CN108736612B - 用于安置在绝缘体内的导体的系统和方法 - Google Patents

用于安置在绝缘体内的导体的系统和方法 Download PDF

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CN108736612B CN201810342923.3A CN201810342923A CN108736612B CN 108736612 B CN108736612 B CN 108736612B CN 201810342923 A CN201810342923 A CN 201810342923A CN 108736612 B CN108736612 B CN 108736612B
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Abstract

本申请公开了一种用于安置在绝缘体内的导体的方法，该方法包括：形成一个或多个型芯，其中所述一个或多个型芯中的每个型芯具有对应于待随后形成的导体的横截面；在所述一个或多个型芯周围形成绝缘体；移除所述一个或多个型芯以在所述绝缘体内暴露一个或多个凹部；以及在所述绝缘体的所述一个或多个凹部中的至少一个凹部中形成一个或多个导体，使得所述一个或多个导体的所述横截面符合所述绝缘体中的所述一个或多个凹部的内表面。本申请还公开了一种用于安置在绝缘体内的导体的系统。

Description

用于安置在绝缘体内的导体的系统和方法
技术领域
本文中所公开的主题涉及电机的绕组，且更具体地说，涉及绕组中的导体与绝缘体之间的改进式界面。
背景技术
电机(例如，发电机和电动机)可用以将机械能转换为电能，或将电能转换为机械能。电机典型地包括多个导体，多个导体捆缚在一起(例如，绕组)且沿着贯穿电机的路径而布设，从而引起多个绕组沿圆周安置在电机内。典型地，每个绕组是通过以下操作而形成：捆束或编织多个单个的绝缘导体，将捆束物包裹在云母带或云母纸中(即，线匝绝缘件)，以及将绝缘导体捆束物群组包裹在云母带中(接地面绝缘件)。然而，此类技术可能会导致裂纹、褶皱，或包括气袋的其它空隙。如果跨越空隙的电压应力超过针对空隙内的气体的电晕起始电压，那么在空隙内将会发生部分放电。部分放电可能会使空隙周围的绝缘体降级，从而产生可能会导致绝缘体的电气或结构失效的路径。
发明内容
下文概述在范围方面与原始权利要求书相当的某些实施例。这些实施例并不希望限制权利要求书的范围，相反，这些实施例仅希望提供所要求主题的可能形式的简要概述。实际上，权利要求书可涵盖可类似于或不同于下文所阐述的实施例的多种形式。
在一个实施例中，一种方法包括：形成一个或多个型芯，其中所述一个或多个型芯中的每个型芯具有对应于待随后形成的导体的横截面；在所述一个或多个型芯周围形成绝缘体；移除所述一个或多个型芯以在所述绝缘体内暴露一个或多个凹部；以及在所述绝缘体的所述一个或多个凹部中形成一个或多个导体，使得所述一个或多个导体的所述横截面符合所述绝缘体中的所述一个或多个凹部的内表面。
在第二实施例中，一种系统包括：陶瓷绝缘体，其界定沿着所述绝缘体的长度延伸的一个或多个凹部；以及一个或多个导体，其形成在所述一个或多个凹部中的每个凹部内，其中所述一个或多个导体中的每个导体的外表面符合所述一个或多个凹部的内表面，且其中所述一个或多个导体被配置成传导电流。
在第三实施例中，一种系统包括：单块绝缘体，其界定沿着所述绝缘体的长度延伸的一个或多个凹部；以及一个或多个导体，其形成在所述一个或多个凹部中的每个凹部内，其中所述一个或多个导体中每个导体的外表面符合所述一个或多个凹部的内表面，且其中所述一个或多个导体被配置成传导电流，其中所述一个或多个导体中的至少一个导体界定延伸穿过所述导体的冷却通道。
具体地，本申请技术方案1涉及一种方法，该方法包括：形成一个或多个型芯，其中所述一个或多个型芯中的每个型芯具有对应于待随后形成的导体的横截面；在所述一个或多个型芯周围形成绝缘体；移除所述一个或多个型芯以在所述绝缘体内暴露一个或多个凹部；以及在所述绝缘体的所述一个或多个凹部中形成一个或多个导体，使得所述一个或多个导体的所述横截面符合所述绝缘体中的所述一个或多个凹部的内表面。
本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的方法，其中，所述绝缘体包括陶瓷材料。
本申请技术方案3涉及根据技术方案1所述的方法，其中，所述绝缘体包括聚合物。
本申请技术方案4涉及根据技术方案1所述的方法，其中，形成所述一个或多个导体包括将导电材料镀覆到所述绝缘体的所述一个或多个凹部的所述一个或多个内表面上。
本申请技术方案5涉及根据技术方案4所述的方法，其中，所述一个或多个导体中的至少一个导体界定延伸穿过所述一个或多个导体中的所述至少一个导体的冷却通道。
本申请技术方案6涉及根据技术方案5所述的方法，其中，所述冷却通道包括沿着所述冷却通道的长度变化的横截面形状。
