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CN113826305A - 用于电机的定子的油冷系统 - Google Patents

用于电机的定子的油冷系统 Download PDF

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CN113826305A
CN113826305A CN202080036310.2A CN202080036310A CN113826305A CN 113826305 A CN113826305 A CN 113826305A CN 202080036310 A CN202080036310 A CN 202080036310A CN 113826305 A CN113826305 A CN 113826305A
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Abstract

本发明涉及一种电机，该电机包括转子和定位在转子周围的定子。定子包括具有多个定子齿的定子芯和围绕多个定子齿由定子芯支撑的多个定子绕组。多个定子绕组包括第一端匝和第二端匝。定子包括围绕多个定子齿中的对应的定子齿延伸的多个互锁绝缘体。多个互锁绝缘体中的每一个都包括沿第一方向在周向上向外延伸的第一基部部分和沿第二方向在周向上向外延伸的第二基部部分。所述第一基部部分被构造成与相邻的互锁绝缘体上的第二基部部分相互接合，以形成冷却剂通道和围绕空气间隙的冷却剂屏障。

Description

用于电机的定子的油冷系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年6月7日提交的美国申请No.62/858，572的权益，其全部公开内容通过引用结合于此。
背景技术
电机包括壳体、支撑转子绕组的转子和支撑定子绕组的定子。转子在定子内旋转以生成产生电流的电场。转子和定子之间存在空气间隙。在运行过程中，产生电场会导致定子中热量的生成。这种热量可能会降低电机的运行效率。已经采用了各种系统来减少由电机的运行生成的热量。例如，通常情况下，转子将支撑风扇，该风扇将气流抽吸通过壳体。
其他机器可以包括液体冷却剂，比如油，其被分配到定子的部分上。例如，油可以滴到定子端匝上，聚集在壳体中，被移除，穿过热量交换器，然后重新引入到电机中。在其他系统中，冷却剂可以穿过形成在定子芯中的通道并穿过定子端匝。使冷却剂穿过定子芯导致布置在其中的定子绕组的间接冷却。
间接冷却不如液体冷却剂与定子绕组之间的直接接触有效。使冷却剂流过定子芯中的定子绕组可能会导致侵入到空气间隙中。期望的是，维持空气间隙相对地没有液体冷却剂。允许过多的液体冷却剂进入空气间隙可能会妨碍电机的运行。因此，工业上将欢迎一种系统，该系统提供了对定子芯中的定子绕组的直接冷却，同时维持气帽基本上没有冷却剂。
发明内容
公开了一种电机，其包括转子和定位在转子周围的定子。定子包括具有多个定子齿的定子芯和围绕多个定子齿由定子芯支撑的多个定子绕组。多个定子绕组包括第一端匝和第二端匝。定子包括围绕多个定子齿中的对应的定子齿延伸的多个互锁绝缘体。多个互锁绝缘体中的每一个互锁绝缘体都包括沿第一方向在周向上向外延伸的第一基部部分和沿第二方向在周向上向外延伸的第二基部部分。所述第一基部部分被构造成与相邻的互锁绝缘体上的第二基部部分相互接合，以形成冷却剂通道和围绕空气间隙的冷却剂屏障。
还公开了一种电机，其包括转子和定位在转子周围的定子。定子包括具有多个定子齿的定子芯和围绕多个定子齿由定子芯支撑的多个定子绕组。多个定子绕组包括第一端匝和第二端匝。定子包括围绕第一端匝延伸的第一端盖。第一端盖包括入口并限定第一环形流体容积。第二端盖围绕第二端匝延伸。第二端盖包括出口并限定第二环形流体容积，该第二环形流体容积穿过多个定子绕组流体地连接到第一环形流体容积。
还公开了一种电机，其包括转子和定位在转子周围的定子。定子包括具有多个定子齿的定子芯和围绕多个定子齿由定子芯支撑的多个定子绕组。多个定子绕组包括第一端匝和第二端匝。该定子包括围绕多个定子齿中的对应的定子齿延伸的多个互锁绝缘体。多个互锁绝缘体中的每一个互锁绝缘体都包括沿第一方向在周向上向外延伸的第一基部部分和沿第二方向在周向上向外延伸的第二基部部分。第一基部部分构造成与相邻的互锁绝缘体上的第二基部部分相互接合，以形成冷却剂通道和围绕空气间隙的冷却剂屏障。第一端盖围绕第一端匝延伸。第一端盖包括入口并限定第一环形流体容积。第二端盖围绕第二端匝延伸。第二端盖包括出口并限定第二环形流体容积，该第二环形流体容积穿过多个定子绕组流体地连接到第一环形流体容积。
