CN103187829A - 永磁电机的冷却 - Google Patents

Abstract

本发明涉及永磁电机的冷却。一种永磁电机包括转子，其包括多个永磁体；以及定子，其与转子磁连通且定位以在转子和定子之间限定径向气隙。壳体被构形以将转子和定子对外部环境密封。泵送元件被构形以促使气流经过电机的转子的多个永磁体以从其带走热能，以及多个冷却通道其设置在电机的壳体中且被构形以将热能自电机的定子传递至流过多个冷却通道的流体冷却剂。换热器与多个冷却通道热连通定位以将热能自气流传递至流体冷却剂。

Description

永磁电机的冷却

技术领域

这里公开的主题涉及电机。更具体地，本公开涉及永磁电机的冷却。

技术背景

永磁电机，如发动机和发电机，已经使用了很多年。永磁电机因其效率性、简单性、坚固性以及对电机的转子与定子之间的大径向气隙的容忍度而优于其它类型。然而，永磁电机要求对永磁体进行冷却以防止永磁体的退磁。对于一些磁材料来说这通常在永磁体超过约摄氏200度的温度时开始发生；而其它磁材料则在较低的温度开始退磁。一旦发生退磁，电机则不再能满足特定的性能目标。

通常采用几种方法来防止退磁。第一，可以将电机设计具有足够的超额能力以减少磁体热负载。然而，这导致电机体积过大。其它电机利用风扇以向永磁体表面引入相对凉爽的空气。然而，这种冷却方法在电机需要对外部环境密封时不能使用。第三种方法是使电机的转子腔充满冷却剂。这对必须对外部环境密封的电机是有用的，但由于冷却剂的存在而产生的转子风阻损失会极大地影响电机的效率。第四种方法利用主动系统，其中冷却剂被直接喷射到磁体之上或经过转子组件循环。这一方法通常需要润滑系统和清除系统，特别是当电机不能重力排水时。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种用于密封的永磁电机的冷却系统包括风扇元件，其被构形以促使气流经过电机的转子的多个永磁体以从其带走热能。多个冷却通道设置在电机的壳体中且被构形以将热能从电机的定子传递到通过多个冷却通道的液体冷却剂流。换热器定位成与多个冷却通道热连通以将热能自气流传递至液体冷却剂。

根据本发明的另一方面，一种永磁电机包括转子，其包括多个永磁体；以及定子，其与转子磁连通且定位以在转子和定子之间限定径向气隙。壳体被构形以将转子和定子对外部环境密封。风扇元件被构形以促使气流经过多个永磁体以从其带走热能，以及多个冷却通道设置在电机的壳体中且被构形以将热能自定子传递至通过多个冷却通道的液体冷却剂流。换热器定位成与多个冷却通道热连通以将热能自气流传递至液体冷却剂。

根据本发明的又一方面，一种冷却密封的永磁电机的方法包括使液体冷却剂流经过电机壳体内的多个冷却通道。热能自所述电机的定子向流经多个冷却通道的液体冷却剂传递。空气在壳体内循环经过电机的转子的多个永磁体，且热能自多个永磁体向空气传递。继而空气的热能自空气向液体冷却剂传递。

这些和其它优点和特征将通过结合附图的说明变得更清楚。

附图说明

视为本发明的主题在说明书结尾的权利要求中具体地指出并明确地要求保护。本发明的前述和其它特性以及优点将通过以下结合附图的详细说明变得清楚，其中：

图1是永磁电机实施例的剖面图；

图2是永磁电机实施例的分解图；以及

图3是永磁电机实施例的又一剖面图。

详细的说明将参考附图通过实例对本发明的实施例及优点和特征进行解释。

具体实施方式

图1中所示的是永磁电机10的剖面图。电机10包括可旋转地设置在电机轴线14上的转子组件12。转子12包括多个永磁体16。定子18径向设置在转子12的外侧，在定子18和转子12之间限定气隙20。定子18包括定子铁芯22和多个定子绕阻24，定子绕阻经过定子铁芯延伸，其与永磁体16磁互动。转子12和定子18设置在壳体26内部，壳体将电机10对外部环境密封。

图2中所示为电机10的分解图。壳体26包括外壳体28和设置在外壳体28与定子18之间的内壳体30。多个冷却通道32在壳体26中设置在定子18和壳体26的外径34之间。如图2中所示，在一些实施例中，多个冷却通道32围绕电机10周向延伸。然而，应该理解的是冷却通道32的其它设置形式，如迷宫式或轴向延伸的冷却通道32预期落入本公开的保护范围内。一个或多个冷却剂入口36以及一个或多个冷却剂出口38设置在壳体26中，并且连接至多个冷却通道32，以向多个冷却通道32输入或自多个冷却通道32输出冷却剂。冷却剂是例如水、水和乙二醇的混合物、或水和丙二醇的混合物。冷却剂自冷却剂源（未示出）经由一个或多个冷却剂入口36输入多个冷却通道32。随着冷却剂流经多个冷却通道32，如图3中所示，热能自定子18传递至冷却剂。冷却剂流经多个冷却通道32而不进入转子12。冷却剂经由一个或多个冷却剂出口38排出壳体26，并且热能散至电机10之外。

