專利名稱：包含多個(gè)冷卻流的電機(jī)及冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含一定子和一轉(zhuǎn)子的電機(jī)，所述定子具有一疊片鐵芯 (laminated core)，所述疊片鐵芯具有至少一個(gè)徑向通風(fēng)槽，所述轉(zhuǎn)子同樣具有至少一個(gè)徑向通風(fēng)槽。本發(fā)明此外還涉及一種冷卻上述類型的電機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
為了給電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子散熱，通常需要在電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子中都設(shè)置沿徑向分布的冷卻槽。就所謂的永磁體發(fā)電機(jī)而言，如果轉(zhuǎn)子具有大量徑向通風(fēng)槽，就會(huì)加大在轉(zhuǎn)子上的相應(yīng)凹槽內(nèi)安裝永磁體的難度。但為了保證達(dá)到足夠的散熱效果，傳統(tǒng)技術(shù)接受了這種安裝難度。因此，用傳統(tǒng)方式制成的永磁體發(fā)電機(jī)具有相同數(shù)量的徑向定子冷卻空氣槽及徑向轉(zhuǎn)子冷卻空氣槽，以便達(dá)到均勻散熱的目的。在此情況下，轉(zhuǎn)子的冷卻槽起徑向通風(fēng)器作用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是降低電機(jī)特別是裝有永磁激勵(lì)轉(zhuǎn)子的電機(jī)的安裝難度。本發(fā)明的另一目的是提供一種對(duì)易于安裝的電機(jī)進(jìn)行有效散熱的方法。本發(fā)明用以達(dá)成上述目的的解決方案為一種包含一定子和一轉(zhuǎn)子的電機(jī)，所述定子具有一疊片鐵芯，所述疊片鐵芯具有至少一個(gè)徑向冷卻槽，所述轉(zhuǎn)子同樣具有至少一個(gè)徑向冷卻槽，其中，所述定子的疊片鐵芯在其外護(hù)套上具有多個(gè)沿軸向分布的散熱片，所述散熱片可對(duì)一沿軸向分布的第一冷卻流進(jìn)行導(dǎo)引，所述轉(zhuǎn)子具有多個(gè)沿軸向分布的第一冷卻通道，所述第一冷卻通道與所述轉(zhuǎn)子的至少一個(gè)徑向冷卻槽連通，使得一第二冷卻流可以穿過所述轉(zhuǎn)子的軸向第一冷卻通道、所述轉(zhuǎn)子的至少一個(gè)徑向冷卻槽、所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的氣隙、所述定子的至少一個(gè)徑向冷卻槽并在軸向上由所述定子的軸向散熱片進(jìn)行導(dǎo)引。本發(fā)明此外還提供一種對(duì)包含一定子和一轉(zhuǎn)子的電機(jī)進(jìn)行冷卻的方法，其中，用一沿軸向分布的第一冷卻流冷卻所述定子的外護(hù)套上的散熱片，以及用一第二冷卻流冷卻所述轉(zhuǎn)子和所述定子，所述第二冷卻流沿軸向進(jìn)入所述轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子中轉(zhuǎn)向徑向，沿徑向離開所述轉(zhuǎn)子，在所述定子中繼續(xù)沿徑向流動(dòng)以及在所述定子的外護(hù)套上沿軸向繼續(xù)流動(dòng)，其中，每個(gè)冷卻流均可沿相反方向穿過定子和轉(zhuǎn)子。綜上所述，本發(fā)明有利地使兩個(gè)冷卻流共同作用，以達(dá)到對(duì)定子進(jìn)行有效散熱的目的。特定而言，定子不僅從轉(zhuǎn)子獲得預(yù)熱的冷卻介質(zhì)，其軸向散熱片還通過另一冷卻流得到了 “新鮮”冷卻劑的進(jìn)一步冷卻。根據(jù)一種實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)子受永磁體激勵(lì)。因此，大部分損耗通常產(chǎn)生在定子中。本發(fā)明對(duì)定子的高效冷卻因而效果更明顯。所述轉(zhuǎn)子優(yōu)選僅被單獨(dú)一個(gè)徑向冷卻槽貫穿?？