CN107810590B - 封装的旋转电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旋转电机(10)，具有转子(7)、包围住转子(7)的定子(1)和位于转子(7)与定子(1)之间的气隙(6)。为了实现高效率和紧凑的构造方式，建议的是，所述定子(1)具有许多封装的定子绕组(13)，并且所述定子(1)紧挨着气隙(6)。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转电机，其具有转子、包围转子的定子和位于转子与定子之间的气隙。
此外本发明还涉及一种压缩机驱动件、一种船只或者一种潜水艇，其具有至少一个这种封装的旋转电机。
本发明还涉及一种用于生产封装的定子的方法。
背景技术
这种封装的旋转电机例如用在优选集成的压缩机驱动件内，其中，该驱动件本身处于气体氛围中。需要传送的气体形式的媒介、例如天然气可能具有侵蚀性物质，其能够损坏定子、尤其是定子绕组、或者转子、尤其是转子绕组。
此外这种封装的旋转电机还用在船只驱动件中，其中，定子例如为了冷却被海水冲刷。因为海水中包含的盐同样能损坏定子和/或转子。
由公开文本WO 2004/107532 A1中公知一种用于集成的压缩机驱动件的电机，其具有抗压封装的定子，其中，定子的绕组头嵌入到一个紧固的接合体中，封装罩支撑在这个紧固的接合体上。
由公开文本WO 2008/046817A1中公知一种封装的电机，其中，定子为了有效冷却而具有一个带有相应的定子冷却回路的液体冷却装置，其中，封装罩构成冷却回路的外壁的一部分。
由专利文本US 4,831,297 A中公知一种可潜水的驱动电机，它具有密封的圆柱形定子壳体。
由专利文本US 6,069,421 A中公知一种具有全包封的定子的电机，其中，接合层位于定子与气隙之间。
由公开文本DE 10 2008 043386 A1中公知一种用于生产定子的方法，其中，轭叠片组和定子星形叠片组力配合地、例如通过热收缩、或者形状配合地、通过轭叠片组中用于容纳定子齿的末端的挖空部相互连接。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种旋转电机，其具有封装的定子绕组，相比现有技术，该旋转电机具有高效率以及紧凑的构造方式。
该目的通过一种旋转电机得以实现，所述旋转电机具有转子、包围着转子的定子和位于转子与定子之间的气隙，其中，所述定子具有定子绕组，这些定子绕组是封装的，并且其中，定子具有定子轭和包围住定子轭的定子叠片组，其中，所述定子绕组穿过定子轭延伸并且定子轭紧挨着气隙。
所述气隙适合于被空气、其他气体以及液体穿流而过。因为定子的朝向转子的内周面在气隙的区域内不被封装罩包围，并且不具有封装罩。
通过封装罩使得定子绕组针对任何形式的气体和液体受到了保护，这些气体和液体环流过机器并且例如用于冷却和/或用于流程处理。因为定子紧挨着气隙，所以气隙最优地较小。理想的小气隙导致所述封装的旋转电机的最佳功率参数，例如理想的功效。此外基于高效率可以对于需求的功率使用较小的、封装的旋转电机，这节约了构造空间。
因为定子轭紧挨着气隙，所以这个气隙理想地小，这导致了可潜水的旋转电机的最佳功率参数、例如理想的功效。此外基于这种高效率，可以对于需求的功率使用较小的封装的旋转电机，这就节约了构造空间。
此外该目的通过一种船只或者潜水艇来实现，该船只或潜水艇具有至少一个这种旋转式电机。
通过高功效的、紧凑的封装的旋转电机提升了这种船只或潜水艇的航程，并且让该船只或潜水艇的驱动件需要的位置更少。
此外该目的还通过一种用于生产这种旋转式电机的方法来实现。
接下来就转子而言提到的优点和优选的构造方案本质上也可以转移给生产方法。
在一种优选的实施方式中，定子绕组穿过定子延伸，并且在定子的轴向末端上具有定子绕组头，其中，这些定子绕组头被定子绕组头封装罩封装。通过封装罩使得定子绕组头针对任何形式的气体和液体受到保护，这些气体和液体环流过机器并且例如用于冷却和/或用于流程处理。
优选地，定子绕组头封装罩与定子在侧面在定子的轴向末端上连接。这是有利的，因为通过定子绕组头封装罩与定子的这种连接，尤其是不会影响气隙的大小，并且在旋转电机运行时达到最佳的功率参数。
