用于抑制电机的导电绕组上的表面放电的系统和方法技术方案

提供一种用于抑制电机的导电绕组上的表面放电的系统和方法。一种电机的定子组件，包括定子芯，其包括在第一端和第二端之间延伸的槽，其中槽包括在第一端处的第一槽出口和在第二端处的第二槽出口。并且，定子组件包括多个绕组，其中多个绕组中的一个布置在槽中并从第一槽出口延伸到第二槽出口，并且其中多个绕组包括至少一个导体和布置在至少一个导体周围的绝缘体。此外，定子组件包括介电板，介电板联接到第一槽出口和第二槽出口中的一个，并且被构造为抑制在介电板所联接到的第一槽出口和第二槽出口中的一个处存在的绕组上的表面放电。

System and Method for Suppressing Surface Discharge on Conductive Winding of Motor

【技术实现步骤摘要】
用于抑制电机的导电绕组上的表面放电的系统和方法
本说明书的实施例大体上涉及电机，并且更具体地涉及用于抑制电机的导电绕组上的表面放电的系统和方法。
技术介绍
通常，电机代表将电力转换为机械动力的电动机或将机械动力转换成电力的发电机。通常，电机包括转子，定子和绕组。可以注意到，绕组代表制成多匝线圈的电绝缘导体。定子包括多个径向槽，绕组定位在径向槽中。在用作电动机的电机的示例中，电流流过这些绕组并产生有助于使电机中的转子旋转的电场。结果，转子产生机械动力并将该机械动力提供给联接到电机的负载。在航空应用中，电机可以在具有低大气压的较高的海拔操作，例如海平面以上50,000英尺处。然而，在这种低大气压下，电机可能具有低空气击穿电压，这导致绕组上的表面放电并且可能降低绕组的绝缘性。此外，随着对电动飞行器和混合电力推进系统的需求的增加，出现了高压装置，这要求电机在高电压下被设计和操作，例如+/-270V或+/-540V。然而，在如此高电压和低大气压下操作电机可能增加绕组周围的电场并且可能导致电机中的空气击穿。此外，如果电机在高电压(例如，+/-270V)下操作并且由诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和碳化硅(SiC)驱动器的电力电子转换器驱动，由于快速上升时间，一个显著的电压射到绕组。结果，在定子的径向槽的出口处的绕组上可能发生表面放电，并且可能降低绕组的绝缘性。绝缘性的这种劣化可能反过来导致电机的故障。通常，要求航空系统中使用的电机重量轻并且具有高功率密度以节省系统中的燃料。因此，为了减轻电机的重量，优选在电机中的绕组周围进行薄绝缘。然而，为了高可靠性和安全性，要求电机不会局部放电。在传统的中电压工业线馈电机中，使用抗局部放电的云母带来使绕组绝缘。更具体地说，绕组被槽中的电晕保护带和槽外的应力分级带包裹，以使电场最小化并防止在绕组上出现表面放电。然而，对于由诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和SiC驱动器的电力电子转换器驱动的电机，电场将集中在槽出口处。电晕保护带和应力分级带可能没有足够的厚度或层来使该增加的电场远离定子芯的槽出口移动，因此不能防止在绕组上发生表面放电。而且，如果这些导电带的厚度增加，则绕组周围将产生更多的热量，这又会损坏绕组的绝缘性。因此，需要一种用于抑制电机的绕组上的表面放电的改进系统和方法。
技术实现思路
根据本说明书的方面，提出了一种电机的定子组件。定子组件包括定子芯，定子芯包括在定子芯的第一端和第二端之间延伸的槽，其中槽包括在定子芯的第一端处的第一槽出口和在定子芯的第二端处的第二槽出口。而且，定子组件包括多个绕组，其中多个绕组中的一个绕组布置在槽中并从第一槽出口延伸到第二槽出口，并且其中多个绕组包括至少一个导体和布置在至少一个导体周围的绝缘体。此外，定子组件包括介电板，该介电板联接到第一槽出口和第二槽出口中的一个，并且被构造成抑制在介电板所联接到的第一槽出口和第二槽出口中的一个处存在的绕组上的表面放电。根据本说明书的另一方面，提出了一种用于抑制定子组件的多个绕组上的表面放电的方法。