CN104079098A - 用于高温电动机的定子以及电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动机、特别是高温电动机的定子。这种定子包括定子绕组，该定子绕组具有轴线以及从定子绕组的前端处伸出的若干绕组接线端。定子还包括具有设置在定子前端处的若干环状导体的定子绕组互连部，环状导体与定子绕组同轴，并且彼此轴向间隔开。环状导体用于与绕组接线端电气接触。根据本发明，可规定将电气绝缘的间隔环分别设置在轴向相继的环状导体之间，其中，环状导体和间隔环交替地堆叠。该定子特别易于制造并且对于高温应用场合足够稳定。本发明还涉及一种包括这种定子的电动机。

Description

用于高温电动机的定子以及电动机

技术领域

本发明涉及如权利要求1的前序部分的用于电动机的定子。

背景技术

这种类型的定子包括定子绕组，该定子绕组具有一轴线以及从定子绕组的前端处伸出的若干绕组接线端。定子还包括定子绕组互连部，该定子绕组互连部具有设置在定子绕组的前端处的若干环状导体，环状导体与定子绕组同轴，并且彼此轴向间隔开。环状导体设置成与绕组接线端电气接触。

由DE 10 2004 050374 A1已知具有包括若干环状导体的定子绕组互连部的电动机。电动机构造成内转子电动机。电动机的定子是由中空圆筒形铁芯构成的传统的开槽定子，该定子具有若干径向突出的齿，定子绕组的各个线圈缠绕到这些齿上。定子被中空圆筒形外壳围绕，定子绕组互连部的环状导体也插入该外壳内。环状导体由铜板冲压出，并且分别具有用于外部电气接触的轴向弯曲的端接凸耳。所有环状导体设置在定子绕组的前端处，并且被插入电动机的中空圆筒形外壳内。各种凹槽或台阶分别形成于外壳的内壁内，这些凹槽或台阶用作环状导体的止挡件。外壳内壁的台阶确保了环状导体彼此轴向间隔开地保持在外壳内。定子绕组的各个绕组接线端焊接到环状导体中的一个。

DE 10 2004 050374 A1中所述的定子绕组互连部需要电动机外壳的特定构造，由此须复杂地制造外壳。此外，不能在没有这种专门构造的外壳的情况下配置电动机。为了确保各个环状导体彼此充分地电气绝缘开，必须在轴向相继设置的环状导体之间设有一定的最佳距离加上安全余量。因此，DE 10 2004 050374 A1中所述的电动机沿轴向方向相对较长。

DE 10 2011 100863 A1和DE 10 2011 100843 A1分别公开了具有定子绕组互连部的电动机，该定子绕组互连部包括以环状部段形式构造的若干所谓的导轨部分。类似于根据DE 10 2004 050374 A1的环状导体，以环状部段形式构造的导轨部分设置成在定子绕组的前端处彼此间隔开，并且分别与定子绕组的绕组接线端电气接触。以环状部段构造的各个导轨部分包括用于外部电气接触的轴向突出的凸耳。导轨部分不仅沿轴向彼此间隔开，而且还沿周向彼此偏移。定子绕组以及设置在定子绕组的前端处的导轨部分由电气绝缘的封装材料来封装，同时以环状部段形式构造的导轨部分的轴向弯曲的凸耳从封装材料突出。

DE 10 2011 100863 A1和DE 10 2011 100843 A1中所述的电动机的制造相对复杂，因为在通过电气绝缘的封装材料来将导轨部分与定子绕组封装在一起之前，以环状部段形式构造的导轨部分必须以精确的距离彼此间隔开。

发明内容

本发明的目的在于以如下方式来进一步开发上述类型的定子，该定子特别易于制造并且对于高温应用场合足够稳定。

该目的通过独立权利要求1的特征来实现。由此，与这种类型的定子结合的目的通过根据本发明的解决方案来实现，即，在轴向相继的环状导体之间分别设有电气绝缘的间隔环，其中，环状导体和间隔环交替地堆叠。

