CN103795189A - 用于使绕组散热的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使特别是在旋转的电机（1）中的绕组（2）散热的系统，具有在端侧地抵靠在叠片组（3）上的导热部件（5，5’），该导热部件与绕组（2）的绕组头（9，9’）的导热接触。该系统的特征在于，绕组头（9，9’）和导热部件（5，5’）之间的导热接触由绕组头（9，9’）和导热部件（5，5’）之间的挤压连接来保证。绕组头（9，9’）由此至少成段地处于与导热部件（5，5’）的直接接触中。

Description

用于使绕组散热的系统

技术领域

本发明涉及一种用于使特别是在旋转的电机的绕组散热的系统，其具有在端侧地抵靠在叠片组上的导热部件，该导热部件与绕组头导热接触。此外，本发明还涉及一种定子、一种转子以及分别具有这种系统的旋转的电机。

背景技术

旋转的电机例如是电动机或用于产生电流的发电机。电动机和发电机通常应用在当在尺寸和重量较小的情况下同时却要求较高的和稳定的输出功率的领域中。这样的应用领域例如有风力设备、电动车或工业制造领域。这些领域集合了对于较高的和稳定的有效功率的要求以及同时对较长的使用寿命和较低的故障率的要求。为实现该目标，对电机、特别是其绕组头进行充分冷却便具有了决定性的意义。通过绕组头处的气流进行的冷却通常是不足以保证进行充分的散热的。

因此应用热桥（Waermebruecke）将热量从绕组头传导至周围的壳体上。壳体的冷却、例如从外部对壳体进行的冷却通常比直接地对绕组本身进行的冷却更简单。

例如在持续运行的电动机中便需要应用用于冷却绕组头的系统。单个的机器部件内部的热阻塞可能影响有效功率，同时使易受干扰性升高，导致维护需求升高或者甚至导致电机发生故障。

电机的具有较高的发热的部件是绕组头。在制造出来后，绕组头首先是自由地处于空气中的。由于空气的导热系数较低，在许多情况下绕组头的冷却都是不充分的并且必须由其它的措施来支持。

从DE19902837C1中已知，绕组头配有由固体环和导热的支承体构成的热桥。这种设计得非常坚固的热桥完全填充绕组头和定子的支承体之间的中间空间并且与定子的支承件连接。这种热桥由固体环和特殊的填充混合物构成。这种填充混合物完全围绕着定子的绕组头并且由此用于将热量从绕组头传输至固体环上。

发明内容

本发明的目的在于，使绕组的绕组头更好地散热。

该目的通过具有权利要求1中所述的特征的系统实现。本发明基于这一认识，即由具有差的导热性材料的填料构成的热桥通常不能充分地将热量传导出去。此外，在将浇铸树脂用作热桥的部件时，极大地阻碍了通往绕组头的邻近通道。解决方案是一种用于使绕组散热的系统并且其特征在于，绕组头和导热部件之间的导热接触由绕组头和导热部件之间的挤压连接构成，使得绕组头至少成段地处于与与导热部件直接接触中。通过压紧绕组头保证了良好的导热性，这是由于绕组头不是仅由空气层或阻碍将热量传输至导热部件上的填料围绕着的。

此外，该目的还通过在具有这种用于散热的系统的旋转的电机中的定子实现。在此，定子绕组的热量能够通过绕组头、进一步通过导热部件、例如释放至从外部进行冷却的壳体上。这种设计方案的有利之处在于避免了在旋转的电机中的绕组头的过热。由此避免故障的发生并且大大地延长旋转的电机的使用寿命。

此外，该目的还通过在旋转的电机中的转子实现。与在上一段落中所说明的一样，过剩的热量在这里能够例如被旋转轴吸收并且释放至周围环境中。

该目的此外还通过具有定子和/或转子的旋转的电机实现，该定子和/或转子具有这种用于散热的系统。

装配有转子和/或定子的旋转的电机主要具有以下优点：通过使绕组头良好地散热防止了该绕组头的持续过热，这将会、特别是在持续负荷的情况下导致长的使用寿命以及低的易受干扰性。此外，在可能出现的对旋转的电机进行的维护中存在到绕组头的自由通道。在浇铸绕组头时情况并非如此。这特别是在难以触及的旋转的电机中、例如风力设备中的发电机中具有重大意义。

有利的设计方式的实例是用于使绕组散热的系统，其中，导热部件是环件，优选地由金属制成。通过应用这种金属，该环件具有优良的导热性。在这里可以考虑应用金属、例如铜合金或铝合金。基于其简单的和低成本的制造，有利的是将金属环用作导热部件。但是导热部件在其外形上并不限于环状，而是也可以以叠片组的形状为依据。因此例如可以考虑具有环形的内部凹进的有棱角的形状。

另一种有利的设计方案的实例是用于使绕组散热的系统，其中，导热部件或绕组头配有薄的、导热良好的电绝缘层。绕组头的附加的电绝缘可以这样实现，即导热部件的部分配有防电荷击穿层。电绝缘层可以通过薄膜实现，该薄膜至少覆盖导热部件的直接与绕组头接触的区域。

