本發(fā)明涉及空心電導(dǎo)體，呈具有空心內(nèi)腔的用于連續(xù)卷繞電磁線圈的管狀主體狀，其中該主體包含導(dǎo)電材料，具有外徑和內(nèi)徑并且在該主體的外周面上涂覆有至少一個電絕緣層，其中該內(nèi)腔被構(gòu)造成使該主體的第一敞開端和與該主體的第二敞開端液壓連通或氣壓連通。

本發(fā)明還涉及將本發(fā)明的空心電導(dǎo)體用于卷繞電磁線圈的用途。

另外，本發(fā)明涉及用于連接“根據(jù)本發(fā)明的至少一個空心電導(dǎo)體”和“冷卻劑管路”兩者的連接件，包括流體密封的具有空心內(nèi)腔的殼體、在該殼體內(nèi)的用于容納該空心電導(dǎo)體的一敞開端的至少一個空心導(dǎo)體開口和在該殼體內(nèi)的用于容納冷卻劑管路的一敞開端的冷卻劑管路開口，其中該內(nèi)腔被構(gòu)造成使該空心導(dǎo)體開口與該冷卻劑管路開口液壓連通或氣壓連通。

最后，本發(fā)明涉及電磁機(jī)械，包括磁體單元和與該磁體單元處于相互電磁作用中的導(dǎo)體單元，其中該導(dǎo)體單元具有至少一個電導(dǎo)體。

本發(fā)明意義上的空心電導(dǎo)體用于電流的電傳導(dǎo)且同時用于冷卻劑的液壓或氣壓傳導(dǎo)?？招碾妼?dǎo)體的別名是空心電線或空心導(dǎo)電線。

背景技術(shù)：

此類空心電導(dǎo)體在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的并且被用在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中，例如像超導(dǎo)磁體、粒子加速機(jī)、熔合反應(yīng)堆和極限功率渦輪發(fā)電機(jī)。一般，安裝在那里的空心電導(dǎo)體被卷繞、成形為具有大彎曲半徑的大型電磁線圈或者由若干線圈部分組成。在此情況下需要將空心電導(dǎo)體的若干繞組相對電絕緣以防止線圈短路。這種電絕緣層的缺點是它的熱絕緣性能一般也是很好的，這有礙于散走在電流流動時生成的熱量。流動電流越大，所出現(xiàn)的熱量越高。但因為傳導(dǎo)大電流或相對而言達(dá)到高電流密度是對上述系統(tǒng)的高效運行最重要的標(biāo)準(zhǔn)之一，故高效散熱是至關(guān)重要的。為了保證高效散走熱量，泵送冷卻劑經(jīng)過該空心電導(dǎo)體，因而在內(nèi)側(cè)散熱。值得期待的是，最佳散熱形式也在日常生活的中小型電磁機(jī)械中提供。本發(fā)明意義上的小型電磁機(jī)械一般是成批生產(chǎn)的并具有不到5MW的最大功率。其例子是：用于家用器具、手持工具、建筑機(jī)械、牽引機(jī)、機(jī)床的電動機(jī)，用于水、陸、空交通工具的電動機(jī)以及風(fēng)電設(shè)備發(fā)電機(jī)。但是，中小型電磁機(jī)械具有小的尺寸。尤其是電磁線圈的設(shè)計尺寸小，因而在優(yōu)選是自動化的線圈卷繞中必須實現(xiàn)小的彎曲半徑。從大型系統(tǒng)中知道的空心電導(dǎo)體對此并不適用。在中小型系統(tǒng)的情況下大多采用的是間接冷卻方法，例如像水套冷卻或油霧冷卻。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種前言所述類型的空心電導(dǎo)體，其可以被應(yīng)用在中小型電磁機(jī)械中。

為了完成該任務(wù)，本發(fā)明提出一種前言所述類型的空心電導(dǎo)體，在此，外徑與內(nèi)徑之比在1.25:1至4:1的范圍內(nèi)。該外徑最好在1.0mm至3.2mm的范圍內(nèi)。利用所提出的外徑和外內(nèi)徑之比，該空心電導(dǎo)體是在小尺寸、高導(dǎo)電性與足夠高的加工能力之間的最佳折中選擇，不會在彎曲點處的內(nèi)腔出現(xiàn)不利縮窄。所需的小彎曲半徑可以形成在下述情況：在以小半徑翻邊卷繞時沒有出現(xiàn)主體橫截面形狀的有害改變，尤其是沒有空心電導(dǎo)體開裂、斷裂或彎曲。因為其外徑，空心電導(dǎo)體的尺寸相似地被設(shè)計成類似于常用金屬線那樣細(xì)，以便繞制相應(yīng)的線圈。本發(fā)明意義上的金屬線是沒有空心內(nèi)腔的實心線。就此而言，功率大于約1kW的配備傳統(tǒng)金屬線線圈的任何電磁機(jī)械原則上可以配備或改裝上空心導(dǎo)體線圈而沒有兼容性問題。所提出的外徑與內(nèi)徑之比對于在空心電導(dǎo)體內(nèi)長時間達(dá)到并保持相對大的電流是最佳的，換言之對于電磁機(jī)械長期運行是最佳的。在本發(fā)明空心電導(dǎo)體的優(yōu)化中考慮了以下參數(shù)：主體橫截面用于提供足以傳導(dǎo)電流的面積；空心內(nèi)腔橫截面用于提供足以輸送冷卻劑的面積；橫接面幾何形狀用于實現(xiàn)充分的接觸長度以將熱從主體傳遞至冷卻劑；橫截面幾何形狀用于不阻礙冷卻劑流動；主體橫截面幾何形狀用于獲得充分易彎的空心電導(dǎo)體；主體橫截面幾何形狀用于獲得充分抗拉的空心電導(dǎo)體；主體橫截面幾何形狀用于獲得充分抗縱彎的空心電導(dǎo)體，其在彎曲時不易于縮窄內(nèi)腔。其它參數(shù)是主體材料和與之相關(guān)的其導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、電氣模數(shù)、電絕緣層的類型和厚度、冷卻劑的類型(黏稠度、導(dǎo)熱性、熱容和傳熱系數(shù))和流速、線圈卷繞形式和電流強(qiáng)度和頻率。模擬和試驗表明，根據(jù)本發(fā)明來設(shè)定尺寸的空心電導(dǎo)體最佳適用于繞制中小型電磁機(jī)械所用的線圈，在此，配備有空心電導(dǎo)體的電磁機(jī)械的功率密度相對于配備有金屬線的電磁機(jī)械被明顯提高。該空心電導(dǎo)體的主體外徑尤其最好在2.0mm至3.0mm之間，例如是2.5mm，并且與之無關(guān)地，外徑與內(nèi)徑之比為1.5:1或者2:1。在如此取值下大多突現(xiàn)出前述優(yōu)點。如果有充足卷繞空間，則優(yōu)選更大的外徑，尤其當(dāng)制造人工繞制的小批量中小型電磁機(jī)械時。

另外，該空心電導(dǎo)體的管狀主體能以圓管、橢圓管、方管、長方形管或其組合的形式構(gòu)成?？赡艿慕M合形式例如是外方內(nèi)圓的管。為了描述和保護(hù)本發(fā)明，按常規(guī)理解的術(shù)語外徑和內(nèi)徑被用于管狀主體的外尺寸和內(nèi)尺寸，因為管狀主體優(yōu)選呈圓管狀構(gòu)成。對于多邊形管橫截面，對角外尺寸對應(yīng)于外徑，對角內(nèi)尺寸對應(yīng)于內(nèi)徑。該管狀主體最好以圓管形主體形式構(gòu)成，在此，圓管內(nèi)外都是圓形的。通過管狀主體的圓形外形，本發(fā)明的空心電導(dǎo)體在外表上近似于實心金屬線或?qū)嵭膶?dǎo)線,因而空心電導(dǎo)體可基本像金屬導(dǎo)線那樣來操作和使用。例如人工或自動化卷繞或盤繞線圈的過程是一樣的，并且用空心電導(dǎo)體繞制的線圈在質(zhì)量上與金屬導(dǎo)線所繞制的線圈一樣好。在其它外形且尤其是多邊形外形情況下，繞制尤其是自動化卷繞的過程設(shè)計起來要困難許多，因而一般導(dǎo)致質(zhì)量差的繞制線圈或者因為外形而在工藝技術(shù)上不可用。原因是：例如矩形的空心電導(dǎo)體或金屬導(dǎo)線在扭曲時的變化的幾何形狀和進(jìn)而至少兩個線圈繞組接連排列成結(jié)構(gòu)緊湊的且具有大線匝密度的繞組時不夠配合精確。為了防止在彎曲半徑很小時空心電導(dǎo)體彎折，可能有利的是：線圈體如繞有線圈的電樞具有呈溝槽狀的凹陷，用于容納線圈繞組的第一層。通過該溝槽狀凹陷，空心電導(dǎo)體被側(cè)向引導(dǎo)。這種側(cè)向引導(dǎo)防止一般出現(xiàn)在潛在彎折點處的空心電導(dǎo)體展寬。對于每個其它層而言，當(dāng)這些層相互“內(nèi)沉”卷繞時，位于下方的相應(yīng)各層構(gòu)成“側(cè)向引導(dǎo)”。還有以下可能，如下形成定子片和轉(zhuǎn)子片，即在定子片或轉(zhuǎn)子片接連排列時提供優(yōu)選半徑給空心電導(dǎo)體。

