CN106662408B - 流体冷却型卷绕式条带结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于高效传热的卷绕式条带结构。该结构包括一个或更多个边缘卷绕式或面卷绕式条带。所述条带中的至少一个条带具有多个条带圈和多个孔，并且所述条带的条带圈的孔与所述条带的或另一条带的相邻条带圈的孔重叠以便形成流体槽道的一部分。流体槽道可以用于引导冷却流体以便使该结构冷却。

Description

流体冷却型卷绕式条带结构
技术领域
根据本发明的实施方式的一个方面或更多个方面涉及热交换结构，更具体地，涉及用于提供高效的传热的卷绕式条带结构。
背景技术
能量转换装置、比如电动马达和变压器的效率会低于100％，并且效率的不足会表现为热或热能的形式。这种热能会被以适当的效率传递至环境(例如，空气)，使得装置内的部件不会变得过热。转换装置的平均产热率(热功率)会与装置的平均传输功率大致成比例。因此，对于这种装置而言，可以根据装置内的散热部件与周围环境之间的传热的效率来确定连续额定功率。当传热性提高时，连续定额会增大，并且由此装置的效用会增强。因而，需要如下这样的一种结构：该结构具有与传热应用有关的一般效用，并且该结构特别适用于电机、变压器以及其它磁性部件。
发明内容
根据本发明的实施方式，提供了一种卷绕式条带结构，该结构包括一个或更多个边缘卷绕式或面卷绕式条带，所述一个或更多个边缘卷绕式或面卷绕式条带包括第一条带，所述一个或更多个条带具有多个孔，第一条带具有多个条带圈，第一条带的条带圈的孔与相邻条带圈的孔重叠以便形成流体槽道的一部分。
在一个实施方式中，第一条带具有：第一孔、第二孔和第三孔，所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔具有相同的尺寸和形状，并且沿着第一条带均匀地间隔。
在一个实施方式中，第一条带具有第一孔和第二孔，所述第一孔在形状方面和/或在尺寸方面与所述第二孔不同。
在一个实施方式中，所述一个或更多个条带包括与第一条带一起卷绕的第二条带，该第二条带具有多个条带圈，其中，第二条带的条带圈的孔与第一条带的相邻条带圈的孔重叠以便限定流体槽道的一部分。
在一个实施方式中，第一条带的孔在形状方面和/或在尺寸方面与第二条带的孔不同。
在一个实施方式中，所述一个或更多个条带中的至少一个条带：是边缘卷绕式的；并且具有构造成便于进行卷绕的多个凹口。
在一个实施方式中，该结构包括歧管，该歧管具有与所述多个流体槽道流体连通的歧管槽道。
在一个实施方式中，该结构包括引流器，该引流器构造成将流体流引导到一组所述多个流体槽道中或者接纳来自一组所述多个流体槽道的流体流。
在一个实施方式中，引流器为第一条带的条带圈，其中，邻近于第一条带圈的条带圈包括并未与第一条带圈的孔对准的孔。
在一个实施方式中，该结构包括歧管，该歧管具有与所述多个流体槽道流体连通的歧管槽道，其中，引流器紧固至歧管或者与歧管成一体。
在一个实施方式中，该结构包括构造成密封所述结构的内表面或外表面的圆筒状密封套管。
在一个实施方式中，所述一个或更多个边缘卷绕式或面卷绕式条带中的至少一个条带由非各向同性材料组成。
在一个实施方式中，该结构包括与第一条带一起卷绕的第二条带，其中，第一条带由非各向同性材料组成。
在一个实施方式中，第一条带由铁磁材料组成。
在一个实施方式中，第一条带由介电材料组成。
在一个实施方式中，该结构的第一条带圈具有第一内径和第一外径；并且该结构的第二条带圈具有第二内径和第二外径；并且其中：所述第二内径与所述第一内径不同和/或所述第二外径与所述第一外径不同。
在一个实施方式中，所述一个或更多个条带包括与第一条带和第二条带同心的第三条带，所述第一条带、所述第二条带和所述第三条带通过热联接、机械联接、磁联接、电气联接或前述联接方式的组合而被联接。
在一个实施方式中，所述一个或更多个条带包括与第一条带同心的第二条带，所述第一条带和所述第二条带通过热联接、机械联接、磁联接、电气联接或前述联接方式的组合而被联接。
在一个实施方式中，第一条带由具有周向限定特征矢量的非各向同性材料组成；并且第二条带由具有径向限定特征矢量的非各向同性材料组成。
在一个实施方式中，所述一个或更多个条带包括与第一条带相邻并且同轴的第二条带，所述第一条带和所述第二条带通过热联接、机械联接、磁联接、电气联接或前述联接方式的组合而被连接。
在一个实施方式中，该结构包括构造成阻止流体经由相邻的条带圈之间的缝隙从流体槽道漏出的密封剂。
在一个实施方式中，该结构构造成形成电机定子或转子芯的部分。
在一个实施方式中，该结构构造成形成电感器芯的部分。
在一个实施方式中，该结构构造成形成变压器芯的部分。
在一个实施方式中，该结构构造成形成传热套管的部分，并且具有构造为热接合面的内部表面。
在一个实施方式中，该结构包括板件，其中：传热套管呈中空圆筒形状，并且板件紧固至中空圆筒的一个端部以便形成容纳部。
在一个实施方式中，该结构构造成形成传热套管的部分，并且具有构造为热接合面的外部表面和/或具有构造为热接合面的端部表面。
在一个实施方式中，该结构包括电机定子，其中，传热套管的外部表面或内部表面热联接至定子的端部线匝。
