CN108933489B - 导体及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导体以及形成导体的方法，所述方法可包括：提供中空底部导体，所述中空底部导体限定沿所述底部导体的流体通道，以及提供实心导体，所述实心导体围绕所述中空底部导体的周界布置，其中，所述流体通道可配置成使流体通过所述通道流动。

Description

导体及其形成方法

技术领域

本申请的技术领域涉及导体，更具体地，涉及导体及其形成方法以及形成电机绕组的方法。

背景技术

未来的飞行器可需要大量的功率，例如能够提供或产生兆瓦功率的发电机，以将电能提供至飞行器上的功率系统或给大型电气负载（例如电动机）供电。在一个实例中，电动机可驱动飞行器发动机的发动机低转轴或高转轴，或者驱动其它原动机，例如边界层吸气风扇。在这些实例中，电机可包括比常规的干腔方法或常规的湿腔冷却方法更好的冷却能力。

发明内容

在一方面，本公开涉及一种导体，包括：中空底部导体，所述中空底部导体限定沿所述底部导体的流体通道；以及一组实心导体，所述一组实心导体围绕所述中空底部导体的周界布置。

在另一方面，本公开涉及用于电机的一组绕组，包括：多边形横截面的底部导体，所述多边形横截面的底部导体具有限定流体通道的一组侧壁；以及一组多边形横截面的实心导体，所述一组多边形横截面的实心导体围绕所述底部导体的周界布置，并与所述底部导体热连接。

在又一方面，本公开涉及一种形成一组电机绕组的方法，所述方法包括：形成多边形横截面的底部导体，所述多边形横截面的底部导体具有限定流体通道的一组侧壁；以及围绕所述底部导体的周界布置一组多边形横截面的实心导体，其中，所述一组实心导体与所述底部导体热连接。

具体地，本申请技术方案1涉及一种导体，其包括：中空底部导体，所述中空底部导体限定沿所述底部导体的流体通道；以及一组实心导体，所述一组实心导体围绕所述中空底部导体的周界布置。

本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的导体，其中，所述导体为用于电机的一组绕组。

本申请技术方案3涉及根据技术方案2所述的导体，其中，所述一组绕组为一组定子绕组。

本申请技术方案4涉及根据技术方案1所述的导体，其中，所述一组实心导体与所述中空底部导体热接触。

本申请技术方案5涉及根据技术方案4所述的导体，其中，所述实心导体中的至少子集具有限定至少一个平坦侧的多边形横截面。

本申请技术方案6涉及根据技术方案5所述的导体，其中，所述至少一个平坦侧与所述中空底部导体热接触。

本申请技术方案7涉及根据技术方案1所述的导体，其中，所述一组实心导体与所述中空底部导体连接。

本申请技术方案8涉及根据技术方案1所述的导体，其中，所述中空底部导体具有限定至少一个拐角的多边形横截面。

本申请技术方案9涉及根据技术方案8所述的导体，其中，所述一组实心导体还包括一组拐角实心导体，所述一组拐角实心导体在邻近所述中空底部导体的所述至少一个拐角处围绕所述中空底部导体的所述周界定位。

本申请技术方案10涉及根据技术方案9所述的导体，还包括拐角连接器，所述拐角连接器与所述中空底部导体热耦接，并与所述一组拐角实心导体中的至少一个的至少一个表面热接触。

本申请技术方案11涉及根据技术方案1所述的导体，其中，所述一组实心导体沿所述周界相互间隔开。

本申请技术方案12涉及根据技术方案11所述的导体，还包括设置在相邻的实心导体之间的非导电漆。

本申请技术方案13涉及根据技术方案1所述的导体，其中，所述中空底部导体具有基本上为矩形的横截面。

本申请技术方案14涉及根据技术方案1所述的导体，其中，所述一组实心导体具有基本上为方形的横截面。

本申请技术方案15涉及用于电机的一组绕组，其包括：多边形横截面的底部导体，所述多边形横截面的底部导体具有限定流体通道的一组侧壁；以及一组多边形横截面的实心导体，所述一组多边形横截面的实心导体围绕所述底部导体的周界布置，并与所述底部导体热连接。

本申请技术方案16涉及根据技术方案15所述的一组绕组，其中，所述一组绕组布置成与冷却液流体源连接。

本申请技术方案17涉及根据技术方案15所述的一组绕组，其中，所述一组实心导体包括至少一个平坦侧，所述至少一个平坦侧与所述底部导体热接触。

本申请技术方案18涉及一种形成一组电机绕组的方法，所述方法包括：形成多边形横截面的底部导体，所述多边形横截面的底部导体具有限定流体通道的一组侧壁；以及围绕所述底部导体的周界布置一组多边形横截面的实心导体，其中，所述一组实心导体与所述底部导体热连接。