本申请技术方案7涉及根据技术方案1所述的方法，其中，形成所述一个或多个导体包括将熔融金属倾倒到所述一个或多个凹部中。
本申请技术方案8涉及根据技术方案1所述的方法，其中，在所述一个或多个型芯周围形成所述绝缘体包括在一个或多个型芯周围模制所述绝缘体。
本申请技术方案9涉及一种系统，该系统包括：陶瓷绝缘体，其界定沿着所述绝缘体的长度延伸的一个或多个凹部；以及一个或多个导体，其形成在所述一个或多个凹部中的每个凹部内，其中所述一个或多个导体中的每个导体的外表面符合所述一个或多个凹部的内表面，且其中所述一个或多个导体被配置成传导电流。
本申请技术方案10涉及根据技术方案9所述的系统，其中，所述绝缘体具有介于3W/mK与30W/mK之间的热导率。
本申请技术方案11涉及根据技术方案9所述的系统，其中，所述一个或多个导体中的至少一个导体界定延伸穿过所述导体的冷却通道。
本申请技术方案12涉及根据技术方案9所述的系统，其中，所述一个或多个导体包括复合材料。
本申请技术方案13涉及一种系统，该系统包括：单块绝缘体，其界定沿着所述绝缘体的长度延伸的一个或多个凹部；以及一个或多个导体，其形成在所述一个或多个凹部中的每个凹部内，其中所述一个或多个导体中每个导体的外表面符合所述一个或多个凹部的内表面，且其中所述一个或多个导体被配置成传导电流，其中所述一个或多个导体中的至少一个导体界定延伸穿过所述导体的冷却通道。
本申请技术方案14涉及根据技术方案13所述的系统，其中，所述导体冷却通道包括沿着所述导体冷却通道的长度变化的横截面形状。
本申请技术方案15涉及根据技术方案13所述的系统，其中，所述单块绝缘体界定一个或多个绝缘体冷却通道。
本申请技术方案16涉及根据技术方案13所述的系统，其中，包括安置在所述单块绝缘体周围的磁材料。
本申请技术方案17涉及根据技术方案13所述的系统，其中，包括：定子，其包括所述单块绝缘体、所述一个或多个导体和包括所述磁材料的定子主体；转子，其中所述转子被配置成相对于所述定子而旋转。
本申请技术方案18涉及根据技术方案17所述的系统，其中，所述定子包括安置在定子主体与所述绕组之间的半导电材料。
本申请技术方案19涉及根据技术方案17所述的系统，其中，所述定子界定一个或多个定子冷却通道。
本申请技术方案20涉及根据技术方案17所述的系统，其中，所述绝缘体包括陶瓷材料。附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，贯穿附图，相同的标号表示相同的零件，其中：
图1是根据本发明实施例的电机的剖视图；
图2是根据本发明实施例的图1所展示的电机的绕组的透视截面图；
图3是本发明根据实施例的型芯的透视图；且
图4是本发明根据实施例的用于制造图2所展示的绕组的工艺的流程图。
具体实施方式
下文将描述一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，可能不会在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，在如任何工程或设计项目中的任何此种实际实施方案的开发过程中，众多针对实施方案特定的决定必须实现开发者的特定目标，例如遵守可能在各个实施方案之间发生变化的相关系统约束和相关商业约束。此外，应了解，此类开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本发明的所属领域的一般技术人员来说，这些都是设计、制造和生产中的常规任务。
在介绍本发明的各种实施例的元素时，词语“一个(一种)”、“该”和“所述”希望意味存在这些元素中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”希望为包含性的并且意味着可能存在除了所列元件之外的额外元件。此外，以下论述中的任何数值实例旨在为非限制性的，并且因此额外数值、范围和百分比在所公开的实施例的范围内。
本发明所公开的技术包括具有延伸穿过绝缘体的导体的绕组。导体的外表面符合绝缘体的内表面，从而消除或减小了空隙的数目或减小了空隙的大小，且因此消除或减小了在操作期间的绕组内的部分放电的情况。在一些实施例中，导体可包括用于冷却剂流体的冷却通道，从而引起绕组的热性能改进。
图1是电机10(例如，电动机或发电机)的一个实施例的剖视图。电机10包括在定子14内旋转的转子12。转子12可包括多个磁体16。定子14可包括沿圆周安置在转子周围的绕组18。在一些实施例中，转子12和定子14两者可具有绕组18。对于发电机，随着转子12在定子14内旋转，借助于磁感应而产生电压，因此将机械能转换为电能。对于电动机，通过绕组18的交流电流产生磁场，所述磁场致使转子12在定子14内旋转。然而，应理解，在一些实施例中，磁体16和绕组18的放置可被颠倒。也就是说，在一些实施例中，绕组18可以是转子12的零件，且磁体16可以是定子14的零件。