在一种有利的构造方案中，仅仅定子绕组头由定子绕组头封装罩包围。定子范围内的定子绕组例如通过定子本身针对气体和液体受到了保护。
在一种特别有利的构造方案中，定子轭紧固地与定子叠片组连接，其中，定子绕组在定子的区域内通过定子轭和与该定子轭紧固连接的定子叠片组封闭。通过定子轭与定子叠片组的紧固连接将定子绕组液密性地封闭、也就是相对于气体和液体的入侵是密封的。通过这种封闭使得定子的区域内不需要额外的封装材料。
优选地，定子叠片组借助力配合的连接、尤其是借助收缩连接、紧固地与定子轭连接。在收缩工艺的情况下，优选地将定子叠片组加热例如几百摄氏度，由此让定子叠片组的内直径由于热膨胀而增大，该热膨胀也被称为热延展。因为热延展而增大的定子叠片组在已加热状态下时套在定子轭上。在定子叠片组冷却时，发生热收缩，其也被称为热紧缩，由此使得定子叠片组再次获得先前的尺寸并且不仅机械紧固地而且导电地与定子轭连接。这是特别有利的，因为这样就能够在没有附加的处理步骤的情况下制造出机械紧固的且可导电的连接。此外这种连接方式紧凑、非常稳定并且几乎不受到外界的影响。
以特别有利的方式，所述定子绕组头封装罩具有耐磨材料。因为气体或液体也可能具有能够导致定子绕组头封装罩磨损的颗粒，所以当定子绕组头封装罩具有耐磨的材料时是有利的。
在一种优选的实施方式中，定子绕组头封装罩具有抗腐蚀的材料。这是特别有利的，因为通过这种抗腐蚀的材料使得定子绕组头封装罩从而还有定子绕组头针对例如由于侵蚀性气体或液体造成的分解受到保护。
以特别有利的方式，封装的定子绕组由冷却液体、尤其是油包围。这使得能够非常好地冷却定子绕组，因为这样能将热量能够迅速并且高效地、例如通过环流过机器的冷却水运输走。
在另一种有利的构造方案中，定子绕组头封装罩经由定子焊缝与定子轭和/或与定子叠片组连接。这种焊接的连接特别有利，因为它不仅能导电而且机械性质稳定。此外，它还非常好地密封住围绕着定子绕组头的空间。
在一种优选的实施方式中，转子具有转子绕组，这些转子绕组穿过转子延伸并且被封装，其中，该转子紧挨着气隙。尤其是在超过兆瓦特的极大功率下经常要使用他励的同步电机，其优选地具有带转子绕组的转子。通过封装罩使得转子绕组、完全和定子绕组一样地、针对任何形式的气体和液体受到保护，这些气体和液体环流过及其并且例如被用于冷却和/或流程处理。因为转子紧挨着气隙，所以气隙最优地较小，这导致了最佳功率参数，例如理想的功效。此外基于得益于小气隙的高效率，可以节约构造空间。
在一种有利的构造方式中，转子绕组具有转子绕组头，其中，仅仅转子绕组头由转子绕组头封装罩包围。通过封装罩使得转子绕组头针对任何形式的气体和液体受到保护，这种气体和液体环流过机器、尤其是转子绕组头。
优选地，转子绕组头封装罩与转子仅仅在侧面在转子的轴向末端上连接。这些转子绕组在转子的区域内例如通过转子本身针对气体和液体受到保护。
以特别优选的方式，所述转子绕组头封装罩具有耐磨的和/或抗腐蚀的材料。这样是特别有利的，因为通过抗腐蚀的材料使得转子绕组头封装罩从而还有转子绕组头针对因为例如侵蚀性的气体和液体造成的分解受到保护。因为这些气体或液体也可能具有能够导致定子绕组头封装罩磨损的颗粒，所以有利的是，定子绕组头封装罩具有耐磨的材料。
特别有利地，所述转子绕组头封装罩与转子经由转子焊缝连接。这种焊接的连接特别有利，因为它不仅能导电而且机械性质稳定。此外，它还非常好地密封住围绕着转子绕组头的空间。
在一种优选的实施方式中，封装的转子绕组由冷却液体、尤其是油包围。这使得能够非常好地冷却转子绕组，因为这样能将热量迅速并且高效地运输走。
以特别有利的方式，定子叠片组的第一内周面与定子轭的第二外周面借助收缩工艺紧固地连接。这是特别有利的，因为这样就将插入定子轭的绕组在转子内完全包围住，并且因此使其针对例如侵蚀性的气体和液体造成的分解受到保护。
有利地，定子轭为此设计，即，利用第二内周面紧挨着气隙。因为定子轭紧挨着气隙，所以气隙最优地较小。理想的小气隙使得实现最佳功率参数。
附图说明
接下来借助在图中所示的实施例更详尽地说明和阐述本发明。
图中示出：
图1是根据现有技术的封装的旋转电机的纵剖面图，