该方法包括将多个绕组中的一个绕组布置在定子组件的定子芯中的槽中，使得多个绕组从定子芯的第一端延伸到第二端，其中槽包括在定子芯的第一端处的第一槽出口和在定子芯的第二端处的第二槽出口，并且其中多个绕组包括至少一个导体和布置在至少一个导体周围的绝缘体。而且，该方法包括将介电板联接到第一槽出口和第二槽出口中的一个，其中介电板被构造为抑制在介电板所联接到的第一槽出口和第二槽出口中的一个处存在的绕组上的表面放电。根据本说明书的又一方面，提出了一种电机。电机包括壳体，转子组件和定子组件。此外，定子组件包括定子芯，定子芯包括在定子芯的第一端和第二端之间延伸的槽，其中槽包括在定子芯的第一端处的第一槽出口和在定子芯的第二端处的第二槽出口。而且，定子组件包括多个绕组，其中多个绕组中的一个绕组布置在槽中并从第一槽出口延伸到第二槽出口，并且其中多个绕组包括至少一个导体和布置在至少一个导体周围的绝缘体。另外，定子组件包括介电板，该介电板联接到第一槽出口和第二槽出口中的一个，并且被构造为抑制在介电板所联接到的第一槽出口和第二槽出口中的一个处存在的绕组上的表面放电。附图说明当阅读关于附图的以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点，附图中相同的字符在整个附图中表示相同的部分，其中：图1是根据本说明书的方面的电机的定子组件的图解表示；图2示出了在不包括介电板的典型定子组件中从定子芯的槽出口延伸的绕组的一部分；图3示出了根据本说明书的方面的从定子芯的槽出口延伸并穿过介电板的绕组的一部分；图4是根据本说明书的方面的电机的图解表示；图5是说明根据本说明书的方面的用于抑制定子组件的多个绕组上的表面放电的方法的流程图；图6是根据本说明书的方面的定子组件的第一界面点处的电场的图形表示；和图7是根据本说明书的方面的定子组件的第二界面点处的电场的图形表示。具体实施方式如下文将详细描述的，提出了用于抑制定子组件的多个绕组上的表面放电的系统和方法的各种实施例。本文提出的系统和方法在定子组件的槽出口处采用介电板，以降低电场强度并抑制绕组上的表面放电。通过抑制绕组上的表面放电，可以防止或减轻导电绕组的绝缘劣化，这反过来可以防止电机的故障。在以下说明书和权利要求书中，单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数指示物，除非上下文另有明确说明。如本文所使用的，术语“或”并不意味着是排他性的并且是指存在的至少一个所引用的部件，并且包括其中可以存在所引用的部件的组合的示例，除非上下文另有明确说明。如本文所使用的，术语“可以”和“可以是”表示在一组情况下发生的可能性；具有规定性质，特征或功能；和/或通过表达与限定动词相关联的能力，才能或可能性中的一个或多个来限定另一个动词。因此，“可以”和“可以是”的使用表示修改的术语显然适合，能够或适宜用于指示的能力，功能或用途，同时考虑到在某些情况下，修改的术语有时可能不合适，不能够或不适合。在一些实施例中，呈现了电机的定子组件。定子组件包括定子芯，定子芯包括在定子芯的第一端和第二端之间延伸的槽，其中槽包括在定子芯的第一端处的第一槽出口和在定子芯的第二端处的第二槽出口。而且，定子组件包括布置在槽中并从第一槽出口延伸到第二槽出口的多个绕组，其中绕组包括至少一个导体和布置在至少一个导体周围的绝缘体。此外，定子组件包括介电板，该介电板联接到第一槽出口和第二槽出口中的至少一个，并且被构造成抑制存在于相应的槽出口处的绕组上的表面放电。现在转到附图并参考图1，描绘了根据本说明书的方面的电机的定子组件100的图解表示。电机(图4中所示)可以用在一个或多个应用中，用于将电力转换为机械动力或将机械动力转换为电力。在航空应用中，电机可用于电动飞机或混合电力推进系统。而且，用于航空应用的电机在高于阈值电压值的电压下被设计和操作。在一个示例中，阈值电压值可以在约240V至约1.7kV的范围内。此外，电机能够在压力低于阈值压力值的海拔起作用。在一个示例中，阈值压力值可以在约14.5psi至约1psi的范围内。