CN110050404A - 绕线转子同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绕线转子(1)，该绕线转子包括沿纵向方向(X)延伸的轴(5)以及周向交替的齿和凹口，每个齿接收旨在用于产生转子磁极的纵向绕组；每个绕组在转子的每个纵向端部处限定了突出的绕组头，所述转子(1)能够由喷射射到所述绕组头上的冷却剂冷却，所述转子(1)进一步包括用于机械地保持所述转子绕组的至少一个保持环(10，10’)，所述保持环(10，10’)安装在转子(1)的纵向端部(17，17’)处，以便限定开口到绕组头的中心开口(101，101’)，其特征在于，所述保持环(2)具有至少一个排出通道(11，11’)，该至少一个排出通道能够允许喷射到中心开口(101，101’)中的所述冷却剂排出到所述绕组头上。

Description

绕线转子同步电机

本发明涉及一种绕线转子同步电机。

在同步电机领域，转子通常是永磁体转子或绕线转子。

绕线转子具有许多优点：通过优化转子电流和定子电流，显著提高电机效率；以及通过直接作用于转子绕组中的电流，能够实现简化的速度调节。

然而，绕线转子的众所周知缺点是转子绕组中电流通过所产生的发热。

假定绕线转子绕组的大约30％至40％的发热集中在位于转子的纵向端部处的绕组头附近，则已知的冷却方法在于将油或任何其他介电热传递冷却液喷射到绕组头上。

然而，喷射在转子的纵向端部处的冷却液积聚在机械地固持这些绕组的环中。

实际上，为了确保转子结构牢固的保持，尤其是在转子被以高速驱动旋转时，在转子的每个纵向端部处安装有机械保持环，从而防止该结构的板材金属堆叠由于离心力作用而离位。

因此，这些环在转子每个端部处形成突出的中空圆柱体，该圆柱体限定了通向转子绕组头的中心开口。

当冷却液喷射到绕组头上时，这些环于是保持液体，该液体尤其积聚在由转子的突出环形成的中心开口的周向内壁上。

现在，以这种方式积聚在环中的冷却液体由于离心力作用，在环的周向内壁上形成光滑表面，该表面通过毛细作用渗入到气隙中。

问题是气隙中存在的冷却液在定子和转子之间产生摩擦效应，并且这降低了电机的效率。

因此，对于一种不具有现有技术缺点的能够改善绕线转子同步机器转子绕组的冷却的解决方案存在需要。

提出了一种绕线转子，该绕线转子包括限定周向交替的齿和凹口的结构，每个齿接收旨在用于产生转子磁极的纵向绕组；每个绕组在转子的每个纵向端部处限定突出的绕组头，所述转子还包括沿纵向方向穿过所述结构的轴，所述转子被适配成被喷射到所述绕组头上的冷却液冷却，所述转子进一步包括至少一个环，该至少一个环机械地保持安装在转子的纵向端部处的所述转子绕组，以便限定开口到绕组头上的中心开口，其特征在于，所述环包括至少一个排出通道，该至少一个排出通道被适配成用于将喷射在中心开口中的所述冷却液排出到所述绕组头上。

因此，通过使用用于排出环中的冷却液的通道，可以迫使液体在这样的方向排出，即该油不会进入机器的气隙中。换言之，排出通道使得能够控制先前喷射在环内部的冷却液的排出，这使得可以优化电机的效率，尤其是通过防止油渗入电机的气隙中。

通过非限制性方式，所述环有利地在该结构的一个纵向端部处被压配合远至该结构的邻接部。因此，可以以相对坚固和简单的方式将环安装在转子的结构上。

通过非限制性方式，所述排出通道有利地由径向穿过所述环的孔口形成。因此，通过直接在环中设置孔口(例如通过钻孔或者在零件的模制期间)，可以以相对低成本的方式来生产排出通道。

通过非限制性方式，所述环有利地包括至少两个直径相反的通道。因此，可以改善冷却液的排出，并且排放流量可以得到优化，尤其是在因此被称为“定子髻形件”的定子绕组头的方向上，这改善了电机的总体冷却。

通过非限制性方式，所述环有利地包括八个通道，并且其纵向端部包括其恒定减小的外径。这使得有可以实现改善的排出，尤其是改善排出的周向分布还有纵向分布。具体地讲，八个通道规则地分布在环的外周上，并且环的纵向端部具有平面倾斜度，以便当转子被以高速驱动旋转时能够快速排出液体。