附图说明
以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参考附图，相同的元件编号相同：
图1示出了根据示例性方面的包括油冷系统的电机的定子的局部剖视图；
图2示出了根据图1的电机的局部轴向端视图；
图3示出了根据示例性方面的定位在图1的定子的定子齿周围的互锁绝缘体的平面图；
图4示出了根据示例性方面的图3的互锁绝缘体的一侧的平面图；
图5示出了根据示例性方面的图4的互锁绝缘体的相反侧的正视图；
图6示出了根据示例性方面的图4的互锁绝缘体的一侧的平面图，其示出了端帽；
图7示出了根据示例性方面的彼此连接的两个互锁绝缘体；
图8示出了根据示例性方面的图1的定子的局部剖视图；并且
图9示出了根据示例性方面的定位在图8的定子上方的端盖；
具体实施方式
参考附图，这里通过示例而非限制的方式给出了所公开的设备和方法的一个或更多个实施例的详细描述。
根据示例性实施例，电机在图1中总体上以10表示。电机10包括布置在壳体15中的转子12(图2)和定子14。定子14包括定子芯16，多个定子齿18从定子芯处延伸。定子齿18支撑多个集中缠绕(CW)的定子绕组20，该定子绕组限定第一端匝24和第二端匝28。
定子14包括围绕多个定子齿18中的每一个定子齿延伸的多个互锁绝缘体40。定子14还包括定位在第一端匝24上方的第一端匝盖44和定位在第二端匝28上方的第二端匝盖46。定子14围绕转子12延伸，并通过空气间隙32与该转子间隔开。如将在本文中详细描述的，液体冷却剂，比如油，在第一端匝24和第二端匝28之间穿过CW定子绕组20，从而从定子14移除热量。互锁绝缘体40防止冷却剂进入空气间隙32。虽然示出为集中绕线定子，但是应当理解，示例性实施例也将有益于分布式绕线定子。
现在将参考图3-7描述多个互锁绝缘体40中的一个互锁绝缘体，应当理解，多个互锁绝缘体40中的其他互锁绝缘体包括类似的结构。每个互锁绝缘体40包括与第二侧部分62以间隙63间隔开的第一侧部分60。第一侧部分60和第二侧部分62被定位，并且间隙63的尺寸被确定成接收多个定子齿18中的一个定子齿。第一侧部分60和第二侧部分62在一端通过包括弧形外壁68的端壁65来结合。
每个互锁绝缘体40还包括从第一侧部分60在周向上向外延伸的第一基部部分80和从第二侧部分62在周向上向外延伸的第二基部部分82。第一外边缘86从第一侧部分60在周向上向外延伸，与基部部分80径向间隔开，而第二外边缘88从第二侧部分62在周向上向外延伸，与第二基部部分82径向间隔开。
第一基部部分80包括第一端92、第二端93和在其间延伸的中间部分94。第二基部部分82包括第一端段96、第二端段97和在其间延伸的中间段98。第二端93通过端段100一体地结合到第二端段97。第一基部部分80包括在第一端92和第二端93之间的从中间部分94在周向上向外延伸的凸片接收部102。
第二基部部分82包括凸片104，该凸片在第一端段96和第二端段97之间从中间段98在周向上向外延伸。凸片104被构造成与相邻的互锁绝缘体的凸片接收部102接合，如图7所示。
第一外边缘构件86包括第一端108、第二端109和在其间延伸的中间部分110。第二外边缘构件88包括第一端部分112、第二端部分113和在其间延伸的中间段114。第一外边缘构件86的第二端109通过端壁65一体地结合到第二外边缘构件88的第二端部分113。
端盖118可以布置在第一侧部分60和第二侧部分62之间，并且与第一基部部分80的第一端92、第二基部部分82的第一端段96、第一外边缘构件86的第一端108和第二外边缘构件88的第一端部分112连接。端帽118延伸跨过间隙63，使得互锁绝缘体封装多个定子齿18中对应的定子齿。当结合时，冷却剂通道121被限定在相邻的每对互锁绝缘体40之间。此外，第一基部部分和第二基部部分通过凸片102和凸片接收部104的接合而互锁，以形成冷却剂屏障123，该冷却剂屏障防止液体冷却剂从冷却剂通道121转移到空气间隙32中，这将在本文中详细描述。
如图8所示，定子14包括多个端子132，该端子与多个CW定子绕组20中选定的定子绕组电连接。定子14还包括中性杆134，该中性杆与多个CW定子绕组20中的选定的定子绕组电连接。端子132和中性杆134被例如第二端盖46覆盖。
