CN108288879B - 用于电机的定子支承 - Google Patents

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Abstract

一种用于电机的定子支承包括在支承环中的径切面，所述径切面释放所述支承环中的环向应力，并且在定子的加热和冷浸循环期间允许更多的径向位移，由此允许所述电机的更大范围的热条件。

Description

用于电机的定子支承
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年1月9日提交的美国临时专利申请第62/443,994号的权益，所述专利申请以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于电机的定子支承。
背景技术
在能量转换中会使用电机，例如电马达和/或发电机。在航空器工业中，常见的是具有组合的马达和发电机模式的电马达，其中在马达模式下，电机被用来启动航空器发动机，而且根据模式也可以用作发电机来为航空器系统供应电功率。无论模式如何，电机通常包括定子，定子具有结合转子起作用的绕组，转子也具有绕组，并且被旋转源驱动旋转，所述旋转源对于发电机可以是燃气涡轮发动机，或对于马达可以是定子。
发明内容
一方面，一种用于电机的定子支承包括外壳、在外壳中的框架，以及在框架中具有冷却剂通道节点的支承环。芯部被配置成保持定子绕组，而支承环被径切面分开。
另一方面，一种电机包括定子以及安装到可旋转轴而用于在所述定子内旋转的转子。定子包括定子支承，所述定子支承具有框架、在框架中的支承环以及在支承环内的芯部。支承环被径切面分开。
又一方面，一种用于安装到燃气涡轮发动机的电机总成具有第一机器和第二机器，第一机器和第二机器中的每一个具有定子和转子。可旋转轴被配置成连接到燃气涡轮发动机，并且第一机器转子和第二机器转子中的每一个安装到所述可旋转轴。第一机器定子或第二机器定子或这两者具有框架、在框架中的支承环以及在支承环内的芯部。支承环被径切面分开。
技术方案1.一种用于电机的定子支承，其包括外壳；在所述外壳中的框架；在所述框架中并且具有冷却剂通道节点的支承环；以及被配置成保持定子绕组的芯部，其中所述支承环被径切面分开。
技术方案2.根据技术方案1所述的定子支承，其中：所述径切面位于冷却剂通道节点处。
技术方案3.根据技术方案1所述的定子支承，其中：进一步包括在所述支承环与所述芯部之间的楔槽。
技术方案4.根据技术方案1所述的定子支承，其中：所述芯部压入所述支承环中，所述支承环压入所述框架中，并且所述框架压入所述外壳中。
技术方案5.根据技术方案1所述的定子支承，其中：所述芯部包括芯环。
技术方案6.一种电机，其包括：
定子；以及
转子，其安装到可旋转轴，用于在所述定子内旋转；
其中所述定子包括定子支承，所述定子支承具有框架、在所述框架中的支承环，以及在所述支承环内的芯部，并且
其中所述支承环被径切面分开。
技术方案7.根据技术方案6所述的电机，其中：进一步包括在所述支承环中的冷却剂通道节点，其中所述径切面位于冷却剂通道节点处。
技术方案8.根据技术方案6所述的电机，其中：进一步包括在所述支承环与所述芯部之间的楔槽。
技术方案9.根据技术方案6所述的电机，其中：所述芯部压入所述支承环中，所述支承环压入所述框架中，并且所述框架压入所述外壳中。
技术方案10.根据技术方案6所述的电机，其中：所述芯部包括芯环。
技术方案11.一种用于安装到燃气涡轮发动机的电机总成，其包括：
第一机器和第二机器，所述第一机器和所述第二机器中的每一个具有定子和转子，
可旋转轴，其被配置成连接到所述燃气涡轮发动机，并且所述第一机器转子和所述第二机器转子中的每一个安装到所述可旋转轴；并且
所述第一机器定子和所述第二机器定子中的至少一个具有框架、在所述框架中的支承环以及在所述支承环内的芯部，其中所述支承环被径切面分开。
技术方案12.根据技术方案11所述的电机总成，其中：进一步包括在所述支承环中的冷却剂通道节点，其中所述径切面位于冷却剂通道节点处。
技术方案13.根据技术方案11所述的电机总成，其中：进一步包括在所述支承环与所述芯部之间的楔槽。