绕组18典型地包括单个绝缘铜股线，所述铜股线捆束在一起，包裹在云母带或云母纸中，且接着被覆盖有也可包括云母带的接地面绝缘件。虽然云母带适于覆盖凸形表面，但粘带凸形表面和周围隅角可在导体-绝缘体界面处以及绝缘件层之间导致褶皱和其它空隙。如果跨越空隙的电压应力超过针对空隙内的气体的电晕起始电压，那么在空隙内将会发生部分放电。部分放电可在空隙中产生等离子体、臭氧和/或紫外(UV)光，其可侵蚀绝缘件且可能会产生导致绝缘体的电气或结构失效的路径。另外，常用云母带绝缘体的热导率是大约0.2到0.3W/mK，其低于所要热导率，从而阻止绕组18以合意速率耗散热。与此对比，本发明所公开的技术包括在绝缘体中形成导体，使得每个导体的外表面符合相应绝缘体的内表面。所公开的技术亦减小或消除了绝缘体内的空隙。另外，使用所公开的技术会使得能够使用先前不可用于形成绕组的材料。举例来说，所公开的技术允许形成复杂形状的无空隙单块绝缘体。使用陶瓷可能会将热导率增大100倍或更大，且将操作温度增大200℃或更大。
在所绘示的实施例中，每个绕组18包括具有一个或多个凹部22的绝缘体20和延伸穿过凹部22的一个或多个导体24。在一些实施例中，一些或全部导体24可仅占用其相应凹部22的横截面积的部分，从而界定延伸穿过导体24的中间的冷却通道30。在一些实施例中，一个或多个绝缘体20可装备有冷却通道32。类似地，在一些实施例中，定子12的主体28也可配备有冷却通道34。
在一些实施例中，半导体材料层26(例如，10-3S/m到103S/m碳黑填充聚合物)可安置在每个绕组18与定子14的主体28之间。半导体材料26可完全包围绕组18，使得绕组18不接触定子14的主体28，或半导体材料26可仅沿着绕组18的一个表面或表面的部分安置在绕组18与定子主体28之间。半导体材料会防止电场形成在绕组18与定子主体28之间。定子主体28可由例如软磁材料的任何磁材料制成。在一些实施例中，机械顺从材料层也可安置在每个绕组18与定子14的主体28之间。在一些实施例中，半导体材料26可与机械顺从材料分离。在其它实施例中，可使用单个机械顺从半导体材料层26。
通过使用芯模技术(core and die technique)来制造绕组18，可减小空隙的数目和大小以及部分放电的情况。所得绕组18相较于目前所使用的绕组可具有更好的性能。
图2是根据实施例的图1所展示的绕组18中的一个绕组的透视截面图。如所绘示，每个绕组18包括绝缘体20。在所绘示的实施例中，绝缘体20是由防电晕或抗电晕陶瓷制成，这可减小在操作期间的部分放电损害。然而，绝缘体可由未被特定地设计为抗电晕的其它材料制成。用以形成绝缘体的材料也可具有低孔隙度(例如，0到10％)或无孔隙度，以便进一步最小化材料中的空隙且减小在操作期间的部分放电的情况。绝缘体20也可由导热材料制成以耗散热。举例来说，绝缘体20也可具有介于3到30W/mK之间或更高的热导率。在其它实施例中，绝缘体20可能根本上并非陶瓷。举例来说，对于一些应用(例如，对于较低成本应用)，绝缘体可由聚合物或具有低孔隙度和高热导率的某其它绝缘材料制成。
绝缘体20可以多种方法而形成。在所绘示的实施例中，绝缘体是使用芯模技术而模制。然而，绝缘体可被3D打印、烧结、挤出、浇铸(例如，流延、粉浆浇铸、壳型浇铸等等)、挤压等等。
一个或多个导体24延伸穿过绝缘体20中的凹部。在所绘示的实施例中，绕组18具有3个导体24，然而，绕组18可包括任何数目个导体24。也就是说，绕组18可包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20个或更多导体24。类似地，所绘示的导体24具有轻微花形横截面。然而，在其它实施例中，导体24可具有任何形状的横截面。举例来说，每个导体24可以是三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、七边形、八边形、十边形或任何其它形状。在一些实施例中，可能有益的是具有过渡部平滑的软边缘。因此，在一些实施例中，每个导体24的横截面形状可以是具有任何数目个边的叶状多边形。
每个导体22可占用不到其相应凹部22的整个横截面，由此界定穿过导体24的冷却通道30。然而，在一些实施例中，导体24可占用凹部22的整个横截面。
在所绘示的实施例中，导体24是由铜或铜合金制成。然而，导体24可由任何其它导电材料形成。举例来说，在一些实施例中，导体24可由导电复合材料形成。在一些实施例中，导电材料可被增强(例如，用碳纳米管)以增大电导率。
如下文将更详细地所描述，导体24可通过烧结、电镀、无电镀覆、喷涂、喷漆、液压成形或将熔融金属倾倒到绝缘体24的凹部22中而形成在凹部22内，使得导体24的外表面符合绝缘体20的内表面。