本发明还涉及一种电机，该电机包括如上所述的绕线转子和用于将冷却液喷射到转子的所述纵向端部上并接收所述保持环的装置。

通过非限制性方式，该绕线转子有利地安装在定子中，该定子包括多个定子绕组，每个定子绕组在定子的每个纵向端部处限定定子绕组头，该绕线转子的环的所述通道适用于在这些定子绕组的绕组头附近排放，使得当该冷却液经由环的通道排出时，冷却液被直接喷射到这些定子绕组的绕组头上。

在阅读下文通过非限制性说明并参考附图给出的本发明一个特定实施例的描述时，本发明的其他特定特征和优点将显现，在附图中：

-图1是根据本发明的一个实施例的绕线转子的透视图；

-图2是根据本发明的图1实施例的绕线转子的另一透视图；

-并且图3是根据来自图1和图2的本发明的实施例的变体的绕线转子的环的视图。

图1和图2涉及本发明的相同实施例，进行同时评价。

同步电机包括安装在定子(未示出)中的绕线转子1。

绕线转子1(也称为转子1)包括纵向结构16，该纵向结构由堆叠板材金属部分组成，轴5纵向穿过堆叠板材金属部分。

因此，轴5(以旋转的方式联接到结构16)在纵向方向X上延伸。这个相同的纵向方向X限定转子1的主回转轴线X。

结构16限定了周向连续的齿和凹口。

转子绕组安装在凹口中，以便以纵向绕组的形式围绕这些齿。

因此，转子1包括沿纵向方向X延伸的多个绕组。

转子绕组在转子1的每个纵向端部30、30’处限定绕组头40。

转子1的一个纵向端部30、30’处的该组绕组头40也被称为髻形件。

为了冷却转子1的由电流的流动作用而变热的绕组，冷却系统包括油循环回路20、20’，该油循环回路在转子1的每个纵向端部30、30’处包括冷却喷嘴21和21’。

在此实施例中，两个冷却喷嘴21、21’安装在转子1的每个纵向端部30、30’处。

然而，本发明不限于每个纵向端部30、30’处的两个喷嘴。根据转子绕组的加热，等同地可以在每个纵向端部30、30’处提供用于喷射冷却液的单个喷嘴，或者在每个纵向端部30、30’处提供多于两个的冷却喷嘴。

也可以仅在转子1的一个纵向端部30、30’处提供冷却。

喷射喷嘴21、21’被定向成使得能够将冷却液(这里是冷却油)喷射到转子1的绕组头40上，这些绕组头对应于端部30、30’(在该端部处，喷嘴21、21’被安装)。

喷射可以例如包含液滴形式的雾化油。

为了在转子1被驱动旋转时使转子绕组相对于转子1的结构16保持固定(尤其是为了抵抗离心力)，在转子1的每个纵向端部30、30’处安装机械保持环10、10’。

保持环10、10’安装在转子1的结构16上。具体地讲，保持环可以被压配合远至结构16的纵向邻接部17、17’，并且可以围绕结构16固定在转子1的纵向端部30、30’处，以便在绕组头部40附近环绕转子绕组。

因此，保持环10、10’周向地延伸，从而在转子1的每个纵向端部30、30’处纵向突出，使得该环部分地形成中空圆柱体形式的转子的突出端部，该中空圆柱体限定了开口到绕组头40上的中心开口101、101’。

换言之，当环10、10’安装在转子1的纵向端部处时，它们限定了对应于大致圆柱形凹部的中心开口101、101’，该圆柱形凹部从转子1的相应纵向端部30、30’开口到绕组头40。

喷嘴21和21’被安装使得油被喷射在相对应的环10、10’的中心开口101、101’内部。

因此，当转子1被驱动旋转时，喷射的油填充环10、10’的内部空间，从而积聚在环1的周向内壁上。

现在，喷射在环10、10’的中心开口101、101’中的油能够在结构16处的环10、10’之间渗入到该结构的邻接部17、17’与相对应的环10、10’之间的结合部，这可能导致油流入电机的气隙中。

这种流动是不期望的，因为它会产生使电机效率降低的摩擦力。

为了防止积聚在环10、10’的中心开口101、101’中的油在转子1的结构16的邻接部17、17’和环10、10’之间的结合部处渗入，针对每个环10、10’产生有至少一个且优选多个排出通道11、11’。