该电绝缘层的附加优点在于，必要时覆盖导热部件的表面上的存在的不平整处，并且因此降低在完成压制过程后的对各根电线未实现充分绝缘的危险。通过选择专门用于该目的的、具有厚度在亚毫米级范围内的塑料薄膜仅会在极低程度上妨碍热导性。

另一种设计方式的实例是用于使绕组散热的系统，其中，导热部件利用至少一个夹件固定在叠片组上。在此，该夹件也可以用于增强叠片组自身的牢固性。根据所选的设计方式，夹件可以用于将导热部件和/或另一导热部件与叠片组连接。用于夹件的凹进处的有利的设计可以这样设计，即垂直于叠片组的以及导热部件的表面法线（Oberflaechennormale）地，平行于该表面伸展的平面的面积不断增加并且由此形成突出部（Ueberhang）。例如该形状可以以朝内打开的梯形为依据。

夹件被压入该凹进中并且由此构成这个导热部件（以及这些导热部件）和叠片组的力传递的和形状配合的连接。

导热部件在叠片组上的这种固定特别有利，这是由于在后来对该部件进行进一步加工时、例如在后来通过切削处理、例如铣切或精车削（Ueberdrehen）时使安装尺寸调整时，即使连接点由于加工处理受到高强负荷，在连接点处也不存在断裂的危险。也可以选择通过螺栓连接或铆接实现的固定装置来代替夹件。除了高强的牢固性和耐温性外，通过金属夹件构成的固定装置还具有通过夹件本身使导热部件附加地散热的优点，特别是当该夹件是由具有优良导热性的材料、例如铜合金或铝合金制成时尤其如此。

此外，另一种设计方式的实例是用于使绕组散热的系统，其中，导热部件这样模制成型，即绕组头的表面的绝大部分由导热部件形状配合地围绕。对于绕组头的特别优良的散热而言可能有利的是，导热部件的表面在附加的工作步骤中、例如通过铣切形状配合地与绕组头的表面相适应。在此可以在导热部件中加工出与绕组头相适应的凹槽，绕组头被压入该凹槽中。通过与导热部件的圆柱体形的内面相比经过扩大的直接的接触面形成精确适应的优点。根据凹槽的形状，该导热部件可以几乎完全围绕绕组头。在这种情况下，绕组头和导热部件之间的接触面也可以附加地电绝缘。

用于使绕组散热的系统的另一种有利的设计方式具有用于使另一绕组头散热的另一导热部件。利用在这里说明的系统可以选择性地不仅使一个而且也可以使两个绕组头散热。在使绕组的两个绕组头散热的情况下，两个绕组头分别分配有与该绕组头直接接触的导热部件。这种布置具有能使绕组更优良地散热的优点，这是由于两个绕组头单独地散热。这导致绕组头更加均匀地散热。

另一种有利的设计方式是用于使绕组散热的系统，其中，导热部件和/或另一导热部件在叠片组上的固定分别利用至少一个夹件实现。这个导热部件或这些导热部件在叠片组上的固定可以根据不同的方式和方法实现。例如可以利用至少一个自身的夹件分别将导热部件连接在叠片组上并且利用至少一个夹件支持叠片组的接合（Zusammenhalt）。由此在后来更换导热部件时不会危害到叠片组自身的牢固性。此外还具有这种可能性，单独更换每个导热部件。而与此相对照可能有利的是，借助于一个夹件（或多个夹件）将这个以及另一个导热部件固定在叠片组上，这是因为如果每一夹件均稳固地连接两个（或全部三个)部件的话，则可以期待产生更高的稳固性。

如果叠片组的和导热部件的、以及可能另一导热部件的外表面例如通过精车削而具有共同的安装尺寸，那么便会形成用于使绕组散热的系统的另一种有利的设计方案。所述的组件的共同的外尺寸具有这样的优点，即在后来安装（可能经过冷却的）壳体时能够实现形状配合的安装方式。由此能够将产生的热量通过在这里描述的热桥高效地从绕组头中释放至周围环境中。

当这一绕组头和/或另一绕组头的压紧通过在相应的导热部件上的附加的固定、特别是通过绑扎和/或浸渍

得到增强时，便会形成另一种有利的设计方式。优选地将纺织带用于进行绑扎。也可以通过浸渍来补充该绑扎，使得绕组头保持固定的形状。由此也能够使导热部件和绕组头之间的接触面保持较长的时间。绕组头的这种绑扎也仅只能部分地覆盖这些绕组头并且由此使绕组头的（以及导热部件的）通过气流进行的附加的冷却成为可能。绑扎也可以选择性地与绕组头的和/或绑扎的附加的浸渍相组合。

用于制造根据前述说明的旋转的电机的方法，其中，绕组头（至少成段地）的直接接触通过将该绕组头挤压向导热部件的挤压过程来实现和固定。基于其较少数量的工作步骤和等待时间的缩短，这种制造方法具有相对于根据现有技术的制造方法的成本优势。

