[发明专利]用于高效率机械的液体冷却的定子

说明书

相关申请

本申请要求享有于2013年4月3日提交的美国专利申请序列号13/855,801的权益，该发明公开通过引用而全部结合在本文中。

技术领域

本发明大体涉及电动机和发电机，并且特别地涉及一种用于电动机或发电机的液体冷却的定子。

背景技术

用于包括电动机、发电机等的旋转电机的定子采用各种类型的冷却，包括空气、液体和两相冷却。穿过机械中心吹送的空气已经是常规的标准，其中液体在高功率应用中变得更为普遍。两相冷却由于成本和复杂性而没有发展成为主流。液体冷却优选地用于许多高功率应用，因为其生成了更紧凑的设计，并且适合于密封的壳体构造，而密封的壳体构造在许多环境中是优选的。

最常见的液体冷却设计使用缠绕在在定子组件外面周围的冷却套。这可参见题名为“LIQUIDCOOLEDMOTORANDITSJACKET(液体冷却的电动机和其外套)”的美国专利5,448,118，其通过引用而结合在本文中。在该设计中存在铝挤压物，其包围定子的外面，并且具有供冷却流体经过的通道。该设计比空气更好地冷却了定子，但受到如下限制：i)在外套和定子之间的传导率，ii)定子叠片的不良传导率，iii)槽衬套的传导率，和iv)在绕组和槽衬套之间的不良传导率。

普遍使用的另一方法是使冷却流体经过定子叠片或进入到切入定子叠片的槽中。这些方法均具有相似但对冷却套设计并非严重的缺点。另外，其通常需要定子变得更大，以容纳磁性材料中的孔。

此外，一些技术涉及将流体直接喷涂到定子上，或者浸渍定子。这些具有过度复杂，或者在转子和定子之间具有流体引起的阻力的缺点。

存在至少有两种技术穿过绕组槽放置冷却歧管。这些中的一个是强制流体从导管的中心向下流动。在这种情况下，流体通常是非传导的油。这具有需要特殊的流体和一些复杂的制造方法以提供流体通道的缺点。对于10MW和以上范围内的极大功率，冷却介质时常是氢。其它技术穿过槽向下放置管道或容器，其里面具有冷却流体。这些通常还使用非传导的油，并在其末端具有对歧管的非传导的连接。在题名为“CONTROLOFWINDINGTEMPERATURESOFLIQUIDCOOLEDGENERATORS(液体冷却的发电机的绕组温度控制)”的美国专利#3,112,415中可找到这样一个示例，其通过引用而结合在本文中。

该设计将冷却歧管直接集成到定子槽中，靠近生成热量的导线。这适应了标准乙二醇冷却剂的用途，其在工业中是极其适宜的，并实现了非常紧凑的机械。

在其它申请中还显示了由相同发明人提出的新颖的冷却方法，例如由Marvin等人提交的题名为“LIQUIDCOOLEDHIGHEFFICIENCYPERMANENTMAGNETMACHINEWITHGLYCOLCOOLING(利用乙二醇冷却的液冷式高效率永磁电机)”的第13548199号美国专利申请、题名为“LIQUIDCOOLEDHIGHEFFICIENCYPERMANENTMAGNETMACHINEWITHINSLOTGLYCOLCOOLING(利用槽中乙二醇冷却的液冷式高效率永磁电机)”的第13548203号美国专利申请、题名为“HIGHEFFICIENCYPERMANENTMAGNETMACHINEWITHCONCENTRATEDWINDINGANDDOUBLECOILS(具有集中绕组和双绕线圈的高效率永磁电机)”的第13548207号美国专利申请、和题名为“HIGHEFFICIENCYPERMANENTMAGNETMACHINEWITHLAYERFORMWINDING(具有层制绕组的高效率永磁电机)”的第13548208号美国专利申请，所有专利申请都是2012年7月13日提交的，其全部通过引用而结合在本文中。

最普遍的定子绕组类型是分布绕组。其中一种类型是整数槽绕组，其中每极每相的槽的数量是整数。这样一个示例是4极12槽3相电动机。每极每相的槽的数量是1，并因此是整数。这些绕组通常需要一些相对复杂的端匝，以正确绕制其导线。一种构造类型是菱形形式的绕组，其用于许多更大、更高电压且更为可靠的机械中。