图2是封装的旋转电机的第一实施方式的纵剖面图，
图3是封装的旋转电机的第二实施方式的纵剖面图，
图4是封装的旋转电机的第三实施方式的纵剖面图，
图5是封装的定子的制造方法的示意性流程图，
图6是具有四个封装的旋转电机的船只的纵剖面图，以及
图7是具有封装的旋转电机的潜水艇的侧视图。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的封装的旋转电机10的纵剖面图，其中，定子1被封装。旋转电机10除了定子1之外还具有转子7，它抗扭地与轴8连接。这个轴围绕着旋转轴线12旋转，这个旋转轴线定义了轴向、径向和圆周方向。在定子1与转子7之间有气隙7。定子3具有定子轭4，定子绕组13在其中延伸。定子轭4是一种由个别的型材金属片组成的构造体，这些型材金属片被叠层、被挤压并且紧接着被焊接在一起。此外，由铁磁性材料、例如铁或钢制成的定子轭4是可导磁的。定子绕组13优选地插入定子轭4的朝上敞开的开槽中。同样由铁磁性材料、例如铁或钢制成的定子叠片组3包围住定子轭4，并且可导电地并且机械稳固地与之连接。优选地由铜制成的定子绕组13在定子轭4的轴向末端上具有定子绕组头2。
定子封装罩5包围住整个定子1并且严密地封闭定子。定子封装罩5也穿过定子1与转子7之间的气隙6延伸。对于封装的旋转电机10的高功效而言，必须让气隙6保持尽可能小。定子与转子之间的附加的材料因此会让封装的旋转电机10的效率变差。
图2示出了封装的旋转电机10的第一实施方式的纵剖面图，其中，旋转电机10的构造方式相应于图1所示。然而严密地封闭整个定子1的定子封装罩5被放弃。作为代替，定子绕组头2由定子绕组头封装罩11包围，这个定子绕组头封装罩利用定子焊缝9焊接在定子轭4上和定子叠片组3上。通过定子轭4、定子叠片组3和与定子轭4和定子叠片组3焊接的定子绕组头封装罩11，使得定子绕组13连同它的定子绕组头2严密地被封装，由此使得它们受到保护抵抗任何形式的气体和液体，这些气体和液体环流过封装的旋转电机10。在集成式的压缩机驱动件中，其中，驱动件本身处于气体氛围中，例如需要传送的天然气可能具有侵蚀性物质，其能够破坏定子1、尤其是定子绕组13。即使在船只驱动件中，其中，定子1例如为了更好的冷却被海水冲刷，海水中含有的盐可能破坏定子绕组13。此外，气隙6最优地较小，因为定子1紧挨着气隙6。理想的小气隙6导致封装的旋转电机10的最佳功率参数。此外，基于这种高效率可以对于需求的功率使用较小的、封装的旋转电机，这节约了构造空间。为了更好地导出热，封装的定子绕组13连同它的定子绕组头2由冷却液体、尤其是油包围。
定子绕组头封装罩11具有抗腐蚀的材料，它对于环流过封装的旋转电机10的气体和液体具有化学抗性，并且在流动的物质与定子绕组13连同它的定子绕组头2之间构成了化学隔离。此外，定子绕组头封装罩11还优选地在表面上具有耐磨的材料，它防止在环流过封装的旋转电机10的液体和气体中存在的颗粒通过摩擦或滑擦损害定子绕组头封装罩11。作为耐磨的材料此外还可以考虑镍或者密实的塑料，例如聚醚醚酮，简称PEEK。
所述定子绕组头封装罩11应该还具有良好的导热性，从而让损耗热能可以从定子绕组头2高效地放出至环流过所述封装的旋转电机10的冷却剂。
图3示出了封装的旋转电机10的第二实施方式的纵剖面图，其中，所述旋转电机10的构造方式相应于图1和图2中所示。然而同样也省去了严密地封闭整个定子1的定子封装罩5。作为代替，定子绕组头2被定子绕组头封装罩11包围，这个定子绕组头封装罩借助定子焊缝9与定子轭4焊接在定子轭4的轴向末端上。此外，与图2中的第一实施方式相反，所述定子绕组头封闭盖11在定子1的外侧完全包围住定子1的定子叠片组3，从而同样也严密地封闭定子叠片组3。
图4示出了封装的旋转电机10的第三实施方式的纵剖面图。旋转电机10的构造方式相应于图1至图3中所示。定子侧的封装与图2中类似地实现。因为图4中封装的旋转电机10是他励的同步电机，所以转子7也具有穿过转子7延伸的转子绕组14。转子绕组14在转子7的轴向末端上具有转子绕组头。
