CN203180703U

CN203180703U - 电机定子

Info

Publication number: CN203180703U
Application number: CN2010900011016U
Authority: CN
Inventors: 埃里希·博特; 胡贝图斯·贝尔; 罗尔夫·福尔默
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: US8922072B2; WO2011023598A1; DE102009038691A1; US20120146435A1

Abstract

本实用新型涉及一种电机定子。所述定子（1）具有一回形冷却通道（18），其中，所述回形冷却通道（18）包埋在一元件（22）中，所述元件（22）具有一材料，对所述材料施加热影响以形成所述元件（22）的一形状，一用于导引所述定子的一磁场的含铁体（3）包埋在所述元件（22）中。所述元件可以是一浇铸材料（铝）、一注塑塑料、一烧结材料或一激光烧结材料。

Description

电机定子

技术领域

本实用新型涉及一种电机定子。

背景技术

美国专利（US2008278011A1）公开了一种用于流体冷却式电机的定子，其中，冷却套围绕定子主体布置，冷却套包括用于容纳流体的至少一条管路，由此降低定子的加工难度及成本。

但是目前业内依然存在对于能够改善电机定子冷却效率的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是改善电机或电机定子的冷却效率。在装置方面，本实用新型用以达成上述目的的解决方案是以下所述的电机定子。

一电机的一定子例如具有一叠片式或叠层式铁体。这个铁体用于导引一磁场。这个用于导引磁场的含铁体例如是一磁轭。

所述电机具有所述定子及一转子。所述电机还具有（例如）轴承端盖。

根据所述电机的定子的一种实施方式，所述定子具有一回形冷却通道。借助回形冷却通道可以改变一用于冷却所述电机或所述定子的流体的流向。所述流体特定而言是一冷却液，如水或液氮。所述回形冷却通道（完全或部分地）包埋在一元件内，对该元件进行热成型处理。这种元件例如由一可接受注塑处理的塑料构成。所述用于包埋冷却通道的元件还可以铝为材料，铝可以接受浇铸处理。在包埋有至少一个冷却通道的所述元件的材料中还包埋有一用于导引所述定子的一磁场的含铁体，且所述含铁体至少部分地包埋在所述元件的材料中。也就是说，所述包埋材料将至少一个冷却通道以及所述定子上用于导引磁通的部分（元件）予以包埋。这种包埋措施使得包埋材料与冷却通道之间形成良好的导热接触。与只是将冷却通道简单地插在定子叠片组的通孔内的系统相比，这一接触有了大幅改善。

根据所述定子的一种设计方案，所述用于包埋的元件具有一烧结材料。这类材料例如具有陶瓷组分。这样能形成强度很大的耐热结构。所述用于包埋的元件还可构成所述定子的一部分壳体，甚至可以构成所述电机的一部分。当然，这一扩展功能也能通过其他类型的材料而实现，而非仅限于烧结材料。所谓其他类型的材料例如有塑料或铝或铝合金。

根据所述定子的一种设计方案，所述用于包埋的元件具有一可浇铸的材料。铝就是这样一种材料。如果使用铝，这部分铝将完全或部分包围冷却通道和用于导引磁场的磁轭。铝的优点是易于加工，导热性能好。

根据所述定子的一种设计方案，所述将冷却通道和磁轭包埋的元件由一注塑材料构成。塑料就是一种适于注塑的材料。如果所述冷却通道也由塑料材料构成，则最好确保构成冷却通道的塑料（例如塑料管件的塑料）的熔点高于用来包埋冷却通道和磁通导引构件的塑料的熔点。采用塑料注塑法能简化定子的制造过程，因为这种方法容易实现，成本也低。

根据所述定子的另一设计方案，也可通过三维印刷来制造所述定子。三维印刷可以利用紫外线或激光来固化包埋材料。三维印刷可以迅速改变定子的形状和结构。不需要进行长时间的调整，也不需要重新购置铸型或注塑模型。

根据所述定子的一种设计方案，所述定子具有一回形管件作为一回形冷却通道的基础。这个管件可以实施为多个部分，也可实施为一体式。根据一种设计方案，采用一体式设计的所述管件具有多个回转环路而非仅只一个，这样可以多次改变流体的流向。

