用於高溫應用的電動機的製作方法

2023-10-23 09:37:32

專利名稱：用於高溫應用的電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及根據獨立權利要求1的前序部分所述的用於高溫應用的電動機。這種電動機包括轉子和定子，所述定子具有中空筒狀的烤制釉線製成的無鐵心定子繞組並且具有包圍定子繞組的軟磁迴路。
背景技術：
這種必須耐受高溫的電動機的可能的應用可見於例如航空航天、車輛和飛行器構造、原材料的提取和處理領域，尤其可見於石油工業對石油和天然氣的測試和試鑽以及電廠技術中。在現有技術已知的用於高溫應用的電動機中，其定子繞組未纏繞到開槽疊片式磁心上，而是設計為中空筒狀的無鐵心定子繞組。定子繞組通常由沿周向重疊的幾個單獨的菱形繞組構成。此處，定子繞組由烤制釉線繞制而成，烤制釉線在固化之後，要注意讓定子繞組在尺寸上保持穩定。然而，在高溫下，烤制釉變軟，這會導致繞組變形。由於開篇提及的電動機的轉子通常被設計為內部轉子並且被定子繞組直接包圍，所以這種變形使得難以保持在內部轉子和定子繞組之間的必要的氣隙。開篇提到的類型的電動機可從例如美國6，489，697B1獲知。其中，被設計為中空筒狀的定子繞組被也是中空筒狀的軟磁迴路包圍。定子繞組和準迴路形成這樣一種單元:在定子繞組和軟磁迴路之間存在絕緣層。為了防止定子繞組變形，定子繞組和軟磁迴路均由油路冷卻。冷卻介質沿軸向流動，經過定子繞組的內周和迴路的外周。為了使冷卻介質不與電動機的內部轉子相接觸，在定子繞組和內部轉子之間布置陶瓷套筒，該陶瓷套筒既不接觸轉子，又不接觸定子繞組。中空筒狀的陶瓷套筒限定了至內部轉子的氣隙以及在陶瓷套筒和定子繞組之間的中空筒狀的冷卻流體流道。從美國6，489，697B1獲知的電動機具有相對複雜的設計並且其製造和運轉昂貴。由於存在運轉中的冷卻系統，所以必須定期對電動機進行維護。從美國2010/0045121A1獲知一種用於高溫應用的電動機，其定子包括開槽疊片式磁心，定子繞組纏繞到所述開槽疊片式磁心上。通過具有陶瓷結合劑的電絕緣粘合劑將定子繞組的各個繞組彼此膠粘到一起。未示出中空筒狀的無鐵心定子繞組。纏繞有定子繞組的開槽疊片式磁心對於定子繞組的穩定性起到至關重要的作用。

發明內容
本發明的目的是特別針對定子繞組的穩定性來改進開篇提到的類型的電動機，以使得能夠在高達550° C的溫度下使用電動機，該電動機應當仍然具有簡單的構造並且造價低廉。該目的是通過獨立權利要求1的特徵實現的。因此，如果定子繞組由在內部徑向抵靠定子繞組放置的中空筒狀的支撐套筒支撐，則得到根據本發明的技術方案。根據本發明的方案防止定子繞組在高溫下變形而使得電動機的功能和安全性受損。因此，即使用於將定子繞組的各個繞組烘製到一起並且用來確保已處於低溫的定子繞組的尺寸穩定性的烤制釉已經變軟並且已經不能再以穩定的方式保持定子繞組的形狀，根據本發明提供的支撐套筒也可以甚至在最大工作溫度下用來使得保持定子繞組的中空筒狀的形狀。因此，本發明提供一種甚至能夠在高達550° C或者甚至更高的極高的溫度下使用的電動機。此處，本發明同時提供如下優點:能夠快速、廉價且容易地製造電動機，而且不再需要耗時的維護工作。包圍定子繞組的軟磁迴路優選確定地抵靠定子繞組而放置，確保向外界良好地散熱。優選地，電動機還包括殼體，所述殼體也直接包圍軟磁迴路，使得殼體確定地抵靠迴路放置。這也確保了在定子繞組中產生的廢熱的最佳散熱。然而，應當指出的是，額外的殼體不是絕對必需的，例如如果軟磁迴路已經形成電動機的外殼時。本發明的有益的實施例是從屬權利要求的主題。在本發明的優選實施例中，支撐套筒在定子繞組的全部長度上延伸。這容許定子繞組的最佳支撐，以使定子繞組甚至在極高的工作溫度下也將保持其形狀。在本發明的另一尤其優選的實施例中，支撐套筒由陶瓷材料構成。一方面，陶瓷材料提供因其極穩定從而能夠將支撐套筒設計成具有極薄的壁的優點。因此，根據本發明提供的支撐套筒需要極小的安裝空間。