用于轉(zhuǎn)子電機(jī)的冷卻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例一般地涉及用于轉(zhuǎn)子電機(jī)的冷卻系統(tǒng)。更特別地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于轉(zhuǎn)子電機(jī)的對稱冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]包括例如電馬達(dá)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電機(jī)產(chǎn)生熱量，這常常與在轉(zhuǎn)子電機(jī)中的電和機(jī)械損失有關(guān)。特定轉(zhuǎn)子電機(jī)產(chǎn)生的熱量的量可以取決于各種不同的因素，包括例如轉(zhuǎn)子電機(jī)的負(fù)荷的容量和轉(zhuǎn)子電機(jī)的啟動和制動頻率，以及其它因素。
[0003]轉(zhuǎn)子電機(jī)的冷卻一般是必要的，以至于至少試圖避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電機(jī)的各種熱誘導(dǎo)的問題，包括例如短路、繞組燒壞和失靈，以及其它熱相關(guān)的可能阻礙運(yùn)行和/或縮短使用壽命的問題。轉(zhuǎn)子電機(jī)的冷卻一般包括將轉(zhuǎn)子電機(jī)產(chǎn)生的熱量傳遞到諸如空氣的冷卻介質(zhì)中。這種熱傳遞通?？梢允褂貌粚ΨQ類型的冷卻系統(tǒng)，其中風(fēng)扇引入冷卻空氣流大致貫穿轉(zhuǎn)子電機(jī)的內(nèi)部區(qū)域的整個(gè)長度或者貫穿內(nèi)部區(qū)域中定子的整個(gè)長度。然而，這種不對稱類型的冷卻系統(tǒng)趨于在轉(zhuǎn)子電機(jī)的端之間具有顯著的溫差。更特別地，隨著進(jìn)入轉(zhuǎn)子電機(jī)的第一端的冷卻介質(zhì)沿著轉(zhuǎn)子電機(jī)的長度流動并且以熱的形式積蓄損失的能量，冷卻介質(zhì)的溫度升高。由此，到達(dá)轉(zhuǎn)子電機(jī)的第二端的冷卻介質(zhì)的溫度通常顯著高于在第一端的冷卻介質(zhì)的溫度。結(jié)果，在第二端處被加熱的冷卻介質(zhì)移除熱量的能力經(jīng)常就下降了，這可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電機(jī)的第一和第二端之間有相對顯著的溫度梯度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一方面在于用于具有定子和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子電機(jī)的對稱冷卻系統(tǒng)。對稱冷卻系統(tǒng)包括位于定子的中部的通道，其被構(gòu)造成為冷卻介質(zhì)流到定子的一部分中提供路徑。對稱冷卻系統(tǒng)還包括定位在定子內(nèi)的第一和第二組定子管道。第一和第二組定子管道與通道流體連通，并且適于使冷卻介質(zhì)流動進(jìn)過定子的至少一部分。另外，第一和第二組定子管道分別從通道向相反的第一和第二方向延伸。對稱冷卻系統(tǒng)還包括位于電子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙。另外，氣隙可被構(gòu)造為在氣隙的中部接收來自通道的冷卻介質(zhì)，并且用于使冷卻介質(zhì)流到定子相對的第一和第二端。
[0005]本發(fā)明的另一方面在于用于具有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子電機(jī)的對稱冷卻系統(tǒng)。對稱冷卻系統(tǒng)包括具有第一定子磁軛部分、第二定子磁軛部分和多個(gè)定子繞組的定子。第一定子磁軛部分具有近似等于第二定子磁軛部分的軸向長度的軸向長度。對稱冷卻系統(tǒng)還可包括位于第一和第二定子磁軛部分之間的通道，其適于為冷卻介質(zhì)的流動提供路徑。另外，對稱冷卻系統(tǒng)還可包括位于第一和第二定子磁軛部分內(nèi)且與通道流體連通的多個(gè)定子管道。多個(gè)定子管道適于使冷卻介質(zhì)沿第一和第二定子磁軛部分的軸向長度流動。
[0006]另外，本發(fā)明的再一方面在于轉(zhuǎn)子電機(jī)的定子。定子包括具有第一組定子管道的第一定子磁軛部分。第一組定子管道被構(gòu)造為在第一定子磁軛部分內(nèi)從第一定子磁軛部分的第一端到第一定子磁軛部分的第二端輸送冷卻介質(zhì)。定子還包括具有第二組定子管道的第二定子磁軛部分。第二組定子管道被構(gòu)造為在第二定子磁軛部分內(nèi)從第二定子磁軛部分的第一端到第二定子磁軛部分的第二端輸送冷卻介質(zhì)。另外，定子包括可操作地連接到第一和第二定子磁軛部分的多個(gè)定子繞組以及至少位于第一定子磁軛部分和第二定子磁軛部分之間的通道。通道被構(gòu)造為將冷卻介質(zhì)輸送到第一和第二組定子管道。