所述管件的材料可具有（例如）优质钢、铜或塑料。铜或优质钢的优点是这类材料的熔化温度比塑料高。所述管件的材料的熔点原则上最好比用于包埋所述管件和所述磁轭（用于导引磁场的构件）的材料高。

根据所述定子的一种设计方案，所述管件的材料部分熔化。这一熔化例如发生在浇注铝（用来包埋冷却通道/管件）的过程中。通过这一熔化可以在管件材料与包埋材料之间建立导热性能良好的连接。

根据所述定子的一种设计方案，所述管件具有至少一圈/环，其中，所述管件实施为一体式，所述圈/环特定而言部分分布在一轴承端盖区域内。轴承则包埋在与所述冷却通道或磁轭相同的材料中。

根据所述定子的一种设计方案，所述冷却通道的一部分沿一轴向定向且沿一轴向被包埋，所述冷却通道的另一部分沿一周向定向且沿一周向被包埋。所述沿周向（相对于电机的轴线而言）定向的冷却通道构成所述冷却通道上用于改变流体流向的环/圈。

根据一种实施方式，所述定子呈立方形，其中，所述定子侧面的中间区域不设轴向冷却通道。这种构建方式能使定子和相应的电机获得紧凑结构。

根据所述定子的一种实施方式，在所述用于包埋所述冷却通道、同时又包埋所述磁场导引构件（例如磁轭）的元件中设有用于容置起固定作用的螺钉的固定孔。所述固定例如涉及轴承端盖的固定。根据另一方案，也可以借助所述固定孔将设有轴承端盖的定子固定到另一装置（例如安装板）上。通过将固定孔整合在所述元件中，可以简化结构。

根据所述定子的一种设计方案，所述固定孔位于所述定子的边角区，其中，所述边角区特定而言不设沿轴向分布的冷却通道。这能实现紧凑结构。

根据所述定子的一种设计方案，所述定子具有一磁轭组和一星形组（Sternpaket），其中，所述磁轭组和所述星形组至少构成所述用于导引所述磁场的含铁体的一部分。亦即，所述用于导引磁场的含铁体在径向上不但可以实施为一体式，也可实施为多个部分。如果在径向上实施为两个部分，则磁轭组与星形组相结合。当然，无论是采用一体式设计还是多部分式设计（从径向角度看），都可以设置叠片结构。所述定子的这个叠片组包埋在同时还包埋了所述冷却通道的所述元件中。亦即，叠片组和冷却通道包埋在同一个元件中，也就是包埋在相同的材料内。从这个意义上说，仅仅是插在空腔内的管件将不被视作包埋管件，因为在此情况下所形成的间隙不能忽略不计。包埋所产生的过渡区是齐平的。

所述用于包埋的元件也可以除了整合所述一或多个冷却通道以及所述磁场导引构件（磁轭、定子叠片组）外还整合一个或两个轴承端盖。也就是说，用于支承电机转子的轴承也容置在所述用于包埋的元件内。

一种制造一电机的一定子的方法，所述定子具有至少一项如上文所述的定子特征，其中，将所述用于导引一磁场的含铁体放置在一模型中，将一冷却通道（例如一管件）也放置在所述模型中，在所述模型中填入一材料，所述材料构成所述元件，所述元件将所述含铁体和所述冷却通道包埋。所述含铁体特定而言是一磁轭，其中，所述用于包埋的元件与所述含铁体直接齐平接触，即可形成包埋结构。冷却通道的包埋指的也是所述用于包埋的元件与冷却通道（例如管件）直接齐平接触。为了达到包埋冷却通道的目的，冷却通道也可以沿周向完全被该元件包围。因此，用作冷却通道的管件可以在其径向周边被该元件包围。

附图说明

下文将参照附图及其所示的可行实施例对本实用新型进行详细的示范性说明，其中：

图1为一浇铸电机；

图2为一浇铸定子；

图3为该浇铸定子的部分剖面图；

图4为设有定子绕组的浇铸定子；以及

图5为一定子叠片组。

具体实施方式

图1为电机10的示意图，该图中未示出电机10的转子。电机10具有定子1。本图未示出的定子叠片组被元件22包埋。定子叠片组是一个用于导引磁场的含铁体，定子叠片组被元件22包围，因此从图1中看不到定子叠片组。

