抵靠印刷电路板12放置。

Claims (11)

1.用于高温应用的电动机(1)，包括转子(2)和定子(3)，所述定子(3)具有烤制釉线制成的中空筒状的无铁心定子绕组(4)并且具有包围所述定子绕组(4)的软磁回路(5)，其中所述定子绕组由在内部径向抵靠所述定子绕组(4)放置的中空筒状的支撑套筒(6)支撑，其特征在于，所述定子绕组(4)是多相设计，其中，所述定子(3)进一步包括由陶瓷材料制成的绕组支撑件(11)以及由陶瓷材料制成的印刷电路板(12)，所述绕组支撑件(11)布置在所述定子绕组(4)的端部处，使得所述绕组支撑件(11)轴向跟随在所述定子绕组(4)后，所述印刷电路板(12)邻近所述绕组支撑件(11)且设置为用于将各相绕组互连，其中，所述支撑套筒(6)在所述定子绕组(4)和所述绕组支撑件(11)的全部长度上延伸并且沿轴向确定地抵靠所述印刷电路板(12)放置。

2.根据权利要求1所述的电动机(1)，其特征在于，所述支撑套筒在所述定子绕组的全部长度上延伸。

3.根据权利要求1所述的电动机(1)，其特征在于，所述支撑套筒由陶瓷材料构成。

4.根据权利要求3所述的电动机(1)，其特征在于，所述支撑套筒由氧化锆构成。

5.根据权利要求1所述的电动机(1)，其特征在于，所述定子绕组另外涂覆有陶制化合物(10)。

6.根据权利要求5所述的电动机(1)，其特征在于，所述定子绕组由所述陶制化合物固定到所述支撑套筒。

7.根据权利要求5或6所述的电动机(1)，其特征在于，所述陶制化合物是陶瓷结合剂或陶瓷粘合剂。

8.根据权利要求7所述的电动机(1)，其特征在于，所述陶制化合物是基于氧化物陶瓷的陶瓷结合剂或陶瓷粘合剂。

9.根据权利要求1至6中的一项所述的电动机(1)，其特征在于，所述绕组支撑件由氧化锆构成。

10.根据权利要求1至6中的一项所述的电动机(1)，其特征在于，所述定子绕组为三相设计。

11.根据权利要求1至6中的一项所述的电动机(1)，其特征在于，所述转子被设计为内部转子。