本发明的优势在于定子极易制造。用于定位和保持各个环状导体的特殊外壳不是必要的。同样，环状导体无须在制造过程中彼此间隔开。环状导体之间的最佳距离通过设置在它们之间的间隔环来自动获得。可基于绝缘的间隔环的材料来精确地计算相继的环状导体之间的必要距离。将间隔环制造成该精确计算的尺寸，因而，除了现有技术已知的定子绕组互连部，不需要附加的安全余量或容差余量。因此，定子绕组互连部沿轴向非常紧凑，这最终使得电动机构造总体上是紧凑的。绝缘的间隔环还确保稳定的一致性（coherance），因而，根据本发明的定子附加地并且特别适用于高温应用。环状导体由金属并且较佳由铜来制成。如果环状导体作为板金冲压件从板金冲压出，则能实现特别简单和低价的制造。

在从属权利要求中描述了本发明的有利实施例。

在本发明的特别较佳实施例中，间隔环由陶瓷制成。绝缘的间隔环能以最高精度来制造，并且具有非常高的稳定性，因而，根据本发明的定子最适用于高温应用场合。较佳地，陶瓷是氧化物陶瓷。在稳定性和绝缘特性方面，氧化锆被证实为是用于间隔环的特别合适的材料。

在本发明的另一特别较佳的实施例中，绕组接线端、环状导体和间隔环由绝缘的固化封装材料来封装。固化封装材料以稳定的方式使各个部件彼此连接。由此，实现总体紧凑和稳定的构造。如果定子绕组构造成中空圆筒形无铁芯定子绕组，则在环状导体、间隔环和绕组接线端之间由封装材料生产的组件可用作绕组支承件。较佳地，绝缘的固化封装材料是陶瓷粘合剂，它适用于陶瓷到陶瓷以及陶瓷到金属的粘结剂连结的接头。陶瓷粘合剂确保在高达550℃的非常高的操作温度下稳定的一致性。较佳地，封装材料完全封装环状导体和间隔环，同时环状导体的端接凸耳从封装材料突出，因而，可实现外部电气接触。

还较佳的是，封装材料径向受环状套管的限制，其中，环状套管围绕环状导体和间隔环。环状套管便于通过电绝缘的固化封装材料来封装环状导体和间隔环。环状套管允许精确地预先确定定子绕组互连部的外轮廓，因而，可之后将定子绕组连同定子绕组互连部插入电动机的精确适配的外壳内。较佳地，环状套管也由陶瓷制成，由此确保极为紧凑和稳定的一致性。如果将陶瓷粘合剂用作封装材料，则产生陶瓷环状套管和封装材料之间的非常紧密的连结。较佳地，环状套管也由氧化物陶瓷、较佳由氧化锆陶瓷制成。

在本发明的又一较佳实施例中，环状导体分别具有用于与绕组接线端中的一个电气接触的至少一个径向突出的凸耳。由此，在制造根据本发明的定子过程中显著方便了绕组接线端和环状导体之间的电气接触。特别是，较佳的是环状导体分别具有用于与两个绕组接线端电气接触的两个凸耳，其中，环状导体的两个凸耳沿周向设置在彼此间隔开的不同位置。由此，获得定子绕组的各个线圈的非常节约空间的和易于实现的互连。

在本发明的特别较佳的实施例中，凸耳分别具有大致沿周向或者切向延伸的凹槽。由此，进一步便于绕组接线端的电气接触。甚至更佳地，相关联的绕组接线端和凹槽设置在距轴线相同的径向距离处，其中，绕组接线端穿过凹槽并且弯曲到相关联的凸耳。在此情况下，定子绕组能构造成使绕组接线端以简单的方式沿轴向在定子绕组的前端处伸出。为了绕组接线端的电气接触，将环状导体单独地、与设置在它们之间的间隔环交替地或者作为一套组件放置于定子绕组的前端上，因而，如果沿周向观察，绕组接线端位于环状导体的凸耳之间。随后，环状导体绕定子绕组的轴线转动，以使绕组接线端配合到凸耳的凹槽内。然后，仅须将绕组接线端弯曲到相关的凸耳，并且以合适的方式固定到凸耳。只有在与绕组接线端电气接触之后，环状导体和绝缘的间隔环才与绕组接线端一起封装。如果所有绕组接线端和凸耳的凹槽设置在一个圆上，并且较佳地均匀分布在圆周上，则绕组接线端的电气接触特别容易。