在本發(fā)明的一個有利實施方式中，所述材料是銅、鋁或所述材料的合金。所述材料優(yōu)選是銅，因為銅提供高導(dǎo)電性和高導(dǎo)熱性來傳導(dǎo)大的電流或高效傳遞熱量給冷卻劑。另外，銅足夠彈性和抗拉以制造具有所提出的尺寸的空心電導(dǎo)體并能繞制線圈。另外，銅制的空心電導(dǎo)體在空心電導(dǎo)體“牽拉”之后顯示出微觀充分光滑的表面組織，其避免在冷卻劑內(nèi)形成渦流并且有益于冷卻劑層流。一般，所述材料不是純銅，而是銅合金，其含有約99.5％的銅和約0.5％的鎂。這樣的銅合金也被用在金屬線中，因而可以大量且成本適當(dāng)?shù)刭徺I獲得?；蛘?，所述材料可以是其它傳導(dǎo)性金屬例如像銀、金或白金或者傳導(dǎo)性塑料或復(fù)合材料。

本發(fā)明的空心電導(dǎo)體最好具備在75N/mm²至225N/mm²范圍內(nèi)的抗拉強(qiáng)度。該空心電導(dǎo)體的抗拉強(qiáng)度除了該主體的幾何形狀和材料之外還基所述材料如何在主體制造時被加工的方式?？估瓘?qiáng)度是自動化卷繞的重要參數(shù)之一。如果拉伸能力過低，則空心電導(dǎo)體在人工卷繞或自動化卷繞時開裂。如果拉伸能力過高，則空心電導(dǎo)體太硬并且在卷繞時彎折?？招碾妼?dǎo)體的抗拉強(qiáng)度尤其最好在100N/mm²至200N/mm²的范圍內(nèi)，例如等于150N/mm²。所有提出的抗拉強(qiáng)度尤其適用于空心電導(dǎo)體的1％延伸率的情況。

在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述層是漆層或綁帶。漆層可以均勻薄地被施加到空心電導(dǎo)體，因而很適于很薄的空心電導(dǎo)體。除了第一層外，空心電導(dǎo)體還可被其它層包裹。至少兩個層造成空心電導(dǎo)體的更好絕緣和進(jìn)而更高的介電強(qiáng)度，如達(dá)到10千伏。給空心電導(dǎo)體上漆借助金屬線上漆機(jī)以連續(xù)上漆方法來進(jìn)行，如對于漆包銅線的制造眾所周知的那樣?？招碾妼?dǎo)體的包扎(Bandagieren)是涂覆的一種替代方式。所述層可基于塑料。所有其它可能用于施加絕緣層至金屬線的方法可被相似地用于施加絕緣層至空心電導(dǎo)體。

本發(fā)明空心電導(dǎo)體的彈性和塑性如此通過前述參數(shù)來調(diào)節(jié)，即該空心電導(dǎo)體可以通過狹小半徑以盡量平行于線圈體表面的走向被卷繞，而空心電導(dǎo)體未受損。同樣，絕緣層的彈性和塑性必須被選擇得足夠大，以避免絕緣層在纏繞時受損。

采用大尺寸空心電導(dǎo)體用于卷繞用于前述大型系統(tǒng)的大型電磁線圈在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。但是，大尺寸的空心電導(dǎo)體完全無法彎曲或無法足夠緊密彎曲以繞制用于小型電磁機(jī)械的小線圈。另外，在現(xiàn)有技術(shù)中知道了在冷卻循環(huán)和恒溫器中采用小尺寸的空心導(dǎo)體，在冷卻循環(huán)和恒溫器中，空心導(dǎo)體作為純液壓的管線或作為傳感器，并且不需要卷繞成線圈。

為了提供所需要的空心電導(dǎo)體可彎曲性以繞制電磁線圈，本發(fā)明提出采用本發(fā)明的空心電導(dǎo)體用于連續(xù)卷繞電磁線圈的至少一個完整繞組。前述優(yōu)點使本發(fā)明的空心電導(dǎo)體適合用于繞制用于小型電磁機(jī)械的小線圈。僅僅因為本發(fā)明的空心電導(dǎo)體彎曲性能，可以繞制具有一個或多個完整繞組的小線圈。但一個線圈的連續(xù)繞組對于不防礙冷卻劑流過空心電導(dǎo)體是重要的。連續(xù)繞組的數(shù)量在1至10000或更多的范圍內(nèi)，例如是2、5、10、20、50、100、150、200、250、500、750、1000、2000或者5000。

在本發(fā)明的進(jìn)一步實施方式中，該電磁線圈是最大功率不到5MW的電磁機(jī)械的電磁線圈。最大功率不到5MW的電磁機(jī)械視為本發(fā)明意義上的中小型電磁機(jī)械。采用本發(fā)明的空心電導(dǎo)體來連續(xù)繞制具有不到1MW例如500kW、200kW、100kW、50kW、20kW、10kW或者5kW的最大功率的電磁機(jī)械的至少一個完整的電磁線圈繞組是尤其有利的。即便在很小的電磁線圈情況下，使用本發(fā)明的空心電導(dǎo)體發(fā)揮了積極作用，尤其當(dāng)產(chǎn)生大電流密度時。其線圈配備有或可配備有本發(fā)明空心電導(dǎo)體的小型電磁機(jī)械的例子包括小型電廠的發(fā)電機(jī)、風(fēng)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)、用于機(jī)動車且尤其是轎車的電動機(jī)、列車的電動機(jī)、飛行器的電動機(jī)、機(jī)床的電動機(jī)、輸送設(shè)備的電動機(jī)、家用電器的電動機(jī)、尤其用于驅(qū)動風(fēng)扇的計算機(jī)電動機(jī)、變壓器、變頻器、感應(yīng)電機(jī)、變換器、線性馬達(dá)、繼電器、接觸器、磁通密度達(dá)到10T的磁共振層析X射線攝影儀、小型粒子加速機(jī)、感應(yīng)爐、等離子體應(yīng)用和所有其它可能應(yīng)用。

用于管路的單純液壓或氣壓連接的連接件是眾所周知的。例如冷卻劑在這樣的管路中循環(huán)。但這樣的連接件因為其設(shè)計尺寸比較大而不適于能發(fā)揮功能地容納本發(fā)明的空心電導(dǎo)體，因為它具有比較小的設(shè)計尺寸。另外，在管路具有小內(nèi)徑或大管路長度時，冷卻劑的流動阻力顯著增大。這尤其涉及本發(fā)明的金屬絲編的空心電導(dǎo)體。而在具有大尺寸的空心電導(dǎo)體的大型電磁系統(tǒng)中，在冷卻循環(huán)內(nèi)存在相對低的壓力，故在那里可以采用例如聚四氟乙烯(PTFE,)的冷卻劑管路。還要注意，本發(fā)明的空心電導(dǎo)體不僅被用于冷卻劑的液壓傳導(dǎo)或氣壓傳導(dǎo)，也被用于電流傳導(dǎo)。根據(jù)電磁機(jī)械的線圈或線圈組件的實施方式而需要將用本發(fā)明空心電導(dǎo)體繞制的線圈分為至少兩個線圈部分，其中，這些單獨的線圈部分相互連接并且與一個冷卻劑管路相連。線圈部分的連接或者總體講兩個空心電導(dǎo)體的連接必須有可能導(dǎo)電。另外，線圈部分的連接或者總體講兩個空心電導(dǎo)體與冷卻劑管路的連接必須是液壓或氣壓聯(lián)通的。但是，線圈部分的連接或者一般性講“兩個空心電導(dǎo)體”與“冷卻劑管路”的連接一般不應(yīng)是導(dǎo)電的，因為否則例如不同相位之間會短路。在空心電導(dǎo)體和冷卻劑管路內(nèi)循環(huán)的冷卻劑由電絕緣流體構(gòu)成，在此，該流體可以是液體或氣體。也可以想到在冷卻循環(huán)中的流體相變。