本申请技术方案19涉及根据技术方案18所述的方法，其中，所述形成和所述布置步骤通过增材制造进行。

本申请技术方案20涉及根据技术方案18所述的方法，还包括在相邻的实心导体之间设置介电材料。

附图说明

在附图中：

图1是根据本文所述各个方面的具有发电机的燃气涡轮发动机的透视图。

图2是根据本文所述各个方面的图1的发电机的外部的透视图。

图3是根据本文所述各个方面的具有主机、励磁机和永磁发电机（PMG）的图2发电机的示意横截面图。

图4是根据本文所述各个方面的图2发电机的主机定子和一组定子绕组的一部分的截面图。

图5是根据本文所述各个方面的图2发电机的一组定子绕组的截面图。

图6是根据本文所述各个方面的另一发电机的示意性横截面图。

图7是根据本文所述各个方面的图6的发电机的示意性横截面图，示出了发电机的冷却系统。

图8是根据本文所述的各个方面的图6发电机的定子绕组和冷却系统的示意图。

具体实施方式

本公开的各方面可在任何环境、设备或方法中实施，以用于冷却例如在发电机、电动机等等中的一组导体、导线或导电绕组。

虽然将描述“一组”各种元件，但应了解，“一组”可包括任何数目的相应元件，包括仅一个元件。如本文所使用，术语“轴向”或“轴向地”指代沿发电机的纵向轴线或沿发电机内设置的部件（例如转子）的纵向轴线的尺寸。如本文所使用，术语“径向”或“径向地”指代在发电机的中心纵向轴线、外圆周或发动机内设置的圆形或环形部件之间延伸的尺寸。使用术语“近侧”或“近侧地”指代相比另一个部件相对更靠近参照元件的部件。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“前部”是指在朝向发动机入口的方向上移动，或一个部件与另一部件相比相对更靠近发动机入口。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“后向”指代相对于发动机中心线朝向发动机的后部或出口的方向。

所有方向性参考（例如径向、轴向、上部、下部、向上、向下、左边、右边、横向、前方、后方、顶部、底部、上方、下方、垂直、水平、顺时针、逆时针）仅用于指认的目的以帮助读者对本发明的理解，且并不产生具体来说关于其位置、定向或使用的限制。除非另外指明，否则连接参考（例如，附接、耦合、连接和接合）应在广义上来解释，且可以包括一系列元件之间的中间构件以及元件之间的相对移动。因而，连接参考不一定推断两个元件直接连接且彼此成固定关系。

尽管本文中可使用诸如“电压”、“电流”和“功率”的术语，但对本领域技术人员显然在描述电路或电路操作的各方面时，这些术语可互换。示范性附图仅仅是出于说明的目的，且本发明的附图中反映的尺寸、位置、次序和相对大小可变化。

图1示出了燃气涡轮发动机10，其具有附件齿轮箱(AGB) 12和根据本发明的一个方面的发电机14。AGB 12可以借助于机械取力器16机械联接到燃气涡轮发动机10的涡轮轴（未示出）。燃气涡轮发动机10可以是用在现代商业和军事航空中的任何合适的燃气涡轮发动机，或其可以是多种其它已知燃气涡轮发动机，例如涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机。燃气涡轮发动机10的类型和特性与本发明 无密切关系，本文将不再进一步描述。尽管描述了发电机14，但本公开的各方面可包括发电机、电动机或任何导体、导线或用于商业或住宅实施的一组导电绕组。

图2较清晰地说明发电机14和其外壳18的非限制性实例，所述外壳可包括用于将发电机14夹紧到AGB 12的夹紧接口20。可在发电机14的外部上提供多个电连接以用于将电力传入和传出发电机14。所述电连接可包括具有电力连接24和26的第一电力连接器组件22，其可通过缆线连接到具有燃气涡轮发动机10的飞行器的电力分配节点以向飞行器上的如灯和座椅后背显示器等各种物件供电。

在图3中最清楚看到发电机14的非限制性实例内部，图3是图2的发电机14的截面图。可旋转轴40位于发电机14内，是支撑多种部件的主要结构。可旋转轴40的直径沿可旋转轴40的长度可以是固定的或变化的。可旋转轴40由间隔开的轴承42和44支撑。发电机14的若干部件具有固定部件和旋转部件，其中旋转部件提供于可旋转轴40上。这些部件的实例可包括主机50、励磁机60和PMG 70，且对应的旋转部件分别包括主机转子52、励磁机转子62和PMG转子72，对应的固定部件包括主机定子54、励磁机定子64和PMG定子74。以此方式，主机转子52、励磁机转子62和PMG转子72可包括可旋转轴40。固定部件可以安装于外壳18的任何合适的部分。主机定子54、励磁机定子64和PMG定子74中的每一个界定可旋转轴40延伸穿过的内部。

应理解，主机转子52、励磁机转子62和PMG转子72中的每一个可以有多个转子极，且主机定子54、励磁机定子64和PMG定子74中的每一个可以有多个定子极，使得可以由相应部件产生磁场。通过可旋转轴40相对于固定部件的旋转，通过磁场和位于旋转或固定部件中的载流导体的相互作用，发电机14又可操作地生成电功率。例如，转子极和定子极中的至少一个可由铁芯形成，铁芯带有柱和围绕柱卷绕以形成一个绕组或一组绕组的线，其中所述一组绕组具有至少一个端匝。

在图3可以看出，主机定子54包括定子铁芯90，所述定子铁芯90具有至少一个柱96。导体或导线卷绕在柱96上时，形成一组定子绕组98。一组绕组98还可包括绕组段，所述绕组段穿过柱96的前部或后部延伸，形成至少一个端匝106。

