CN103326483A - 一种用于电机的定子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于旋转电机的定子，该定子包括外壳和位于该外壳内部的定子叠片的叠片组，所述叠片组的叠片的副组件具有延伸部，延伸部具有通道，用于通过冷却流体，每个延伸部中具有多个鳍，通道由在所述鳍之间形成的径向内部边缘限定，在所述鳍之间形成流动通道，所述副组件设置为使得沿叠片组流动的流体连续通过通道内的通过部和通过在所述通道之间延伸的宽区域的通过部，所述叠片组叠片设置为使得对于至少一个延伸部，冷却流体的流在该延伸部内可以采取的流截面se大于由延伸部和外壳之间径向延伸的空间所限定的流截面sI，其中至少两个在其之间形成通道之一的鳍通过外围连接部连接在一起，所述外围连接部为以定子的纵轴线为中心的圆弧。

Description

一种用于电机的定子
本申请是申请日为2009年2月16日、申请号为200980100255.2、发明名称为“一种用于电机的定子”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种电机，更具体地，涉及一种新颖的定子结构，用于改善冷却。
背景技术
美国专利No.5331238公开了一种定子，该定子在其外围有突起，从而在这些突起之间形成通道，使得冷却流体可以流过。
美国专利No.4912350描述了一种定子，该定子包括叠片，叠片上设置有开口，使得冷却气体流可以通过。两个相邻的叠片彼此偏移一个角度。
美国专利No.2818515描述了一种定子，该定子具有叠片的副组件，形成供气体通过的通道，这些副组件彼此偏移一个角度。在叠片与定子外壳之间形成的空间中，大的气体流可以流出所述通道。
国际专利申请WO2005/022718A1公开了一种定子，该定子设置有冷却鳍。
发明内容
一方面，本发明通过提出一种用于电机的定子，寻求进一步改进旋转电机，所述定子包括外壳和置于外壳内部的定子叠片叠片组，该叠片组的叠片的副组件具有延伸部分，该延伸部分设置有流通道，供冷却流体从中通过，所述副组件设置为使得沿着该叠片组流动的流体连续经过通道内的多个通过部和在所述通道之间延伸的宽区域的通过部。
另一方面，本发明涉及一种用于旋转电机的定子，该定子包括外壳和位于该外壳内部的定子叠片的叠片组，所述叠片组的叠片的副组件具有延伸部，延伸部具有通道，用于通过冷却流体，每个延伸部中具有多个鳍，通道由在所述鳍之间形成的径向内部边缘限定，在所述鳍之间形成流动通道，所述副组件设置为使得沿叠片组流动的流体连续通过通道内的通过部和通过在所述通道之间延伸的宽区域的通过部，所述叠片组叠片设置为使得对于至少一个延伸部，冷却流体的流在该延伸部内可以采取的流截面se大于由延伸部和外壳之间径向延伸的空间所限定的流截面sI，其中至少两个在其之间形成通道之一的鳍通过外围连接部连接在一起，所述外围连接部为以定子的纵轴线为中心的圆弧。
至少对于副组件的一个延伸部来说，优选对于大部分延伸部，甚至全部延伸部来说，该延伸部内的冷却流体可以采取的流截面大于在该延伸部与外壳之间径向延伸的空间所限定的流截面。
所述叠片的层叠排列为使得大部分冷却流体在通道内和在所述宽区域内通过。换句话说，最多只有一小部分冷却流体通过在所述延伸部与外壳之间径向延伸的间隙，如40%以下，优选30%以下，20%，10%，5%。所述间隙例如限定为1mm-2mm的净空，用于容纳在叠片的叠片组上形成的焊点的厚度。
每个延伸部可以具有多个鳍，在所述鳍之间形成所述通道。其中的至少两个可以通过外围连接件连接到一起。
通过本发明，机器的冷却得以改善，而定子的制造不至于变得很复杂。
通过本发明，可以强制冷却流体流过所述通道，并经历所述通道与宽区域之间的过渡，从而改善散热。
总体上，可以强制一半以上的冷却流体在两个连贯的副组件的通道内流动，优选60%以上，甚至80%以上，90%，95%，或99%。
比例:
Figure BDA00003160988800021
的范围可以是0.025–25，优选为0.1–5。例如，l/d≥0.5。