傮w而言，本發(fā)明電機(jī)的轉(zhuǎn)子中所設(shè)徑向冷卻槽的數(shù)量可以少于現(xiàn)有技術(shù)，因?yàn)榭梢越柚诟郊拥妮S向冷卻流來實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的散熱。然而，在轉(zhuǎn)子中僅設(shè)單獨(dú)一個(gè)徑向冷卻槽的實(shí)施方式卻特別有利，因?yàn)檫@樣就能將永磁體分別從各端面順利插入轉(zhuǎn)子并予以封裝。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)子的軸向第一冷卻通道位于所述冷卻槽的其中一側(cè)，軸向第二冷卻通道(從中心軸相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子的軸線來看)位于所述第一冷卻通道的徑向下方，且軸向第三冷卻通道處于所述第一冷卻通道的徑向高度上且位于所述冷卻槽的另一側(cè)，由此形成與所述第二冷卻流分離且可穿過所述第二冷卻通道、所述冷卻槽和所述徑向冷卻通道的一第三冷卻流。其中，將冷卻流的中心視為該冷卻流的徑向高度參考點(diǎn) (以轉(zhuǎn)子軸線為基準(zhǔn))。根據(jù)有利實(shí)施方式，通過改變冷卻平面(高度)還可用“新鮮的”即尚未受熱的冷卻劑對(duì)下游的轉(zhuǎn)子部分進(jìn)行散熱。進(jìn)一步可設(shè)置一第四冷卻流，該第四冷卻流在所述第二冷卻流的徑向高度上進(jìn)入所述轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子中轉(zhuǎn)向至低于所述第二冷卻流的徑向高度并在這個(gè)較低的徑向高度上離開所述轉(zhuǎn)子。借此將該已受熱的冷卻劑流導(dǎo)向某一條朝向電機(jī)軸的軸向路徑，在該路徑上這個(gè)冷卻劑流不必再執(zhí)行冷卻任務(wù)。此后，可由所述第三冷卻流在這個(gè)軸向區(qū)域承擔(dān)冷卻任務(wù)。此外，所述轉(zhuǎn)子還可具有一止推墊圈，該止推墊圈具有多個(gè)通向所述第二或第三冷卻通道的開口，這些開口均小于相應(yīng)第二或第三冷卻通道的截面。借助這些開口可以使上述冷卻流的體積流量在比例上彼此相配，而不必縮小轉(zhuǎn)子中各冷卻通道的截面。特定而言，所述定子可具有一疊片鐵芯，可以使每個(gè)單個(gè)疊片均具有相應(yīng)的向外突出的突起部，以此形成所述散熱片。這種具有外部散熱片的定子疊片鐵芯制造起來非常簡(jiǎn)單，因?yàn)樯崞孪纫选皼_壓成型”于該疊片鐵芯上。作為替代方案也可將外部散熱片焊接到定子疊片鐵芯上。但焊接會(huì)產(chǎn)生本可避免的額外工序。


下文將借助附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，附圖為本發(fā)明永磁激勵(lì)發(fā)電機(jī)的局部截面圖。
具體實(shí)施例方式下文中將要詳細(xì)介紹的實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。附圖所示為包含冷卻器2的發(fā)電機(jī)1。冷卻器2具有風(fēng)扇3，以便吸入冷卻空氣并將其吹入換熱器4。該換熱器內(nèi)的空氣經(jīng)排氣管5流到外部。由此形成外冷卻循環(huán)。換熱器4通過外冷卻循環(huán)6對(duì)封閉式內(nèi)冷卻循環(huán)7進(jìn)行冷卻。驅(qū)動(dòng)內(nèi)冷卻循環(huán)7 的是安裝在發(fā)電機(jī)1的機(jī)軸9的B側(cè)的軸風(fēng)扇8。所述內(nèi)冷卻循環(huán)以風(fēng)扇8為起點(diǎn)穿過所述換熱器并在發(fā)電機(jī)A側(cè)(驅(qū)動(dòng)側(cè))進(jìn)入繞組端部區(qū)域。該內(nèi)冷卻循環(huán)繞過繞組端部10和繞組電路31后穿過轉(zhuǎn)子11和定子12，下文將對(duì)此予以詳述。最后，冷卻劑(特別是空氣) 穿過發(fā)電機(jī)B側(cè)(非驅(qū)動(dòng)側(cè))的繞組端部區(qū)域，重新到達(dá)軸風(fēng)扇8或相應(yīng)的獨(dú)立風(fēng)扇。轉(zhuǎn)子11具有端面裝有壓力墊圈或壓力環(huán)14和15的疊片鐵芯13。轉(zhuǎn)子11在軸向上被徑向冷卻槽16分為兩部分。