如果环状导体的凸耳径向向外突出，则能获得特别紧凑的构造。由此，也进一步便于绕组接线端的电气接触。此外，环状导体和间隔环在此实施例中仅须在外侧相对于彼此封装。

在本发明的另一较佳实施例中，将绕组接线端焊接到相关的凸耳。与其它电气连接技术相比，焊接连接极为耐高温，并且因此良好地适于高温应用。

在本发明的又一较佳实施例中，环状导体中的至少两个分别具有用于外部电气接触的轴向弯曲的端接凸耳。端接凸耳沿轴向突出到封装材料外，因而，可以随后实现外部的电气接触。必须具有轴向弯曲的端接凸耳的环状导体的数目取决于绕组相数和互连部的类型。较佳地，定子绕组构造成三相，其中，环状导体中的三个具有轴向弯曲的端接凸耳。

在本发明的另一特别较佳实施例中，定子包括绕组支承环，该绕组支承环设置在定子绕组和堆叠的环状导体之间，并且包括供绕组接线端穿过的若干钻孔。该实施例特别适于无铁芯的中空圆筒形定子绕组，这些定子绕组构造成自支承并且由支承环保持在外壳内。如果环状导体、间隔环和绕组接线端由封装材料来封装，则由此形成的组件已经可用作绕组支承件。然而，绕组支承环甚至更为显著地增加根据本发明的定子的稳定性。绕组支承环较佳地构造成基底环并且较佳由陶瓷制成。在此情况下，较佳地采用氧化物陶瓷。特别较佳的是支承环由氧化锆制成。为了获得特别稳定的一致性，至少部分地用封装材料来至少在面对定子绕组互连部的前侧也对绕组支承环进行封装。绕组支承环较佳地沿轴向连结上述环状套管。此外更佳的是，环状套管和绕组支承环还沿径向彼此对齐，以使定子能容易地插入中空圆筒形外壳内。

在本发明的又一较佳实施例中，定子绕组由设置在定子绕组内的支承套管沿径向支承，其中，支承套管插入绕组支承环的容纳凹槽内。支承套管保护电动机的转子免于杂质的影响，杂质会由特别是在高温应用下的热量所造成。例如通过使定子绕组的热固清漆熔化或蒸发而形成这种杂质。此外，支承套管增加定子绕组的稳定性。由此，甚至在高温应用中，也可使用中空圆筒形的无铁芯定子绕组，这些定子绕组允许电动机的极为紧凑构造，并且此外确保高效率。较佳地，支承套管也由陶瓷制成。较佳地，使用氧化物陶瓷，特别较佳的是氧化锆。

在本发明的又一较佳实施例中，定子绕组具有以三角连接方式互连的三相绕组。然而，定子绕组还可以仅包括两相绕组或多于三相绕组。代替三角连接方式，例如还可设想星形连接方式。

本发明还提供一种包括根据本发明的定子的电动机。电动机适于在高达550℃的操作温度下的高温应用。较佳地，电动机构造成用作具有4毫米到65毫米直径范围的小功率电动机。小功率电动机的直径特别较佳地在16毫米到40毫米之间。用于根据本发明的电动机的可能应用场合是航空、车辆构造、飞行器构造、原材料提取和加工、特别是用于油和天然气的试验钻探和勘探钻探的油业以及发电厂技术。