在发电操作期间，可旋转轴40由例如发动机10的机械能的力机械供能、驱动或旋转。由于发电机14的磁场的相互作用，包括至少主机转子52的可旋转轴40和共转部件相对于包括至少主机定子54的固定或静止定子部件的相对旋转运动在一组定子绕组98中生成电功率。一组定子绕组98中生成的电功率可传导地连接至发电机14的电力连接器24、26，在此，功率又可传送至至少一个电气负载。在一个非限制性方面，发电机14可将电功率提供至配电系统或配电网。

发电机14的非限制性方面可以是已知发电机的任何组合。举例来说，主机50可以是同步发电机或异步发电机。除了本文中描述的方面之外，可包括附加部件、装置等等以提供第二发电机14的操作或功能。例如，在本公开的一个非限制性方面，发电机14可包括机电附件或由可旋转轴40的旋转驱动的其它附件，包括但不限于油泵、流体压缩机、液压泵等等。

发电机14的另外的非限制性方面还可包括油冷却或油冷却系统，以用于控制给油冷却系统的油供应。冷却油可用于消散由发电机14的电气和机械功能产生的热。油系统也可提供对发电机14的润滑。

在本公开的另一非限制性方面，发电机14可以是具有油冷却系统的液体冷却干腔系统，所述油冷却系统图示为包括储油器86和各个冷却通路88（只有部分示出）。可旋转轴40可以为主机转子52、励磁机转子62和PMG转子72提供油流动路径。在干腔发电机中，不允许冷却油接触发电机14中使用的绝缘系统。此干腔方法相比典型的湿腔设计提高了可靠性，在湿腔设计中，允许油接触非金属材料，例如发电机绝缘系统。在干腔方法中，绝缘系统并不退化，原因是热油没有直接冲击到绕组上。具有液体冷却的干腔系统的发电机14的工作是本领域已知的，其包括在2010年3月30日授权的标题为“Dual-Structured AircraftEngine Starter/Generator”的美国专利7,687,928中的公开，其通过引用被并入本文中。

图4是主机定子54的非限制性横截面图，还说明定子铁芯90，一组定子柱96，所述一组定子柱96限定沿定子铁芯90轴向地延伸的对应一组绕组槽94，以及一组定子绕组98。一组绕组槽94可被确定尺寸、布置、设置等等以接纳一组定子绕组98。要理解，只示出绕组98的一部分，另一部分沿柱96的另一侧延伸。

如图中示出的那样，一组绕组98可至少部分是中空的，即限定沿长度并在一组绕组98的方向上延伸的流体通道108。一组绕组98的非限制性方面可包括，沿一组绕组98的长度完全封闭流体通道108，以例如确保干腔发电机14的工作或配置，或者防止冷却液逸出流体通道108。一组绕组98的至少第一端110可与流体冷却液源112流体连接，如示意性图示的。一组绕组98的至少第二端114可流体连接流体冷却液目的地116，如也示意性图示的。本公开的各方面可包括：第一端110和第二端114布置成提供包含对流体通道108的流体入口的相应的冷却液源112和冷却液目的地116。

在此意义上，冷却液源112、一组绕组98和冷却液目的地116可限定冷却流路径（通过箭头118图示），其中，冷却液可被泵送、提供、传送、供应等等通过一组定子绕组98。冷却液的非限制性方面可包括任何流体，例如水、油、空气、压缩气体等等。在另一非限制性方面，冷却液可包括介电冷却液或非导电流体。此外，尽管图4的图示实例示出了一组绕组98的相对的第一和第二端110、114与相应的冷却液源112和冷却液目的地116连接，但可包括本公开的非限制性方面，其中一组绕组98包括在定子铁芯90的共同侧上的第一和第二端110、114。例如，一组定子绕组98可以是由多个定子柱96接纳的连续绕组98，其中，第一端110、第二端114可端接在相对于定子铁芯90的定子54的前侧或后侧上。在此非限制性实例中，冷却液源112和冷却液目的地116可在定子54的相同的前侧或后侧上分别与第一端110和第二端114连接。在本公开的另一非限制性实例中，冷却液源112或冷却液目的地116可设置在与图示的实例相对的定子铁芯90的相对侧上，同时如描述的保持允许、实现或提供冷却液流动路径118的相同功能。

在发电机14的工作期间，电流沿一组绕组98的传导可在该组绕组98中产生热。提供流体通道108以泵送、迫使或另外使冷却液沿冷却液流动路径118流动的效应可允许、提供或实现在干腔系统中热或热能从一组绕组98到冷却液或冷却液流动路径118的传递。穿过一组绕组98的冷却液可进一步由冷却系统冷却，并在冷却液源112和冷却液目的地116之间再次循环。在另一非限制性方面，冷却液源112的冷却液目的地116可以是共同部件，例如储油器86，或者形成冷却液循环的至少一部分。