因此，本發(fā)明的任務(wù)是提出根據(jù)前言類型的連接件，其在功能上連接本發(fā)明的空心電導(dǎo)體與冷卻劑管路。

為了完成該任務(wù)，本發(fā)明提出根據(jù)前言類型的連接件，其中，空心導(dǎo)體開口所具有的直徑匹配于有待容納的空心電導(dǎo)體的主體的外徑。尤其是空心導(dǎo)體開口的直徑略微小于、等于或者略微大于要容納在空心導(dǎo)體開口中的空心電導(dǎo)體的主體的外徑?？招膶?dǎo)體開口的設(shè)計尺寸準(zhǔn)確或近似準(zhǔn)確地匹配于有待容納的空心電導(dǎo)體，這極其有利地允許在連接件殼體與空心電導(dǎo)體之間形成流體密封的長久連接。空心導(dǎo)體開口的直徑最好在1.0mm至3.2mm范圍內(nèi)。與此相似地適用的是，冷卻劑管路開口的設(shè)計尺寸的準(zhǔn)確或近似準(zhǔn)確地匹配于待容納的冷卻劑管路極其有利地允許在連接件殼體與冷卻劑管路之間形成流體密封的長久連接?？傊?，空心電導(dǎo)體在功能上尤其流體密封地與冷卻劑管路相連接。本發(fā)明的連接件最好以始端件或末端件形式構(gòu)成，其在該空心電導(dǎo)體構(gòu)成電磁線圈之前或之后將空心電導(dǎo)體與冷卻劑管路相連。

該空心電導(dǎo)體可以通過以下的連接技術(shù)與該殼體相連接：軟釬焊，硬釬焊，超聲波含，壓入，擰入內(nèi)螺紋中，用壓環(huán)壓擰入，與螺母螺紋接合，鉚接，粘接，注入，用玻璃熔入，燒結(jié)或硫化。螺紋連接可以無損壞地分離并允許更換該空心電導(dǎo)體。另外，螺紋連接可以與粘接或上漆連接組合以使連接持久、抗振且流體密封。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實方式中，該殼體提供進(jìn)深止擋，用于限制該空心電導(dǎo)體插入該殼體的深度。尤其是該進(jìn)深止擋由該空心導(dǎo)體開口的直徑縮窄部構(gòu)成。

在本發(fā)明的一個有利實施方式規(guī)定，該連接件具有殼體插入部，其中該殼體插入部按照貫穿殼體的方式構(gòu)成并且殼體插入部的空心內(nèi)部提供空心導(dǎo)體開口。殼體插入部極其有利地提供在所述殼體和空心電導(dǎo)體之間的多變的接口，其允許空心電導(dǎo)體流體密封地接合至殼體。該殼體可以由導(dǎo)電材料或電絕緣材料構(gòu)成。該殼體插入部可以由導(dǎo)電材料或電絕緣材料構(gòu)成，其中該殼體插入部在后者情況下用作在空心電導(dǎo)體與冷卻劑管路之間的電絕緣隔離件。

該殼體插入部可以通過以下連接技術(shù)與該殼體連接：軟釬焊，硬釬焊，超聲波含，壓入，擰入內(nèi)螺紋中，用壓環(huán)壓擰入，與螺母螺紋接合，鉚接，粘接，注入，用玻璃熔入，燒結(jié)或硫化。螺紋連接可以無損壞地分離并允許更換該空心電導(dǎo)體。另外，螺紋連接可以與粘接或上漆連接組合以使連接持久、抗振且流體密封?？蛇x地，可以采用密封片。可采用相同的連接技術(shù)以將空心電導(dǎo)體與殼體插入部連接起來。

另外，該殼體插入部可以由以下材料構(gòu)成：黃銅、鐵、銅、銀、金、鋁或所述材料的合金。

在本發(fā)明的一個有利實施方式中規(guī)定，該殼體插入部提供進(jìn)深止擋以限制空心電導(dǎo)體插入該殼體的深度。進(jìn)深止擋最好由該殼體插入部的空心內(nèi)部的直徑縮窄部構(gòu)成。

另外，本發(fā)明規(guī)定，該內(nèi)腔可以倒圓構(gòu)成。圓形避免了若非如此將會出現(xiàn)缺口應(yīng)力的邊和角，因此改善了該連接件的抗壓強(qiáng)度。

在本發(fā)明的一個尤其有利的實施方式中，該連接件被構(gòu)造用于連接至少兩個根據(jù)本發(fā)明的空心電導(dǎo)體和一個冷卻劑管路，其中該連接件包括在該殼體內(nèi)的用于容納空心電導(dǎo)體的敞開端的至少兩個空心導(dǎo)體開口，該內(nèi)腔被構(gòu)造成液壓連通或氣壓連通所述空心導(dǎo)體開口與冷卻劑管路開口，其中該連接件具有導(dǎo)電的接觸件和電絕緣的隔離件，該接觸件被構(gòu)造成電連接至少兩個空心導(dǎo)體開口，該隔離件電絕緣地設(shè)置在一方面是接觸件和空心導(dǎo)體開口與另一方面是冷卻劑管路開口之間。在空心電導(dǎo)體和冷卻劑管路內(nèi)循環(huán)的冷卻劑是電絕緣流體的前提條件下，所述接觸件和隔離件極其有利地造成這些空心電導(dǎo)體的電連接、空心電導(dǎo)體與冷卻劑管路的液壓連通或氣壓連通以及一方面是空心電導(dǎo)體且另一方面是冷卻劑管路的電斷聯(lián)。因此，可以實現(xiàn)空心電導(dǎo)體之間的常見的電流流動，而冷卻劑管路不牽涉到其中并且沒有不利地影響到循環(huán)回路。這是本發(fā)明重點，這是因為該冷卻劑管路由于在冷卻及管路內(nèi)所需要的額定壓力高達(dá)200巴而一般設(shè)計成是金屬的并因此也像空心電導(dǎo)體那樣是導(dǎo)電的。如果沒有本發(fā)明的隔離件，則該冷卻劑管路和可能與之相連的冷卻劑泵被列入空心電導(dǎo)體的循環(huán)回路中并且需要相對于環(huán)境的電絕緣。本發(fā)明的連接件在-35℃至200℃范圍內(nèi)是耐溫的、耐擊穿的、且對于長期運行是有充分抵抗力的并且在1000巴破裂壓力前都是耐壓的。用于長期運行的額定壓力在80巴至200巴之間，最好在約120巴。

在本發(fā)明的一個很有利的實施方式中，該接觸件是殼體并且該隔離件以穿過該殼體的電絕緣套管形式構(gòu)成，在此，該電絕緣套管的空心內(nèi)部供冷卻劑管路開口所用。例如由銅、黃銅或鋼構(gòu)成的導(dǎo)電殼體極其有利地完成多項功能。首先，該殼體用于提供空心內(nèi)腔以在所述空心電導(dǎo)體和冷卻劑管路之間引導(dǎo)冷卻劑。其次，該殼體用作在空心電導(dǎo)體之間的導(dǎo)電連接環(huán)節(jié)。第三，該殼體可以起到用于許多空心電導(dǎo)體和冷卻劑管路的電力液壓集總部分或者電力氣壓集總部分的作用。第四，該殼體可以起到在基于空心導(dǎo)體的線圈與用于饋入電流或輸出電流的傳統(tǒng)導(dǎo)電線路之間的電氣接口作用。對此，該殼體可以包括觸點環(huán)、觸點銷或觸點夾。電絕緣套管優(yōu)選是陶瓷套管。陶瓷構(gòu)件且尤其是陶瓷套管最佳適合作為隔離件，因為陶瓷材料足夠耐擊穿，在大范圍內(nèi)是耐溫的并且是足夠耐壓穩(wěn)定的。例如，陶瓷套管可以在內(nèi)外都被金屬化，尤其是借助鋼層。由此一來，金屬化的陶瓷套管是可釬焊和可焊接的。通常，陶瓷套管具有約0.5mm的壁厚。代替陶瓷材料，該隔離件可以包含由塑料、玻璃、橡膠或硅樹脂構(gòu)成的電絕緣構(gòu)件。尤其可以使用塑料套管、玻璃套管、橡膠套管或硅樹脂套管來代替陶瓷套管。本發(fā)明的連接件最好呈T形件、Y形件或集總部分狀。該集總部分集束或分隔例如2、3、4、8、12、16、20、24、36、48或更多的空心電導(dǎo)體，它們被用作單獨導(dǎo)體或絞合線的導(dǎo)線。

該冷卻劑管路最好通過陶瓷套管與該連接件連接。為了保證空心電導(dǎo)體足夠深地插入連接件中，設(shè)有進(jìn)深止擋。插入過深將會導(dǎo)致空心電導(dǎo)體與殼體或冷卻劑管路短路。插入不夠深將會因為至少存在于冷卻循環(huán)的入口側(cè)的高壓力而導(dǎo)致不希望有的空心電導(dǎo)體從連接件中被頂出。以下的連接技術(shù)設(shè)置用于通過連接件連接冷卻劑管路和空心導(dǎo)體：軟釬焊，硬釬焊，超聲波焊，壓入，用壓環(huán)擰入，與螺母螺紋接合，鉚接，粘接，注入，用玻璃熔入，燒結(jié)或硫化。未被空心電導(dǎo)體占據(jù)的空心導(dǎo)體開口可利用相同技術(shù)被封閉?；蛘?，代替空心電導(dǎo)體可以在空心導(dǎo)體開口中使用一段實心金屬線作為塞子或?qū)嵭慕饘倬€作為線圈接頭，也在采用其中一種所述技術(shù)的情況下。

在具有由兩個部分或多個部分構(gòu)成的殼體的連接件中，這些殼體部分可以如下構(gòu)成：它們在集攏時自動對中。對此，這些殼體部分例如包括截頭圓錐形或截頭錐體形的部分。