根据本发明的实施方式，提供了一种卷绕式条带结构，该结构包括具有多个孔的条带，该条带是边缘卷绕式或面卷绕式的，并且该条带具有多个条带圈，所述多个条带圈包括两个端部条带圈和多个内部条带圈，其中：第一组多个内部条带圈中的每个条带圈包括多个第一孔，每个第一孔具有沿条带的方向的第一长度；与所述第一组多个内部条带圈的条带圈交替的第二组多个内部条带圈中的每个条带圈包括多个第二孔，每个第二孔具有沿条带的方向的第二长度并且第二长度比第一长度短；所述多个第二孔中的每个第二孔与相邻条带圈上的彼此相邻的两个第一孔重叠；并且端部条带圈中的每个端部条带圈构造成将流体流引导到相邻的内部条带圈的一组孔中或者接纳来自相邻的内部条带圈的一组孔的流体流。
根据本发明的实施方式，提供了一种卷绕式条带结构，该结构呈具有内部表面、外部表面、第一端部表面和第二端部表面的中空圆筒的形状，并且该结构包括：一个或更多个条带，所述一个或更多个条带包括第一条带，该第一条带具有：两个面部表面；第一边缘表面；以及第二边缘表面，该第一条带被卷绕成具有呈盘旋状的多个条带圈，第一边缘表面形成圆筒的内部表面，并且第二边缘表面形成圆筒的外部表面，或者该第一条带被卷绕成具有呈螺旋状的多个条带圈，第一边缘表面形成圆筒的第一端部表面，并且第二边缘表面形成圆筒的第二端部表面，第一条带的每个条带圈具有多个孔，每个孔与相邻条带圈的两个孔重叠。
附图说明
参照说明书、权利要求书和附图将会了解并且理解本发明的这些及其它特征和优点，其中，在附图中：
图1是根据本发明的实施方式的卷绕条带的分解立体图；
图2是包括根据本发明的实施方式的卷绕条带的冷却结构的示意性截面；
图3A是根据本发明的实施方式的包括卷绕条带和两个歧管的卷绕式条带结构的俯视图；
图3B是贯穿图3A的剖面线3B-3B截取的根据本发明的实施方式的歧管的截面；
图3C是根据本发明的实施方式的图3A的卷绕式条带结构的侧视图；
图4是根据本发明的实施方式的用于形成用于马达的卷绕条带的条带的平面图；
图5是根据本发明的实施方式的两个一起卷绕的条带的分解立体图；
图6是根据本发明的实施方式的具有密封套管和板件的两个一起卷绕的条带的分解立体图；
图7A是根据本发明的实施方式的两个同心卷绕条带的分解立体图；
图7B是根据本发明的实施方式的两个一起卷绕的条带和与所述两个一起卷绕的条带同心的第三卷绕条带的分解立体图；
图8是根据本发明的实施方式的面卷绕式条带的分解立体图；
图9是根据本发明的实施方式的包括图8的面卷绕式条带的卷绕条带结构的分解立体图；
图10A是形成为根据本发明的实施方式的卷绕式条带结构的电感器芯的侧视图；
图10B是通过使用根据本发明的实施方式的图10A的电感器芯而构造的电感器的平面图；
图11A是形成为根据本发明的实施方式的卷绕式条带结构的变压器芯的侧视图；
图11B是通过使用根据本发明的实施方式的图11A的变压器芯而构造的变压器的平面图；
图12A是根据本发明的实施方式的电机定子芯的侧视图；
图12B是图12A的定子芯的正视图；
图13A是具有根据本发明的实施方式的用于进行冷却的外部卷绕式条带结构的定子的示意性侧视剖视图；
图13B是具有图13A的用于进行冷却的外部卷绕式条带结构的定子的端视图；以及
图14是贯穿根据本发明的实施方式的电机的截面。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细的描述意在作为对根据本发明而提供的流体冷却型卷绕式条带结构的示例性实施方式的描述，并且并非意在表示可以构造或利用本发明的仅有的形式。该描述结合示出的实施方式阐述了本发明的特征。然而，应当理解的是，可以通过不同的实施方式来完成相同或等效的功能和结构，其中，所述不同的实施方式同样意在被包括在本发明的精神和范围之内。如本文中其它部分所表示的，相同的元件附图标记意在表示相同的元件或特征。
对于通常的传热结构而言，目的在于实现需要进行冷却的元件与诸如液体冷却剂之类的介质之间的最低的可能的热阻抗。由于热阻抗会以与结构的柱状体积成倒数的方式改变，因此热阻抗与柱状体积之积用作自然优值(该值越低越好)。在一实施方式中，通过使用由0.22mm的间隙——变压器的油被迫使流动通过这些间隙——分开的多个金属条带，能够实现约2.5C/W-cm3的热阻抗体积之积，其中，相关的热损失为每公分流动长度35kPa。因此，通过保持短的冷却剂流动长度和小的间隙尺寸，能够实现非常高性能的冷却。这个理念可以应用于由叠置的层压件或者卷绕的条带组成的磁性部件。在这些应用中，磁性材料本身可以同时提供传热性和电磁功能这两者。在典型的磁性应用中，使用的是厚度尺寸在0.2mm至0.3mm范围内的磁性材料——磁性材料的厚度尺寸与上述间隙尺寸大致相匹配。这转而促成了本文中所提出和论述的结构。
本发明的实施方式提供如下流体冷却型卷绕式条带结构：所述结构易于制造，并且所述结构能够提供良好的传热性。参照图1，在一个实施方式中，具有多个冲孔315、325的单个条带1002是边缘卷绕式，即，条带1002呈活塞环或SLINKYTM形状，其是具有长度、宽度和厚度的条带，其中，所述长度大于所述宽度，并且所述宽度大于所述厚度，条带卷绕成螺旋形状，其中，该条带在每个点处的弯曲均与宽度方向平行。所述多个孔315、325包括第一多个相对较宽的流体孔315和第二多个相对较窄的流体孔325。这些孔的尺寸以及这些孔在条带上的方位选择成使得当条带被卷绕时这些孔对准以便形成相交的轴向冷却剂通道和横向(例如，方位角)冷却剂通道网。在示出的情况中，条带的每个条带圈包括六个孔。宽孔和窄孔分别存在于交替的条带圈上，使得来自一个条带圈的宽孔面向来自相邻条带圈的窄孔。