传导交流电流的导体24经历被称作“集肤效应”的现象。也就是说，相较于在导体24的内部中，沿着导体24的外表面的导体24的电流密度高得多。由于集肤效应，由导体24传输的大多数电流会在导体24的外表面处或附近传输。随着交流电流的频率增大，集肤效应变得更明显。也就是说，随着交流电流的频率增大，电流密度在导体24的外表面处变得更集中。由于集肤效应，冷却通道30可延伸穿过每个导体24的中心而不会抑制导体24传导电流的能力。另外，因为电机10的工作频率范围是已知的，所以导体24的大小和冷却通道30的大小可被定尺寸以在工作频率范围处利用集肤效应。
冷却通道30可填充有冷却剂流体。冷却剂流体可流动通过冷却通道，或冷却剂流体可保持静止(例如，如在热管中)。冷却剂流体从导体24汲取热，从而允许导体24相较于原本在不使导体24的温度增大的情况下可能的情形传导更多电流。在一些实施例中，冷却通道30的横截面形状可沿着其长度变化，以便在冷却剂流体中产生湍流且增大来自导体24的热耗散。在一些实施例中，冷却通道30的横截面形状可在冷却通道30和/或导体24的横截面积无对应改变的情况下变化。
电机10的各种绕组18可通过端部绕组、歧管端盖、单端件或某其它端盖结构而彼此电耦合。在一些实施例中，端盖结构可仅充当绕组之间的电耦合件。在其它实施例中，端盖结构可投送冷却剂流体(例如，从冷却通道接收冷却剂流体且投送到第二冷却通道)。在此类实施例中，端盖结构可包括歧管和/或泵。在另外实施例中，端盖结构可有助于为电机10提供结构支撑。
制造绕组18是从制造具有与所要导体24大体上相同的外部尺寸的型芯开始。图3是根据实施例的型芯100的透视图。如所绘示，型芯100具有与图2所展示的导体24大体上相同的外部尺寸。在所绘示的实施例中，型芯100被3D打印，从而允许广泛范围的几何形状。然而，在其它实施例中，型芯100可通过以下操作而形成：碾磨、开启车床、放电加工机床(electrical discharge machine；EDM)、模制、挤出、浇铸、挤压、其它制造技术或其组合。在本实施例中，型芯100是抛弃式(disposable)的，这在于，在型芯100周围形成绝缘体20，且接着移除和抛弃型芯100。接着可在绝缘体20中在由型芯100空出的容积中形成导体24。然而，在一些实施例中，型芯100可由导电材料形成，且一旦已在型芯100周围形成绝缘体20，型芯100就充当导体24。
在一些实施例中，型芯100可被涂布(例如，用应力分级材料或金属基底层)，使得当型芯100被烧掉(即，通过加热而从绝缘体20移除)时，涂层被赋予到绝缘体的内表面。
图4是根据实施例的用于制造绕组18的工艺的流程图。在框202中，形成型芯。型芯的外表面可具有与所要导体的外表面大体上相同的尺寸。如先前所描述，在本实施例中，型芯被3D打印。然而，在其它实施例中，型芯可被加工、浇铸、挤出、模制、挤压、其它形成技术或其组合。在一些实施例中，型芯的外表面可涂布有希望转移到绝缘体的内表面的材料。
在框204中，在型芯周围形成绝缘体。如先前所描述，绝缘体可具有多个导体。因此，可在多个型芯周围形成绝缘体。绝缘体可由陶瓷(例如，低孔隙度或无孔隙度的抗电晕陶瓷)、聚合物或某其它材料制成。如先前所描述，可使用芯模技术而在一个或多个型芯周围制造绝缘体。在其它实施例中，绝缘体可被3D打印、烧结、挤出、浇铸(例如，流延、粉浆浇铸、壳型浇铸等等)、挤压等等。在一些实施例中，绝缘体可在已形成了绝缘体之后的任何时间经受预加应力工艺。
在框206中，从绝缘体移除型芯。可通过将型芯加热为超出其熔点而移除型芯，使得型芯熔融且流出绝缘体。在其它实施例中，可烧掉型芯，从而留下一个或多个凹部。在型芯的外表面被涂布的实施例中，在移除了型芯时，可将涂层转移到绝缘体的内表面。如先前所论述，在一些实施例中，型芯可由导电材料制成，且稍后用作导体。在此类实施例中，可能不从绝缘体移除型芯，且可省略框206。
在框208中，在绝缘体的由型芯留下的凹部内形成导体。如先前所论述，导体可通过烧结、电镀、无电镀覆、喷涂、喷漆、液压成形、将熔融金属倾倒到凹部中或某其它工艺而形成。导体可由铜、铜合金、由多种金属组成的多层导体、导电复合物或某其它导电材料制成。在一些实施例中，形成导体的材料可为了增大电导率而用金属或碳纳米管进行增强。在一些实施例中，导体可能不填充整个凹部，从而留下延伸穿过导体的冷却通道，冷却剂流体可流动通过所述冷却通道。在其它实施例中，导体可占用由型芯空出的整个凹部。
然而，应理解，如图4所展示的绕组的组装可能并不完全由一个实体进行。举例来说，在一个实施例中，绕组可在客户处被部分地组装，或所述客户可从不同供应商获得绕组的不同零件，且接着自己组装绕组。
本发明包括用于电机中的绕组，以及用于制造所述绕组的工艺。通过在模仿导体的所要形状的一个或多个型芯周围形成绝缘体、移除一个或多个型芯以及在由型芯空出的空间中形成一个或多个导体，可减小促进部分放电的空隙的存在，从而延长电机的寿命。另外，延伸穿过导体的冷却通道可改进电机的热性能，从而允许导体传导更多的电，而无对应温度增大。总的来说，所公开的技术可产生较高功率密度、较高可靠性以及电机的较长使用期限。