代替作為接觸件的導(dǎo)電殼體與作為隔離件的電絕緣套管組合，電絕緣殼體可以是該隔離件，并且設(shè)置在該殼體之內(nèi)或之處的用于電連接該空心導(dǎo)體開口的導(dǎo)體件是該接觸件。與此無關(guān)地，該隔離件也能以電絕緣軟管形式構(gòu)成，其通向用于泵送冷卻劑的泵。當(dāng)所述殼體插入部由導(dǎo)電材料構(gòu)成時，設(shè)于所述殼體與空心電導(dǎo)體之間的殼體插入部能起到接觸件作用。當(dāng)所述殼體插入部由電絕緣材料構(gòu)成時，設(shè)于所述殼體與空心電導(dǎo)體之間的殼體插入部能起到隔離件作用。

在本發(fā)明的另一個實施方式中，第一組電連接的空心導(dǎo)體開口借助該隔離件或另一個隔離件與第二組電連接的空心導(dǎo)體開口電絕緣。這些組構(gòu)成多個單獨電路，它們例如用于傳導(dǎo)交流電的不同相。除了兩組和三組外，本發(fā)明也包含四組、五組或更多組。

在本發(fā)明的一個很有利的實施方式中，這些空心導(dǎo)體開口具有不同的直徑。因此，唯一的連接件可以給具有不同直徑的空心電導(dǎo)體供電。例如變壓器的初級繞組和次級繞組可以具有不同的空心導(dǎo)體直徑。

根據(jù)本發(fā)明，規(guī)定了以下材料，以便由此制造連接件：金屬例如銅或鋼，熱塑性塑料，熱固性塑料，陶瓷材料或玻璃。金屬是導(dǎo)電的、易加工的且耐壓的。熱塑性塑料是略有彈性的，因此相對不易碎裂。熱固性塑料是很不易變形的并且在大范圍內(nèi)耐熱。陶瓷材料具有高強(qiáng)度并且其表面可以金屬化，最好用銅、銀或金，這對形成釬焊連接有利。玻璃是很耐電壓的。

在本發(fā)明的一個替代實施方式中，該連接件不具有殼體。取而代之，一個空心電導(dǎo)體的自由端或者至少兩個空心電導(dǎo)體的自由端直接設(shè)置在冷卻劑管路的自由端內(nèi)并且被固定在該冷卻劑管路之上或之內(nèi)，例如通過軟釬焊、硬釬焊、超聲波焊、壓入、擰入內(nèi)螺紋、用壓環(huán)擰入、與螺母螺紋接合、鉚接、粘接、注入、用玻璃熔入、燒結(jié)或者硫化。

電磁機(jī)械是眾所周知的并且一般包括磁體單元和處于與磁體單元相互電磁作用中的導(dǎo)體單元，其中該導(dǎo)體單元具有至少一個電導(dǎo)體。在力求獲得電磁機(jī)械的最佳功率時，該導(dǎo)體內(nèi)的電流密度是最重要參數(shù)中的一個。在高電流密度下增強(qiáng)出現(xiàn)在導(dǎo)體內(nèi)的熱是限制功率的一個因素。為了避免該限制因素，高效散熱迫在眉睫。在傳統(tǒng)的電磁機(jī)械中，導(dǎo)體以導(dǎo)電且因而一般是熱絕緣的金屬線形式構(gòu)成，因此只能實現(xiàn)不充分散熱，并且實際可實現(xiàn)的電流密度因?qū)w缺少充分散熱能力而進(jìn)一步低于理論上可能的電流密度。

因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種根據(jù)前言所述類型的電磁機(jī)械，它提供最佳功率。

為了完成該任務(wù)，本發(fā)明提出一種根據(jù)前言所述類型的電磁機(jī)械，其中該電導(dǎo)體是根據(jù)本發(fā)明的空心電導(dǎo)體。針對空心電導(dǎo)體所描述的優(yōu)點直接轉(zhuǎn)用到電磁機(jī)械上。尤其是使用空心電導(dǎo)體的空心內(nèi)腔作為冷卻劑通路極其有利地允許高效散熱，因為熱在其生成的地方即在空心電導(dǎo)體的主體內(nèi)被散走。因此實際上可以實現(xiàn)較高的電流密度。實驗數(shù)據(jù)表明，長期運行中的電流密度從金屬線導(dǎo)體時的6A/mm²增大至在本發(fā)明空心電導(dǎo)體時的24A/mm²至40A/mm²是可行的。隨之而來的是：本發(fā)明的電磁機(jī)械提供高許多的功率。相比于尺寸相同的實心金屬導(dǎo)線，空心電導(dǎo)體需要較少材料來形成導(dǎo)體，因而空心電導(dǎo)體有助于本發(fā)明的電磁機(jī)械具有減輕的總重?？招碾妼?dǎo)體尺寸可被設(shè)定為如此小，即在空心內(nèi)腔中的基于毛細(xì)管力的作用不能忽略不計。在此情況下，空心電導(dǎo)體也可被稱為毛細(xì)管導(dǎo)體。因為在高頻下例如在超過10kHz、尤其超過30kHz、尤其最好超過100kHz下集膚效應(yīng)變得明顯許多，故實心金屬導(dǎo)線的傳導(dǎo)性內(nèi)芯本來就不再是傳導(dǎo)大電流強(qiáng)度所必需的。

根據(jù)本發(fā)明的空心導(dǎo)體同樣適用于同步電機(jī)和異步電機(jī)。自勵式同步電機(jī)不需要磁體，并且與負(fù)載相關(guān)的勵磁電流再調(diào)整是可行的。因此，永磁體勵磁式同步電機(jī)具備很好的單位功率重量。借助導(dǎo)體單元的內(nèi)部的且因而直接的冷卻，可以實現(xiàn)高的電流密度，其導(dǎo)致了更大的功率。另外，本發(fā)明的空心電導(dǎo)體可以被用于繞制例如用于同步電機(jī)的齒繞線圈。齒繞線圈可以在工藝技術(shù)上簡單制造并且具有小的繞線頭長度，因此提供更有效的鐵磁性材料。異步電機(jī)也不需要磁體。另外，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以很簡單地以短路式轉(zhuǎn)子形式構(gòu)成。

另外，該電磁機(jī)械可以具有至少一個根據(jù)本發(fā)明的連接件。該連接件優(yōu)選呈T形件、Y形件或者集總部分的形式構(gòu)成。該連接件允許空心電導(dǎo)體與冷卻劑管路的液壓連通或氣壓連通、空心電導(dǎo)體的電連接和冷卻劑管路的電斷聯(lián)。另外，以集總件形式構(gòu)成的連接件結(jié)合或分隔多個空心電導(dǎo)體。

在本發(fā)明的一個尤其有利的實施方式中規(guī)定，該電磁機(jī)械具有冷卻單元，其中該冷卻單元包括泵和該空心電導(dǎo)體和或許連接件，其中該泵被構(gòu)成為：泵送冷卻劑經(jīng)過該空心電導(dǎo)體。該泵可以直接被該電磁機(jī)械驅(qū)動，例如該泵可以與電磁機(jī)械的軸有效連接，或者間接借助單獨的泵驅(qū)動裝置。該連接件(如果有)最好作為本發(fā)明的連接件來構(gòu)成。該冷卻劑由電絕緣流體構(gòu)成，其最好具有高的熱容和高的導(dǎo)熱系數(shù)。采用空心電導(dǎo)體作為電磁機(jī)械的冷卻單元的構(gòu)件允許很高效地散走“功率限定”的熱量，因為所述熱量(也被稱為熱能)在其出現(xiàn)的地方即在空心電導(dǎo)體的主體內(nèi)被散走。因為散熱優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，故本發(fā)明的電磁機(jī)械具備高許多的效率，進(jìn)而具備最佳功率。在本發(fā)明的電磁機(jī)械中可以實現(xiàn)約為40A/mm²的電流密度，而水套冷卻或油霧冷卻只允許約為12A/mm²的電流密度，空冷只允許約為3A/mm²的電流密度。

在本發(fā)明的一個有利實施方式中規(guī)定，所述磁體單元和導(dǎo)體單元相對于一個轉(zhuǎn)動軸線對稱構(gòu)成，關(guān)于該轉(zhuǎn)動軸線同軸設(shè)置并且可繞該轉(zhuǎn)動軸線彼此相對轉(zhuǎn)動，在這里，所述磁體單元包括至少兩個磁體，每個磁體具有一個北極和一個南極，并且該空心電導(dǎo)體交替具有感應(yīng)有效部段和感應(yīng)無效部段，其中在該導(dǎo)體單元相對于磁體單元的至少一個方位取向下，該感應(yīng)有效部段只與存在于南極和北極之間的中性區(qū)相對設(shè)置。這種空心電導(dǎo)體相對于磁體的布置形式極其有利地實現(xiàn)了很有效的感應(yīng)時間曲線，其對電磁機(jī)械的最佳功率貢獻(xiàn)良多。本發(fā)明意義上的磁體不僅可以是永磁體，也可以是電磁體。電磁體一般具有線圈，借此將鐵心磁化或勵磁。具有電磁體的布置形式因此也被稱為鐵心勵磁布置。中性區(qū)可以在唯一磁體的北極與南極之間、或者在至少兩個相鄰的或相互間隔的磁極之間形成。通常，磁極布置決定了中性區(qū)的幾何形狀伸展，它可能輪廓清晰或不明確的，并且是小或大的，例如幾厘米至幾十厘米。