技术方案14.根据技术方案11所述的电机总成，其中：所述芯部压入所述支承环中，所述支承环压入所述框架中，并且所述框架压入所述外壳中。
技术方案15.根据技术方案11所述的电机总成，其中：所述芯部包括芯环。
附图说明
在附图中：
图1是能够用作起动机/发电机的电机的截面视图，在所述电机内设置了根据本发明的方面的定子支承。
图2是根据本发明的方面的图1的定子支承的等距视图。
图3是图2的定子支承的平面图。
具体实施方式
虽然本发明的方面可以在使用同步电机或主机的任何环境中实施，但是其特定实例是发电机。发电机目前设想为在喷射发动机环境中实施。本发明的方面可以替代地包括起动机/发电机并且可以提供涡轮发动机起动功能，其中起动机/发电机提供机械功率以通过起动方法驱动涡轮发动机。简述所设想的发电机环境应有助于更充分的理解。
图1示出安装在燃气涡轮航空器发动机上或安装在燃气涡轮航空器发动机内的电机总成10。所述燃气涡轮发动机可以是涡扇发动机，例如，在现代商业和军事航空中普遍使用的General Electric GEnx或CF6系列发动机，或者它可以是例如涡轮螺旋桨发动机或涡轴发动机的多种其它已知的燃气涡轮发动机。
电机总成10包括具有励磁机转子14和励磁机定子16的第一机器12，以及具有主机转子20和主机定子22的同步的第二机器18。在电机总成10的外部提供至少一个电源连接，用于提供输送电功率到电机总成10以及从电机总成10输送电功率。通过示出为电力线30的此电源连接直接或间接传输功率到电力负载，并且可以从电机总成10提供具有接地参考输出的三相输出。
电机总成10进一步包括机械地连接到围绕旋转轴线34的轴向旋转源的可旋转轴32，所述轴向旋转源可以是燃气涡轮发动机。可旋转轴32通过间隔开的轴承36支承。励磁机转子14和主机转子20安装到可旋转轴32，用于相对于定子16、22旋转，所述定子16、22以旋转方式固定在电机总成10内。定子16、22可以安装到电机总成10的外壳部分的任何适当部分。可旋转轴32被配置成使得来自运行的涡轮发动机的机械力提供相对轴32的旋转。替代地，在起动机/发电机的实例中，在起动模式期间电机总成10的可旋转轴32的旋转产生机械力，所述机械力通过轴32转移以提供相对涡轮发动机的旋转。
可旋转轴32可以进一步包括沿着轴32的内部轴向延伸的中心冷却剂通道28。中心冷却剂通道28允许油或空气等冷却剂流过可旋转轴32的内部。在所示出的实施例中，第二机器18位于电机总成10的后部，并且第一机器12定位在电机总成10的前部。设想第一机器12和第二机器18的其它位置。
图2示出用于定子16、22中的任一个的定子支承40的等距视图。示出定子支承40包括环绕框架44的外壳42。外壳42可以是铸铝合金，例如A357，并且框架44可以由铝形成，例如T6-6061，以辅助热传递并减轻重量。框架44的径向内侧是支承环46，其优选地由导热材料制成，例如T6-6061铝。支承环46的径向内侧是芯部48。优选地，芯部48压入支承环中，具有大约2.5密耳的间隙，支承环压入框架中，具有大约2.5密耳的间隙，并且框架压入外壳42中，具有大约1密耳的间隙。
芯部48包括芯环50，其中一组径向元件52围绕芯环50彼此径向间隔开，并且由Hiperco-50等导热材料形成。每个径向元件具有盖53，所述盖部分地位于邻近每个径向元件52轴向延伸的槽位55之上。芯环50的轴端盖有第一介电绝缘体54，所述第一介电绝缘体54优选地由三聚氰胺形成。所述组径向元件52的三个子组56用优选地由卡普顿(Kapton)形成的第二绝缘体58覆盖(除了盖53以外)，并且将优选地是铜的导线60保持在每个槽位55中。也由铜制成的端盖62覆盖三个子组56的轴端。三个子组56、第二绝缘体58、导线60和端盖62一起形成定子支承40的绕组64。
支承环46进一步至少部分地界定冷却剂通道的节点66，所述节点位于邻近框架44并且平行于所述组径向元件52轴向延伸。支承环与芯环50之间还有维持芯部48相对于支承环46的位置的楔槽(keyway)68。在支承环46中提供径切面70以完全分开环，所述径切面优选地在设置于两个绕组64之间的节点66处。径切面70释放支承环46中的环向应力，并且在定子12、16的加热和冷浸(cold soak)循环期间允许更多的径向位移，由此允许电机10的更大范围的热条件。