此外，陶瓷還提供了支撐套筒略微具有絕熱效果的優點。通過這點，有利於經由軟磁迴路和殼體向外界的熱傳遞。同時，防止定子繞組內的部件(例如，設計為內部轉子的轉子)由於在定子繞組中生成的廢熱而變熱。而且，陶瓷材料為非磁性的和非可磁化的，防止支撐套筒中鐵損的形成。而且，能夠極迅速且廉價地製造由陶瓷材料製成的支撐套筒。針對上述目的，表明氧化鋯作為陶瓷材料尤其有益。在本發明的另一尤其優選的實施例中，定子繞組額外地塗覆有陶製化合物。陶製化合物將額外的穩定性賦予定子繞組並且防止烤制釉在極高的溫度下揮發，即，蒸發或液化。優選地，陶製化合物至少施加到定子繞組的整個外殼上。如果定子繞組的外部以及內部塗覆有陶製化合物，則最佳地防止烤制釉的揮發。此外，優選的是提供通過陶製化合物固定到支撐套筒的定子繞組。這容許定子繞組和支撐套筒之間的極穩定的粘附，從而能夠通過支撐套筒來最佳地確保定子繞組的形狀。另外，陶製化合物優選地為陶瓷結合劑或陶瓷粘合劑。如果採用陶瓷結合劑，則將定子繞組固定到支撐套筒是通過確立連接(positive connection)和/或摩擦連接來實現的。在使用陶瓷粘合劑的情況下，固定是通過材料連接來實現的。陶瓷結合劑以及陶瓷粘合劑在最大工作溫度甚至在550° C以上的溫度下在尺寸上絕對穩定，並且甚至在這些溫度下能夠防止烤制釉的揮發。基於氧化物陶瓷的陶瓷結合劑或陶瓷粘合劑尤其適用。在本發明的另一優選實施例中，定子進一步包括繞組支撐件，所述繞組支撐件布置在定子繞組的正面處並且由陶瓷材料構成。因此，定子繞組能夠確切地定位並保持在電動機中。優選地，繞組支撐件也由氧化鋯製成。在本發明的另一優選的實施例中，定子繞組為多相設計，優選地為三相設計，其中定子進一步包括用於將各相繞組互連的由陶瓷材料製成的印刷電路板。通過這樣，實現用於將各相繞組互連的尤其緊湊和穩定的布置。如果印刷電路板跟隨在繞組支撐件後，則尤其易於安裝電動機，其中支撐套筒在定子繞組和繞組支撐件的全部長度上延伸並且沿軸向確定地抵靠印刷電路板放置。這也使得定子的布置尤其緊湊和穩定。在本發明的另一優選的實施例中，電動機的轉子被設計成內部轉子。通過創造性的陶瓷製成的支撐套筒，能夠在極寬的溫度範圍內絕對穩定地保持由電動機的功能所需的定子和轉子之間的氣隙。支撐套筒甚至在高溫下也不會明顯變形並且同時支撐定子繞組。


下面將參照附圖更加詳細地闡述本發明的一個實施例。圖1示出了根據本發明的電動機的縱向截面。
具體實施例方式電動機I被設計為內部轉子式電動機並且包括轉子2和中空筒狀的定子3，定子3相對於轉子同軸布置並且包圍內部轉子2。在圖示的截面中未示出內部轉子2。未進一步詳細地示出轉子的確切構造。轉子包括在周邊上分布的永磁體或多個永磁體段。其內容納有電動機的全部零件的根據本發明的電動機的殼體在圖中由附圖標記7表示。殼體7由極簡單的中空筒狀的套筒構成，優選由鋼構成。在殼體7的沿軸向任一端處各設置一個殼體蓋8並且殼體蓋8沿軸向密封殼體7。兩個殼體蓋8均包含一個滾珠軸承14，滾珠軸承14各用於可旋轉地安裝內部轉子2的軸9。根據本發明的電動機I的定子3由無鐵心的、中空筒狀的定子繞組4和由疊片式磁心構成的軟磁外迴路5構成。外迴路5也具有中空筒狀設計並且包圍定子繞組4，外迴路確定地抵靠定子繞組4放置。中空筒狀的定子繞組4由烤制釉線繞制而成。在製造定子繞組時，烤制釉被加熱且隨後固化，以使其在低溫下尺寸穩定地將繞組保持到一起。為了裝備用於極高的工作溫度的電動機，設置中空筒狀的陶瓷支撐套筒6，其相對於定子繞組4同軸地布置在定子繞組4內，定子繞組4以其內周抵靠支撐套筒6的外周而放置。陶瓷支撐套筒6由用釔穩定的氧化鋯構成。陶瓷支撐套筒6具有這樣的直徑:在內部轉子2和陶瓷套筒6之間保持用於確保電動機的功能所需的氣隙13。由於陶瓷套筒6甚至在最高的工作溫度下仍保持絕對的尺寸穩定，所以其在任何時候均確保定子繞組4不會變形而使定子繞組4與內部轉子2形成接觸。因此，根據本發明所示的電動機適用於高達550°C的工作溫度。