本书面描述使用实例来公开包含最佳模式的所要求主题，并且还使所属领域的技术人员能够实践所公开的主题，包含制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可包含所属领域的技术人员能想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包含与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种制造绕组的方法，包括：
形成一个或多个型芯，其中所述一个或多个型芯中的每个型芯具有对应于待随后形成的导体的横截面；
在所述一个或多个型芯周围形成绝缘体；
移除所述一个或多个型芯以在所述绝缘体内暴露一个或多个凹部；以及
在所述绝缘体的所述一个或多个凹部中的至少一个凹部中形成一个或多个导体，使得所述一个或多个导体的所述横截面符合所述绝缘体中的所述一个或多个凹部的内表面并由其限定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘体包括陶瓷材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘体包括聚合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述一个或多个导体包括将导电材料镀覆到所述绝缘体的所述一个或多个凹部的所述内表面上。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述一个或多个导体中的至少一个导体界定延伸穿过所述一个或多个导体中的所述至少一个导体的冷却通道。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述冷却通道包括沿着所述冷却通道的长度变化的横截面形状。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述一个或多个导体包括将熔融金属倾倒到所述一个或多个凹部中。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述一个或多个型芯周围形成所述绝缘体包括在一个或多个型芯周围模制所述绝缘体。
9. 一种用于安置在绝缘体内的导体的系统，包括：
陶瓷绝缘体，其界定沿着所述绝缘体的长度延伸的一个或多个凹部；以及
一个或多个导体，其形成在所述一个或多个凹部中的每个凹部内，其中所述一个或多个导体中每个导体的外表面符合所述一个或多个凹部的内表面并由其限定，其中所述一个或多个导体的横截面形状沿着所述一个或多个导体的长度变化，且其中所述一个或多个导体被配置成传导电流。
10. 根据权利要求9所述的用于安置在绝缘体内的导体的系统，其中，所述绝缘体具有介于3 W/mK与30 W/mK之间的热导率。
11.根据权利要求9所述的用于安置在绝缘体内的导体的系统，其中，所述一个或多个导体中的至少一个导体界定延伸穿过所述导体的冷却通道。
12.根据权利要求9所述的用于安置在绝缘体内的导体的系统，其中，所述一个或多个导体包括复合材料。
13. 一种绕组，包括：
单块绝缘体，其界定沿着所述绝缘体的长度延伸的一个或多个凹部；以及
一个或多个导体，其形成在所述一个或多个凹部中的每个凹部内，其中所述一个或多个导体中每个导体的外表面符合所述一个或多个凹部的内表面并由其限定，且其中所述一个或多个导体被配置成传导电流，其中所述一个或多个导体中的至少一个导体界定延伸穿过所述导体的导体冷却通道，并且
其中所述导体冷却通道包括沿着所述导体冷却通道的长度变化的横截面形状。
14.根据权利要求13所述的绕组，其中，所述单块绝缘体界定一个或多个绝缘体冷却通道。
15.根据权利要求13所述的绕组，包括安置在所述单块绝缘体周围的磁材料。
16.根据权利要求15所述的绕组，包括：
定子，其包括所述单块绝缘体、所述一个或多个导体和包括所述磁材料的定子主体；
转子，其中所述转子被配置成相对于所述定子而旋转。
17.根据权利要求16所述的绕组，其中，所述定子包括安置在定子主体与所述绕组之间的半导电材料。
18.根据权利要求16所述的绕组，其中，所述定子界定一个或多个定子冷却通道。
19.根据权利要求13所述的绕组，其中，所述绝缘体包括陶瓷材料。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10700564B2 (en) 2017-04-17 2020-06-30 General Electric Company Manufacturing method for a conductor disposed within an insulator
US11258325B2 (en) 2018-10-23 2022-02-22 General Electric Company Articles including insulated conductors and systems thereof