电机10还具有两个轴承端盖12、14。第一轴承端盖12可以称作操作侧轴承端盖12。第二轴承端盖14可以称作驱动侧轴承端盖14。为电机10的定子1的绕组20通电后，会产生损耗热。为了散热，即冷却电机10，设有回形冷却通道18。回形冷却通道18具有沿轴向定向的冷却通道17和沿电机周向定向的转向通道19。可以使用管件26来形成冷却通道18。这里所说的管件也包括软管。可以将多个管件相接形成冷却通道18，也可以将单独一个管件定位成回形来形成冷却通道18。冷却通道18具有用来为冷却通道18装填冷却流体的接头24。举例而言，水就是一种常用的液态冷却流体。冷却通道18主要通过浇铸工艺整合到电机内。例如将铝注入已设有冷却通道（例如钢管或铜管）或者已设有冷却通道和定子叠片组的模型中。铝冷却后，这些部件就包埋在了已冷却的铝内。举例而言，上述电机设计具有以下优点：

-不需要为了解决水的转向问题而对轴承端盖进行复杂加工；

-不需要在冷却管和转向槽之间采取复杂的密封措施；

-冷却通道与定子叠片组之间的热接触得到了改善和简化；以及

-能更好地将热量传递到轴承端盖上，因此在磁轭区域内，不单只通过冷却管表面来散热。

图2为定子1的示意图，其中，用于包埋的元件22还构成定子1的壳体。元件22中整合有轴承端盖12。在定子1与轴承端盖12相对的另一侧设有固定孔45。这些固定孔45可以与壳体法兰16配合作用以固定其他轴承端盖（未图示）。举例而言，其中一轴承端盖是驱动侧轴承端盖，另一轴承端盖就是操作侧轴承端盖。

根据定子1的另一设计方案，该定子不具有整合式轴承端盖，这种设计方案未作图示。采用这种设计方案时，定子相应在其端面具有用于固定轴承端盖的固定措施。图2所示的元件22具有用于固定（例如）定子1或整个电机的固定孔44。元件22内浇铸了单独一个冷却通道18。冷却通道18具有沿轴向定位的冷却通道段（冷却通道）17和用于改变冷却流体流向的区段19。这些转向通道19沿周向定位并与轴向冷却通道17连成一体。轴向定向用箭头28、29表示，这也是流体的可能的轴向流向。根据图2所示的实施方式，转向通道19沿轴向布置在定子叠片组的外侧。定子叠片组在图2中由磁轭组4代表。通过对采用回形定位的冷却通道18的定位进行这种轴向扩展处理，可以提高冷却效率。若想要实现更紧凑的结构，例如不在元件22中整合轴承端盖，也可以将转向通道定位在定子叠片组4的轴向区域。图2对此未作图示。

图3为图2所示定子1的剖面图。这里用剖面图示意了用作冷却通道的管件26。此外还示出了用于构成流体入口和出口的接头24（另见图2）。固定孔44定位于定子1的角落区46、47、48和49。为了实现紧凑结构，定子1在这些边角区内不具有沿轴向定向的冷却通道。最好在边角区46内设置转向通道19，该转向通道具体布置在与设有固定孔44的端面相对布置的端面区域内。

与图3一样，图4也是定子1的剖面图。除磁轭组4外，图4还示出了星形组5。如图所示，星形组5中设有定子1的电绕组7。定子1的基本形状呈立方形，具有侧面38、39、40和41。侧面38、39、40和41具有中间区域34、35、36、37。这些中间区域内未设置轴向冷却通道。这样能实现紧凑结构。中间区域34、35、36、37内可以布置转向通道。转向通道19沿周向定向，参见箭头30和31。转向通道19位于定子1上不属于磁轭组4延伸范围的轴向区域内。这样可以使转向通道19相对于轴向通道17沿径向向内偏移。在此情况下，转向通道19例如将伸入磁轭（定子叠片组）所在的径向区域。这同样有助于实现紧凑结构。