在本发明的实施例中，至少一个延伸部的长度，优选多个延伸部，甚至全部延伸部的长度沿电机旋转轴的方向测量时，可以大于所述延伸部相对于所述宽区域突出的距离。使延伸部的相对高度较小可以避免过度影响叠片叠片组的磁均匀性。
所述宽区域可以对其中容纳有所述叠片叠片组的电机外壳开放。
所述副组件的延伸部可以按照常规的交错结构设置。
如上所述，所述叠片叠片组可包括多个鳍，这些鳍可以径向延伸，从而在鳍之间形成通道。在每个延伸部中，所述多个鳍可包括至少两个鳍，特别是5-50个鳍。
鳍的效率（有效的热交换面积与视在面积之比）优选大于等于50%。
至少部分在其间形成通道的鳍可以通过外围连接部连接，这些连接部优选与所述鳍形成整体。通道的宽度可以大于鳍的厚度，并大于外围连接部的厚度。鳍与外围连接部的厚度可以基本相同。外围连接部可以是弧形。外围连接部可以与外壳接触，特别是与外壳的环形圆柱表面接触。外围连接部的存在进一步改善冷却。
比例:
可以大于等于2，优选大于等于3。
叠片组的叠片可以相同，从而简化制造和组装。
每个副组件可以具有多个延伸部，特别地，可以具有4个延伸部。这些延伸部可以彼此成90°布置。
每个延伸部可包括一个槽，用于通过一个栓，以便将所述叠片组的叠片保持在一起。该栓可以焊接到所述叠片组的叠片上。所述槽可以至少容纳一个鳍。上述栓可位于所述鳍的一个侧面。
在通道的每一侧面，每个延伸部可包括自由鳍，特别是至少两个自由鳍，例如3个自由鳍，从而增加换热面积。
所述自由鳍的高度可以随着远离通道而降低，以避免增加从中切割出定子叠片的磁片带的宽度。
每个延伸部可以绕电机旋转轴延伸30°-60°角度。
外壳与定子之间的冷却流体的流可采取的流截面可以大于或等于没有延伸部的情况下截面的60%，即，外壳和叠片的叠片组之间没有延伸部，但有所述栓的情况下的环形空间。这样，冷却流体的流速仍然较高，从而可以冷却其上设置的绕组。
副组件沿电机旋转轴的长度可以是通道的水力直径的1-20倍，优选5-10倍。
所述通道可以通过从叠片切出来形成。
冷却流体可以是空气。
宽区域沿电机旋转轴的尺寸可以基本等于相邻副组件的通道的尺寸。
每个宽区域可以至少部分地由所述叠片的环形圆柱表面限定，如由围绕电机旋转轴大于或等于30°或60°的角范围的所述环形圆柱表面限定。
每个副组件可包括至少两个叠置的叠片。
副组件的个数可以是2-1000。
在本发明的一个实施例中，叠片叠片组的副组件具有由距离定子轴线不同远近的径向内部边缘限定的通道，位于成角度与定子齿对应的位置的边缘距离轴线比位于与槽对应的边缘近。
由距离轴较远的径向内部边缘限定的通道可以径向对外壳开放，而由距离轴较近的径向内部边缘限定的通道可以由叠片的部分径向封闭，特别是由互相连接鳍的外围连接部封闭。优选地，延伸部的两个连贯通道中，冷却流体可采取的流截面基本相等。
当叠片的叠片组的副组件交错布置时，叠片的叠片组可包括与距离轴线径向较近的通道边缘连续而延伸的槽。
独立于以上描述或结合以上描述，本发明还提供一种用于旋转电机的定子叠片组，该叠片组包括磁轭，在该磁轭的径向内表面上形成有齿和槽，在磁轭的径向外表面上形成有冷却通道，特别是在鳍之间形成的通道，部分通道的位置与所述齿对应，其它通道的位置与槽对应，与齿位置对应的通道呈现比与槽位置对应的通道距离叠片组的中心更近的径向内部边缘，与齿位置对应的通道优选在外部被叠片的部分封闭，即被优选将相邻鳍互相连接的外围连接部封闭，与槽位置对应的通道优选径向向外开放，两个连贯通道的截面优选基本相同，外围连接部的径向尺寸例如基本与连贯的通道的径向内部边缘的半径之间的差异相同，叠片优选在其具有通道的区域之外包括槽，这些槽的深度为使得其底部距离叠片的中心和与齿位置对应的通道的径向内部边缘基本相同，至少两个连贯的槽之间的角间隔优选等于与定子的齿位置对应的两个连贯的通道之间存在的角间隔，外围连接部的个数和所述槽的个数例如等于16。
附图说明
通过阅读下面结合附图给出的非限制性描述，可以更好地理解本发明，其中:
图1是定子叠片的前视图；
图2是电机定子叠片的叠片组的示意性立体图；
图3是示出定子叠片的组装和加装绕组之后的示意图；
图4是一座完整定子的示意性透视图；
图5是另一实施例中的定子叠片的局部图；以及
图6示出图5的细部。