图5说明本文中描述的一组绕组98的非限制性实例横截面。如图中示出的那样，一组绕组98可包括底部导体120和一组实心导体122，底部导体120限定中空流体通道108，一组实心导体122围绕底部导体120的周界布置、设置、定位等。一组绕组98的非限制性方面还可包括导热且电绝缘层124，所述导热且电绝缘层124至少部分地封装底部导体120和一组实心导体122。导热且电绝缘层124可包括任何介电材料，以防止底部导体120或一组实心导体122中的至少一个和定子铁芯90的导电接触。

如图中示出的那样，底部导体120的非限制性方面可包括大致多边形的横截面，其图示为但不限于矩形。底部导体120的附加的非限制性方面可包括大致多边形的横截面，所述横截面包括至少一个拐角。一组实心导体122的非限制性方面可包括基本上方形的横截面面积。另外，一组实心导体122的非限制性方面还可包括实心导体126的第一子集和拐角实心导体128的第二子集，所述第一子集沿底部导体120的笔直的边缘周界定位，所述第二子集邻近或与底部导体120的至少一个拐角对应地定位。

实心导体126的第一子集可邻近底部导体120的周界定位，使得至少一个实心导体126的至少一个平坦侧或一个表面130的大部分与底部导体120热接触。在此意义上，实心导体126的子集与底部导体120的外周界的至少一部分热连接或热耦合。如本文中所使用，至少一个实心导体126的至少一个表面130的“大部分”可包括实心导体126的连续平坦表面的大部分。本公开的非限制性方面可被包括，其中，例如一组实心导体122可以被焊接、铜连接至底部导体120，与导热材料粘附或通过机械紧固件或结合件热连接至底部导体120。

本公开的另外的非限制性方面可被包括，其中，底部导体120包括附加的拐角壁，所述附加的拐角壁延伸经过底部导体120的拐角的几何周界，所述附加的拐角壁显示为第一延伸壁132和第二延伸壁134。第一或第二端延伸壁132、134中的至少一个或其组合可提供附加的表面面积，用于热接触拐角实心导体128的对应子集的相应第一和第二表面136、138。在此意义上，第一或第二延伸壁132、134确保、实现、允许或提供与拐角实心导体128的子集的第一或第二表面136、138的组合热接口，使得拐角实心导体128的子集也可与底部导体120的至少一部分热连接或热耦合。在此意义上，本公开的各方面可被包括，其中，一组实心导体122与底部导体120通过至少一个表面130、136、138个别热连接，使得在一组实心导体122中产生的热（例如如箭头166所示）从所述组实心导体122可热传导或传递到底部导体120并且还从底部导体120传递到穿过流体通道108的冷却液。本公开的非限制性方面可被包括，其中，热粘附、表面间接触或任何数目的组装形式被包括，以确保一组实心导体122和底部导体120之间的热接触或热传导。

在本公开的一个非限制性方面，一组实心导体122中的每一个可包括基本上相似或相同的构造，包括但不限于材料组成、横截面几何形状等等。在本公开的另一非限制性方面，相邻的实心导体122可具有不同的相对横截面几何形状，包括但不限于圆表面、梯形、矩形、三角形或其它多边形横截面。在本公开的又一非限制性方面，相邻的实心导体122可相对于彼此定位以保持彼此之间的最小间距，如空隙140图示的。在本公开的一个非限制性方面，空隙140可用非导电材料、导热材料或其组合填充。空隙填充材料的一个非限制性实例可包括漆，例如电绝缘且导热漆。

而且，尽管所述一组实心导体122显示为具有圆拐角或边缘，但本公开的各方面可被包括，其中，所述一组实心导体122包括直的边缘。在本公开的另一非限制性方面，底部导体120和一组实心导体122可由相同的导电材料形成，所述导电材料包括但不限于铜。在本公开的又一非限制性方面，底部导体120和一组实心导体122可通过三维打印、增材制造等等制造或组装。

在本公开的一个非限制性方面，一组底部导体120的壁的横截面可具有近似0.0127毫米的厚度150。在本公开的另一非限制性方面，如由底部导体120限定的流体通道108的横截面的第一横截面尺寸152可近似为3.81毫米，正交于第一尺寸152的流体通道108的横截面的第二尺寸154可近似为1.27毫米。在本公开的又一非限制性方面，实心导体的第一横截面尺寸或厚度156可近似为0.48毫米。在本公开的又一非限制性方面，正交于实心导体的第一横截面尺寸或厚度156的实心导体的第二横截面尺寸或厚度158可近似为0.48毫米。在此意义上，实心导体122可具有小于或等于近似0.24平方微米的横截面面积。

在本公开的又一非限制性方面，相邻的实心导体122之间的空隙140的尺寸160可以近似为0.025毫米。在本公开的又一非限制性方面，底部导体120和一组实心导体122的第一总横截面绕组尺寸162可近似为5.05毫米，而底部导体120和一组实心导体122的第二总横截面绕组尺寸164可近似为2.5毫米。前述的尺寸只是绕组98的横截面配置的一个非限制性实例，可设计许多其它实例。例如，在一个非限制性情况中，尽管附加或替代性尺寸可以不同，但相应元素或尺寸之间的比率可以保持一致。