在本實(shí)施例中，這個(gè)冷卻槽16由帶墊圈四的間隔件構(gòu)成。轉(zhuǎn)子11此外還具有多個(gè)沿軸向分布的冷卻通道，這些冷卻通道的軸向中心位于兩個(gè)同軸圓柱體上。下文中將冷卻通道的中心軸與機(jī)軸9的軸線之間的徑向距離稱作該冷卻通道的“徑向高度”。在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子11具有第一冷卻通道和在徑向上位于該第一冷卻通道下方(即徑向高度較小)的第二軸向冷卻通道18。將轉(zhuǎn)子中分的徑向冷卻槽16的右側(cè)設(shè)有徑向高度與第一冷卻通道17相同的第三冷卻通道19。其徑向下方則是徑向高度與第二冷卻通道18相同的第四冷卻通道20。在疊片鐵芯13上的專設(shè)凹槽內(nèi)安裝有多個(gè)沿周邊分布的永磁體21。這些永磁體從兩個(gè)端面插入轉(zhuǎn)子，并在兩個(gè)端面上都得到封裝處理。轉(zhuǎn)子11僅有一個(gè)中央徑向冷卻槽16，因此，磁體的插入和封裝相應(yīng)比較容易。定子12的繞組支架是疊片鐵芯22，大量沿徑向分布的冷卻槽23貫穿該疊片鐵芯。 所述疊片鐵芯22的外護(hù)套上設(shè)有多個(gè)形成于疊片鐵芯22上的沿軸向分布的散熱片24。散熱片M放射狀突出于定子12之外且這些散熱片可以焊接在疊片鐵芯上。作為替代方案， 疊片鐵芯22中的每個(gè)單個(gè)疊片均具有徑向突出的突起部，從而疊裝單個(gè)疊片時(shí)便可形成散熱片對(duì)。據(jù)此，本發(fā)明的內(nèi)冷卻循環(huán)具有至少兩個(gè)不同的冷卻流。第一冷卻流25僅在軸向上沿定子護(hù)套流動(dòng)。這個(gè)冷卻流基本上直接由換熱器4以幾乎不吸熱的方式提供，可以對(duì)定子的軸向散熱片M進(jìn)行有效冷卻。這個(gè)第一冷卻流25還能用來對(duì)B側(cè)端的繞組端部進(jìn)行冷卻。第二冷卻流沈則是由已在A側(cè)的繞組端部區(qū)域?qū)@組端部10和繞組電路31進(jìn)行過冷卻的冷卻劑或冷卻空氣提供。這個(gè)第二冷卻流經(jīng)A側(cè)壓力環(huán)14進(jìn)入轉(zhuǎn)子11的第一冷卻通道17。第二冷卻劑流沈在位于轉(zhuǎn)子中央的徑向冷卻槽16處沿徑向向外轉(zhuǎn)向。所述第二冷卻劑流沿軸向分布在轉(zhuǎn)子11和定子12之間的整個(gè)氣隙27中。由于壓力環(huán)14和 15的直徑略大于包含永磁體21的轉(zhuǎn)子疊片鐵芯的直徑，因此，該冷卻劑流從所述氣隙沿徑向向外穿過定子的冷卻槽23。第二冷卻流或氣流沈在定子外表面與第一氣流25匯合。第二氣流沈通過這種方式對(duì)轉(zhuǎn)子如圖所示的左半部分以及在定子的整個(gè)軸向長(zhǎng)度上對(duì)定子內(nèi)部進(jìn)行冷卻。因此，第二冷卻流沈大體呈Z形分布。亦即，先軸向，再?gòu)较?，最后再軸向。 由此，盡管轉(zhuǎn)子僅具有一個(gè)徑向冷卻槽16而不是多個(gè)這樣的徑向槽，所述第二冷卻流也能與線性的第一冷卻流配合作用，對(duì)定子12進(jìn)行有效散熱。根據(jù)圖中實(shí)施例所示的可選方案，可設(shè)置第三冷卻流觀，該冷卻流經(jīng)在A側(cè)的壓力板14進(jìn)入第二冷卻通道18。轉(zhuǎn)子11的徑向冷卻槽16上設(shè)有間隔件。本實(shí)施例中的間隔件是三個(gè)墊圈四。這些墊圈四采用不同設(shè)計(jì)且在彼此錯(cuò)開的位置上具有空隙30。借此使第三冷卻流28在徑向冷卻槽16處如圖所示向上進(jìn)入位于冷卻槽16右側(cè)且徑向高度大于第二冷卻通道18的第三冷卻通道。最后，第三冷卻流28經(jīng)B側(cè)壓力板15離開第三冷卻通道19。為此，壓力板15上設(shè)有多個(gè)開口，這些開口的尺寸使得第三冷卻流28的阻力不至過低，而且第二冷卻流沈也具有足夠大的體積流量。穿過止推板15上的開口后，第三冷卻流觀與第一及第二冷卻流25 J6在發(fā)電機(jī)1位于軸風(fēng)扇8前方的端面區(qū)域匯合。由此可見，第三冷卻流觀在轉(zhuǎn)子的第一部分(附圖中的左半部分)穿過的是溫度相對(duì)較低的區(qū)域 (接近機(jī)軸的區(qū)域)。在此過程中幾乎不吸收熱量。