气冷式电机 本发明涉及的是一种气冷式电机，包括置于定子铁心线槽内的定子绕组，所述定子绕组主要各由两个在一个线槽中上下布置的、由彼此绝缘的分段导体构成的定子绕组线包组成，所述线包在定子铁心外的绕组端部通过圈环以电气和机械方式相互连接，构成一个绕组，还有一个用于产生流经电机的冷却气流的风扇，其中该冷却气流的一股支流穿过绕组线包主绝缘体内部设置的冷却通道流动。
本发明是基于一个现有技术产生的，例如见欧洲专利说明书EP-0392243B1。
在带有间接冷却的定子绕组的电机中，绕组端部的端托架是由风扇供应的冷却气流的一股支流冷却的。在以极限功率运行的电机中，端托架过度受热会导致危险。如果仅针对嵌在绕组线槽中的绕组分段进行冷却，则自由放置的绕组分段将不仅通过流经的电流加热，而且还通过绕组端部空腔的磁场而加热。
在带有直接冷却的定子绕组的旋转电机中，绕组由实心和空心分段导体构成，在某些类型的电机中甚至仅由空心导体构成。在定子线包的整个空心导体的长度上流过地冷却介质在绕组端部的线包中也产生足够的冷却。冷却气体通常从电机的一侧进入，从另一侧流出。
在气体冷却的电机和单侧供气的场合，其冷却作用特别是对于具有较大长度的电机已不再够用。为提高冷却作用，欧洲专利说明书EP-0392243B1建议为实心分段导体构成的绕组线包设置单侧金属冷却管/冷却通道，或者在两个分段导体绕组之间设置金属冷却管/冷却通道。它们彼此并相对于分段导体绝缘，并位于主绝缘体之中。冷却介质的供应是从电机的两侧和中间进入的。其中，电机中间的供给是通过定子铁心中的径向通道和主绝缘体上的开口实现的。被加热的冷却气体通过在定子铁心端部区域的主绝缘体上的开口穿过定子铁心上的径向通道离开冷却通道。
带附加通道的定子绕组线包设备和在线包中引入这样的通道减小了线槽的填充因数。用作流入和流出冷却气体的成型件使线包的制造费用增加，它们构成了嵌入主绝缘体中的大部分。
欧洲专利说明书EP-0519091B1公开了一种气冷式电机，其中仅对用作电气和机械连接的金属圈环自身进行冷却。其中设置了带有罩的圈环，除了一个或者多个大致沿轴向延伸的通道，该罩实际上将圈环完全包围。这些通道朝向定子铁心的一端开口。一个径向延伸的隔板把绕组端部空腔和电机风扇的吸入空腔分开。一个盖在其隔板侧的端部具有一个开口，并与所述通道自由连通。从这一开口向风扇的吸入空腔直接引一软管。由于在吸入空腔和绕组端部空腔之间的压差，一部分由风扇供给的冷却介质通过所述通道流过，冷却圈环，并少量冷却最外部的线包。此方案的缺点是，为冷却圈环，需调用已经在环流绕组端部的端托架中被加热的冷却气体，亦即冷却作用有限。新鲜气体冷却仅在绕组端部空腔安装特别的引导装置时才能实现。
本发明的任务是制造一种上述类型的电机，以简单的方式对其绕组端部空腔中的定子绕组线包进行充分的冷却。
本发明对该任务的解决方案是，所述定子绕组线包仅在绕组端部设置冷却通道，其中给每个线包至少分配一对布置在其宽侧的冷却通道，即第一冷却通道和第二冷却通道，这些冷却通道在定子铁心的工作部分之前是分开设置的，只是到达定子铁心的工作部分才相互汇合，其中第一冷却通道通过绝缘管或者绝缘软管与一个空腔相通，所述空腔是通过一个隔板从绕组端部空腔分出来的，并且第二冷却通道在圈环处与所述绕组端部空腔相互连通。
本发明所述方案的进一步改进在于，在线包端部设置金属连接件，所述连接件被一个绝缘罩包围，其中第一冷却通道通过位于绝缘罩端面的出流口汇入绕组端部空腔，而第二冷却通道汇入一个或者多个绝缘管或者绝缘软管。绝缘罩的端面与连接件隔开，并且以这种方式构成的空腔通过轴向延伸的隔板又被分为3个空腔，其中径向内圈的空腔和在径向外圈的空腔设置有贯通孔，使得这两个空腔与绕组端部空腔自由连通，而中间空腔则与第二冷却通道自由连通。所述连接件上设置侧向贯通孔，它们构成第一和第二冷却通道的延续，并且其中一个贯通孔通过位于绝缘罩端面的出流口与绕组端部空腔自由连通，而另一个贯通孔通过绝缘管或者绝缘软管与所述空腔相通。
本发明在广义上可认为是欧洲专利说明书EP-0392243B1和欧洲专利说明书EP-0519091B1所述冷却装置的结合，但是去掉了该公知方案中的缺点。它特别基于下述思想，即工作部分的冷却以传统的方法，也就是说以间接冷却方式实现，而对绕组端部线包的端面部分和圈环则采用直接冷却方式。这样在工作部分线槽填充因数不至降低。在绕组端部通过直接冷却线包简化了冷却气体的供给。在设计支承和隔离端托架所需的支承和隔离件时，可无需考虑冷却气流的情况。
下面根据附图详细叙述本发明的实施例及其所实现的优点。
附图中示意性地表示出本发明的实施例，其中：
图1表示一个气冷式电机的定子绕组端部展开图的一部分；
图2表示根据图1沿圈环前不远处的AA线穿过下和上线包的剖视图；
图3表示根据图1沿从工作部分出来不远处的线BB处的一个下线包的剖视图；