所述转子绕组14通过包围转子绕组14的转子7并且通过转子绕组头封装罩16严密地封装。所述转子绕组头封装罩16在此经由转子焊缝17与转子7焊接在它的轴向末端上，并且由此严密地封闭住。通过这种严密的封闭使得它受到保护抵抗任何形式的气体和液体，这些气体和液体环流过所述封装的旋转电机10。在集成式压缩机驱动件中，其中，驱动件本身处于气体氛围中，例如需要传送的天然气可能具有侵蚀性物质，这种侵蚀性物质可能破坏转子7、尤其是转子绕组14。即使在船只驱动件中，其中，转子被海水冲刷，包含在海水中的盐可能破坏转子绕组14。此外，气隙6最优地较小，因为转子7紧挨着气隙6。理想的小气隙6导致封装的旋转电机10的最佳的功率参数。
图5示出了封装的定子1的制造方法的示意性流程。定子叠片组3在第一制造步骤中将由多个具有铁磁材料、例如铁或钢的单个金属片进行叠层、挤压并且紧接着焊接在一起。定子叠片组3具有第一内周面3a。定子轭4在进一步的制造步骤中同样也由单个型材金属片制成并且可导磁，这些型材金属片由铁磁材料、例如铁或钢构成，并且被叠层、被挤压并且紧接着被焊接在一起。定子轭4具有第二内周面4a和第二外周面4b。在进一步的步骤中，优选地由铜制成的定子绕组13被插入定子轭4的朝上敞开的开槽。被插入的定子绕组13在定子轭4的轴向末端上具有定子绕组头2。在下一个制造步骤中，成品的定子叠片组3借助收缩工艺紧固地与定子轭4连接。在这个收缩工艺中，定子叠片组3被加热几百摄氏度，由此使得定子叠片组3的内直径由于热膨胀，也被称为热延展，而增大。因为热延展而增大的定子叠片组3在已加热状态下以如下方式套在定子轭4上，即，让定子叠片组3的第一内周面3a与定子轭4的第二外周面4b连接。在定子叠片组3冷却时发生热收缩，其也被称为热紧缩，由此使得定子叠片组3再次获得先前的尺寸，并且不仅机械紧固地而且可导电地与定子轭4连接。这是特别有利的，因为这样就可以在没有附加的处理步骤的情况下制造出机械紧固并且可导电的连接。在进一步的制造步骤中，定子绕组头封装罩11布置在定子绕组头2之上，并且与定子轭4和定子叠片组3经由定子焊缝9焊接。作为替选，所述定子绕组头封装罩11可以钎焊连接或者以其他方式连接，以经由定子叠片组3、定子轭4和定子绕组头封装罩11实现对定子绕组13的严密封闭。这是有利的，因为这样将定子1的被插入定子轭4的定子绕组13完全包围，并且因此针对因为例如侵蚀性的气体和液体造成的分解对其进行保护。所述定子绕组头封装罩11具有抗腐蚀的材料，这种材料相对于环流过封装的旋转电机10的气体和液体具有化学抗性，并且在这种流动的物质于带有其定子绕组头2的定子绕组13之间构成化学隔离。此外，所述定子绕组头封装罩11还优选地在表面上具有耐磨的材料，它防止在环流过封装的旋转电机10的液体和气体中存在的颗粒通过摩擦或滑擦损害定子绕组头封装罩11。作为耐磨的材料此外还可以考虑镍或者密实的塑料，例如聚醚醚酮，简称PEEK。
图6示出了具有封装的旋转电机10的船只18的纵剖面图。所述封装的旋转电机10，正如图1至4中所示的那样，实现为可潜水的并且完全处于水下19。它例如被含盐的海水环流，这种海水优选地用于冷却。在此，用作马达的封装的旋转电机10可以直接地或者经由传动机构用作船只驱动件。
图7示出了具有示意性的四个封装的旋转电机10的潜水艇20的侧视图。所述封装的旋转电机10，正如在图1至4中的其中一个中所示的那样，同样也实现为可潜水的，并且潜水艇20的后部在圆周方向上移动了90°。其他的、在一个潜水艇20上有至少一个旋转电机10的布置方式是可能的。这四个封装的旋转电机10完全位于水19下，并且例如被含盐的海水环流，海水优选地用于冷却。在此，用作马达的封装的旋转电机10可以直接地或者间接地经由传动机构用作船只驱动件。
Claims (25)
1.一种旋转电机(10)，所述旋转电机具有转子(7)、包围所述转子(7)的定子(1)和位于所述转子(7)与所述定子(1)之间的气隙(6)，其中，所述定子(1)具有封装的定子绕组(13)，其中，所述定子(1)具有定子轭(4)和包围住所述定子轭(4)的定子叠片组(3)，其中，所述定子轭(4)是由铁磁性材料制成的，其中，所述定子绕组(13)穿过所述定子轭(4)延伸，并且所述定子轭(4)紧挨着所述气隙(6)，其中，所述定子轭(4)紧固地与所述定子叠片组(3)连接，其中，所述定子绕组(13)在所述定子(1)的区域内通过所述定子轭(4)和与所述定子轭(4)紧固连接的所述定子叠片组(3)封闭。