US11677289B2 (en) 2019-07-11 2023-06-13 General Electric Company Electric power system for hypersonic speed operation
DE102019213232A1 (de) * 2019-09-02 2021-03-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Gruppe von rotierenden elektrischen maschinen sowie verfahren zur herstellung von rotierenden elektrischen maschinen
BR112022005763A2 (pt) 2019-09-27 2022-06-21 Univ Marquette Enrolamento de estator com arrefecimento integrado
WO2021137260A1 (en) * 2019-12-31 2021-07-08 Mavel edt S.p.A. Process for making an electric conductor for a winding of an electric machlne, electric conductor made with such process and electric machine comprising a winding made with such electric conductor
CN113922530A (zh) * 2021-10-18 2022-01-11 南京航空航天大学 一种具有励磁绕组冷却功能的集中励磁双凸极电机
WO2023111355A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Hydro Extruded Solutions As A high-voltage cable and a method of manufacture of the cable
DE102023202874A1 (de) 2023-03-29 2024-05-02 Magna Pt B.V. & Co. Kg Elektrischer Leiter, Verwendung eines solchen elektrischen Leiters sowie elektrische Maschine mit einem solchen elektrischen Leiter

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101010849A (zh) * 2004-05-21 2007-08-01 H&S自动化制造有限公司 带有集成发电机的气动工具
CN102207007A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 通用电气公司 内部冷却通道
CN102823114A (zh) * 2010-03-03 2012-12-12 泰克马奇有限公司 制造电机的定子的方法和设备及有高填充系数的电机定子
CN103051092A (zh) * 2011-10-17 2013-04-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于电机的条状导体形状
CN103903706A (zh) * 2014-03-28 2014-07-02 湖北立锐机电有限公司 用于电磁绕组的多边形漆包线及使用其的电机
CN104682587A (zh) * 2013-12-02 2015-06-03 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于电动机的定子
CN104953729A (zh) * 2014-03-31 2015-09-30 本田技研工业株式会社 旋转电机的定子
CN205039638U (zh) * 2015-10-23 2016-02-17 哈尔滨理工大学 一种大型汽轮发电机定子线圈的冷却结构
JP2016201930A (ja) * 2015-04-13 2016-12-01 株式会社日立製作所 高電圧機器用コイル、およびそれを用いた回転電機、高電圧機器

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1228922B (it) * 1989-03-01 1991-07-09 Sirten Conduttore elettrico in corda con anima in piattina.
