[发明专利]电机、用于该电机的转子及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电机、一种根据权利要求10所述的、用于电机的转子、以及一种根据权利要求15所述的制造方法。

本发明特别涉及用于在有限径向空间中，例如在狭窄井或隧洞中使用的电机。根据本发明的电机的应用是油气勘探和抽取（井下）、总体钻井用途以及具有带轴向通道的紧凑定子是非常重要的的任意其它用途。

背景技术

在井下应用中，通常需要通过电机来输送各种物质，例如岩石切屑、水、油等。有时还需要具有穿过电机的电缆。本领域的状态是使用转子和定子之间的间隙来输送流体，例如油，但是该间隙非常狭窄，因此流量不能很大。而且，固体颗粒或粘性流体不能通过这种狭窄间隙来输送。因此，希望有一些穿过电机的额外通道。

已经有多种这样的电机，其中，轴向通道集成在电机的铁芯中，但是在直接涉及能量转换的区域外部。为了容纳该通道，铁芯只有制成为更厚，因此增加了电机的直径。这种电机的实例在以下文献中介绍：

DE102007006856（A1）西门子公司；

GB986682（A）阿尔斯通；

US2006066159池田；

DE4103154（A1）乌韦水下有限公司；

JP9010155（A）东京芝浦电气公司；以及

US2007024129（A1）西门子公司。

已经公知在定子中提供通道用于冷却。GB986682示出了用于冷却定子的孔的典型构造。在该设计中，定子直径的相对较大部分用于冷却。这在期望较大质量的定子（用于机械稳定性）时很合适，但是通常在方法当用于具有较小直径的相对较长电机时，将导致气隙直径减小，并相应降低扭矩密度。在高扭矩电机中，优选是具有较大转子直径，以便有较长的扭矩臂，力施加在该扭矩臂上。同时，当电机的外径受到限制时，转子直径不能增加太大，原因是应当有用于定子叠片和绕组的足够空间。因此，设计人员的任务是找到最佳气隙直径。

已建立方法的共有问题是没有最佳直径的气隙，原因是通道将占据在电机周边处的相当大空间，并减小可用于能量转换的区域。这可以在例如US2006066159和DE4103154中看到。在US2006066159中，通道布置在起作用材料的外部，因此没有获得最佳气隙直径。在DE4103154中，在定子的外部部分中的凹槽用作通道，也没有获得最佳的气隙直径。

与US2006066159和DE4103154（它们没有集成在定子齿中的通道）相反，在DE1090750（B1）中，冷却通道集成在斜齿中。除了冷却之外，齿中的通道还用于拉平（leveling）磁阻。值得注意的是，在DE1090750（B1）中，通道并不延长至护铁内，原因是几乎所有的损耗都认为在齿区域中，且通道的目的是除去由损耗产生的热量。

在DE1090750（B1）中所述类型的电机的特征在于轭铁（护铁）太厚，从而不能获得最佳气隙直径。在US6664692和NO324241中，护铁厚度由于使用了同心线圈设计的特殊构造和永磁体技术而被最小化。该技术特别有利于轴向通道的集成，原因是只有各第二齿承载线圈，且没有承载线圈的那些齿具有梯形形状。

因此，提出的新概念利用专利US6664692和NO324241所述的技术作为基础和起点。

目的

本发明的主要目的是在细长电机中容纳相对较大的轴向通道，而并不牺牲它的扭矩密度和径向尺寸。特别是，本发明的目的是提供一种适合海上使用的、具有较高扭矩的井下电机。

还一目的是提供能够包括集成的保护器的定子通道。

发明内容

根据本发明的电机在权利要求1中介绍。电机的优选特征在权利要求2-9中介绍。

根据本发明的、用于电机的转子在权利要求10中介绍。转子的优选特征在权利要求11-14中介绍。

根据本发明的、用于电机的制造方法在权利要求15中介绍。制造方法的优选特征在权利要求16-21中介绍。

具体地说，电机的新颖特征是有凸出至不承载线圈的齿中的轴向通道，该轴向通道与护铁相邻，其中，通道的、在齿内部的面积与通道的、在护铁中的面积相当或者甚至更大。

这种电机可以设计成根据可用外径和给定轴向通道的要求而提供最佳的气隙直径。

除了最佳气隙直径，转子结构还使得在电机中的磁场最大和有利于更高扭矩。最佳直径产生比现有技术电机显著更高的扭矩。特定转子设计还能够省略在转子中使用的层叠护铁。