定子由两个径向分叠片组（外侧的磁轭组4和内侧的星形组5）构成的水冷式电机（例如电动机或发电机）的水管（即冷却通道）靠近热源（电动机绕组或发电机绕组）布置且热阻较低。形成于磁轭组铁心中的通孔以及敷设在这些通孔内的水冷管无法实现最佳传热。使用浇铸或注塑法可以改善散热。浇铸或注塑法是将单独的水冷管贴靠在磁轭组上并予以包封处理。为此须将经过预成型处理的回形管件26绕在磁轭组4上。再用合适的浇铸材料或注塑材料将管件26和磁轭组4一并包封起来。如上所述，铝就是一种合适的浇铸材料。也可以采用其他金属或者机械强度大、导热性能良好的塑料。用磁轭组4和星形组5来构建电动机定子的优点首先在于，磁轭组4可以进行单独加工，因而能够接受那些会将一体式绕线定子叠片组毁坏的处理（用铝进行注塑包封时可能会出现这种情况）。将回形管件26绕在磁轭组上并用铝进行注塑包封，这能确保良好传热。无论是从磁轭组到导热性能良好的浇铸材料的传热，还是从浇铸材料到管件的传热都能得到改善，而改善后的轴向传热也能促进这一点。还可以利用制造过程在组件/元件中整合其他功能。可以注塑方式形成其他界面，例如轴承端盖用法兰和/或所谓的壳体法兰。此外还可以注塑方式形成轴承端盖、接线盒和/或连接器壳体。

如图5所示，可以将用于导引磁场的含铁体3（例如定子叠片组）放入模型50。此外，这个模型50中还可放入回形冷却通道18。定子绕组可以预先装入定子叠片组，也可以后续插入槽中。可以将例如液态铝注入模型50。液态铝22固化后，定子叠片组3和冷却通道18就包埋在了这部分铝中。

Claims

1.一种电机（10）的定子（1），所述定子具有一回形冷却通道（18），其中，所述回形冷却通道（18）包埋在一元件（22）中，所述元件（22）具有一材料，对所述材料施加热影响以实现所述包埋，一用于导引所述定子（1）的磁场的含铁体（3）也包埋在所述元件（22）中。

2.根据权利要求1所述的定子（1），其特征在于，

所述元件（22）具有一烧结材料。

3.根据权利要求1所述的定子（1），其特征在于，

所述元件（22）具有一浇铸材料。

4.根据权利要求1所述的定子（1），其特征在于，

所述元件（22）具有一注塑材料。

5.根据权利要求1所述的定子（1），其特征在于，

所述元件（22）用三维印刷法制成。

6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的定子（1），其特征在于，

所述回形冷却通道（18）具有一管件（26）。

7.根据权利要求6所述的定子（1），其特征在于，

所述管件（26）的材料具有一下述材料：

优质钢，

铜，或

塑料。

8.根据权利要求6所述的定子（1），其特征在于，

所述管件（26）的材料的熔点比所述用于包埋的元件（22）的材料高。

9.根据权利要求6所述的定子（1），其特征在于，

所述管件（26）的材料仅部分熔化。

10.根据权利要求6所述的定子（1），其特征在于，

所述管件（26）具有至少一圈，其中，所述管件（26）实施为一体式。

11.根据权利要求1所述的定子（1），其特征在于，

至少一个冷却通道（17）沿一轴向（28，29）包埋在所述元件（22）中，至少一个冷却通道（19）沿一周向（30）包埋在所述元件（22）中。

12.根据权利要求11所述的定子（1），其特征在于，

所述定子（1）呈立方形，其中，所述定子（1）侧面（38，39，40，41）的一中间区域（34，35，36，37）不设轴向冷却通道（17）。

13.根据权利要求1所述的定子（1），其特征在于，

所述元件（22）中设有用于容纳起固定作用的螺钉的固定孔（44）。

14.根据权利要求13所述的定子（1），其特征在于，

一固定孔位于所述定子的一角落区。

15.根据权利要求1所述的定子（1），其特征在于，

所述定子（1）具有一磁轭组（4）和一星形组（5），其中，所述磁轭组（4）和所述星形组（5）构成所述用于导引所述磁场的含铁体（3）的一部分。

16.根据权利要求1所述的定子（1），其特征在于，

所述元件（22）构成所述电机的至少一部分壳体。

17.根据权利要求3所述的定子（1），其特征在于，

所述浇铸材料为一铝合金。

18.根据权利要求4所述的定子（1），其特征在于，

所述注塑材料为一塑料。

19.根据权利要求14所述的定子（1），其特征在于，

所述角落区不设有沿轴向定向的冷却通道。

20.根据权利要求16所述的定子（1），其特征在于，

所述元件（22）中还整合有一个或两个端盖。

21.根据权利要求4所述的定子（1），其特征在于,

所述材料为一塑料。