附图说明

下面将借助附图来更详细地阐释本发明的实施例。

在附图中：

图1示出包括根据本发明的定子的电动机的纵向剖视图；

图2示出图1的根据本发明的定子的定子绕组互连部的立体详图；

图3示出图2的定子绕组互连部的分解图；

图4示出处于第一组装阶段的图2和3的定子绕组互连部的俯视图；

图5示出处于第二组装阶段的图4的视图；

图6示出处于第三组装阶段的图4和5的视图；

图7示出处于第四组装阶段的相同视图；

图8示出处于第五组装阶段的定子绕组互连部；以及

图9示出完成的定子绕组互连部的俯视图。

在下述说明书中，相同部件将用相同的附图标记来标示。如果附图标记在将不涉及到附图的相关说明的图中示出，则参照之前或之后的附图说明。

具体实施方式

图1示出为高达550℃的高温应用构造的小功率电动机的纵向剖视图。仅示出电动机2的外壳17和定子1。电动机的转子未在附图中示出。定子包括中空圆筒形无铁芯定子绕组3，该定子绕组被同样为中空圆筒形构造的背衬磁轭18围绕。外侧的背衬磁轭18与无铁芯定子绕组3的外周缘相邻。因此，定子绕组3和背衬磁轭18彼此同轴设置，并且具有共同轴线4。定子绕组3构造成基本上自支承，并且例如由热固清漆线来缠绕。为了增加稳定性，定子绕组3由设置在定子绕组内的支承套管19来支承。支承套管19由陶瓷、较佳地由氧化锆制成，并且保护小功率电动机的未示出的转子免受杂质的影响。此外，支承套管19确保了定子绕组即便在非常高的操作温度下也能保持其形状。电动机的外壳17由中空圆筒形套管构成，将定子1插入该中空圆筒形套管内。在定子绕组3的右前端5处设置有绕组支承环15，定子绕组3借助该绕组支承环保持在电动机的外壳17内。绕组支承环15沿轴向与定子绕组3的右前端5直接相邻。支承套管19基本上在定子绕组的总长度上延伸，并且右前端5超过定子绕组突出到绕组支承环的台阶状容纳凹槽20内。支承套管可例如粘结到绕组支承环。

绕组支承环15沿轴向由定子绕组互连部7连结，定子绕组3的绕组接线端6借助该定子绕组互连部7适当地互连。在下述各图中更详细地示出定子绕组互连部7连同绕组支承环15。图1示出定子绕组互连部7被环状套管11围绕，该环状套管同样沿轴向与绕组支承环15连结，并且沿径向与绕组支承环15对齐。定子绕组互连部7用由陶瓷粘合剂制成的电气绝缘封装材料10来封装。封装材料10将定子绕组互连部的各部件永久地连结到绕组接线端6、绕组支承环15和环状套管11。绕组支承环15和环状套管11像支承套管19那样由陶瓷、较佳地由氧化锆制成。

在图2中以立体图示出定子绕组互连部7。图3示出定子绕组互连部7的分解图。定子绕组互连部7基本上由彼此叠置的六个环状导体8.1到8.6构成。环状导体8是由铜板冲压出的铜环，它们与电动机的轴线4同轴设置。间隔环9分别位于两个相继的环状导体之间，间隔环也由陶瓷制成，并且使相关的环状导体彼此电气隔离开。为了形成定子绕组互连部7，环状导体8.1到8.6和间隔环9交替地彼此叠置。图4到9示出堆叠过程的不同阶段。第一环状导体8.1沿轴向与由陶瓷制成的绕组支承环15直接相邻。类似于其它环状导体8.2到8.6，第一环状导体包括用于与两个绕组接线端6电气接触的两个径向向外突出的凸耳12。所有绕组接线端6都沿轴向穿过绕组支承环15的对应钻孔16。若沿周向观察，环状导体8.1到8.6的凸耳12设置成分别位于钻孔16中的一个的位置上。凸耳12中的每个均具有凹槽13，该凹槽基本上沿周向延伸并且直接位于对应钻孔16的正上方，因而，绕组接线端能穿过凹槽13，并且相对于对应的凸耳12向外弯曲90度，如借助针对绕组接线端6中的仅两个的图2中的示例所示。将绕组接线端6焊接到相关联的凸耳12。