图2是用于传热的结构或“卷绕式条带结构”的示意性截面，其中，该结构包括与图1的卷绕的条带1002相似的卷绕的条带。方位角方向在图2中是水平的，并且轴向方向是竖向的。为简单起见，图2中并未示出由条带的螺旋形状造成的条带的倾斜。窄的流体孔325对准以便形成轴向通道139，轴向通道139连接至完整的卷绕的条带的相反的面。另外，宽的流体孔315形成横向通道257，横向通道257将相邻的轴向通道139连接。例如，如果条带具有2n个条带圈并且每个条带圈具有m个孔，则总共形成nm个这样的轴向通道139。流体通过具有一些入口280的本文中表述为引流器1004的结构可以流动到通道139、257网中，并且流体通过具有一些出口282的另一引流器1004可以流出通道139、257网。每个引流器可以是卷绕的条带的条带圈(如图1的实施方式中的情况那样)，或者每个引流器可以是单独的结构。流体可以被供给至入口280，并且流体可以由相应的歧管1006从出口282处接纳。每个入口280和每个出口282可以与轴向通道139中的一个轴向通道相对准，入口280和出口282比轴向通道139的个数少。如果指定的入口280与特定的轴向通道139对准，并且没有出口与所述特定的轴向通道139对准，则经由入口280流入的任何流体将会经由一个或更多个横向通道257流动至连接于相应的出口282的一个或更多个其它轴向通道139，并且经由所述出口282离开所述结构。横向通道的轴向尺寸可以很小(例如，轴向尺寸约等于条带的厚度，其可以约为0.2mm)，因而，通过横向通道257的相应的流体流可以实现流体与条带之间的高效的传热。轴向通道139无须如所示出的那样是严格的轴向，而是轴向通道139例如可以是螺旋式的。
如本文中所使用的，“引流器”为如下结构：其允许流体流入或流出边缘卷绕式条带中的一些但并非所有的轴向通道以及面卷绕式条带中的一些但并非所有的径向通道。如果引流器用于实施流动限制，比如上述示例中阻止流体经由轴向通道139从卷绕的条带的入口直接流动至卷绕的条带的出口的情况那样，则从入口流动至出口的所有流体会被强迫经过至少一个横向通道257，从而产生与这种横向流动相关联的传热的益处。图2中示出了这种构型的示例，在图2中，每个入口280与并没有与任何出口282对准的轴向通道139对准。可以使用数种方法来提供这种流动限制。在一个方法中，如上述那样，卷绕的条带的第一条带圈和最后一条带圈可以用作引流器，例如，对于第一条带圈而言可以省去奇数孔，并且对于最后一条带圈而言可以省去偶数孔。在第二方法中，在卷绕的条带的每个面部处增设外部元件，比如具有选定的孔的环状件。在第三方法中，每个歧管包括与位于每个面部处的适当的孔相连通的特定的槽道。
入口280和出口282可以是卷绕的条带1002的端部条带圈的窄的流体孔325(在该情况下，其形成相应的引流器)，或者入口280和出口282可以是与卷绕的条带的端面相抵接的另一结构的孔。在一个实施方式中，通过将在端部条带圈中具有所有的窄的流体孔325的卷绕的条带与具有阻塞一半所述窄的流体孔325的突起的结构相接合而形成引流器。
轴向通道139(如图2中所示，其在取向上是竖向的)可以在每隔一条带圈处由将一对相邻的宽的流体孔315分开的柱或“腹板”312部分地阻塞。在一个实施方式中，这些部分阻塞足够小从而能够避免对于通过该结构的给定的流体流量的在压头损失方面的大幅增加。
在关于单个条带1002、比如图1的条带的实施方式中，宽的流体孔315与窄的流体孔325之间的过渡可以是最后一个宽的流体孔和第一个窄的流体孔合并以形成单个孔的部位，该部位的宽度约等于宽孔315的宽度加上窄孔325的宽度的一半。在旋转360度之后、即在沿着卷绕的条带行进完整的一圈的过渡位置处会出现相反的情况。
如图1和图2中示出的交替的宽孔和窄孔的使用(与相同的孔的使用相对比)可以产生具有较大的传热表面的横向通道257，同时能够避免从条带1002移除比所需更多的材料以便形成通道139、257；这种材料的存在在磁性部件的情况下会是有益的。对于一些应用而言，例如不涉及磁学的应用，可以实现如下有用的设计：在该设计中，所有的孔是相同的，并且间隔均是相等的，其中，孔的宽度大于孔的中心至中心间隔的一半。
在磁性部件的情况下，孔的增设会减小有效的磁性截面。可以通过增大该结构的整体尺寸来提供对这种结果的补偿。此外，在窄孔和宽孔交替的实施方式中，能够将窄孔保持得相对较小，使得窄孔对磁性部段的影响相对较小，同时窄孔足够大，从而允许适当的轴向冷却剂流量而不会增加过量的压头损失。在另一实施方式中，通过形成如下结构而很大程度的保持磁性部段：在所述结构中，具有窄的流体孔325的成对的连续的条带圈(或者成组的两个以上的连续的条带圈)与具有宽的流体孔315的单个条带圈交替。这种方法会增大磁性截面，但会使传热性受到损害。
参照图3A至图3C，与边缘卷绕式条带一起使用的每个歧管1006可以具有环形的流体槽道1008，并且可以紧固至卷绕的条带1002的相应的相反的面，使得冷却剂流被导引到位于第一面处的入口280中并从位于第二面处的出口282被接纳。卷绕的条带1002的端部可以部分地延伸到环形槽道中，并且可以抵靠位于环形槽道中的内部突脊。在其它实施方式中，每个环形槽道可以比条带1002窄，并且卷绕的条带不是延伸到歧管中而是可以抵靠歧管。在图3A至图3C中，并未示出隐藏线，并且图3B中仅示出了卷绕的条带1002的一个条带圈。