[0007]在考慮詳細(xì)說明和附圖之后，本發(fā)明的其它方面將變得更加清楚。
【附圖說明】
[0008]圖1圖不了具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的對稱冷卻系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子電機(jī)的不意圖。
[0009]圖2和3圖示了根據(jù)圖示的本發(fā)明的實(shí)施例的具有對稱冷卻系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子電機(jī)的部分側(cè)面剖面透視圖。
[0010]圖4A-D圖示了圖3中A段的放大剖面圖，其中圖示的端板具有帶有不同構(gòu)造和/或方位的出口。
[0011]在結(jié)合附圖閱讀的同時(shí)，上文的總結(jié)以及下文對本發(fā)明某些實(shí)施例的詳細(xì)說明將更好理解。為了圖示本發(fā)明的目的，附圖中顯示了某些實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明將不局限于附圖中所示的布置和手段。
【具體實(shí)施方式】
[0012 ]圖1圖示了具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的對稱冷卻系統(tǒng)11的轉(zhuǎn)子電機(jī)1的示意圖。轉(zhuǎn)子電機(jī)10可以是多種不同類型的電馬達(dá)和發(fā)電機(jī)，包括但不限于感應(yīng)式馬達(dá)。進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)子電機(jī)10可具有多個(gè)運(yùn)行參數(shù)和特性。例如，根據(jù)某些實(shí)施例，轉(zhuǎn)子電機(jī)10可以是高速感應(yīng)式馬達(dá)，其可以在多個(gè)不同速度下運(yùn)行，包括例如超過7200轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)、15000轉(zhuǎn)每分鐘或30000轉(zhuǎn)每分鐘的速度。進(jìn)一步地，例如，根據(jù)某些實(shí)施例，轉(zhuǎn)子電機(jī)10可以是相對低壓的感應(yīng)式馬達(dá)，例如可被纏繞為電壓在約400伏特至690伏特(或其它伏特)的感應(yīng)式馬達(dá)。
[0013]轉(zhuǎn)子電機(jī)10包括大致限定轉(zhuǎn)子電機(jī)10的內(nèi)部區(qū)域14的殼體12。內(nèi)部區(qū)域14可具有各種不同形狀和構(gòu)造，包括例如大致為柱形。另外，內(nèi)部區(qū)域14被構(gòu)造為容納轉(zhuǎn)子電機(jī)10的各種部件。例如，根據(jù)某些實(shí)施例，內(nèi)部區(qū)域14被構(gòu)造為容納可旋轉(zhuǎn)軸16的至少一部分，可旋轉(zhuǎn)軸16可操作地安裝到轉(zhuǎn)子18。圖示的轉(zhuǎn)子電機(jī)10還包括定子20，定子20通過氣隙22與轉(zhuǎn)子18分離。
[0014]在圖示的實(shí)施例中，被支撐或以其他方式固定在殼體12的內(nèi)部區(qū)域14中的定子20可包括定子磁軛24和多個(gè)定子繞組26，定子繞組26在定子20相對的第一和第二端28、30之間延伸。定子20的第一和第二端28、30可向內(nèi)地與殼體12的相對側(cè)32a、32b間隔開。定子繞組26的至少一部分在轉(zhuǎn)子電機(jī)10運(yùn)行期間可產(chǎn)生熱量。
[0015]定子磁軛24可具有多種不同的形狀和構(gòu)造。例如，根據(jù)某些實(shí)施例，定子磁軛24可具有大致管狀的構(gòu)造，其大致限定容納至少一部分定子20的腔35。另外，根據(jù)某些實(shí)施例，定子繞組26可至少部分地設(shè)置為圍繞或靠近定子磁軛24，例如，設(shè)置為圍繞定子磁軛24的內(nèi)表面22。進(jìn)一步地，定子磁軛24可由各種不同材料構(gòu)成，包括例如由一片或多片或者一層或多層的電磁鋼板構(gòu)成的材料。進(jìn)一步地，根據(jù)某些實(shí)施例，定子磁軛24可以可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)磁體。
[0016]任選地，根據(jù)某些實(shí)施例，定子磁軛24相對端34a、34b可以可操作地連接到端板36a、36b。根據(jù)某些實(shí)施例，端板36a、36b為定子磁軛24提供支撐。進(jìn)一步地，根據(jù)某些實(shí)施例，端板36a、36b被用于確保定子磁軛24至少達(dá)到特定尺寸和/或大小。在圖示的實(shí)施例中，端板36a、36b可具有相對環(huán)形的形狀且由非磁性材料構(gòu)成，以使鐵的損失最小化。