在发电操作期间，转子20借助与可旋转轴32连接的涡轮发动机等机械力围绕旋转轴线34旋转。在旋转期间，转子绕组被激发以产生磁极，例如，来自励磁机转子14的整流AC功率输出的DC功率。磁极相对于定子16、22的旋转产生功率输出，例如AC功率输出，所述功率输出接着通过电力线30传输到电力系统，例如，功率分布节点。
另外，在发电操作期间，转子20相对于定子16、22的旋转通常使得由于改变转子20与定子16、22之间的气隙中的磁场和/或磁通谐波而导致涡电流损耗以及热量。
本发明涵盖除了上述附图中所示的实施例和配置之外的许多其它可能的实施例和配置。例如，本发明的一个方面设想更多或更少的所提及的电机总成10部件。本发明的另一方面设想将径切面70定位在支承环46上的其它地方，例如其它节点66或节点66之间。
在尚未描述的范围内，各种实施例的不同特征和结构可根据需要彼此组合使用。不会在所有实施例中示出一个特征并非意味着被理解为它不能这样，而是为了简化描述。因此，不同实施例的各种特征可根据需要混合和匹配来形成新的实施例，而不论新的实施例是否被明确地描述。本发明涵盖本文所描述的特征的所有组合或排列。
本书面描述使用实例来描述本发明的方面，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利范围由所附权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有与所附权利要求书的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，那么这种其它实例既定在权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种用于电机的定子支承，其包括外壳；在所述外壳中的框架；在所述框架中并且具有冷却剂通道节点的支承环；以及被配置成保持定子绕组的芯部，其中所述支承环被径切面分开。
2.根据权利要求1所述的定子支承，其特征在于：所述径切面位于冷却剂通道节点处。
3.根据权利要求1所述的定子支承，其特征在于：进一步包括在所述支承环与所述芯部之间的楔槽。
4.根据权利要求1所述的定子支承，其特征在于：所述芯部压入所述支承环中，所述支承环压入所述框架中，并且所述框架压入所述外壳中。
5.根据权利要求1所述的定子支承，其特征在于：所述芯部包括芯环。
6.一种电机，其包括：
定子；以及
转子，其安装到可旋转轴，用于在所述定子内旋转；
其中所述定子包括定子支承，所述定子支承具有框架、在所述框架中的支承环，以及在所述支承环内的芯部，并且
其中所述支承环被径切面分开。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于：进一步包括在所述支承环中的冷却剂通道节点，其中所述径切面位于冷却剂通道节点处。
8.根据权利要求6所述的电机，其特征在于：进一步包括在所述支承环与所述芯部之间的楔槽。
9.根据权利要求6所述的电机，其特征在于：所述芯部压入所述支承环中，所述支承环压入所述框架中，并且所述框架压入外壳中。
10.根据权利要求6所述的电机，其特征在于：所述芯部包括芯环。
11.一种用于安装到燃气涡轮发动机的电机总成，其包括：
第一机器和第二机器，所述第一机器和所述第二机器中的每一个具有定子和转子，
可旋转轴，其被配置成连接到所述燃气涡轮发动机，并且所述第一机器转子和所述第二机器转子中的每一个安装到所述可旋转轴；并且
所述第一机器定子和所述第二机器定子中的至少一个具有框架、在所述框架中的支承环以及在所述支承环内的芯部，其中所述支承环被径切面分开。
12.根据权利要求11所述的电机总成，其特征在于：进一步包括在所述支承环中的冷却剂通道节点，其中所述径切面位于冷却剂通道节点处。
13.根据权利要求11所述的电机总成，其特征在于：进一步包括在所述支承环与所述芯部之间的楔槽。
14.根据权利要求11所述的电机总成，其特征在于：所述芯部压入所述支承环中，所述支承环压入所述框架中，并且所述框架压入所述外壳中。
15.根据权利要求11所述的电机总成，其特征在于：所述芯部包括芯环。
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