图4示出了在进行卷绕之前的冲孔条带1009。这种条带可以是边缘卷绕式的，并且可以用作用于径向间隙电机的定子芯。在一个实施方式中，沿着条带冲压形成槽1010，使得当以边缘的方式卷绕条带时形成常规的定子芯齿，其中，所述齿向内指向；可以在“背铁”——例如，条带的对齿进行保持并且形成用于穿过齿的通量线的磁通返回路径的部分——中设置冷却孔。通过使用这种方法，可以由以边缘卷绕方式形成卷绕的条带、诸如图4的条带之类的条带形成常规的或“右侧引出式”(right-side out)径向间隙电机定子，其中，在常规的或“右侧引出式”径向间隙电机中，转子与定子同心，并且转子位于定子内。也可以形成用于“内部引出式”(inside-out)径向间隙电机的定子，其中，在“内部引出式”径向间隙电机中，定子位于转子内；在任一种情况下都可以使用常规的绕组。对于背铁相对较厚的低极数电机而言，如图4中所示，可以给背铁的内径(I.D.)部分增设切口1012以便于使边缘弯曲。如果背铁相对较薄，如高极数电机中的情况那样，切口1012不是所必需的。
卷绕的条带的条带圈可以彼此相结合以便形成刚硬且坚固的芯结构，其中，使用技术方法和结合材料与可以用于结合层压式磁性结构的叠层的使用技术方法和结合材料相类似。由此形成的条带的相邻的条带圈之间(以及歧管与条带结构的面部之间)的结合可以提供适当的密封以便阻止冷却剂泄漏。也可以使用各种方法来提供额外的密封。所述方法包括将树脂应用至完整的结构的外部表面并且应用至形成轴向通道139和横向通道257的内部壁部。可以使用高压技术来密封外部表面和内部壁部这两者。在一个实施方式中，通过用密封剂充满轴向通道139和横向通道257而应用密封剂，其中，密封剂具有适当的静压力以便将密封剂喷射到位于条带圈之间并且能够允许冷却剂从通道泄漏和/或从卷绕的条带出去的任何空隙中。充注的密封剂然后基本上被排放(即，除了进入空隙和/或粘附至通道壁部作为涂层的密封剂部分之外的密封剂被排放)，并且通过使空气流动穿过通路来帮助去除过量的(即，可去除的)密封剂。除了使用静压力之外或者作为使用静压力的替代，可以使用空气压力迫使密封剂进入到空隙中。最后，通过使密封剂经受适当的温度周期而去除密封剂。在一个实施方式中，通过使用粉末涂覆方法来密封外部表面。
参照图5，卷绕式条带结构可以在两个相应的一起卷绕的条带的相应的交替的条带圈中具有交替的窄的流体孔325和宽的流体孔315，其中，第一条带1014具有均匀间隔开的大致相同的窄的流体孔325，并且第二条带1016具有相同间距的大致相同的宽的流体孔315。以此方式，可以由下述两个条带制造具有交替的窄孔和宽孔的结构：所述两个条带中的每个条带具有仅具有单一的相应的尺寸的孔，这样可以简化制造。
参照图6，在一些实施方式中，如所示出的，呈一起卷绕结构的较宽的条带1015和较窄的条带1016可以形成直径不同的绕组。在图6的实施方式中，较宽的条带1015的内径比较窄的条带1016小，并且较宽的条带1015的外径比较窄的条带1016大。在一些实施方式中，所述两个内径相同而所述外径不同，或者所述两个外径相同而所述内径不同。在一些实施方式中，卷绕的条带可以位于密封套管1018中，其中，密封套管1018可以与卷绕的条带同心并且位于卷绕的条带外，并且密封套管1018可以密封外部表面，并且在一些实施方式中，板件1020可以密封该结构的端部表面。卷绕式条带结构可以具有与卷绕的条带同心并且位于卷绕的条带内的密封套管，或者卷绕式条带结构可以具有两个密封套管，内部同心密封套管和外部同心密封套管。密封套管1018或者板件1020还可以用作例如至待冷却的部件的热接合面。
在一个实施方式中，两个或更多个简单的条带结构被结合在一起。例如参照图7A，如所示出的，两个边缘卷绕式条带可以同心地布置。这种结构可以用于转子位于定子内的径向间隙电机。在这种情况下，内卷绕条带1022(其可以形成为具有面向内的齿，图7A中未示出)可以提供“齿铁”的功能，而外卷绕条带1002可以用作背铁。在组装时，首先卷绕内条带1022，在卷绕完内条带1022之后，将外芯以与内芯过盈配合的方式进行应用。可以使用热收缩方法来组装这样的部分。例如，可以加热外卷绕条带1002使得外卷绕条带1002的内径充分膨胀以便大于内卷绕条带的外径，然后外卷绕条带可以滑动到内卷绕条带上。如果两个同心的卷绕条带在彼此的条带圈被结合在一起之前被组装，则未被结合的卷绕条带在受到径向膨胀或压缩力的作用时的柔性会很大而使得能够(例如在不对外卷绕条带1002加热的情况下)将这两个部件按压在一起而不会损害任一条带。齿铁的齿可以向内或向外敞开。在向外敞开的齿的情况下，外(背铁)条带可以抵靠齿的端部并且形成位于相邻的齿之间的磁路的一部分。在这种情况下，位于齿铁的齿之间的槽在与背铁组装在一起之前可以是面向外的完全敞开的槽，并且定子线圈的绕组比常规的芯的简单，其中，在常规的芯中，槽面向内并且槽间隙相对较窄。由于这个原因，在这种设计的情况下可以实现较高的填充因数。在这种设计中，封闭的槽可以面向转子；因此，磁性齿尖损失可以减少，不过峰值扭矩也可以减小。