2.根据权利要求1所述的旋转电机(10)，其中，这些所述定子绕组(13)穿过定子(1)延伸，并且在所述定子(1)的轴向末端上具有定子绕组头(2)，其中，所述定子绕组头(2)被定子绕组头封装罩(11)封装。
3.根据权利要求2所述的旋转电机(10)，其中，所述定子绕组头封装罩(11)与所述定子(1)在侧面在所述定子(1)的轴向末端上连接。
4.根据权利要求2或3所述的旋转电机(10)，其中，仅仅所述定子绕组头(2)由所述定子绕组头封装罩(11)包围。
5.根据权利要求2或3所述的旋转电机(10)，其中，所述定子叠片组(3)借助力配合的连接紧固地与所述定子轭(4)连接。
6.根据权利要求2或3所述的旋转电机(10)，其中，所述定子绕组头封装罩(11)至少与所述定子轭(4)紧固地连接。
7.根据权利要求6所述的旋转电机(10)，其中，所述定子绕组头封装罩(11)至少与所述定子轭(4)经由定子焊缝(9)连接。
8.根据权利要求2或3所述的旋转电机(10)，其中，所述定子绕组头封装罩(11)具有耐磨的材料。
9.根据权利要求2或3所述的旋转电机(10)，其中，所述定子绕组头封装罩(11)具有抗腐蚀的材料。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机(10)，其中，封装的所述定子绕组(13)由冷却液体包围。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机(10)，其中，所述转子(7)具有转子绕组(14)，这些所述转子绕组穿过所述转子(7)延伸并且被封装，其中，所述转子(7)紧挨着所述气隙(6)。
12.根据权利要求11所述的旋转电机(10)，其中，所述转子绕组(14)具有转子绕组头(15)，其中，仅仅所述转子绕组头(15)由转子绕组头封装罩(16)包围。
13.根据权利要求12所述的旋转电机(10)，其中，所述转子绕组头封装罩(16)与所述转子(7)仅仅在侧面在所述转子的轴向末端上连接。
14.根据权利要求12或13所述的旋转电机(10)，其中，所述转子绕组头封装罩(16)与所述转子(7)经由转子焊缝(17)连接。
15.根据权利要求12或13所述的旋转电机(10)，其中，所述转子绕组头封装罩(16)具有耐磨的材料。
16.根据权利要求12或13所述的旋转电机(10)，其中，所述转子绕组头封装罩(16)具有抗腐蚀的材料。
17.根据权利要求12或13所述的旋转电机(10)，其中，封装的所述转子绕组(14)由冷却液体包围。
18.根据权利要求1或2所述的旋转电机(10)，其中，所述旋转电机是封装的旋转电机(10)。
19.根据权利要求5所述的旋转电机(10)，其中，所述力配合的连接收缩连接。
20.根据权利要求10所述的旋转电机(10)，其中，所述冷却液体是油。
21.一种压缩机驱动件、船只(18)或者潜水艇(20)，所述压缩机驱动件、船只或者潜水艇具有至少一个根据权利要求1至20中任一项所述的旋转电机(10)。
22.一种用于生产旋转电机(10)的方法，其中所述旋转电机是根据权利要求1至20中任一项所述的旋转电机。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，将定子绕组头封装罩(11)布置在定子绕组(13)的定子绕组头(2)之上并且至少与定子轭(4)连接。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中，将所述定子绕组(13)插入定子轭(4)中，并且紧接着将定子叠片组(3)借助收缩工艺与所述定子轭(4)紧固地连接。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，将所述定子叠片组(3)的第一内周面(3a)与所述定子轭(4)的第二外周面(4b)借助收缩工艺紧固地连接。
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