在本發(fā)明的第一具體改進(jìn)方案中，該磁體單元以外空心圓柱體和設(shè)于外空心圓柱體內(nèi)的內(nèi)空心圓柱體形式構(gòu)成，在這里，在外空心圓柱體和內(nèi)空心圓柱體之間設(shè)有用于容納導(dǎo)體單元的間隙，并且中性區(qū)平行于轉(zhuǎn)動軸線布置。這樣的磁體單元在該間隙中提供磁場，該磁場最佳適用于有效經(jīng)過設(shè)于該間隙內(nèi)的導(dǎo)體單元并因此保證高的感應(yīng)。外空心圓柱體和內(nèi)空心圓柱體不可相對于轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動地相互連接。例如外空心圓柱體包括12個磁體，它們沿外空心圓柱體的周向就磁化而言相同取向地且均勻分散布置，從而得到了北-南-北-南的極順序等等。因此，中性區(qū)不僅在從一個磁體的北極過渡至南極時被提供，也在兩個相鄰磁體之間被提供。與外空心圓柱體協(xié)調(diào)一致地，內(nèi)空心圓柱體也包括12個磁體，它們沿與外空心圓柱體的周向相反的內(nèi)空心圓柱體的周向就磁化而言相同取向地且均勻分散布置，從而得到北-南-北-南的極順序，如此等等。如此選擇外空心圓柱體相對于內(nèi)空心圓柱體的取向，即在間隙這一側(cè)的外空心圓柱體的每個北極與在間隙那一側(cè)的內(nèi)空心圓柱體的南極對置。因此，在從一個磁體的北極過渡至南極處、在空心圓柱體內(nèi)的兩個相鄰磁體之間并且在兩個通過間隙分隔開的磁極之間提供中性區(qū)。每個空心圓柱體的磁體數(shù)量也可以是2、4、6、8、10、16、20、24、28、32、36、40、80、120、160、200或500。大量的磁體在高轉(zhuǎn)速和平均電流密度下導(dǎo)致本發(fā)明電磁機(jī)械的很高轉(zhuǎn)矩。

在本發(fā)明的第二具體改進(jìn)方案中，該磁體單元以第一圓盤和設(shè)置在第一圓盤旁邊的第二圓盤形式構(gòu)成，其中在第一圓盤和第二圓盤之間設(shè)有用于容納導(dǎo)體單元的間隙，并且該中性區(qū)沿轉(zhuǎn)動軸線的徑向布置。這樣的磁體單元在所述間隙內(nèi)提供一個磁場，該磁場最佳適用于有效經(jīng)過設(shè)于該間隙內(nèi)的導(dǎo)體單元并因此保證高的感應(yīng)。第一圓盤和第二圓盤不可相對于轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動地相互連接。例如，第一圓盤包括12個磁體，它們沿第一圓盤的周向就極性磁化而言相同取向地均勻分散布置，從而得到北-南-北-南的極順序等等。因此，不僅在從一個磁體的北極過渡至南極處提供中性區(qū)，也在兩個相鄰磁體之間提供中性區(qū)。與第一圓盤協(xié)調(diào)一致地，第二圓盤也包括12個磁體，它們沿與第一圓盤周向相反的第二圓盤周向就磁化而言相同取向地均勻分散布置，從而得到北-南-北-南的極順序等等。如此選擇第一圓盤相對于第二圓盤的取向，即，在間隙這一側(cè)的第一圓盤的每個北極與在間隙那一側(cè)的第二圓盤的南極對置。因此，在從一個磁體的北極過渡至南極處、在第一圓盤內(nèi)在兩個相鄰磁體之間和在兩個通過間隙分隔開的磁極之間提供中性區(qū)。每個圓盤的磁體數(shù)量也可以是2、4、6、8、10、16、20、24、28、32、36、40、80、120、160、200或者500。大量磁體在高轉(zhuǎn)速和平均電流強(qiáng)度下導(dǎo)致本發(fā)明電磁機(jī)械的很高的轉(zhuǎn)矩。

電磁機(jī)械最好具有用于連接磁體單元的空心圓柱或圓盤的連接件。該連接件作為立體軛架用于加強(qiáng)在被構(gòu)造用于容納導(dǎo)體單元的區(qū)域內(nèi)的磁場。

對于本發(fā)明的第一具體改進(jìn)方案，該導(dǎo)體單元呈空心圓柱體狀構(gòu)成，其中該感應(yīng)有效部段平行于該轉(zhuǎn)動軸線布置。該空心圓柱體的直徑最好等于該圓柱形間隙的直徑。該空心圓柱體也優(yōu)選具有這樣的壁厚，其略小于該圓柱形間隙的寬度。因此，該導(dǎo)體單元恰好穿入磁體單元中，除了在導(dǎo)體單元和磁體單元之間的兩個狹窄氣隙。這樣的磁體單元和導(dǎo)體單元的組合最佳適用于有效經(jīng)過設(shè)于間隙內(nèi)的導(dǎo)體單元并因此保證高感應(yīng)。空心電導(dǎo)體呈環(huán)圈狀布置并且與載體相連，尤其是嵌入載體的槽中并被澆注環(huán)氧樹脂。導(dǎo)體環(huán)圈此時如此形成，即該感應(yīng)有效部段比感應(yīng)無效部段長。該空心電導(dǎo)體可以按照多個繞組形式布置，例如有2至100個且尤其是24個，即每層四個且共六層。

對于本發(fā)明的第二具體改進(jìn)方案，該導(dǎo)體單元成圓盤狀，在此，所述感應(yīng)有效部段沿轉(zhuǎn)動軸線的徑向布置。圓盤最好具有略小于該間隙的寬度的厚度。因此該導(dǎo)體單元恰好穿入磁體單元，除了在導(dǎo)體單元與磁體單元之間的兩個狹窄氣隙。這樣的磁體單元與導(dǎo)體單元的組合最佳適用于有效經(jīng)過設(shè)于該間隙內(nèi)的導(dǎo)體單元并因此保證了高感應(yīng)?？招碾妼?dǎo)體呈環(huán)圈狀布置并且與載體相連，尤其是被嵌入載體的槽中并被澆注環(huán)氧樹脂。導(dǎo)體環(huán)圈此時如此形成，即該感應(yīng)有效部段比該感應(yīng)無效部段長?？招碾妼?dǎo)體可以按照多個繞組形式布置，例如有2至100個，尤其是24個，即每層四個繞組且共六層。

在本發(fā)明的更進(jìn)一步實施方式中，該空心電導(dǎo)體以絞合線形式構(gòu)成。絞合線包括許多單空心電導(dǎo)體，它們共同構(gòu)成絞合線。相比于尺寸相同的實心金屬線，絞合線具有大許多的表面，其在高頻下例如在高于10kHz、尤其是高于30kHz、尤其優(yōu)選高于100kHz時因為集膚效應(yīng)而允許傳導(dǎo)大電流，例如16A/mm²、20A/mm²或者24A/mm²導(dǎo)體橫截面。對此，絞合線具有2至400個或更多的尤其是32個單空心導(dǎo)體，它們被相互電絕緣。被相互電絕緣的單空心導(dǎo)體將該空心電導(dǎo)體的大橫截面分為單空心導(dǎo)體的多個且最好是許多個小橫截面，這阻礙了降低效率的渦電流的生成。

本發(fā)明極其有利地規(guī)定，感應(yīng)有效部段與感應(yīng)無效部段的長度比大于或等于3:1，尤其是等于4:1、5:1、6:1、8:1、10:1、15:1、20:1或者30:1，因為只有感應(yīng)有效部段用于將磁能轉(zhuǎn)變成電能或反之，進(jìn)而有益于電磁機(jī)械的效率。而感應(yīng)無效部段降低所述效率，因為它們是阻礙電流傳導(dǎo)且導(dǎo)致呈廢熱形式的能量損耗的電阻。一般，感應(yīng)有效部段與感應(yīng)無效部段的大于1:1的長度比已經(jīng)造成任意設(shè)計的而非必然按照本發(fā)明的電磁機(jī)械的效率相比于具有同樣長的感應(yīng)有效部段和感應(yīng)無效部段的電磁機(jī)械提高。

電磁機(jī)械可以設(shè)計成是無鐵心的，就像尤其在本發(fā)明的第一和第二具體改進(jìn)方案中那樣。因為導(dǎo)體單元布置在磁體單元內(nèi)，所以對于保證充分磁通流過導(dǎo)體單元而言，用于導(dǎo)體單元的鐵心就不是必需的。因為沒有鐵心或金屬片疊，該電磁機(jī)械的總重量輕，慣性小，不用忍受磁滯。因此，如此構(gòu)造的電磁機(jī)械最佳適用于航空航天目的和強(qiáng)力加速和延緩并且具備高效率。