隨后，所述第三冷卻流在轉(zhuǎn)子的右半部分向上流動(dòng)并對(duì)轉(zhuǎn)子的右半部分實(shí)施有效冷卻。如前所述，轉(zhuǎn)子的左半部分主要由第二冷卻流26冷卻。本發(fā)明的冷卻原理采用兩個(gè)彼此分離的冷卻流，其作用方式可概括為本發(fā)明的電機(jī)及本發(fā)明的冷卻方法設(shè)計(jì)成，電機(jī)(特別是永磁體發(fā)電機(jī))的轉(zhuǎn)子只需配置單獨(dú)一個(gè)中央徑向冷卻槽。而在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，單獨(dú)一個(gè)轉(zhuǎn)子冷卻槽所提供的Z形通風(fēng)不足以排出熱損耗。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)僅采用單獨(dú)一個(gè)中央冷卻槽，便可以簡(jiǎn)單的方式對(duì)轉(zhuǎn)子的永磁體進(jìn)行準(zhǔn)確定位并提供持久的防腐保護(hù)(因?yàn)椴捎昧撕?jiǎn)易型兩端封裝)。為了實(shí)現(xiàn)有效冷卻，定子疊片鐵芯上設(shè)有軸向散熱片以提高散熱能力。用軸風(fēng)扇的強(qiáng)制氣流來再冷卻這些軸向分布的散熱片。轉(zhuǎn)子的磁體、氣隙區(qū)域以及定子的一部分由布置在轉(zhuǎn)子中央的徑向冷卻槽所產(chǎn)生的其他冷卻氣流再冷卻。視需要還可通過軸風(fēng)扇的負(fù)壓和B側(cè)轉(zhuǎn)子壓力墊圈上的開口產(chǎn)生第三冷卻氣流。通過在位于轉(zhuǎn)子疊片鐵芯中央的徑向冷卻槽區(qū)域內(nèi)改變冷卻通道平面， 同樣可為轉(zhuǎn)子的第二部分提供“冷的”冷卻空氣。這一附加冷卻措施用于對(duì)第二轉(zhuǎn)子疊片鐵芯的磁體進(jìn)行冷卻。本發(fā)明冷卻原理的優(yōu)點(diǎn)如下(部分優(yōu)點(diǎn)之前已作過說明)首先是可以降低制造成本，因?yàn)楸景l(fā)明的轉(zhuǎn)子僅需具有兩個(gè)分疊片鐵芯，而非(例如)十個(gè)。其次， 通過用相應(yīng)的灌封材料對(duì)轉(zhuǎn)子端面實(shí)施可靠的封裝處理，為所用永磁體提供了充分的防腐保護(hù)。最后，盡管定子本身所具有的徑向冷卻流動(dòng)性能不足，但其軸向散熱片(肋)結(jié)構(gòu)卻能使其得到有效冷卻。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，包括一定子(12)，所述定子具有一繞組支架(22)，所述繞組支架0 具有至少一個(gè)徑向冷卻槽^3)，和一轉(zhuǎn)子(11)，所述轉(zhuǎn)子同樣具有至少一個(gè)徑向冷卻槽(16)，其特征在于，所述定子(1 的繞組支架0 在其外護(hù)套上具有沿軸向分布的散熱片(M)，所述散熱片04)可對(duì)一沿軸向分布的第一冷卻流0 進(jìn)行導(dǎo)引，以及所述轉(zhuǎn)子(11)具有沿軸向分布的第一冷卻通道(17)，所述第一冷卻通道與所述轉(zhuǎn)子的至少一個(gè)徑向冷卻槽(16)連通，使得一第二冷卻流06)可以穿過所述轉(zhuǎn)子(11)的軸向第一冷卻通道(17)、所述轉(zhuǎn)子(11)的至少一個(gè)徑向冷卻槽(16)、所述轉(zhuǎn)子(11)與所述定子(12)之間的氣隙(27)、所述定子(12)的至少一個(gè)徑向冷卻槽03)并在軸向上由所述定子(12)的軸向散熱片(24)進(jìn)行導(dǎo)引。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子(11)由永磁體激勵(lì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子(11)僅被單獨(dú)一個(gè)徑向冷卻槽 (16)貫穿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子(11)的軸向第一冷卻通道(17)位于所述冷卻槽(16)的其中一側(cè)，軸向第二冷卻通道(18)位于所述第一冷卻通道(17)的徑向下方，軸向第三冷卻通道(19)處于所述第一冷卻通道(17)的徑向高度上且位于所述冷卻槽(6)的另一側(cè)，由此形成與所述第二冷卻流06)分離且可穿過所述第二冷卻通道(18)、 所述冷卻槽(16)和所述第三冷卻通道(19)的一第三冷卻流08)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子(11)具有一壓力環(huán)(15)，所述壓力環(huán)具有多個(gè)通向所述第二或第三冷卻通道(18，19)的開口，所述開口均小于相應(yīng)的所述第二或第三冷卻通道的橫截面。