[0017]對稱冷卻系統(tǒng)11可包括通道40，通道40被構(gòu)造為為諸如空氣的冷卻介質(zhì)從殼體12的外部區(qū)域到殼體12的內(nèi)部區(qū)域14的至少一部分的流動提供通道。根據(jù)圖示的實(shí)施例，通道40包括殼體12內(nèi)的入口 38和定子20中的一個(gè)或多個(gè)通道部分40a、40b。進(jìn)一步地，在圖示的實(shí)施例中，通道40大致繞大致垂直于定子20的中心軸線42的通道軸線P1定位。然而，通道40可具有多種不同的構(gòu)造和方位。另外，根據(jù)圖示的實(shí)施例，通道40與定子20和轉(zhuǎn)子18之間的氣隙22流體連通。進(jìn)一步地，任選地，對稱冷卻系統(tǒng)11可包括便于冷卻介質(zhì)流入和流經(jīng)對稱冷卻系統(tǒng)11(例如進(jìn)入和/或經(jīng)過至少通道40和定子20)的冷卻風(fēng)扇。
[0018]根據(jù)某些實(shí)施例，通道40可位于沿定子20的軸向長度的近似中心或中點(diǎn)的位置，軸向長度的方向大致平行于定子20的中心軸線42(在圖1中標(biāo)示為“L”方向)。更特別地，參考圖1-3中的剖面圖，通道40可定位為便于定子20的在通道40的相鄰部分的相對側(cè)上的部分近似是對稱的并且/或者具有大約相等的軸向長度。
[0019]通道40可設(shè)置成多種不同的方式。例如，根據(jù)某些實(shí)施例，定子磁軛24可包括兩個(gè)或更多個(gè)分離的定子磁軛部分24a、24b，每個(gè)分離的定子磁軛部分24a、24b與另一相鄰的定子磁軛部分24a、24b用定子間隙25分隔開。相鄰定子磁軛部分24a、24b之間的定子間隙25可提供通道40的至少一部分?？商鎿Q地，根據(jù)某些實(shí)施例，通道40的至少一部分可以是形成或者以其它方式機(jī)械加工到定子20中(更具體地，到定子磁軛24和定子繞組26中)的一個(gè)或多個(gè)孔、槽、溝或其它開口。
[0020]例如，圖1和2圖示某些實(shí)施例，其中通道40具有沿分離的定子磁軛部分24a、24b之間的定子間隙25的第一通道部分40a和延伸經(jīng)過定子繞組26到達(dá)轉(zhuǎn)子18和定子20之間的氣隙22的第二通道部分40b。在圖1和2中顯示的實(shí)施例中，定子20的構(gòu)造允許通道40從第一通道部分40a過渡到大致位于定子繞組26的第二通道部分40b，第二通道部分40b大致結(jié)束于氣隙22。然而，根據(jù)某些實(shí)施例，第一和第二通道部分40a、40b可以分段或者不連續(xù)。例如，圖3圖示的定子20’具有這樣的構(gòu)造，其中兩個(gè)定子磁軛部分24a’，24b’之間的第一通道部分40a’沿著第二通道部分40b的相對側(cè)延伸。更特別地，在圖3中顯示的定子20’的實(shí)施例中，冷卻介質(zhì)可被相鄰定子磁軛部分24a’，24b’之間的第一通道部分40a’的上游段輸送到沿定子繞組26’輸送到的第二通道部分40b’，并且隨后在冷卻介質(zhì)被輸送到氣隙22之前從第二通道部分40b’輸送到相鄰的定子磁軛部分24a’，24b’的另一部分之間的第一通道部分40a’的下游段。
[0021]對稱冷卻系統(tǒng)11還包括位于定子20內(nèi)且與通道40流體連通的多個(gè)定子管道46，其被構(gòu)造為提供冷卻介質(zhì)可流動經(jīng)過的冷卻通路。定子管道46可具有多種形狀、構(gòu)造和方位。另外，根據(jù)某些實(shí)施例，定子管道46的尺寸可確定為便于流動經(jīng)過定子管道46的冷卻介質(zhì)的流率和流量冷卻定子20，并在離開定子20后也能夠冷卻或以其他方式降低定子繞組26的至少端部27a、27b的溫度。例如，根據(jù)圖示的實(shí)施例，定子管道46是在每個(gè)定子磁軛部分24a、24b中的多個(gè)柱形通道，其大致平行于定子20的中心軸線42且從各個(gè)定子磁軛部分24a、24b的第一端29a延伸到第二端29b。進(jìn)一步地，經(jīng)過定子磁軛部分24a、24b中每一者的定子管道46的軸向長度(例如大致平行于定子20的中心軸線42的方向的軸向長度)對于每個(gè)定子磁軛部分24a、24b是近似相同的。
[0022]另外，如圖2中所示，根據(jù)某些實(shí)施例，至少一些定子管道46可布置成一個(gè)或多個(gè)管道組47a、47b，例如，大致以第一式樣布置的第一管道組47a和大致以第二式樣布置的第二管道組47b。在圖示的實(shí)施例中，第一和第二式樣為大致圓形式樣，其中第二式樣的直徑大于第一式樣的直徑。進(jìn)一步地，如圖2中所示地，第一管道組47a的定子管道46相對于第二管道組47b的定