图3说明具有如本文中描述的一组绕组的发电机214的另一非限制性实例。如图中示出的那样，可旋转轴240位于发电机214内，是支撑多种部件的主要结构。可旋转轴240可以具有单一直径，或可沿其长度变化的直径。可旋转轴240由间隔开的轴承242和244支撑并且配置成围绕旋转轴线241旋转。发电机214的若干元件具有固定部件和旋转部件，其中旋转部件提供于可旋转轴240上。这些元件的实例可包括容纳于主机腔251内的主机250、励磁机260和永磁发电机（PMG）270。对应的旋转部件分别包括主机转子252、励磁机转子262和PMG转子272，且对应的固定部件包括主机定子254或定子铁芯、励磁机定子264和PMG定子274。

如图中示出的那样，励磁机260和PMG 270的各方面可以与正交或垂直于旋转轴线241的平面222共面。在此意义上，励磁机260的非限制性方面，例如励磁机转子262或励磁机定子264，或者PMG 270的各方面，例如PMG转子272或PMG定子274可在正交平面222共面。还如图中示出的那样，励磁机260、励磁机转子262或励磁机定子264可沿PMG 270、PMG转子272或PMG定子274的外半径设置。因此，励磁机260可相对于旋转轴线241从PMG 270径向向外定位。

尽管本公开的图示方面示出，励磁机260和PMG 270部件共同位于正交平面222上，但本公开的各方面可包括励磁机260和PMG 270部件相互基本上共面或者与单个正交平面222共面。本公开的另外方面可被包括，其中，励磁机260和PMG 270部件的各方面配置、布置、设置等成共面关系，其中，励磁机260或PMG 270的至少一部分沿旋转轴线241轴向地覆盖其它部件。因此，“基本上共面”不局限于精确的平面表示，并且可包括励磁机260和PMG270之间沿轴向段的任何重叠。

发电机214还可包括臂224，臂224设置在可旋转轴240上，并配置成与轴240共转。臂224也可提供对PMG转子272或励磁机转子262的至少一个的安装。本公开的非限制性方面可被包括，其中，PMG转子272或励磁机转子262的另一个可直接旋转安装到可旋转轴240。在本公开的另一非限制性方面，PMG转子272和励磁机转子262可旋转安装到臂224。臂224可包括远离可旋转轴240径向延伸的段226，使得与可旋转轴240相比，臂224或段226具有如从旋转轴线241测量的较大半径。本公开的非限制性方面可被包括，其中，臂224或段226可包括围绕可旋转轴240径向间隔开的一组臂224或段226。一组臂224或段226可基于励磁机转子262、PMG 转子272、永磁铁、励磁机转子262或PMG转子272的许多极、一组臂224、一组段226或其组合之间的期望旋转平衡，径向间隔开。

在本公开的另一非限制性方面，臂224或段226可包括连续臂224或段226，其中，臂224或段226围绕旋转轴线241连续（例如无径向中断或径向空隙）延伸。在本公开的此非限制性方面，励磁机转子极、PMG转子极或永磁铁可基于励磁机转子262、PMG 转子272、永磁铁、励磁机转子262或PMG转子272的许多极、臂224、段226或其组合之间的期望旋转平衡设置、布置、径向间隔开等等。

尽管图示的实例示出了励磁机转子262的各方面，但为了便于理解，在相同的横截面图中表示励磁机定子264、PMG转子272和PMG 定子274，本公开的各方面可被包括，其中，励磁机转子262、励磁机定子264、PMG转子272或PMG 定子274与其它部件径向偏置。例如，在一个非限制性方面，PMG转子272可与励磁机转子262径向偏置，以降低、预防或消除相应部件之间的磁干扰。在本公开的另一非限制性方面，励磁机260或PMG 270的各方面可与对应部件电磁屏蔽，例如将励磁机260与PMG 270径向分开，以降低、预防或消除相应部件之间的磁干扰。

以此方式，主机转子252、励磁机转子262或PMG转子272设置在可旋转轴240上或由可旋转轴240旋转支撑，例如由轴240直接地或者由轴240间接地支撑，正如在前述臂224中的那样。固定部件，例如主机定子254、励磁机定子264或PMG定子274可安装到外壳218的任何适合零件，使得转子部件的相对旋转可与相应的定子部件254、264、274机电相互作用。主机定子254、励磁机定子264和PMG定子274界定可旋转轴240延伸穿过的内部。

应当理解，主机转子252、励磁机转子262和PMG转子272可具有一组转子极，包括但不限于两个转子极，并且主机定子254、励磁机定子264和PMG定子274可具有一组定子齿或定子极，包括但不限于两个定子齿或定子极。所述一组转子极可相对于所述一组定子极生成一组磁场，使得发电机214可通过磁场和载流导体的相互作用而工作以生成力或电功率。励磁机260可将直流提供至主机250，并且当可旋转的轴240旋转时主机250和PMG 270可供应交流电功率。

转子极和定子齿或定子极中的至少一个可由铁芯形成，铁芯带有柱和围绕柱卷绕以形成绕组的线，其中绕组具有至少一个端匝。所示的本公开的方面包括至少一组定子绕组290，其沿着定子外壳218纵向地布置，即，平行于外壳218和转子旋转轴线241布置。所述一组定子绕组290也可包括一组定子绕组端匝292，所述一组定子绕组端匝292轴向地延伸超出主机定子254的纵向长度的相对端。定子绕组290的各方面可类似于在图5中图示并描述的绕组。