在另一个示例中，该海拔可以是海平面以上约50,000英尺。可以注意到，电机可以包括其他部件，例如转子组件和轴，并且不限于定子组件100。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机的定子组件，其特征在于，所述定子组件包括：定子芯，所述定子芯包括在所述定子芯的第一端和第二端之间延伸的槽，其中所述槽包括在所述定子芯的所述第一端处的第一槽出口和在所述定子芯的第二端处的第二槽出口；多个绕组，其中所述多个绕组中的一个绕组布置在所述槽中并从所述第一槽出口延伸到所述第二槽出口，并且其中所述多个绕组包括至少一个导体和布置在所述至少一个导体周围的绝缘体；和介电板，所述介电板联接到所述第一槽出口和所述第二槽出口中的一个，并且被构造为抑制在所述介电板所联接到的所述第一槽出口和所述第二槽出口中的一个处存在的绕组上的表面放电。

【技术特征摘要】
2018.03.23 US 15/933,3981.一种电机的定子组件，其特征在于，所述定子组件包括：定子芯，所述定子芯包括在所述定子芯的第一端和第二端之间延伸的槽，其中所述槽包括在所述定子芯的所述第一端处的第一槽出口和在所述定子芯的第二端处的第二槽出口；多个绕组，其中所述多个绕组中的一个绕组布置在所述槽中并从所述第一槽出口延伸到所述第二槽出口，并且其中所述多个绕组包括至少一个导体和布置在所述至少一个导体周围的绝缘体；和介电板，所述介电板联接到所述第一槽出口和所述第二槽出口中的一个，并且被构造为抑制在所述介电板所联接到的所述第一槽出口和所述第二槽出口中的一个处存在的绕组上的表面放电。2.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，其中，所述介电板的介电常数低于或接近所述多个绕组的所述绝缘体的介电常数。3.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，其中，所述介电板具有预定厚度和预定高度，以将所述绕组的表面上的电场强度降低到空气击穿强度以下。4.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，其中，所述介电板被构造为将电应力集中从所述绕组、所述定子芯和空气的第一界面点周围的第一区域转移到所述绕组、所述介电板和空气的第二界面点周围的第二区域。5.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，其中，所述介电板包括耐电晕材料，所述耐电晕材料选自由聚合物，云母复合材料和聚合物纳米复合材料组成的组中。6.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，其中，所述定子芯进一步包括在所述定子芯的所述第一端和所述第二端之间轴向延伸的两个以上的槽，其中所述两个以上的槽中的每个槽包括在所述定子芯的所述第一端处的第一槽出口和在所述定子芯的所述第二端处的第二槽出口，并且其中所述两个以上的槽中的每个槽被构造成接收从所述第一槽出口延伸到所述第二槽出口的所述多个绕组。7.根据权利要求6所述的定子组件，其特征在于，其中，所述介电板联接到所述第一槽出口和所述第二槽出口中的至少一个，并且被构造为抑制在对应的槽出口处存在的所述绕组上的所述表面放电。8.一种用于抑制定子组件的多个绕组上的表面放电的方法，其特征在于，所述方法包括：将所述多个绕组中的一个绕组布置在所述定子组件的定子芯中的槽中，使得所述多个绕组中的一个绕组从所述定子芯的第一端延伸到第二端，其中，所述槽包括在所述定子芯的所述第一端处的第一槽出口和在所述定子芯的所述第二端处的第二槽出口，并且其中所述多个绕组包括至少一个导体和布置在所述至少一个导体周围的绝缘体；和将介电板联接到所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹卫军，张丽丽，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US