附图说明

随后根据在附图中示出的实施例详细地说明和阐释本发明。图中示出：

图1是用于使绕组散热的系统的第一实施例的示意性的侧视图，

图2是在图1中示出的系统的俯视图和

图3是用于使绕组散热的系统的另一实施方案。

具体实施方式

图1示出用于使绕组散热的系统的第一实施例的示意性的侧视图。该系统由其中嵌入绕组2的叠片组3以及导热部件5，5’组成，该导热部件在端侧抵靠在叠片组3上。导热部件5，5’借助于夹件11，11’与叠片组3固定在一起。在此夹件11，11’从导热部件5的端部一直延伸至叠片组3的相对布置的端部。在图1中示出的方式的情况下，夹件11’也围绕着相对布置的第二导热部件5’。正如所示出的一样，夹件11，11’能够绕导热部件5，5’的外缘弯曲，以实现导热部件5，5’和叠片组3的力传递的连接。正如通过绕组头9，9’和导热部件5，5’之间的薄层示出的一样，在绕组头9，9’和导热部件5，5’之间可以插入薄的电绝缘件7，7’。在该实施方式中，从旋转轴出发将绕组头9，9’挤压在导热部件5，5’上。在制造该系统时，示意性地示出的挤压件6提供必要的挤压力，从而将绕组头9，9’挤压抵靠相应的导热部件5，5’上。然而，该挤压件6本身并不是电机1的部件。挤压力的可能的方向通过箭头F标明。由叠片组3、导热部件5，5’和夹件11，11’构成的总体联合件（Verbund）的表面在安装前例如通过精车削达成共同的安装尺寸。

图2示出在图1中示出的系统的俯视图。在此，将环件5用作导热部件。绕组头9已经以其经过挤压的方式示出，其中示出了绕组头9，9’和导热部件5，5’之间的绝缘层7。用于夹件4的凹进处根据前述说明这样设计，即被压入的夹件11，11’填充该梯形的凹进处4并且不能滑出。

图3示出用于使绕组散热的系统的另一实施方案。在该视图中，绕组头9的绝大部分被形状配合地与该绕组头相适应的导热部件5围绕。在此，通过在将绕组头9压紧的同时将导热部件5挤压抵靠在叠片组3上，绕组头9至导热部件5的压紧指向导热部件5。作用力的方向又用箭头F表示。在这种情况下，电绝缘层7也定位在绕组头9和导热部件5之间。与在图1和图2中示出的实施例相类似，在这里也选择通过夹件11将导热部件5固定在叠片组3上。

总地来说，本发明涉及一种用于使绕组2，2’散热的系统、特别是使旋转的电机1中绕组散热的系统，其具有在端侧地抵靠在叠片组3上的导热部件5，5’。导热部件5，5’与绕组头9，9’导热接触。该导热接触通过用于将绕组头9，9’挤压在导热部件5，5’上的压合件6产生，其中，该压合件6并非电机的部件。由此使绕组头9，9’至少成段地处于与导热部件5，5’的直接接触中。

Claims (14)

1.一种用于使特别是在旋转的电机（1）中的绕组（2）散热的系统，具有在端侧地抵靠在叠片组（3）上的导热部件（5，5’），所述导热部件与所述绕组（2）的绕组头（9，9’）导热接触，其特征在于，所述绕组头（9，9’）和所述导热部件（5，5’）之间的所述导热接触由所述绕组头（9，9’）和所述导热部件（5，5’）之间的挤压连接构成，使得所述绕组头（9，9’）至少成段地处于与所述导热部件（5，5’）的直接接触中。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述导热部件（5，5’）优选地是由金属、特别是由铜合金或铝合金制成的环件。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其中，所述导热部件（5，5’）和/或所述绕组头（9，9’）配有薄的、导热良好的电绝缘层（7，7’）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述导热部件（5，5’）利用至少一个夹件（11，11’）固定在所述叠片组（3）上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述导热部件（5，5’）这样成形，即所述绕组头（9，9’）的表面的绝大部分由所述导热部件形状配合地围绕。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，另一绕组头（9’）具有用于散热的另一导热部件（5’）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述导热部件（5）和所述另一导热部件（5’）在所述叠片组（3）上的固定利用至少一个所述夹件（11，11’）实现。

8.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述叠片组（3）的和所述导热部件（5）的、以及可能所述另一导热部件（5’）的外表面例如通过精车削而具有共同的安装尺寸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述绕组头（9）和/或所述另一绕组头（9’）的压紧通过在相应的所述导热部件（5，5’）上的附加的固定、特别是通过绑扎和/或浸渍得到增强。

10.一种旋转的电机（1）的定子，具有根据权利要求1至9所述的系统。

11.一种旋转的电机（1）的转子，具有根据权利要求1至9中任一项所述的系统。

12.一种旋转的电机（1），具有根据权利要求10所述的定子和/或根据权利要求11所述的转子。

13.一种用于制造根据权利要求12所述的旋转的电机（1）的方法，其中，所述绕组头（9，9’）被挤压在所述导热部件（5，5’）上。

14.一种用于制造根据权利要求12所述的旋转的电机的方法，其中，通过绑扎和/浸渍将所述绕组头（9，9’）固定在所述导热部件（5，5’）上。

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