与常规的单个部分芯相比，在图7A的结构中使用非各向同性或“各向异性”材料、比如晶粒取向材料可以实现磁性损失的很大程度的减少。在一个实施方式中，条带制造成使得晶粒矢量平行于外条带1002(背铁)的条带长度并且垂直于内条带1022(齿元件)的条带长度(即，平行于齿的方向，并且平行于条带的宽度)。在这种方法的情况下，在操作期间可以实现磁矢量与晶粒矢量之间的大致对齐，从而能够减少磁性(芯)损失。此外，晶粒取向材料的渗透性会比非定向(同向性)材料大，从而致使磁化电流减小。如果晶粒取向材料仅用于背铁并且常规的非定向材料用于齿铁，则在一定程度上同样可以实现这些益处。参照图7B，在另一实施方式中，同心的卷绕式条带结构由两个一起卷绕的条带1014、1016和与所述两个一起卷绕的条带同心的第三条带形成，其中，所述两个一起卷绕的条带1014、1016分别具有窄孔325和宽孔315。第三条带可以具有齿(图7B中未示出)，并且如图7B中示出的，第三条带可以位于其它两个条带内(例如，以便用作转子位于定子内的马达中的定子芯)。
在另一实施方式中，具有两个同心的边缘卷绕式条带的结构用于内部引出式径向间隙定子。在该实施方式中，外条带可以用作齿铁；其可以具有面向转子的沿径向面向外的齿，或者其可以具有抵靠内(背铁)条带的沿径向面向内的齿。外条带的晶粒矢量也可以平行于齿的方向。内条带可以具有流体孔315、325，并且内条带的晶粒矢量可以平行于条带的长度方向；其可以用作背铁。
参照图8，具有穿孔的条带材料也可以是面卷绕式的，从而形成呈电工带形状的结构，该结构是具有长度、宽度和厚度的条带，其中，所述长度大于所述宽度，并且所述宽度大于所述厚度，条带卷绕成螺旋形状，其中，条带在每个点处的弯曲平行于厚度方向。
在一个实施方式中，卷绕成形成卷绕的条带的单个条带1024的交替的条带圈交替地包括成组的用于形成径向流体通道的窄的流体孔325和用于形成横向(方位角)的流体通道257的宽的流体孔315。参照图9，适于与图8的卷绕的条带一起使用的歧管结构1026可以具有内流体槽道1028和外流体容腔，该外流体容腔由隔件1031分隔成第一外流体槽道1030和第二外流体槽道1032，第一外流体槽道1030和第二外流体槽道1032可以分别用作入口流体槽道和出口流体槽道。流体可以流动通过第一外流体槽道1030，流经卷绕的条带1024进入到内流体槽道1028中，并且经由卷绕的条带1024流出而进入到第二外流体槽道1032中。在一个实施方式中，两个不同的卷绕的条带同心地布置，面卷绕式条带同心地布置在边缘卷绕式条带内，或者边缘卷绕式条带同心地布置在面卷绕式条带内。
将面卷绕式条带中的孔保持为各条带圈间都对准会是很有挑战性的，尤其是在具有很多条带圈的情况下或者在外径(O.D.)比内径大很多的情况下。将最外条带圈的孔保持为与最里条带圈的孔对准同样会是很有挑战性的。为了解决这些挑战，可以在卷绕的条带的I.D.处同轴地布置第一歧管，并且可以在条带的O.D.处同轴地布置第二歧管。第一歧管和第二歧管可以分别是入口歧管和出口歧管，或者第一歧管和第二歧管可以分别是出口歧管和入口歧管。在另一实施方式中，卷绕的条带的第一面部中形成有径向凹槽，使得在这些凹槽与条带内的孔之间形成冷却剂路径。布置在卷绕的条带的第一面部处的歧管将入口的冷却剂引导至第一组径向凹槽(例如，奇数的径向凹槽)，同时接纳来自第二组径向凹槽(例如，偶数的径向凹槽)的冷却剂流。这种向轴向通道139供给流体以及接纳来自轴向通道139的流体的方法能够形成大量的流分量与条带长度平行的冷却剂流路径，使得即使在孔对准是任意的这种极端情况下也能够实现高性能的传热。在一个实施方式中，这种结构中的面卷绕式条带的交替的条带圈具有宽的流体孔315，并且其余的条带圈没有孔。
在一个实施方式中，可以在制造期间通过使冲压机器(例如，冲床)与用于卷绕条带的卷绕机器同步而保持卷绕的条带中的孔的对准。例如，位于卷绕机器上的编码器可以触发冲压机器在位于卷绕机器的特定的角位置处的条带中冲孔。以此方式、即通过对条带预先冲孔而不是在条带被卷绕之后再加工凹槽同样可以在面卷绕式条带的面部中形成径向凹槽。
参照图10A至图10B以及图11A至图11B，用于环形变压器或环形电感器的环形芯可以由磁性材料条带通过如下方式制造：将所述条带卷绕成具有用于进行高效冷却的流体通道的面卷绕式条带1034，并且提供适合的歧管结构1036，歧管结构1036包括用于向通道供给流体的入口歧管和用于接纳来自通道的流体的出口歧管。然后可以给这些芯增设适当的绕组1038以便完成期望的磁性部件，例如，电感器(图10A至图10B)或者变压器(图11A至图11B)。在绕组内产生的热量被传递至芯，并且然后随在芯材料内产生的热量一起被传递至冷却流体。
参照图12A和图12B，面卷绕式条带也可以用于形成用于轴向间隙电机的芯元件，比如定子。第一条带1040可以形成执行与齿相关联的功能的齿铁，而第二卷绕条带1042可以提供背铁的功能。通过卷绕并且结合空白条带(即，没有孔的条带)可以形成齿铁。然后可以在绕组的一个面部中铣削完全敞开的径向凹槽1044以便提供绕组槽。这些槽可以背离间隙并且面向背铁，从而能够容易地应用定子绕组，同时还用于减少齿尖损失。对于背铁元件而言，首先可以在条带材料中形成孔315、325，并且然后可以面卷绕并且结合第二条带以便形成刚性元件。然后可以在最靠近孔的面部中加工径向凹槽，并且可以增设歧管，该歧管将冷却剂引导至适当的铣削好的凹槽以及引导来自适当的铣削好的凹槽的冷却剂。然后可以将两个卷绕的条带1040、1042结合在一起以便形成完整的卷绕式定子。为清楚起见，从图12A和图12B中省去了与第二卷绕条带1042中的孔相对应的隐藏线。可以以类似的方式构造转子芯。