图4表示根据图1沿线CC穿过圈环的剖视图；
图5表示根据图1沿在圈环外部的线DD穿过圈环的绝缘罩的剖视图；
图6表示根据图5沿线EE穿过圈环的纵截面；
图7表示穿过一个圈环的另外可选的实施形式的纵向剖视图；
图8表示根据图7沿线FF穿过圈环的纵向剖视图；
图9表示根据图8沿线GG穿过在压力空腔和圈环之间的连接件的剖视图。
图1表示一个气冷式电机定子端部一个示意性展开图的极为简化的局部。在定子铁心2中的每一个定子线槽1中各放置一个下线包3和一个上线包4。为明显起见在图1中只画出两个下线包和两个上线包。通常从不同线槽1来的每一下线包3和上线包4借助于电绝缘的圈环5彼此电气和机械连接，并以这种方式集合成一个绕组。所有从定子铁心2伸出的下线包和上线包的全体连同圈环5构成定子绕组端部。下和上线包由许多彼此电绝缘的分段导体6组成，分段导体6分布在两个并排的由一个总的主绝缘体7包围的分段导体组上。主绝缘体7延伸到圈环5(参见图2和图3)。到此为止是公知电机的结构。
为冷却定子绕组端部，本发明现在在每一个线包3、4的宽侧设置一对冷却通道，即一个第一冷却通道8和一个第二冷却通道9，它们位于主绝缘体7之内。这里优选在每一线包的宽侧配置这样的冷却通道。如图2所示，它们可以作为闭合通道采用双管10的构造(图2的左半部)。但是也可以采用朝向分段导体6开口的E形侧面11组成，这时，一个分段导体线束构成内通道壁。
冷却通道8、9在线包3、4进入工作部分(定子铁心2)前不远处结束，并在那里彼此连通，这一点是通过取消分开两个通道的隔板12或者13实现的。连通空腔在图3中用14或者15表示。与此相反，线包3、4的圈环侧端部在第一冷却通道8和第二冷却通道9之间不设置这种连通。
在图4、5和6中通过两个剖视图和一个纵截面明显地示出绝缘圈环5的构造。该圈环包括一个容纳两个分段导体线束的H形金属连接件16。这里分段导体6使用两个铁心对17、18或者19、20通过焊接方式实现电气和机械连接。连接件16由一个绝缘罩21所包围，其轴向端面22从连接件16轴向隔开。这样得到的空腔通过两个隔板23、24又分成三个空腔25、26和27。隔板23、24处在隔板13的(轴向)延伸方向。上空腔25和下空腔27每一个都具有一个或者多个出流口28或者29。以这种方式，冷却通道8与端部空腔30自由连通。
在中空腔26中汇入4个冷却通道9。一个轴向延伸的绝缘管31越过绕组端部腔30连接空腔26和一个压力空腔32，例如电机风扇(未示出)的流出腔，其与绕组端部空腔30用一个径向隔板33分开。这里绝缘管31例如通过粘接固定在隔板33上。与此相反，在空腔26中，绝缘管31适当向里伸入，但不与绝缘罩21的端面22固定连接。以这种方式使因操作条件产生的在轴向和在圈环5和隔板之间在径向限制范围内的相对运动成为可能，其中要考虑的是，绝缘管31的长度在一个现实的实施例中比图中表示的要长。这里也可以使用软绝缘管代替绝缘管31，像在水冷定子绕组中使用的那样。另外同样可以考虑在绝缘管31和绝缘罩21之间的固定连接，不过这时绝缘管31只能穿过隔板33，以便使上述相对运动可能实现。
由于在流出腔32和绕组端部空腔30之间的气压差，从电机风扇输送来的冷却气体的部份气流(在图6中用箭头表示)流过空腔26中的管31，然后穿过在分段导体上的冷却通道9，直到在工作部分2前附近的连通空腔14、15，然后穿过冷却通道8返回圈环5并通过出流口28或者29离开圈环，最后到达绕组端部空腔30(吸入冷却)。
当如EP-0519091B1所述，电机风扇的流出腔是绕组端部空腔时，气流也可以反向流动(压入冷却)。在这种配置中冷却气体与图6中表示的箭头方向相反，以相反的顺序从绕组端部空腔30流向电机风扇的流出腔32。
本发明另一可供选择的实施例在图7、8和9中表示。其与前述实施例的不同之处仅在于圈环的实现方式。该实施例包括一个带加厚支脚17′、18′、19′、20′的H形连接件16′。其中在示例中总共设置有8个侧向、轴向贯通孔8′、9′，其大体上与冷却通道8或9同心。绝缘罩21的端面22邻近连接件16′的轴向端面。绝缘管31插入贯通孔9′的扩展部分，但并不与其固接。它穿过隔板33并在其中例如粘接。这里也可以使用绝缘软管来代替绝缘管。
标号一览表
1 2中的线槽
2 定子
3 下线包
4 上线包
5 圈环
6 分段导体
7 主绝缘体
8、9 冷却通道
10 双管
11 E形侧面
12、13 在10或者11中的隔板
14、15 连接空腔
16、16′ H形连接件
17-20、17′-20′ 16和16′的支脚
21 绝缘罩
22 21的端面
23、24 21中的隔板
25、26、27 21中的空腔
28、29 22上的出流口
30 绕组端部空腔
31 绝缘管或者绝软管
32 电机风扇的流出腔
33 30和32之间的隔板