本發(fā)明的電磁機(jī)械可如此構(gòu)成，磁體單元是電磁機(jī)械的轉(zhuǎn)子尤其是雙轉(zhuǎn)子，而導(dǎo)體單元是電磁機(jī)械的定子?；蛘弑景l(fā)明規(guī)定，磁體單元可以是電磁機(jī)械的定子且尤其是雙定子，而該導(dǎo)體單元是電磁機(jī)械的轉(zhuǎn)子。一方面，第一替代可選方式可能是有利的，因為從空心電導(dǎo)體抽分出電壓或者給空心電導(dǎo)體加載電壓可以在設(shè)備方面簡單地實現(xiàn)。另一方面，第二替代可選方式可能是有利的，因為導(dǎo)體單元因其自重比磁體單元輕而慣性小，從而轉(zhuǎn)子在加速時耗能少。

本發(fā)明的電磁機(jī)械例如可以被用作電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)-發(fā)電機(jī)組合或者飛輪質(zhì)量蓄能器且因此可被用在具有電驅(qū)動裝置的兩輪車或多輪車或者能量回收制動器、蒸汽透平、氣體透平、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、機(jī)床、泵、模型飛行器、無人機(jī)和其它電動裝置中。尤其是，根據(jù)本發(fā)明的電磁機(jī)械最適合具有高轉(zhuǎn)速例如10kHz至100kHz或更高的應(yīng)用場合。頻率上限與設(shè)備相關(guān)地，由可供使用的電氣或電子開關(guān)元件決定。根據(jù)應(yīng)用場合的不同，可以放棄降低效率的傳動機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的空心電導(dǎo)體的另一個應(yīng)用領(lǐng)域是作為電磁機(jī)械冷卻單元的一部分的蒸發(fā)管。還要說明的是，在空心電導(dǎo)體的管狀主體之內(nèi)或之處可以安裝超導(dǎo)材料以進(jìn)一步改善導(dǎo)電性能。對此，例如在該電絕緣層下設(shè)置相應(yīng)的管套以應(yīng)對超導(dǎo)材料的彎曲性能和強(qiáng)度性能。在一個優(yōu)選實施方式中，該空心電導(dǎo)體的主體包套有可選的隔離層，該隔離層包套有超導(dǎo)材料，該超導(dǎo)材料包套有絕緣層。該超導(dǎo)材料例如可以是陶瓷超導(dǎo)體，尤其是高溫超導(dǎo)體。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的空心電導(dǎo)體的透視示意圖；

圖2是包括本發(fā)明的三個空心電導(dǎo)體的絞合線的透視示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的連接件的透視示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的連接件的透視示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的連接件的一個可選部分的透視示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的連接件的另一部分的透視示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的連接件的剖視示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的連接件的剖視示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的連接件的剖視示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的連接件的透視示意圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明第六實施方式的連接件的剖視示意圖；

圖12是根據(jù)本發(fā)明第七實施方式的連接件的剖視示意圖；

圖13是根據(jù)本發(fā)明第八實施方式的連接件的剖視示意圖；

圖14是根據(jù)本發(fā)明的連接件的殼體插入部的剖視示意圖；

圖15是根據(jù)本發(fā)明的連接件的殼體插入部的剖視示意圖；

圖16是根據(jù)本發(fā)明的連接件的殼體插入部的剖視示意圖；

圖17是根據(jù)本發(fā)明的連接件的殼體插入部的剖視示意圖；

圖18是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的電磁機(jī)械的示意圖；

圖19是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的電磁機(jī)械的磁體單元的透視示意圖；

圖20是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的電磁機(jī)械的導(dǎo)體單元的透視示意圖；

圖21是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的電磁機(jī)械的磁體單元的部分的透視示意圖；

圖22是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的電磁機(jī)械的導(dǎo)體單元的透視示意圖；和

圖23是示出用于本發(fā)明的電磁機(jī)械運行的按時間劃分測得的主要參數(shù)的曲線圖。

附圖標(biāo)記：

1空心電導(dǎo)體； 15接觸件 25第二相

2主體 16隔離件 26第三相

3內(nèi)腔 17插頭部分 27電樞頭

4層 18承插部分 28泵

10連接件 19殼體插入部 29換熱器

11殼體 20電磁機(jī)械 30中性區(qū)

12內(nèi)腔 21磁體單元 31感應(yīng)有效部段

13空心導(dǎo)體開口 22導(dǎo)體單元 32感應(yīng)無效部段

14冷卻劑管路開口 24第一相 40電流密度

41壓力 44第一時刻 N北極

42冷卻劑溫度 45第二時刻 S南極

43導(dǎo)體溫度 46第三時刻

具體實施方式

參照附圖來舉例描述本發(fā)明，在此，從附圖的視圖中得到其它有利細(xì)節(jié)。牽扯到附圖地，相同的附圖標(biāo)記表示本發(fā)明的相同部分。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的空心電導(dǎo)體1的透視示意圖。空心電導(dǎo)體1具有圓管形主體2的設(shè)計，該主體具有空心內(nèi)腔3。主體2由導(dǎo)電材料構(gòu)成，即由銅合金構(gòu)成。另外，主體2具有外徑和內(nèi)徑。主體2在主體2的外周面涂覆有由絕緣漆構(gòu)成的電絕緣層4。內(nèi)腔3將主體2的第一敞開端與主體2的第二敞開端液壓和氣壓連通。外徑等于3mm，而內(nèi)徑等于2mm。因此，外徑與內(nèi)徑之比等于1.5:1。空心電導(dǎo)體1因其設(shè)定尺寸而極其有利地適合用于連續(xù)卷繞中小型電磁機(jī)械的電磁線圈。

圖2示出包括三個本發(fā)明空心電導(dǎo)體1的絞合線的透視示意圖。一般，絞合線包括從三個到數(shù)百個空心電導(dǎo)體1。如圖2所示的空心電導(dǎo)體1借助由絕緣漆構(gòu)成的層4被相對電絕緣。作為其替代方式，可以沒有所述層4，從而空心電導(dǎo)體1將導(dǎo)電接觸主體2的外周面。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的連接件10的透視示意圖。連接件10用于連接本發(fā)明的多個空心電導(dǎo)體1和冷卻劑管路。圖3所示的連接件10作為集總部分構(gòu)成，用于電力液壓匯聚或者用于分隔開多個空心電導(dǎo)體1。連接件10包括流體密封的殼體11，它具有空心內(nèi)腔12。殼體11由兩部分構(gòu)成，但也可以是一體的或由多個部分構(gòu)成。為了更好地理解本發(fā)明，殼體11如圖所示被打開。另外，連接件10包括多個空心導(dǎo)體開口13，但為了概覽起見而只示出九個在殼體11中的用于容納空心電導(dǎo)體1的敞開端的空心導(dǎo)體開口和一個在殼體11中的用于容納冷卻劑管路的敞開端的冷卻劑管路開口14。內(nèi)腔12將空心導(dǎo)體開口13與冷卻劑管路開口14液壓氣壓連通。連接件10具有導(dǎo)電的接觸件15和電絕緣的隔離件16，其中該接觸件15被構(gòu)造成電連接該空心導(dǎo)體開口13，并且該隔離件16電絕緣地設(shè)置在一方面是接觸件15和空心導(dǎo)體開口13與另一方面是冷卻劑管路開口14之間。在圖3所示的連接件10中，接觸件15是殼體11。由兩部分式殼體11的一部分尤其以具有多個孔的接觸片形式構(gòu)成，該接觸片按照過渡為觸點環(huán)的方式形成。在所述孔的區(qū)域內(nèi)，該接觸片較粗地構(gòu)成，因為穿過所述孔的空心電導(dǎo)體1在那里與接觸片釬焊在一起。隔離件16以穿過殼體11的電絕緣套管的形式構(gòu)成，在此，電絕緣套管的空心內(nèi)部提供冷卻劑管路開口14。電絕緣套管尤其是陶瓷套管。接觸件15的觸點環(huán)是唯一的饋電點，用于給這些空心電導(dǎo)體1通電。冷卻劑管路開口14是唯一的液壓饋送點，用于給這些空心電導(dǎo)體1供應(yīng)冷卻劑。相似的情況適用于在觸點環(huán)處抽頭電流或者排出冷卻劑。觸點環(huán)的內(nèi)徑約為10mm。冷卻劑由電絕緣流體如變壓器油、或者二氧化碳構(gòu)成。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的連接件10的透視示意圖。連接件10作為起始件或末端件來構(gòu)成，其在空心電導(dǎo)體1構(gòu)成電磁線圈之前或之后將空心電導(dǎo)體1與冷卻劑管路相連。連接件10具有模塊化結(jié)構(gòu)并且可以擴(kuò)增任何的模塊。殼體11由兩部分構(gòu)成并包括冷卻劑管路開口14和空心導(dǎo)體開口13?？蛇x地，殼體11的這兩個部分借助電絕緣片被分開，就像人們可在圖4的分解圖中看到的那樣。電絕緣片提供用于殼體11的兩個部分的電絕緣的隔離件16。電絕緣片的隆起的邊緣區(qū)充當(dāng)墊片，用于間隔用于與連接件10模塊相連接的夾緊裝置，以避免殼體11的兩個部分通過該夾緊裝置而短路，并且充當(dāng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，用于模塊一致對準(zhǔn)方向。電絕緣片可以具有或也可以沒有隆起的邊緣區(qū)。內(nèi)腔12由多個孔構(gòu)成，這些孔穿過全部構(gòu)件，除了圖4未示出的封板，并且在連接件10的組裝狀態(tài)下重合疊置。殼體11的兩個部分可以彼此無關(guān)地由電絕緣材料或者導(dǎo)電材料構(gòu)成。殼體11的兩個部分最好由金屬構(gòu)成以提供足夠耐壓的殼體11。冷卻劑管路開口14和空心導(dǎo)體開口13通過管形部段提供，所述管形部段或是殼體11部分的成形件，或是與殼體11部分分開的構(gòu)件。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的連接件10的可選部分的透視示意圖。連接件10具有模塊化結(jié)構(gòu)并且可被擴(kuò)增任意多個接觸件15來容納空心電導(dǎo)體1和作為隔離件16的電絕緣片。這些電絕緣片可以具有隆起的邊緣區(qū)。若干接觸件15可以相互短路，例如通過省掉電絕緣片，但在每個接觸件15與冷卻劑管路開口14之間設(shè)有至少一個電絕緣片，用于保持該冷卻劑管路開口14電位中性。通過若干模塊的堆疊，構(gòu)建出該內(nèi)腔12。