外侧的三个环状导体8.4、8.5和8.6除了两个凸耳12外还分别具有轴向弯曲的端接凸耳14。三个端接凸耳14用于定子绕组3的外部电气接触。定子绕组还包括三相绕组，这些三相绕组借助定子绕组互连部7以三角连接方式互连。三个端接凸耳14是从图1中所示的封装材料10突出的定子绕组互连部的仅能电气接触的部分。定子或定子绕组互连部的总体结构极其紧凑和稳定。由于陶瓷部件以及同样为陶瓷的封装材料的缘故，能确保在达到550℃的非常高的操作温度下的稳定性。

Claims (14)

1.一种用于电动机(2)、特别是高温电动机的定子（1），所述定子包括定子绕组（3），所述定子绕组具有轴线（4）以及若干绕组接线端（6），所述绕组接线端在所述定子绕组（3）的前端（5）处伸出，其中，所述定子（1）包括具有若干环状导体(8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6)的定子绕组互连部（7），所述环状导体与所述定子绕组同轴地设置在所述定子绕组（3）的所述前端（5）处，并且轴向地彼此间隔开，其中，所述环状导体(8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6)用于与所述绕组接线端（6）电气接触，其特征在于，电气绝缘的间隔环（9）分别设置在轴向相继的环状导体(8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6)之间，其中，所述环状导体(8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6)和所述间隔环（9）交替地堆叠。

2.如权利要求1所述的定子（1），其特征在于，所述间隔环（9）由陶瓷制成。

3.如权利要求1或2所述的定子（1），其特征在于，所述绕组接线端（6）、所述环状导体(8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6)和所述间隔环（9）由绝缘的固化封装材料（10）来封装。

4.如权利要求3所述的定子（1），其特征在于，所述封装材料（10）沿径向受环状套管（11）的限制，其中，所述环状套管（11）围绕所述环状导体(8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6)和所述间隔环（9）。

5.如权利要求1到4中任一项所述的定子（1），其特征在于，所述环状导体(8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6)分别具有用于与所述绕组接线端（6）中的一个电气接触的至少一个径向突出的凸耳（12）。

6.如权利要求5所述的定子（1），其特征在于，所述环状导体(8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6)分别具有用于与两个绕组接线端（6）电气接触的两个凸耳(12)，其中，环状导体(8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6)的两个凸耳(12)沿周向设置在彼此间隔开的不同位置。

7.如权利要求5或6所述的定子（1），其特征在于，所述凸耳（12）分别具有基本上沿周向或切向延伸的凹槽（13），其中，相关联的绕组接线端（6）和凹槽（13）设置在距所述轴线（4）相同的径向距离处，其中，绕组接线端（6）穿过所述凹槽（13），并且弯曲到相关联的凸耳（12）。

8.如权利要求5到7中任一项所述的定子（1），其特征在于，所述凸耳（12）径向向外突出。

9.如权利要求5到8中任一项所述的定子（1），其特征在于，所述绕组接线端（6）焊接到相关联的凸耳（12）。

10.如权利要求1到9中任一项所述的定子（1），其特征在于，所述环状导体(8.4,8.5,8.6)中的至少两个具有用于外部电气接触的、轴向弯曲的端接凸耳（14）。

11.如权利要求1到10中任一项所述的定子（1），其特征在于，所述定子（1）包括绕组支承环（15），所述绕组支承环（15）设置在所述定子绕组（3）与堆叠的环状导体(8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6)之间，并且包括供所述绕组接线端（6）穿过的若干钻孔（16）。

12.如权利要求11所述的定子（1），其特征在于，所述定子绕组（3）由设置在所述定子绕组（3）内的支承套管（19）沿径向支承，其中，所述支承套管（19）插入所述绕组支承环（15）的容纳凹槽（20）内。

13.如权利要求1到12中任一项所述的定子（1），其特征在于，所述定子绕组（3）具有以三角连接方式互连的三相绕组。

14.一种包括如权利要求1到13中任一项所述的定子（1）的电动机（2）。