发电机214的部件可以是已知发电机的任何组合。举例来说，主机250可以是同步发电机或异步发电机。除了此方面中示出的附件之外，可存在需要为特定应用操作的其它部件。举例来说，除了所示机电附件之外，可存在从同一可旋转轴240驱动的其它附件，例如液体冷却液泵、流体压缩机或液压泵。

如上文所解释，发电机214可以是油冷式，且因此可包括冷却系统。冷却油可用于消散由发电机214的电气和机械功能产生的热。图7说明冷却系统280的非限制性实例。图7说明不同于图6的截面图的第二截面图，以更好地说明冷却系统280的各方面。在一个实例中，冷却系统280的各方面可基于例如期望的冷却能力，高比热、高热容量或期望的粘度（例如用于泵送目的）而使用油。在另一实例中，冷却油还可提供发电机214的润滑。在本公开的所示方面中，发电机214可以是具有冷却系统280的液体冷却干腔系统，所述冷却系统被说明为包括用于控制对冷却系统280的冷却流体供应的冷却流体入口端口282和轴出口端口291。

冷却系统280可进一步包括例如冷却流体贮存器和各种冷却通路。可旋转轴240可以为主机转子252、励磁机转子262和PMG转子272提供一个或多个流动通道或路径。在冷却系统280的一个非限制性实例方面，可旋转轴240可限定接纳冷却油流（显示为箭头285）的内部，所述冷却油流可进一步被泵送、传输、传送或递送到附加的冷却通路。在冷却系统280的另一非限制性方面，臂224或段226可包括第一冷却通路300，第一冷却通路300设置或布置成运送冷却油流通过臂224或段226。第一冷却通路300可操作地配置成热接收在旋转支撑的部件中产生的热，所述旋转支撑的部件包括但不限于励磁机转子262、PMG转子272或其组合，并将热传递到冷却油以去除热。在冷却系统280的又一非限制性方面，主机转子252可包括第二冷却通路302，第二冷却通路302设置或布置成运送冷却油流通过主机转子252。第二冷却通路302可操作地配置成热接收在主机转子252中产生的热，并将热传递至冷却油以去除热。加热过的油、残余、未使用或没有用完的油可从可旋转轴240排出，可提供至出口端口，例如转子轴油出口288或轴出口端口291。

本公开的非限制性方面可被包括，其中：第一或第二冷却通路300、302可围绕可旋转轴240径向间隔开。第一或第二冷却通路300、302可基于期望的旋转平衡或一组期望的热去除特性径向地间隔开。例如，在一个非限制性方面，第一或第二冷却通路300、302可邻近相应的主机250、励磁机260或PMG 270热生成部件设置，以确保可靠的热耦合。

如图中示出的那样，冷却系统280的非限制性方面还可包括用于主机定子254的一组定子绕组290的冷却回路。例如，至少一组定子绕组290可卷绕在主机定子254上。

常规的湿式或干腔发电机的问题是常规的冷却系统去除由更靠近定子的轴向中心设置或定位的主机定子或一组定子绕组中的至少一个产生的热有困难。邻近主机定子或一组定子绕组的轴向中心保持的热可导致降低的发电机性能或输出。举例来说，不合需要的热可能通过归因于在发电机操作期间所产生的磁滞或涡电流所致的定子铁芯损耗而造成。在一个非限制性实例中，常规发电机可通过在定子与定子绕组之间包括低导热层（例如，大致0.12瓦每摄氏度-米；“W/mC”）以将小部分热从定子热传导到绕组，同时外部冷却夹套将大部分热从所述定子热传导掉来解决此问题。常规外部冷却夹套包括环绕主机定子的至少一部分的冷却液通路，其中夹套冷却液通路与液体冷却液源流体联接。横贯冷却夹套的液体冷却液提供冷却以确保所需发电机操作，但冷却系统的添加会增大成本、复杂性，且使发电机系统的重量和大小要求增多。

本公开的各方面通过使用主机定子绕组290的专用配置，包括与本文图5类似的通过绕组290设置并配置成通过定子绕组290的至少子集运送冷却油流的第三冷却通路304，提供解决至少主机定子254、一组定子绕组290或其组合的冷却问题的替代性解决方案。第三冷却通路304可操作地配置成热接收在主机定子254或一组定子绕组290中产生的热，并将热传递至冷却油以去除热。在一个非限制性方面，通过例如与轴向经过定子绕组端匝292的定子绕组290的至少子集连接的限定入口通路306的定子绕组冷却液入口外壳322，一组定子绕组或第三冷却通路304的第一端可与油流流体连接。加热过的油、残余、未使用或没有用完的油可通过限定出口通路308的定子绕组冷却液出口外壳324从定子绕组290的至少子集排出，例如定子绕组冷却液出口外壳324也可轴向地经过定子绕组端匝292定位。定子绕组出口通路308还可以与发电机214的油出口端口连接，例如转子轴油出口288或轴出口端291。本公开的各方面可被包括，其中：冷却液入口外壳322和冷却液出口外壳324相互轴向间隔开。冷却液入口外壳322或冷却液出口外壳324中的至少一个可以是相对于旋转轴线241的薄饼或环形配置的形式。