一般，模塊化的連接件10最好具有夾緊裝置，用于將連接件10的若干模塊保持在一起。該夾緊裝置可以包括居中的螺釘或螺紋桿或一個或多個外設(shè)的夾子。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的連接件10的另一個可選部分的透視示意圖。連接件10的接觸件15呈星形構(gòu)成并包括按六角形布置的六個空心導(dǎo)體開口13，它們對稱包圍內(nèi)腔12。作為六個空心導(dǎo)體開口13的替代方式，連接件10可具有任意多的空心導(dǎo)體開口13，例如兩個、三個、四個、五個、七個、八個、十個或更多。這些空心導(dǎo)體開口13也可無序布置。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的連接件10的剖視示意圖。連接件10是T形件并且配備有兩個隔離件16，所述隔離件將金屬殼體11與兩個空心導(dǎo)體開口13電隔離。因此，兩個空心電導(dǎo)體1和冷卻劑管路被相互電絕緣。隔離件16是電絕緣套管，尤其是陶瓷套管，它們在內(nèi)側(cè)和外側(cè)被金屬化。用于連接空心電導(dǎo)體1的接觸件15可以是被嵌在殼體11中的導(dǎo)線條，其從一個空心導(dǎo)體開口13延伸向另一個空心導(dǎo)體開口13。用于連接空心電導(dǎo)體1的接觸件15也可以是外設(shè)的導(dǎo)電連接。圖7沒有示出這些可選的設(shè)計結(jié)構(gòu)。殼體11由金屬構(gòu)成，但也可以由塑料構(gòu)成。在內(nèi)腔12中顯示的箭頭表示示例性的冷卻劑流動方向。冷卻劑從冷卻劑管路經(jīng)冷卻劑管路開口14流入內(nèi)腔12且從那里經(jīng)空心導(dǎo)體開口13流入空心電導(dǎo)體1。因此，它是在冷卻循環(huán)入口處在線圈前方的T形件。流動方向也可以顛倒過來。于是，該T形件在冷卻循環(huán)出口處位于線圈后。

圖8示出根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的連接件10的剖視示意圖。連接件10是T形件，其中該接觸件15由金屬殼體11構(gòu)成，該隔離件16以穿過殼體11的電絕緣套管且尤其是陶瓷套管的形式構(gòu)成。冷卻劑管路開口14由陶瓷套管的空心內(nèi)部提供。這兩個空心導(dǎo)體開口13通過該金屬殼體11相互導(dǎo)電連接。在內(nèi)腔12中示出的箭頭表示示例性的冷卻劑流動方向。冷卻劑從冷卻劑管路經(jīng)冷卻劑管路開口14流入內(nèi)腔12并從那里經(jīng)空心導(dǎo)體開口13流入空心電導(dǎo)體1。因此，它是在冷卻循環(huán)入口處在線圈之前的T形件。流動方向也可以顛倒過來。于是，該T形件在冷卻循環(huán)出口處位于線圈后。

圖9示出根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的連接件10的剖視示意圖。連接件10是用于匯集或分隔三個空心電導(dǎo)體1的集總部分(也見圖10)。殼體11由兩部分構(gòu)成并包括插頭部分17和承插部分18，插頭部分由導(dǎo)電材料構(gòu)成且構(gòu)成空心導(dǎo)體開口13之間的接觸件15，承插部分由電絕緣材料構(gòu)成且構(gòu)成隔離件16，在隔離件中形成該冷卻劑管路開口14。插頭部分17和承插部分18按可接合的方式構(gòu)成，在此，密封圈用于使由插頭部分17和承插部分18構(gòu)成的內(nèi)腔12是流體密封的。可選地，連接件10具有螺紋接合或卡口接合。在一個替代實施方式中，接觸件15是承插且隔離件16是插入構(gòu)成的，由此一來，所有的空心導(dǎo)體開口13和冷卻劑管路開口14相互電絕緣。當(dāng)接觸件15是承插且為金屬時，其邊緣可被緊密滾卷或卷曲到凸形的隔離件16上。在另一個不同的實施方式中，插頭部分17和承插部分18由電絕緣材料構(gòu)成，例如由陶瓷材料構(gòu)成。在這里，所有的空心導(dǎo)體開口13和冷卻劑管路開口14也被相互電絕緣。

圖10是根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的連接件10的透視示意圖。連接件10的插頭部分17和承插部分18是組裝的，以形成流體密封的殼體11。清楚看到在插頭部分17中的三個空心導(dǎo)體開口13，在承插部分18中的冷卻劑管路開口14被畫出。

圖11示出根據(jù)本發(fā)明第六實施方式的連接件10的剖視示意圖。連接件10是Y形件。殼體11呈圓形構(gòu)成并且由電絕緣材料構(gòu)成。尤其是，該殼體11可以在縱向延伸中呈圓柱形、球形或環(huán)面形形成。該Y形件包括三個空心導(dǎo)體開口13和一個居中的冷卻劑管路開口14。殼體11構(gòu)成隔離件16。接觸件15包括用于接觸空心導(dǎo)體1的三個接觸片和在圖11中未示出的用于連接接觸片的連接線?？蛇x地，這些接觸片不導(dǎo)電相連。在空心導(dǎo)體開口13中，殼體11加厚形成，以便提供足夠的接觸面以固定空心電導(dǎo)體1。另外，空心電導(dǎo)體1深入該內(nèi)腔12中并且沿殼體11延伸地被彎曲。該Y形件最好設(shè)置在線圈后面在冷卻循環(huán)的出口中，其中，冷卻劑從空心電導(dǎo)體1流入內(nèi)腔12。因為空心電導(dǎo)體1的彎曲布置形式，故在內(nèi)腔12中出現(xiàn)渦流狀流動，其允許冷卻劑被很高效地送入冷卻劑管路。深入內(nèi)腔12中的空心電導(dǎo)體1可以至少部分被澆注塑料，在此，空心電導(dǎo)體1的自由端最好被彎曲以便與內(nèi)腔12液壓連通或氣壓連通。

除了連接件10的如圖11所示的實施方式外，所有其它的連接件10也可包括內(nèi)腔12，該內(nèi)腔被倒圓或是圓形的并為此沒有角或邊。倒圓形狀比有角形狀或有邊形狀更耐壓，這是因為在倒圓形狀的情況下因內(nèi)腔12中的高壓而出現(xiàn)的缺口應(yīng)力被減小。

圖12示出根據(jù)本發(fā)明第七實施方式的連接件10的剖視示意圖。連接件10由兩部分構(gòu)成，在此，連接件10的蓋子在內(nèi)表面具有傾斜的突出部用于在殼體11合攏時定中蓋子。冷卻劑管路開口14未被畫出。每個空心導(dǎo)體開口13由殼體插入部19的空心內(nèi)部提供。殼體插入部19作為進(jìn)深止擋用于未畫出的空心電導(dǎo)體1并且在由電絕緣材料構(gòu)成的情況下是隔離件16。一般，殼體插入部19是導(dǎo)電構(gòu)成的，而殼體11是電絕緣構(gòu)成的，因此殼體11構(gòu)成隔離件16。即，這兩個空心導(dǎo)體開口13是相互電絕緣的。兩個空心導(dǎo)體開口13之間的導(dǎo)電連接例如可借助如圖16所示的雙殼體插入部19實現(xiàn)。