具体实施方式
图4所示的定子1包括由磁叠片20（如图1所示的叠片）构成的定子叠片的叠片组10。这些叠片20通过由图3中所示的栓30沿电机旋转轴X施加压力来组装，这些栓如下所述焊接到所述叠片20。
定子1包括绕制在面向定子内部开放的槽21中的绕组40，这些槽的个数取决于电机的极数。
每个槽21可以在两个齿22之间形成，这些齿可选地在其径向内端分别包括极靴。
在所示的示例中，定子具有分布式绕组，但是在未示出的其它示例中，可以具有集中式绕组，如在每个齿上只有一个线圈。
在所示的示例中，叠片20相同，每个叠片通过从磁片上切割出来而形成。
所有叠片20可以分别切割，然后组装在一起。在另一方案中，可以通过将磁片带围绕电机旋转轴绕制来形成定子，如美国专利No.7103964所述。
叠片组10容纳在外壳50中，外壳50可包括紧固装置52，用于紧固到安装部，如具有用于容纳锚栓的孔的基座。
外壳50可包括管形主体，在其端部设置有法兰53，用于安装支撑以旋转方式容纳电机转子（未示出）轴的滚珠轴承的端盘。
图2中可以看出，叠片组10包含多个副组件60，每个副组件包括多个叠置的叠片20，如2-2000个叠片。
在所描述的示例中，叠片组包括四个副组件60，每个副组件平行于电机旋转轴方向的尺寸为l，该值对每个副组件是一样的。例如，长度l为1-1500mm。
在所描述的示例中，每个叠片20具有四个径向延伸部24，每个延伸部绕轴X延伸一个角度　，如30°-60°，如大约45°。
每个延伸部24从叠片20的环形外围24径向向外延伸小于l的距离d,其中距离d例如为1mm-50mm。
通道26在每个延伸部24内的径向向外延伸的鳍27之间形成，鳍27在其径向外端被外围连接部28连接，在所描述的示例中，外围连接部28是以轴X为中心的圆弧。所有这些连接部28与外壳的内表面接触，或者由于存在焊点，与外壳内表面之间有小的净空，如小于或等于2mm的净空j。
图1中所示延伸部24内部可以用来通过空气的截面se大于在图1中用阴影表示的外壳50的内表面与延伸部24之间径向延伸的空间I所限定的截面sI。例如，sI≤0.4se，优选sI≤0.3se，或sI≤0.2se，sI≤0.01se，sI≤0.005se，或sI≤0.001se。
鳍27和外围连接部28可以通过从单个磁片与叠片20的其它部分一起切割出来而形成。
例如，通道26的个数可以是每个延伸部2-50。
鳍27的至少部分地限定通道26的径向尺寸s为例如9mm-48mm。
至少部分限定通道26的两个相邻鳍27之间的角间隔i例如可以是1°-45°。
在所描述的示例中，每个延伸部24具有两个油外围连接部28连接的连贯的鳍25组成的组70，这些组70被槽71分隔开，槽71被距离两个组70基本相同的鳍72分为两个。
槽71用于通过栓31，以便将叠片20紧固在一起。
在所描述的示例中，在组70之外，每个延伸部24还包括自由鳍75，自由鳍75的高度随着远离组70而逐步降低。
在所描述的示例中，这些鳍75的个数是每个组70有3个，其高度例如从略小于鳍27的高度逐步减小到基本等于其27高度的一半。
鳍75与27之间或2772之间的间隔可以例如基本恒定，等于i。
在给定的副组件60中，叠片20彼此严格叠置。
两个连贯的副组件60间偏移一个角度，如旋转角度的八分之一，使一个副组件60的通道26向副组件60的通道20之外在冷却流体流动方向上紧随其后的宽区域100开放。
所述流在通道26内部和在通道26内部的交替显著改善了冷却。定子1可以在其整个外围和整个长度上设置有鳍，但是鳍是中断的，从而改善对流效果。此外，副组件60的交错布置与延伸部的较低的高度结合，保证定子整体磁特征的相对均匀性。
选择鳍27的高度和厚度以获得冷却流体的流截面与鳍的效率之间的最好折中。
总体而言，鳍越薄，其效率越小，因为其热容量有限，但是潜在的冷却流体流速却越快，其中通过通道26的流体也起着冷却悬挂的绕组的作用。
优选地，鳍的效率选择为大于50%，其厚度选择为为冷却流体提供流截面，该流截面不小于没有延伸部的情况下可以获得的流截面的60%。