每个排出通道11、11’对应于在环10的周向壁上在其从转子1的结构16纵向突出的部分中穿孔的孔口11、11’。

孔口11、11’是径向穿过的孔口，这些孔口具有的直径足以允许油从环10、10’的中心开口101、101’流到环10、10’的外部。

这些孔口11、11’不仅有助于油从环10、10’的中心开口101、101’中排出，而且防止在环10、10’和结构16的相应邻接部17、17’之间形成光滑表面，这降低了毛细作用导致油渗入气隙的风险。

具体地讲，通道11、11’适用于在定子绕组头的方向上排出油。

孔口11、11’因此在转子1的纵向方向上安装在环10、10’上，使得孔口面向定子绕组头或在定子绕组头附近，以便能够将油从环10、10’直接排出到定子绕组头上。

因此，可以增加油喷射到定子的髻形件上的速度范围，这改善了髻形件的冷却，并且因此提高了电机的效率。

在此实施例中，每个环10、10’包括八个排出通道11、11’，换言之，八个径向穿过的孔口11、11’。

径向穿过的孔口11、11’径向分布在环10、10’的外周上。

图3示出了转子1的环10、10’的变体实施例。为了更清楚起见，仅示出了环10，环10’以类似的方式修改。在本发明的这个变体实施例中，环10在环10的一个纵向端部18处具有其恒定减小的外径。这种优选平面减小使得在环的这个端部(在纵向方向X上紧挨在孔口11、11’之后定位)处存在的油在其没有通过孔口11、11’排出时更容易排出到气隙之外。

借助于这种装置，相对于已知的现有技术，在电机的阻力扭矩方面，可以获得大约15％的改进。

本发明不是仅限于油，而是适于冷却电机的任何热交换介电冷却液。

每个环10、10’的孔口11、11’的数量可以根据每单位时间有待排出的油量而变化。

因此，根据转子1的特性、其尺寸和有待投射到每个绕组头40上的油量，可以增加孔口11、11’的数量或者增加每个孔口的直径，以控制从环10、10’排出油的流量。

具体地讲，相同的环10、10’的孔口11、11’可以具有相同或不同的直径。

环10、10’是通过冲压的金属板材、或通过模制或通过批量加工形成的。所使用的材料例如是铝合金或钢。优选地，环是由冲压的铝合金板材制成，以减少转子的重量。

Claims (7)

1.一种绕线转子(1)，包括限定周向交替的齿和凹口的结构(16)，每个齿接收旨在用于产生转子磁极的纵向绕组；每个绕组在转子的每个纵向端部(30，30’)处限定突出的绕组头(40)，所述转子(1)还包括沿纵向方向(X)穿过所述结构(16)的轴(5)，所述转子(1)被适配成被喷射到所述绕组头(40)上的冷却液冷却，所述转子(1)进一步包括至少一个环(10，10’)，该至少一个环用于机械地固持安装在该转子(1)的纵向端部(30，30’)处的所述转子绕组，以便限定开口到这些绕组头(40)上的中心开口(101，101’)，其特征在于，所述环(2)包括至少一个排出通道(11，11’)，该至少一个排出通道被适配成用于将喷射在该中心开口(101，101’)中的所述冷却液排出到所述绕组头(40)上，所述排出通道(11，11’)由径向穿过所述环(10，10’)的孔口(11，11’)形成，并且所述环的纵向端部(18)包括其恒定减小的外径。

2.根据权利要求1所述的绕线转子(1)，其特征在于，所述环(10，10’)在该结构(16)的一个纵向端部(30，30’)处被压配合远至该结构(16)的邻接部(17，17’)。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的绕线转子(1)，其特征在于，所述环(10，10’)包括至少两个直径上相反的通道(11，11’)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的绕线转子(1)，其特征在于，所述环(10，10’)包括八个通道(11，11’)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的绕线转子(1)，其特征在于，所述环(10，10’)由冲压的铝合金板材制成。

6.一种电机，包括根据权利要求1至5中任一项所述的绕线转子(1)和用于将冷却液喷射到接收所述保持环(10，10’)的转子(1)的所述纵向端部(30，30’)上的装置。

7.根据权利要求6所述的电机，其中，该绕线转子(1)安装在定子中，该定子包括多个定子绕组，每个定子绕组在该定子的每个纵向端部处限定定子绕组头，该绕线转子(1)的环(10，10’)的所述通道(11，11’)适用于在这些定子绕组的绕组头附近排放，使得当该冷却液经由该环(10，10’)的通道(11，11’)排出时，该冷却液被直接喷射到这些定子绕组的绕组头上。