尽管示意性示出了一组定子绕组290，但可包括多组定子绕组290或每个定子铁芯槽有多组定子绕组290。例如，在一个非限制性实例中，至少两组定子绕组290可堆叠、分层、嵌入、安装或卷绕在定子铁芯槽上。本公开的非限制性方面还可被包括，其中：定子绕组290的至少子集可包括电绝缘材料的外层以将一组定子绕组290与另一组定子绕组290或主机定子254或定子铁芯电隔离。

图8说明定子绕组98、290和第三冷却通路304的一个非限制性实例方面。如图中示出的那样，定子绕组290的至少子集包括绕组290的第一端326和绕组290的相对的第二端328。定子绕组290的至少一个子集可贯穿或邻近定子绕组入口外壳322或冷却液出口外壳324中的至少一个通过。定子绕组入口外壳322或冷却液出口外壳324中的至少一个还可包括中心孔320或通孔，所述中心孔320或通孔配置成接纳或配合可旋转轴（未示出）。本公开的非限制性方面可被包括，其中：定子绕组入口通路306或冷却液出口通路308中的至少一个可与可旋转轴冷却液流流体连接，如本文中描述的。在所示的非限制性实例的另一情况中，定子绕组290的子集的第一端326可贯穿或邻近定子绕组入口外壳322和冷却液出口外壳324延伸，并连接至发电机214的电气端子或功率输出。在第一实例中，定子绕组290可与定子绕组入口通路306通过例如孔312流体连接，以流体接收冷却液（以去除了冷却液入口外壳322的横截面方式示出，以箭头示意性图示入口通路306，并横穿到主机定子）。在此第一实例中，定子绕组290可经由不与冷却液出口通路308流体连接的贯穿通道310，通过冷却液出口外壳324。

在另一实例中，不同的定子绕组290的段可与定子绕组冷却液出口通路308通过例如孔312流体连接，以将来自主机定子的加热的冷却液流体提供至冷却液出口通路308（还是，以去除了冷却液出口外壳324的横截面的方式示出，以箭头示意性图示出口通路308）。在另外一个实例中，定子绕组290可经由不与冷却液入口外壳322流体连接的贯穿通道310通过冷却液入口外壳322。如本文中所使用，“加热过的冷却液”可传达冷却液正从上游部件去除热或已经从上游部件去除热。冷却液入口通路306和冷却液出口通路308还可流体连接至冷却液回路或冷却液贮存库。

在发电操作中，可旋转轴240相对于静止发电机214部件的旋转最终在主机定子绕组290中感生电流，电流进一步提供至发电机功率输出，可供应该输出以对一组电气负载供电或加电。具体地，励磁机转子262相对于励磁机定子264的旋转，PMG转子272相对于PMG定子274的旋转以及主机转子252相对于主机定子254的旋转将产生热，原因是在电流穿过相应电阻性绕组时的热损耗、铜耗、电阻损耗、绕组损耗等。除了绕组损耗之外，前述的部件252、254、262、 264、272、274可生成或保持不期望的热，例如由于如本文中解释的磁滞或涡流造成的铁芯损耗。例如，如上文解释的，主机定子254的热可远离定子254的轴向端生成或保持。

冷却系统280可通过至少第一、第二、第二冷却通路300、302、304或者其子集，实现或提供基于干腔的冷却，以将被加热部件的热热传递到冷却液体，例如冷却油。在此意义上，在相应部件中产生的热可传导地传递到冷却系统280的冷却液体（即“热”液体），可强力抽吸冷却液体使其离开产生热的部件。

本公开的前述各方面实现或提供相比同时期的发电机具有提高的冷却能力的发电机214。由于本公开的各方面明显地提高主机定子254或一组定子绕组290的冷却能力以及PMG转子272、励磁机转子262或其组合的冷却能力，所以可在除了本文中描述的冷却系统280之外无需或无发电机214外部的附加冷却系统的情况下设计或操作发电机214。例如，本公开的各方面可提供一种干腔发电机214，其中可在无需或无至少一外部液体冷却夹套的情况下来设计或操作系统，使得所述系统提供大于或等于预定等级的冷却，其中所述预定等级基于外部液体冷却夹套。替代性地，或者除了前述的益处，上述的各方面实现或提供以较高功率密度操作的发电机214，或者产生提高的功率水平，没有由于不期望的加热造成的发电效率的损失。

操作冷却系统280以实现或提供提高的冷却能力，因此实现较高的发电工作能力，还实现或提供与其中励磁机和PMG沿旋转轴线的轴向方向串联或顺序地布置的常规的电机相比或与无本文中描述的定子绕组的常规的电机相比具有较高的总功率密度的发电机214。在组合时，发电机214可具有等于或大于常规电机的功率密度的两倍的功率密度。在一个非限制性实例中，本文中描述的发电机214可使用本文中描述的各方面生成至少1兆瓦的电功率。

本发明涵盖除了上图中所示出的方面和配置之外的许多其它可能的方面和配置。例如，尽管图示的实例描述了一组定子绕组，但本公开的各方面可包括于任何一组发电机绕组（例如定子、转子、励磁机、PMG等）或任何载流电线或导体中。