在该实施方式中，晶粒取向材料可以用于条带1040和条带1042。对于齿铁条带1040而言，晶粒矢量平行于齿，即，横向于条带的长度，并且对于背铁条带1042而言，晶粒矢量与条带长度平行。以此方式通过使用晶粒取向铁磁材料，可以很大程度的减小芯损失和磁化电流。
在另一实施方式中，单个条带执行齿铁和背铁这两者的功能。例如，可以面卷绕并且结合具有孔315、325以便形成流体通道的单个铁磁条带以便形成刚性芯元件。然后可以在一个面部中加工凹切的径向凹槽以便提供绕组槽。在一个实施方式中，可以在与绕组的面部相反的面部中加工额外的径向凹槽，使得例如通过使用上述歧管结构而能够实现冷却剂流穿过通道。类似地可以制造轴向间隙电机的转子芯。
边缘卷绕式条带结构和面卷绕式条带结构都可以用作传热元件。在热被传递至I.D.(内径)表面或O.D.(外径)表面或者从I.D.表面或O.D.表面传递热的应用中，边缘卷绕式条带可以用作传热套管。例如，参照图13A至图13B，这种卷绕式条带结构1046可以围绕径向间隙电动马达的端部线匝1048的O.D.安装或者安装在所述端部线匝的I.D.内(例如，图13A中用假想线示出的卷绕式条带结构1047)或者如上述两种情况那样，以便提供对端部线匝的冷却。为简单起见，从图13A中省去了剖面线，并且从图13B中省去了隐藏线。
可以使用电机的其它元件来提供冷却。例如，参照图14，电机可以包括定子和转子，其中，定子具有定子芯1050，转子具有转子芯1052。转子芯和定子芯这两者均可以是具有孔的卷绕的条带，例如，边缘卷绕式条带，其中，所述孔形成轴向通道139和横向通道。可以采用额外的卷绕的条带1054而对定子绕组105的端部线匝172进行冷却。
通常，边缘卷绕式或者面卷绕式条带可以呈中空圆筒形状，其具有外圆筒状表面、内圆筒状表面和两个大致平坦的端部表面。圆筒状表面可以用于与具有大致圆筒状表面的部件(比如定子的端部线匝)进行热交换(例如以便进行冷却)，并且端部表面可以用于冷却具有平坦的表面的部件。
如本文中所使用的，“传热套管”是中空结构，比如中空圆筒，其具有内部表面和外部表面，比如中空圆筒的圆筒状内部表面和圆筒状外部表面，所述内部表面和所述外部表面中的一者或两者构造为或者适于用作热接合面。如中空圆筒的情况那样，传热套管也可以具有两个端部表面。如下表面可以适于用作热接合面：所述表面足够平滑而能够高效地将热量引导至抵靠所述表面的另一部件或者引导来自抵靠所述表面的另一部件的热量。例如，图1的实施方式的卷绕的条带1002可以具有适于用作热接合面的平滑的内部表面。如果表面足够平滑而使得通过使用可以填充两个表面之间的任何小的空隙的诸如导热性树脂之类的适合的导热性复合物可以将所述表面与另一部件的相应的表面连接在一起，则该表面也可以适于用作热接合面。由宽度不同的两个一起卷绕的条带组成的卷绕式条带结构——比如图6的实施方式的条带结构——的内部表面由于较宽的条带1015的内部表面足够平滑而能够将热量传递至另一抵接表面而可以适于用作热接合面。在一些实施方式中，密封套管的表面(例如，图6的密封套管1018的外部表面)可以是适于传热的内部或外部表面，并且包括一个或更多个卷绕的条带和密封套管的卷绕式条带结构可以是传热套管。
在一个实施方式中，例如通过用板件将卷绕的条带的一个或两个面部密封而将呈中空圆筒形状的边缘卷绕式条带制成为容纳部。因此该容纳部可以用于使其所容物冷却，例如被放置到容纳部中的液态材料或固态材料。在这种应用中，边缘卷绕式条带可以由一个或更多个导电金属条带制成，例如铜制条带或铝制条带。在一些实施方式中，非金属条带用于形成卷绕的条带。
在一些实施方式中，用于形成卷绕条带的条带的厚度可以介于0.2mm与0.3mm之间。宽的流体孔315的尺寸可以约为19mm x 3mm，并且宽的流体孔315由宽度约为3mm的腹板312分隔。窄的流体孔325的尺寸可以约为6.3mm x 3mm。
尽管本文中具体地描述和说明了流体冷却型卷绕式条带结构的示例性实施方式，但许多改型和变型对于本领域技术人员来说将会是明显的。因此，应当理解的是，可以以除如本文中具体描述的方式之外的方式来具体实施根据本发明的原理构造的流体冷却型卷绕式条带结构。所附权利要求中也限定了本发明及其等效方案。

Claims (57)

1.一种卷绕式条带结构，所述卷绕式条带结构包括边缘卷绕式的一个或更多个条带，所述边缘卷绕式的一个或更多个条带包括第一条带，所述一个或更多个条带具有多个孔，
其中，所述第一条带具有多个条带圈，所述第一条带上的条带圈的孔与所述第一条带的或另一条带上的相邻条带圈的孔重叠以便形成流体槽道的一部分，并且
相邻的两个条带圈在重叠的孔处彼此抵接。
2.根据权利要求1所述的结构，其中：
所述第一条带的所述多个孔包括：
第一孔，
第二孔，以及
第三孔，
所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔具有相同的尺寸和形状，并且沿着所述第一条带均匀地间隔。