另外，定子繞組4整體塗覆有陶製化合物10，陶製化合物10由陶瓷結合劑或陶瓷粘合劑構成。陶瓷陶製化合物既施加到定子繞組4的外周又施加到定子繞組4的內周。陶瓷陶製化合物具有多種功能。一方面，陶瓷陶製化合物提高了定子繞組4的穩定性，尤其在高溫下。此外，中空筒狀的定子繞組4通過陶瓷陶製化合物固定到中空筒狀的支撐套筒6。最後，陶瓷陶製化合物還用來將定子繞組4完全封裝，從而甚至在高溫下也可防止繞組線的烤制釉揮發，例如蒸發或液化。各被設計成中空筒狀的部件，即定子繞組4、外迴路5和殼體，均相對於彼此同軸布置，並且各彼此確定地抵靠著放置。這確保了在定子繞組4中生成的廢熱能夠經由外迴路5和殼體7最佳地消散到外界。陶瓷支撐套筒6以及支撐套筒6和內部轉子2之間的氣隙13用來使轉子2的內部存在一定的絕熱效果，以使內部轉子不經受更多額外的來自定子繞組4的熱。自定子繞組4的右前端，設置有環狀設計的繞組支撐件11，由此將定子繞組4保持在電動機的殼體7中。繞組支撐件11軸向跟隨在定子繞組4後，而繞組支撐件11的內周不伸入到內部越過定子繞組4的內周。由此，支撐套筒6能夠被設計成使其達到定子繞組以及跟隨的繞組支撐件11的全部長度。因此，支撐套筒6將定子繞組4和繞組支撐件11相對於內部轉子2隔離。繞組支撐件11也由用釔穩定的陶瓷材料即氧化鋯構成。在繞組支撐件11的右側跟隨有印刷電路板12，根據本發明的電動機I的電接觸器15通向印刷電路板12。由於定子繞組4被設計為具有三相，所以印刷電路板12用於將三相各自互連。從圖中可以看出，中空筒狀的支撐套筒6以其右前面確定地抵靠印刷電路板12放置。
權利要求
1.用於高溫應用的電動機(1)，包括轉子(2)和定子(3)，所述定子(3)具有烤制釉線製成的中空筒狀的無鐵心定子繞組(4)並且具有包圍所述定子繞組的軟磁迴路(5)，所述電動機(I)的特徵在於，所述定子繞組由在內部徑向抵靠所述定子繞組放置的中空筒狀的支撐套筒(6)支撐。
2.根據權利要求1所述的電動機(I)，其特徵在於，所述支撐套筒在所述定子繞組的全部長度上延伸。
3.根據權利要求1或2所述的電動機(1)，其特徵在於，所述支撐套筒由陶瓷材料構成，優選地由氧化鋯構成。
4.根據權利要求1至3中的一項所述的電動機(I)，其特徵在於，所述定子繞組另外塗覆有陶製化合物(10)。
5.根據權利要求4所述的電動機(1)，其特徵在於，所述定子繞組由所述陶製化合物固定到所述支撐套筒。
6.根據權利要求4或5所述的電動機(I)，其特徵在於，所述陶製化合物是陶瓷結合劑或陶瓷粘合劑，優選地基於氧化物陶瓷。
7.根據權利要求1至6中的一項所述的電動機(I)，其特徵在於，所述定子進一步包括繞組支撐件(11 )，其中所述繞組支撐件布置在所述定子繞組的正面處並且由陶瓷材料構成，優選地由氧化鋯構成。
8.根據權利要求1至7中的一項所述的電動機(I)，其特徵在於，所述定子繞組為多相設計，優選地為三相設計，所述定子進一步包括用於將各相繞組互連的由陶瓷材料製成的印刷電路板(12)。
9.根據權利要求8所述的電動機(I)，其特徵在於，所述印刷電路板與所述繞組支撐件相鄰，其中所述支撐套筒在所述定子繞組和所述繞組支撐件的全部長度上延伸並且沿軸向確定地抵靠所述印刷電路板放置。
10.根據權利要求1至9中的一項所述的電動機(I)，其特徵在於，所述轉子被設計為內部轉子。
全文摘要
本發明涉及一種用於高溫應用的電動機。所述電動機包括轉子和定子，所述定子具有由烤制釉線製成的中空筒狀的無鐵心定子繞組。此外，設有包圍定子繞組的軟磁迴路。根據本發明，所述定子繞組設置為由在內部徑向抵靠所述定子繞組放置的中空筒狀的支撐套筒支撐。
文檔編號H02K1/18GK103138427SQ20121048865
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月26日 優先權日2011年11月24日
發明者羅賓·菲利普斯, 科內利亞·斯圖比卡, 瓦爾特·庫恩 申請人:麥克森發電機股份公司