在本文中描述的本公开的各方面，中空导体冷却路径可允许、实现或提供在一组绕组中例如由于绕组导体中的铜耗或涡流损耗产生的热的去除。在此意义上，与底部导体120相比，一组实心导体122将有效地承载一组绕组98中总体的大多数电流。在一个非限制性实例中，“集肤效应（skin effect）”使电流穿过一组绕组以趋向总电线或绕组的外表面。一组实心导体122中产生的热可以有效地热传导到底部导体120，底部导体120又可传导到穿过流体通道108的冷却液。

本文中公开的各方面的一个优点是使得一组绕组配置成或布置成在发电机操作中，使得冷却液可去除绕组的热。在绕组中生成交流（AC）功率的发电机中，单个大型的中空电线可在相似工作频率下具有比对应的直流（DC）功率损失明显（例如几倍）更高的功率损失。较高的功率损失意味着发电机的较低的效率以及较低的功率等级。在本公开的上文描述的各方面中，内电线、底部导体承载小部分的电流，因为底部导体相比一组实心导体更小，并且因为集肤效应，结果，本公开的各方面与常规的实心或中空绕组相比在底部导体中具有更小的AC损耗。

本公开的另一优点可包括更有效的发电，原因是绕组中更少的AC损耗，同时由于流体通道的构造实现更好的冷却。而且，与实心布线相比，实心导体之间的间距降低了AC损耗，又不会降低绕组的总体导电性。所描述方面的又一优点可以是取决于期望的工作特性或期望的形状因子可使用增材制造大量地或者以专门的尺寸、配置、角度、横截面尺寸等等“打印”一组绕组。

在尚未描述的程度上，各个方面的不同特征和结构可根据需要而与其他结合使用。一个特征不能在所有方面中说明并不意味着被解释为所述特征不能，而是为了简化描述才未说明。因此，不同方面的各种特征可根据需要混合和匹配来形成新的方面，而不论新方面是否被明确地描述。本发明涵盖本文所述的特征的组合或排列。

本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，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，或如果它们包括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)

1.一种导体，其包括：

中空底部导体，所述中空底部导体限定沿所述中空底部导体的流体通道；以及

一组实心导体，所述一组实心导体围绕所述中空底部导体的周界布置，

其中所述中空底部导体具有限定至少一个拐角的多边形横截面，且其中所述中空底部导体包括延伸超过所述至少一个拐角的几何周界的至少一个拐角壁。

2.根据权利要求1所述的导体，其中，所述导体为用于电机的一组绕组。

3.根据权利要求2所述的导体，其中，所述一组绕组为一组定子绕组。

4.根据权利要求1所述的导体，其中，所述一组实心导体与所述中空底部导体热接触。

5.根据权利要求4所述的导体，其中，所述一组实心导体中的至少子集具有限定至少一个平坦侧的多边形横截面。

6.根据权利要求5所述的导体，其中，所述至少一个平坦侧与所述中空底部导体热接触。

7.根据权利要求1所述的导体，其中，所述一组实心导体与所述中空底部导体连接。

8.根据权利要求1所述的导体，其中，所述一组实心导体还包括一组拐角实心导体，所述一组拐角实心导体在邻近所述中空底部导体的所述至少一个拐角处围绕所述中空底部导体的所述周界定位。

9.根据权利要求8所述的导体，还包括拐角连接器，所述拐角连接器与所述中空底部导体热耦接，并与所述一组拐角实心导体中的至少一个的至少一个表面热接触。

10.根据权利要求1所述的导体，其中，所述一组实心导体沿所述周界相互间隔开。

11.根据权利要求10所述的导体，还包括设置在相邻的实心导体之间的非导电漆。

12.根据权利要求1所述的导体，其中，所述中空底部导体具有矩形的横截面。

13.根据权利要求1所述的导体，其中，所述一组实心导体具有正方形的横截面。

14.用于电机的一组绕组，其包括：

多边形横截面的底部导体，所述多边形横截面的底部导体具有限定流体通道的一组侧壁；以及

多边形横截面的一组实心导体，所述一组实心导体围绕所述底部导体的周界布置，并与所述底部导体热连接，

其中所述底部导体具有至少一个拐角，且其中所述底部导体包括延伸超过所述至少一个拐角的几何周界的至少一个拐角壁。

15.根据权利要求14所述的一组绕组，其中，所述一组绕组布置成与冷却液流体源连接。

16.根据权利要求14所述的一组绕组，其中，所述一组实心导体包括至少一个平坦侧，所述至少一个平坦侧与所述底部导体热接触。

17.一种形成一组电机绕组的方法，所述方法包括：

形成多边形横截面的底部导体，所述多边形横截面的底部导体具有限定流体通道的一组侧壁，其中所述底部导体具有至少一个拐角，且其中所述底部导体包括延伸超过所述至少一个拐角的几何周界的至少一个拐角壁；以及

围绕所述底部导体的周界布置多边形横截面的一组实心导体，其中，所述一组实心导体与所述底部导体热连接。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述形成和所述布置通过增材制造进行。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括在相邻的实心导体之间设置介电材料。

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