通道的水力直径可以设定为流截面除以润周所得结果的四倍，该水力直径可用于确定交错构造中排列的最佳组数，最佳组数又可以是压头损失与热效率之间的这种。
优选地，每个副组件60足够短，以显著增加平均热交换效率，但是副组件优选不要太多，使得压头损失仍可接受，并且不会过分降低流速。每个副组件的长度优选为通道26的水力直径的1-20倍，优选5-10倍。
图5和6示出本发明另一实施例中的定子叠片20。该叠片可代替上述的叠片。
该示例中，叠片具有多个延伸部24，如四个，基本上在四个角上。每个延伸部24突出超过叠片的平均磁直径。
每个延伸部24包括一系列的鳍27，这些鳍27被外围连接部28连接成对，其中这些连接部与鳍之间形成的空的空间交替。
通道26呈现出径向内部边缘115和116，这些径向内部边缘距离叠片20中心的距离不全一样。
在所描述的示例中，在外部被外围连接部28封闭的通道26的边缘115距离所述中心比在外部径向开放通道26的边缘116近，因为有空间110替代连接部28。较近的边缘115与定子的齿22角度对应，而边缘116与槽21角度对应，他们使得叠片的宽度更大。该结构使得在两个连贯的通道内可以获得相同的气流截面，同时增加与每个槽对应的磁轭的宽度，，并减少叠片组内部的热不平衡，该热不平衡会对覆盖叠片的绝缘材料的寿命造成伤害。
叠片20还具有位于两个连贯的延伸部之间的槽130。
给定副组件的交错结构，则在每个副组件中，叠片20严格叠置，并且与相邻副组件中的叠片彼此偏移。一个副组件的槽130的底部于是与相邻副组件的边缘115齐平，从而避免在对应通道的出口处形成任何台阶，减少压头损失。
当然，本发明不限于以上描述的实施例。
具体地，延伸部24的形状和通道26的形状可以改变，通道不一定要在鳍之间形成。
冷却流体可以从电机的一端到另一端，也可以沿其它路线，如从中间区域开始，流向端部区域。
冷却流体的流可以借助于一个或多个风扇来加强。
通道不一定要与每个叠片形成整体，而是可以通过例如将一个或多个外壳配合到定子叠片组上来形成，其中叠片组和/或外壳包括鳍。
叠片组可以通过多种方式固定在外壳内，如，不用任何栓和/或利用叠片组与外壳之间的焊接。
电机可以包括前法兰和后法兰，其通过端部的穿过延伸部中的通道或通过外壳与定子叠片组之间的空的空间的螺线管彼此连接。
术语“包括一个”应当理解为与“包括至少一个”同义，除非另有说明。

Claims (3)

1.一种用于旋转电机的定子，该定子包括外壳和位于该外壳内部的定子叠片的叠片组，所述叠片组的叠片的副组件具有延伸部，该延伸部具有通道，用于通过冷却流体，每个延伸部中具有多个鳍，所述通道由在所述鳍之间形成的径向内部边缘限定，用于通过冷却流体，每个延伸部包括多个鳍，在所述鳍之间形成流动通道，
所述副组件设置为使得沿叠片组流动的流体连续通过通道内的通过部和通过在所述通道之间延伸的宽区域的通过部，所述叠片组叠片设置为使得对于至少一个延伸部，冷却流体的流在该延伸部内可以采取的流截面se大于由延伸部和外壳之间径向延伸的空间所限定的流截面sI，
其中至少两个在其之间形成所述通道之一的鳍通过外围连接部连接在一起，所述外围连接部为以所述定子的纵轴线为中心的圆弧。
2.如权利要求1所述的定子，其中，每个延伸部包括槽，所述槽将两个由外围连接部连接的连贯的鳍组成的组分开，所述槽用于接纳栓，所述栓用于将定子叠片的叠片组固定在一起。
3.一种用于旋转电机的定子，该定子包括外壳和位于该外壳内部的定子叠片的叠片组，所述叠片组的叠片的副组件具有延伸部，该延伸部具有通道，用于通过冷却流体，每个延伸部中具有多个鳍，所述通道在所述鳍之间形成，所述副组件设置为使得沿叠片组流动的流体连续通过通道内的通过部和通过在所述通道之间延伸的宽区域的通过部，所述宽区域由叠片组的叠片的环形圆柱表面限定，所述环形圆柱表面围绕所述电机的旋转轴有大于或等于30°的角范围，所述叠片组叠片设置为使得对于至少一个延伸部，冷却流体的流在该延伸部内可以采取的流截面se大于由延伸部和外壳之间径向延伸的空间所限定的流截面sI，其中至少两个在其之间形成所述通道之一的鳍通过外围连接部连接在一起。
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