在图1和图9所示的实施例中，第一端盖44包括第一外环形壁137、第一径向外壁139和第一径向内壁140。第一外环形壁137、第一径向外壁139和第一径向内壁140结合在一起并共同限定了具有C形横截面的第一环形流体容积142。入口146定位在第一径向外壁139上。第二端盖46包括第二外环形壁151、第二径向外壁154和第二径向内壁155。第二外环形壁151、第二径向外壁154和第二径向内壁155相结合并共同限定了具有C形横截面的第二环形流体容积157。辅助入口162可以定位在第二径向外壁154上。出口165也可以定位在第二径向外壁154上。
在运行中，液体冷却剂，比如油，经由入口146被引入到第一端盖44中。液体冷却剂以高于环境的压力被引入。例如，液体冷却剂可以以大约1psi的压力引入。当然，应当理解，该压力可以变化并且可以取决于与特定电机相关的各种因素。液体冷却剂进入并聚集在第一环形流体容积142中，将第一端匝24淋浸或浸没在液体冷却剂中，并且液体冷却剂经由冷却剂通道121转移到第二环形流体容积157中，以将第二端匝28淋浸或浸没在液体冷却剂中。
液体冷却剂流过存在于相邻的导体之间的间隙空间，所述相邻的导体形成了穿过每个冷却剂通道121的多个CW定子绕组20。通过使相邻的第一基部部分80和第二基部部分82互锁而形成的冷却剂屏障123防止或基本上减少液体冷却剂进入空气间隙32。液体冷却剂聚集在第二环形流体容积157中，并从出口165转移到例如机器壳体(未示出)中。如果需要，可以将额外的冷却剂引入辅助入口162，以向第二端匝28提供冷却并增强与定子13的热量交换。利用这种布置，液体冷却剂可以与定子芯16内的CW定子绕组20直接接触。也就是说，第一端匝盖46和第二端匝盖48形成第一环形流体容积142和第二环形流体容积157，所述第一环形流体容积和第二环形流体容积使得第一端匝24和第二端匝28被液体冷却剂淹没，以促进热量减少，其中互锁构件形成液体屏障，该液体屏障确保空气间隙没有冷却剂。
术语“大约”旨在包括与基于提交申请时可用装备的特定量的测量相关的误差程度。例如，“大约”可以包括给定值的±8％，或5％，或2％的范围。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一个”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整数、步骤、运行、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、运行、元件部件和/或其组合的存在或添加。
虽然已经参考一个或更多个示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且等同物可以替代其元件。另外，在不背离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明并不局限于作为实施本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入权利要求范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种电机，包括：
转子；以及
定子，所述定子定位在所述转子周围，所述定子包括具有多个定子齿的定子芯和围绕所述多个定子齿由所述定子芯支撑的多个定子绕组，所述多个定子绕组包括第一端匝和第二端匝，所述定子包括：
多个互锁绝缘体，所述多个互锁绝缘体围绕所述多个定子齿中的对应的定子齿延伸，所述多个互锁绝缘体中的每一个互锁绝缘体都包括沿第一方向在周向上向外延伸的第一基部部分和沿第二方向在周向上向外延伸的第二基部部分，所述第一基部部分被构造成与相邻的互锁绝缘体上的第二基部部分相互接合，以形成冷却剂通道和围绕空气间隙的冷却剂屏障。
2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述互锁绝缘体中的每一个互锁绝缘体都包括从所述第一基部部分径向向外延伸的第一侧部分和从所述第二基部部分径向向外延伸的第二侧部分，所述第一侧部分与所述第二侧部分以间隙间隔开，所述间隙容纳所述多个定子齿中的一个定子齿。