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中，所述繞組支架0 具有一疊片鐵芯，且每個(gè)單個(gè)疊片均具有相應(yīng)的向外突出的突起部，由此形成所述散熱片04)。
7.—種冷卻一電機(jī)的方法，所述電機(jī)包括一定子(1 和一轉(zhuǎn)子(11)，其特征在于，用一沿軸向分布的第一冷卻流0 冷卻所述定子(1 的外護(hù)套上的多個(gè)散熱片 (24)，以及用一第二冷卻流06)冷卻所述轉(zhuǎn)子(11)和所述定子(12)，所述第二冷卻流沿軸向進(jìn)入所述轉(zhuǎn)子(11)，在所述轉(zhuǎn)子(11)中轉(zhuǎn)向徑向，沿徑向離開所述轉(zhuǎn)子(11)，在所述定子 (12)中繼續(xù)沿徑向流動(dòng)以及在所述定子(1 的外護(hù)套上沿軸向繼續(xù)流動(dòng)，其中，每個(gè)所述冷卻流(沈，28)均可沿相反方向穿過所述定子(1 和所述轉(zhuǎn)子(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，用一第三冷卻流08)冷卻所述轉(zhuǎn)子(11)，所述第三冷卻流在所述第二冷卻流06)的徑向下方進(jìn)入所述轉(zhuǎn)子(11)，在所述轉(zhuǎn)子(11)內(nèi)部到達(dá)所述第二冷卻流的徑向高度，并以與所述第二冷卻流06)分離的方式在所述第二冷卻流的徑向高度上離開所述轉(zhuǎn)子(11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，一第四冷卻流0 在所述第二冷卻流06) 的徑向高度上進(jìn)入所述轉(zhuǎn)子(11)，在所述轉(zhuǎn)子(11)中轉(zhuǎn)向至一低于所述第二冷卻流的徑向高度并在所述這個(gè)較低的徑向高度上離開所述轉(zhuǎn)子(11)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是簡(jiǎn)化電機(jī)、特別是永磁體發(fā)電機(jī)的安裝而不影響冷卻質(zhì)量。為此，本發(fā)明提出一種包括一定子(12)和一轉(zhuǎn)子(11)的電機(jī)，所述定子具有一繞組支架(22)，所述繞組支架具有至少一個(gè)徑向冷卻槽(23)，所述轉(zhuǎn)子同樣具有至少一個(gè)徑向冷卻槽(16)。所述定子(12)的繞組支架(22)在其外護(hù)套上具有多個(gè)沿軸向分布的散熱片(24)，所述散熱片可對(duì)一沿軸向分布的第一冷卻流(25)進(jìn)行導(dǎo)引。此外，所述轉(zhuǎn)子(11)具有多個(gè)沿軸向分布的第一冷卻通道(17)，所述第一冷卻通道與所述轉(zhuǎn)子的至少一個(gè)徑向冷卻槽(16)連通，使得一第二冷卻流(26)可以穿過所述轉(zhuǎn)子(11)的軸向第一冷卻通道(17)、所述轉(zhuǎn)子(11)的至少一個(gè)徑向冷卻槽(16)、所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的氣隙(27)、所述至少一個(gè)徑向冷卻槽(23)并在軸向上由所述定子的軸向散熱片(24)進(jìn)行導(dǎo)引。這樣就能用兩個(gè)不同的冷卻流冷卻所述定子并能減少所述轉(zhuǎn)子(11)中徑向冷卻槽的數(shù)量，特定而言減少至一個(gè)，這就大大簡(jiǎn)化了制造過程。
文檔編號(hào)H02K9/18GK102265487SQ200980152268
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者丹尼爾·弗里德爾, 于爾根·德拉貝, 奧利弗·梅明杰丹, 弗里德里克·舍貝爾, 約翰·施特格納, 羅伯特·丹納, 諾貝特·舍恩鮑爾, 阿納托利·福格爾 申請(qǐng)人:西門子公司