圖13示出根據(jù)本發(fā)明第八實施方式的連接件10的剖視示意圖。連接件10具有圓形的橫截面，在這里，沿橫截面的圓周線等間距布置六個空心導(dǎo)體開口13。每個空心導(dǎo)體開口13由一個殼體插入部19的空心內(nèi)部提供，在這里，殼體插入部19具有進(jìn)深止擋并且可由電絕緣材料構(gòu)成。一般，殼體插入部19是導(dǎo)電構(gòu)成的，而殼體11是電絕緣構(gòu)成的，因此殼體11構(gòu)成隔離件16。就是說，這六個空心導(dǎo)體開口13是彼此電絕緣的。兩個空心導(dǎo)體開口13之間的導(dǎo)電連接例如借助如圖16所示的雙殼體插入部19實現(xiàn)。

圖14示出根據(jù)本發(fā)明的連接件10的殼體插入部19的剖視示意圖。在電絕緣殼體11與在空心導(dǎo)體開口13內(nèi)的空心電導(dǎo)體1之間，設(shè)有呈套管狀的殼體插入部19。該套管被壓入殼體11中或者另外與殼體11相連接，并且不具有用于空心電導(dǎo)體1的進(jìn)深止擋，因此，它可被深移入殼體11中?？招碾妼?dǎo)體1與套管釬焊在一起(見深色區(qū))。焊點是導(dǎo)電連接。

圖15示出根據(jù)本發(fā)明的連接件10的殼體插入部19的剖視示意圖。連接件10的空心導(dǎo)體開口13由穿過電絕緣殼體11的殼體插入部19的空心內(nèi)部形成。空心電導(dǎo)體1與殼體插入部19釬焊在一起，就像通過深色所示的焊點表示的那樣。焊點是導(dǎo)電連接。殼體插入部19明顯突伸超過殼體11，借此，焊點足夠遠(yuǎn)離殼體11以避免因不希望地散熱至殼體11中而引起質(zhì)量差的焊點。另外，殼體插入部19具有進(jìn)深止擋，其允許空心電導(dǎo)體1就高質(zhì)量釬焊而言的最佳定位。

圖16示出根據(jù)本發(fā)明的連接件10的殼體插入部13的剖視示意圖。殼體插入部19提供兩個空心導(dǎo)體開口13且由導(dǎo)電材料構(gòu)成，因而殼體插入部19作為兩個空心電導(dǎo)體1之間的接觸件15。這種殼體插入部19非常適合具有大電流的應(yīng)用場合。殼體插入部19借助硫化與形成隔離件16的電絕緣殼體11相連接?？招碾妼?dǎo)體1一直插入到殼體插入部19內(nèi)的直徑縮小部，并與殼體插入部19焊接(見深色區(qū))，但也可以是釬焊。直徑縮小部用作進(jìn)深止擋。

圖17示出根據(jù)本發(fā)明的連接件10的殼體插入部19的剖視示意圖。提供進(jìn)深止擋的殼體插入部19被硫化到形成隔離件16的電絕緣殼體11中。

與具體實施方式無關(guān)地，殼體插入部19可以通過以下連接技術(shù)與殼體11相連接：軟釬焊，硬釬焊，超聲波焊，壓入，擰入內(nèi)螺紋中，用壓環(huán)擰入，與螺母螺紋連接，鉚接，粘接，注入，用玻璃熔入，燒結(jié)或硫化。螺紋連接可以無損壞地分離并且允許更換空心電導(dǎo)體1。另外，螺紋連接可以與粘接或上漆接合組合，以使得所述連接持久、抗振和流體密封?？蛇x地可以采用密封片。

也與具體實施方式無關(guān)地，殼體插入部19可以由以下的材料構(gòu)成：黃銅、鐵、銅、銀、金、鋁或者所述材料的合金。

圖18示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的電磁機(jī)械20的示意圖。電磁機(jī)械20包括磁體單元21和處于與磁體單元21的相互電磁作用中的導(dǎo)體單元22，其中該導(dǎo)體單元22具有三個電導(dǎo)體，即第一相24、第二相25和第三相26。這三相24、25和26被連接成星形電路或三角形電路。處于概覽考慮，在圖18中未示出磁體單元21。每一相24、25、26是一個根據(jù)本發(fā)明的空心電導(dǎo)體1。電磁機(jī)械20是三相交流同步電機(jī)，其中這三相24、25和26形成導(dǎo)體單元22。這些相24、25和26分散卷繞在電磁機(jī)械20的轉(zhuǎn)子的六個電樞頭27上。另外，電磁機(jī)械20包括冷卻單元，其中該冷卻單元包括泵28和所述空心電導(dǎo)體1。泵28泵送冷卻劑經(jīng)過空心電導(dǎo)體1。還設(shè)有換熱器29用于在重新輸送入空心電導(dǎo)體1之前冷卻在流過之后變熱的冷卻劑，因而將熱散發(fā)至環(huán)境或進(jìn)一步的冷卻裝置。泵28和換熱器29借助本發(fā)明的連接件10與所述空心電導(dǎo)體1相連。除了同步電機(jī)外，本發(fā)明也涵蓋異步電機(jī)，在此，每個電機(jī)類型可以由一個或多個永磁體或電磁體激勵。

圖19示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的電磁機(jī)械20的磁體單元21的透視示意圖。磁體單元21以外空心圓柱體和設(shè)于外空心圓柱體中的內(nèi)空心圓柱體形式構(gòu)成。在外空心圓柱體和內(nèi)空心圓柱體之間設(shè)有間隙用于容納該導(dǎo)體單元22。中性區(qū)30平行于一個轉(zhuǎn)動軸線布置。根據(jù)圖19的磁體單元22呈雙轉(zhuǎn)子狀構(gòu)成并且每個空心圓柱體有十二個磁體。

圖20示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的電磁機(jī)械20的導(dǎo)體單元22的透視示意圖。導(dǎo)體單元22呈空心圓柱體狀構(gòu)成。該空心圓柱體作為空心電導(dǎo)體1的承載體。感應(yīng)有效部段31平行于轉(zhuǎn)動軸線布置，感應(yīng)無效部段32沿其切向布置。感應(yīng)有效部段31與感應(yīng)無效部段32的長度比為8:1。

圖21示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的電磁機(jī)械20的磁體單元21的一部分的透視示意圖。第三實施方式是相對于轉(zhuǎn)動軸線橫截的布置形式。磁體單元21以第一圓盤和布置在第一圓盤旁的第二圓盤形式構(gòu)成，其中第二圓盤在圖21中未被示出。這些圓盤具有相同結(jié)構(gòu)，但以彼此相反的頂面設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸線上，從而第二圓盤的南極S與第一圓盤的北極N相對，反之亦然。在第一圓盤和第二圓盤之間設(shè)有間隙用于容納該導(dǎo)體單元22。中性區(qū)30沿該轉(zhuǎn)動軸線的徑向布置。根據(jù)圖21的磁體單元21呈雙轉(zhuǎn)子狀構(gòu)成并且每個圓盤有十二個磁體。

圖22示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的電磁機(jī)械20的導(dǎo)體單元22的透視示意圖。導(dǎo)體單元22以第一圓盤形式構(gòu)成。該圓盤作為空心電導(dǎo)體1的承載體。感應(yīng)有效部段31沿該轉(zhuǎn)動軸線的徑向布置，感應(yīng)無效部段32沿切向布置。感應(yīng)有效部段31與感應(yīng)無效部段32的長度比為3:1。

圖23示出曲線圖，其示出用于本發(fā)明電磁機(jī)械20的運行的按時間劃分測定的主要參數(shù)。以下參數(shù)是關(guān)于水平時間軸記錄的：在電磁機(jī)械20的空心電導(dǎo)體1內(nèi)的電流密度40；用于泵送冷卻劑經(jīng)過電磁空心導(dǎo)體1的泵28的壓力41；在流過空心電導(dǎo)體1后的出口處的冷卻劑溫度42；以及在空心電導(dǎo)體1表面處的導(dǎo)體溫度43。第一時刻44，電磁機(jī)械20被啟動并且泵28還保持?jǐn)嚅_。在第一時刻44與第二時刻45之間，導(dǎo)體溫度43明顯升高，這是因為流過的電流加熱未被主動冷卻而散熱不夠的空心電導(dǎo)體1。在第二時刻45，電磁機(jī)械20繼續(xù)運行并且泵28被接通。這導(dǎo)致壓力41突增。在第二時刻45與第三時刻46之間，冷卻劑溫度42升高。相反，導(dǎo)體溫度43迅速降低，這是因為現(xiàn)在充分利用冷卻劑進(jìn)行主動散熱。從第三時刻46起，達(dá)到了用于電磁機(jī)械20運行的平衡狀態(tài)，這種平衡狀態(tài)適于長期運行。在平衡狀態(tài)下，關(guān)鍵參數(shù)如下：電流密度40為36A/mm²，冷卻劑溫度42為53℃，并且導(dǎo)體溫度43為36℃。