3.根据权利要求1所述的结构，其中：
所述第一条带的所述多个孔包括第一孔和第二孔，所述第一孔在形状方面和/或在尺寸方面与所述第二孔不同。
4.根据权利要求1所述的结构，其中，所述一个或更多个条带包括与所述第一条带一起卷绕的第二条带，所述第二条带具有多个条带圈，
其中，所述第二条带的条带圈的孔与所述第一条带上的相邻条带圈的孔重叠以便限定流体槽道的一部分。
5.根据权利要求4所述的结构，其中，所述第一条带的孔在形状方面和/或在尺寸方面与所述第二条带的孔不同。
6.根据权利要求1所述的结构，其中，所述一个或更多个条带中的至少一个条带具有构造成便于进行卷绕的多个凹口。
7.根据权利要求1所述的结构，具有多个流体槽道，并且还包括歧管，所述歧管具有与所述多个流体槽道流体连通的歧管槽道。
8.根据权利要求1所述的结构，具有多个流体槽道，并且还包括引流器，所述引流器构造成将流体流引导到一组所述多个流体槽道中或者接纳来自一组所述多个流体槽道的流体流。
9.根据权利要求8所述的结构，其中，所述引流器为所述第一条带的第一条带圈，其中，与所述第一条带的所述第一条带圈相邻的条带圈包括并未与所述第一条带的所述第一条带圈的孔对准的孔。
10.根据权利要求8所述的结构，还包括歧管，所述歧管具有与所述多个流体槽道流体连通的歧管槽道，其中，所述引流器紧固至所述歧管或者与所述歧管成一体。
11.根据权利要求1所述的结构，还包括构造成密封所述结构的内表面或外表面的圆筒状密封套管。
12.根据权利要求1所述的结构，其中，边缘卷绕式的所述一个或更多个条带中的至少一个条带由非各向同性材料组成。
13.根据权利要求1所述的结构，包括与所述第一条带一起卷绕的第二条带，其中，
所述第一条带由非各向同性材料组成。
14.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一条带由铁磁材料组成。
15.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一条带由介电材料组成。
16.根据权利要求1所述的结构，
其中：
所述结构的所述第一条带的条带圈具有第一内径和第一外径；以及
所述一个或更多个条带包括第二条带,所述结构的所述第二条带的条带圈具有第二内径和第二外径；以及
其中：
所述第二内径与所述第一内径不同和/或所述第二外径与所述第一外径不同。
17.根据权利要求16所述的结构，其中，所述一个或更多个条带包括与所述第一条带和所述第二条带同心的第三条带，所述第一条带、所述第二条带和所述第三条带通过热联接、机械联接、磁联接、电气联接或前述联接方式的组合而被联接。
18.根据权利要求1所述的结构，其中，所述一个或更多个条带包括与所述第一条带同心的第二条带，所述第一条带和所述第二条带通过热联接、机械联接、磁联接、电气联接或前述联接方式的组合而被联接。
19.根据权利要求18所述的结构，其中：
所述第一条带由具有周向限定特征矢量的非各向同性材料组成；以及
所述第二条带由具有径向限定特征矢量的非各向同性材料组成。
20.根据权利要求1所述的结构，其中，所述一个或更多个条带包括与所述第一条带相邻并且同轴的第二条带，所述第一条带和所述第二条带通过热联接、机械联接、磁联接、电气联接或前述联接方式的组合而被联接。
21.根据权利要求1所述的结构，还包括构造成阻止流体经由相邻的两个条带圈之间的缝隙从流体槽道漏出的密封剂。
22.根据权利要求1所述的结构，构造成形成电机定子或转子芯的部分。
23.根据权利要求1所述的结构，构造成形成电感器芯的部分。
24.根据权利要求1所述的结构，构造成形成变压器芯的部分。
25.根据权利要求1所述的结构，构造成形成传热套管的部分，并且具有构造为热接合面的内部表面。
26.根据权利要求25所述的结构，还包括板件，其中：
所述传热套管呈中空圆筒的形状，以及
所述板件紧固至所述中空圆筒的一个端部以便形成容纳部。
27.根据权利要求1所述的结构，构造成形成传热套管的部分，并且具有构造为热接合面的外部表面和/或具有构造为热接合面的端部表面。
28.根据权利要求27所述的结构，还包括电机定子，其中，所述传热套管的所述外部表面或所述端部表面热联接至所述定子的端部线匝。
29.一种卷绕式条带结构，所述卷绕式条带结构包括面卷绕式的一个或更多个条带，面卷绕式的所述一个或更多个条带包括第一条带，所述一个或更多个条带具有多个孔，
其中，所述第一条带具有多个条带圈，所述第一条带的条带圈的孔与所述第一条带的或另一条带上的相邻条带圈的孔重叠以便形成流体槽道的一部分，并且
所述卷绕式条带结构构造成阻塞所述第一条带的一部分入口孔或出口孔。
30.根据权利要求29所述的结构，其中：
所述第一条带的所述多个孔包括：
第一孔，
第二孔，以及
第三孔，
所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔具有相同的尺寸和形状，并且沿着所述第一条带均匀地间隔。
31.根据权利要求29所述的结构，其中：
所述第一条带的所述多个孔包括第一孔和第二孔，所述第一孔在形状方面和/或在尺寸方面与所述第二孔不同。
32.根据权利要求29所述的结构，其中，所述一个或更多个条带包括与所述第一条带一起卷绕的第二条带，所述第二条带具有多个条带圈，