3.根据权利要求2所述的电机，其中，所述第一基部部分包括第一端、第二端和沿着所述空气间隙轴向延伸的中间部分，并且所述第二基部部分包括第一端段、第二端段和轴向延伸穿过所述空气间隙的中间段，所述第一端结合到所述第一端段。
4.根据权利要求3所述的电机，其中，所述第一端与所述第一端段一体地形成。
5.根据权利要求3所述的电机，其中，所述互锁绝缘体中的每一个互锁绝缘体都包括从与所述第一基部部分间隔开的第一侧部分在周向上向外延伸的第一外边缘构件和从与所述第二基部部分间隔开的第二侧部分在周向上向外延伸的第二外边缘。
6.根据权利要求5所述的电机，其中，所述第一外边缘构件包括第一端、第二端和轴向延伸穿过所述定子芯的中间部分，并且所述第二外边缘构件包括第一端部分、第二端部分和轴向延伸穿过所述定子芯的中间段，所述第一外边缘的第一端结合到所述第二外边缘的第一端部分。
7.根据权利要求6所述的电机，其中，所述第一外边缘的第一端一体地结合到所述第二外边缘的第一端部分。
8.根据权利要求6所述的电机，其中，所述多个互锁绝缘体中的每一个互锁绝缘体都包括端段，所述端段连接所述第一基部部分的第二端与所述第二基部部分的第二端部分并且连接所述第一外边缘的第二端与所述第二外边缘的第二端部分。
9.一种电机，包括：
转子；以及
定子，所述定子定位在所述转子周围，所述定子包括具有多个定子齿的定子芯和围绕所述多个定子齿由所述定子芯支撑的多个定子绕组，所述多个定子绕组包括第一端匝和第二端匝，所述定子包括：
第一端盖，所述第一端盖围绕所述第一端匝延伸，所述第一端盖包括入口并限定第一环形流体容积；以及
第二端盖，所述第二端盖围绕所述第二端匝延伸，所述第二端盖包括出口并限定第二环形流体容积，所述第二环形流体容积穿过所述多个定子绕组地流体连接到所述第一环形流体容积。
10.根据权利要求9所述的电机，其中，所述第二端盖包括另一入口。
11.根据权利要求9所述的电机，其中，所述第一端盖包括第一外环形壁、从所述第一外环形壁起轴向延伸的第一径向外壁以及从所述第一外环形壁起延伸的第一径向内壁，从而限定所述第一环形流体容积。
12.根据权利要求11所述的电机，其中，所述第一环形流体容积包括C形横截面。
13.根据权利要求9所述的电机，进一步包括：与所述多个定子绕组电连接的端子组件，所述端子组件布置在所述第一环形流体容积和第二环形流体容积之一中。
14.根据权利要求13所述的电机，进一步包括：与所述多个定子绕组电连接的中性杆，所述中性杆布置在所述第一环形流体容积和第二环形流体容积之一中。
15.一种电机，包括：
转子；以及
定子，所述定子定位在所述转子周围，所述定子包括具有多个定子齿的定子芯和围绕所述多个定子齿由所述定子芯支撑的多个定子绕组，所述多个定子绕组包括第一端匝和第二端匝，所述定子包括：
多个互锁绝缘体，所述多个互锁绝缘体围绕所述多个定子齿中的对应的定子齿延伸，所述多个互锁绝缘体中的每一个互锁绝缘体都包括沿第一方向在周向上向外延伸的第一基部部分和沿第二方向在周向上向外延伸的第二基部部分，所述第一基部部分构造成与相邻的互锁绝缘体上的第二基部部分相互接合，以形成冷却剂通道和围绕空气间隙的冷却剂屏障；
第一端盖，所述第一端盖围绕所述第一端匝延伸，所述第一端盖包括入口并限定第一环形流体容积；以及
第二端盖，所述第二端盖围绕所述第二端匝延伸，所述第二端盖包括出口并限定第二环形流体容积，所述第二环形流体容积穿过所述多个定子绕组地流体连接到所述第一环形流体容积。
16.一种使根据权利要求15所述的电机运行的方法，包括：
将液体冷却剂引入到所述第一环形流体容积中；以及
将所述多个定子绕组之间的液体冷却剂转移到所述第二环形流体容积中。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，引入所述液体冷却剂包括以大于大气压的压力引入冷却剂。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：将另一液体冷却剂流引入所述第二环形流体容积。
19.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：从所述第二环形流体容积中排出液体冷却剂。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，转移所述多个定子绕组之间的液体冷却剂包括使所述液体冷却剂通过所述冷却剂通道进行转移。
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