US6242825B1 (en) 1998-11-25 2001-06-05 Hitachi, Ltd. Electric rotating machine with reduced thickness and volume of insulation
DE19963492A1 (de) 1999-12-28 2001-07-05 Alstom Power Schweiz Ag Baden Verfahren zur Herstellung einer hochwertigen Isolierung von elektrischen Leitern oder Leiterbündeln rotierender elektrischer Maschinen mittels thermischen Spritzens
US6498415B1 (en) * 2000-09-06 2002-12-24 Siemens Westinghouse Power Corporation High voltage stator coil having low loss insulator and electrode covering and method therefor
JP2005158101A (ja) * 2003-11-21 2005-06-16 Hitachi Ltd ディスクアレイ装置
US20050108875A1 (en) * 2003-11-26 2005-05-26 Mathieu Gaetan L. Methods for making vertical electric feed through structures usable to form removable substrate tiles in a wafer test system
US8030818B2 (en) 2004-06-15 2011-10-04 Siemens Energy, Inc. Stator coil with improved heat dissipation
US7969049B2 (en) 2006-12-14 2011-06-28 General Electric Company High power density cooling of electrical machines using ceramic tubes of high thermal conductivity
US7804385B2 (en) 2007-04-20 2010-09-28 Rs Microwave Company Composite resonator for use in tunable or fixed filters
US7655868B2 (en) 2008-01-08 2010-02-02 General Electric Company Stator bar components with high thermal conductivity
JP2009254011A (ja) * 2008-04-01 2009-10-29 Toshiba Corp 回転電機の回転子
CN102447331A (zh) 2010-10-12 2012-05-09 哈尔滨电机厂有限责任公司 绝缘体系定子线棒高导热绝缘结构
US9123778B2 (en) * 2013-03-13 2015-09-01 Macronix International Co., Ltd. Damascene conductor for 3D array
EP3127218B1 (de) 2014-04-04 2023-07-12 Dynamic E Flow GmbH Elektrischer hohlleiter für eine elektromagnetische maschine
EP2933901B1 (de) * 2014-04-15 2016-10-26 Siemens Aktiengesellschaft Stator einer elektrischen Maschine und dessen Herstellung
US10700564B2 (en) 2017-04-17 2020-06-30 General Electric Company Manufacturing method for a conductor disposed within an insulator

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101010849A (zh) * 2004-05-21 2007-08-01 H&S自动化制造有限公司 带有集成发电机的气动工具
CN102823114A (zh) * 2010-03-03 2012-12-12 泰克马奇有限公司 制造电机的定子的方法和设备及有高填充系数的电机定子
CN102207007A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 通用电气公司 内部冷却通道
CN103051092A (zh) * 2011-10-17 2013-04-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于电机的条状导体形状
CN104682587A (zh) * 2013-12-02 2015-06-03 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于电动机的定子
CN103903706A (zh) * 2014-03-28 2014-07-02 湖北立锐机电有限公司 用于电磁绕组的多边形漆包线及使用其的电机
CN104953729A (zh) * 2014-03-31 2015-09-30 本田技研工业株式会社 旋转电机的定子
JP2016201930A (ja) * 2015-04-13 2016-12-01 株式会社日立製作所 高電圧機器用コイル、およびそれを用いた回転電機、高電圧機器
CN205039638U (zh) * 2015-10-23 2016-02-17 哈尔滨理工大学 一种大型汽轮发电机定子线圈的冷却结构

Also Published As

Publication number Publication date
US10700564B2 (en) 2020-06-30
US20180301244A1 (en) 2018-10-18
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US20200328642A1 (en) 2020-10-15
US11228215B2 (en) 2022-01-18

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