其中，所述第二条带的条带圈的孔与所述第一条带上的相邻条带圈的孔重叠以便限定流体槽道的一部分。
33.根据权利要求32所述的结构，其中，所述第一条带的孔在形状方面和/或在尺寸方面与所述第二条带的孔不同。
34.根据权利要求29所述的结构，具有多个流体槽道，并且还包括歧管，所述歧管具有与所述多个流体槽道流体连通的歧管槽道。
35.根据权利要求29所述的结构，具有多个流体槽道，并且还包括引流器，所述引流器构造成将流体流引导到一组所述多个流体槽道中或者接纳来自一组所述多个流体槽道的流体流。
36.根据权利要求35所述的结构，其中，所述引流器为所述第一条带的第一条带圈，其中，与所述第一条带的所述第一条带圈相邻的条带圈包括并未与所述第一条带的所述第一条带圈的孔对准的孔。
37.根据权利要求35所述的结构，还包括歧管，所述歧管具有与所述多个流体槽道流体连通的歧管槽道，其中，所述引流器紧固至所述歧管或者与所述歧管成一体。
38.根据权利要求29所述的结构，还包括构造成密封所述结构的内表面或外表面的圆筒状密封套管。
39.根据权利要求29所述的结构，其中，面卷绕式的所述一个或更多个条带中的至少一个条带由非各向同性材料组成。
40.根据权利要求29所述的结构，包括与所述第一条带一起卷绕的第二条带，其中，
所述第一条带由非各向同性材料组成。
41.根据权利要求29所述的结构，其中，所述第一条带由铁磁材料组成。
42.根据权利要求29所述的结构，其中，所述第一条带由介电材料组成。
43.根据权利要求29所述的结构，
其中：
所述结构的所述第一条带的条带圈具有第一内径和第一外径；以及
所述一个或更多个条带包括第二条带,所述结构的所述第二条带的条带圈具有第二内径和第二外径；以及
其中：
所述第二内径与所述第一内径不同和/或所述第二外径与所述第一外径不同。
44.根据权利要求43所述的结构，其中，所述一个或更多个条带包括与所述第一条带和所述第二条带同心的第三条带，所述第一条带、所述第二条带和所述第三条带通过热联接、机械联接、磁联接、电气联接或前述联接方式的组合而被联接。
45.根据权利要求29所述的结构，其中，所述一个或更多个条带包括与所述第一条带同心的第二条带，所述第一条带和所述第二条带通过热联接、机械联接、磁联接、电气联接或前述联接方式的组合而被联接。
46.根据权利要求45所述的结构，其中：
所述第一条带由具有周向限定特征矢量的非各向同性材料组成；以及
所述第二条带由具有径向限定特征矢量的非各向同性材料组成。
47.根据权利要求29所述的结构，其中，所述一个或更多个条带包括与所述第一条带相邻并且同轴的第二条带，所述第一条带和所述第二条带通过热联接、机械联接、磁联接、电气联接或前述联接方式的组合而被联接。
48.根据权利要求29所述的结构，还包括构造成阻止流体经由相邻的两个条带圈之间的缝隙从流体槽道漏出的密封剂。
49.根据权利要求29所述的结构，构造成形成电机定子或转子芯的部分。
50.根据权利要求29所述的结构，构造成形成电感器芯的部分。
51.根据权利要求29所述的结构，构造成形成变压器芯的部分。
52.根据权利要求29所述的结构，构造成形成传热套管的部分，并且具有构造为热接合面的内部表面。
53.根据权利要求52所述的结构，还包括板件，其中：
所述传热套管呈中空圆筒的形状，以及
所述板件紧固至所述中空圆筒的一个端部以便形成容纳部。
54.根据权利要求29所述的结构，构造成形成传热套管的部分，并且具有构造为热接合面的外部表面和/或具有构造为热接合面的端部表面。
55.根据权利要求54所述的结构，还包括电机定子，其中，所述传热套管的所述外部表面或所述端部表面热联接至所述定子的端部线匝。
56.一种卷绕式条带结构，所述结构包括条带，所述条带具有多个孔，所述条带是边缘卷绕式或面卷绕式的，并且所述条带具有多个条带圈，所述多个条带圈包括两个端部条带圈和多个内部条带圈，
其中：
第一组多个内部条带圈中的每个条带圈包括多个第一孔，每个第一孔具有沿所述条带的方向的第一长度；
与所述第一组多个内部条带圈中的条带圈交替的第二组多个内部条带圈中的每个条带圈包括多个第二孔，每个第二孔具有沿所述条带的方向的第二长度，所述第二长度比所述第一长度短；
所述多个第二孔中的每个第二孔与相邻条带圈上的彼此相邻的两个第一孔重叠；以及
所述端部条带圈中的每个端部条带圈构造成将流体流引导到相邻的内部条带圈的一组孔中或者接纳来自相邻的内部条带圈的一组孔的流体流。
57.一种卷绕式条带结构，所述结构呈具有内部表面、外部表面、第一端部表面和第二端部表面的中空圆筒的形状，并且所述结构包括：
一个或更多个条带，所述一个或更多个条带包括第一条带，所述第一条带具有：
两个面部表面；
第一边缘表面；以及
第二边缘表面，
所述第一条带被卷绕成：
具有呈盘旋状的多个条带圈，所述第一边缘表面形成所述圆筒的所述内部表面，并且所述第二边缘表面形成所述圆筒的所述外部表面，或者
具有呈螺旋状的多个条带圈，所述第一边缘表面形成所述圆筒的所述第一端部表面，并且所述第二边缘表面形成所述圆筒的所述第二端部表面，
所述第一条带的每个条带圈具有多个孔，每个孔与相邻的条带圈的两个孔重叠以便形成流体槽道的一部分。
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