仍然参见图3，电机10还包括空气冷却回路。泵送元件，如离心鼓风机40，设置在转子12处。虽然电机10对外部环境密封，壳体26内存在一定的空气容积。当被转子12驱动时，离心鼓风机40向过壳体26中的空气容积增加压力，迫使空气越过永磁体16并经过气隙20以建立闭环气流。应该理解的是，虽然图3实施例包括离心鼓风机40，其它实施例可以包括其它风扇元件以向空气容积增加压力。例如，一些实施例可以包括与转子12一体或与之附接的风扇特征。经过永磁体16的气流自永磁体16向空气传递热能。气流流经气隙20并进入位于多个冷却通道32径向外侧而与壳体26一体的换热器42。虽然图3的实施例包括与壳体26一体的换热器42，应该理解的是其它实施例可以包括其它换热器42构形和/或设置。例如，换热器42可以固定在壳体26外部，或在另外的位置，而冷却通道26延伸至换热器42。在换热器42处，空气中的热能传递进入换热器42，继而进入流经冷却通道32的冷却剂。冷却剂自电机带走热能，如前面所述。离心鼓风机40保持经过电机的气流，以便当换热器中的热被带走时，空气经气隙20并经永磁体16循环回至转子12，以从那里吸收更多的热。

尽管仅仅结合有限的实施例对本发明进行了详细描述，但是容易理解的是，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，可修改本发明，以结合此前未说明但与本发明的精神和范围相称的许多变体、改变、替换或等同布置。另外，尽管已经说明了本发明的各种实施例，但是应当理解的是，本发明的方面可能只包括所说明的一些实施例。因此，本发明不应由前述说明书所限制。

Claims (20)

1.一种用于密封的永磁电机的冷却系统，包括：

泵送元件，其被构形以促使气流经过所述电机的转子的多个永磁体以从其带走热能；

多个冷却通道，其设置在所述电机的壳体中且被构形以将热能自所述电机的定子传递至通过所述多个冷却通道的流体冷却剂流；以及

换热器，其与所述多个冷却通道热连通以将热能自所述气流传递至所述流体冷却剂。

2.权利要求1所述的系统，其中所述流体冷却剂是水、或水/乙二醇、或水/丙二醇中的一种或多种。

3.权利要求1所述的系统，其中所述流体冷却剂经由一个或多个冷却剂入口引入所述壳体。

4.权利要求1所述的系统，其中所述流体冷却剂经由一个或多个冷却剂出口排出所述壳体。

5.权利要求1所述的系统，其中所述多个冷却通道围绕所述定子大致周向延伸。

6.权利要求1所述的系统，其中所述流体冷却剂流经所述电机，但不流经所述转子。

7.权利要求1所述的系统，其中所述泵送元件是离心鼓风机。

8.权利要求1所述的系统，其中所述换热器与所述壳体是一体的。

9.一种永磁电机，包括：

转子，其包括多个永磁体；

定子，其与所述转子磁连通且定位以在所述转子和定子之间限定径向气隙；

壳体，其被构形以将所述转子和定子对外部环境密封；

泵送元件，其被构形以促使气流经过所述多个永磁体以从其带走热能；

多个冷却通道，其设置在所述壳体中且被构形以将热能自所述电机的定子传递至通过所述多个冷却通道的流体冷却剂流；以及

换热器，其与所述多个冷却通道热连通以将热能从所述气流传递到所述流体冷却剂。

10.权利要求9所述的电机，其中所述流体冷却剂是水、或水/乙二醇、或水/丙二醇中的一种或多种。

11.权利要求9所述的电机，其中所述流体冷却剂经由一个或多个冷却剂入口引入所述壳体。

12.权利要求9所述的电机，其中所述流体冷却剂经由一个或多个冷却剂出口排出所述壳体。

13.权利要求9所述的电机，其中所述多个冷却通道围绕所述定子大致周向延伸。

14.权利要求9所述的电机，其中所述流体冷却剂流经所述电机，但不流经所述转子。

15.权利要求9所述的电机，其中所述换热器与所述壳体是一体的。

16.一种冷却密封的永磁电机的方法，包括：

使流体冷却剂流动通过所述电机壳体内的多个冷却通道；

自所述电机的定子向流经所述多个冷却通道的流体冷却剂传递热能；

促使所述壳体内的空气经过所述电机的转子的多个永磁体循环；

自所述多个永磁体向所述空气传递热能；以及

自所述空气向所述流体冷却剂传递热能。

17.权利要求16所述的方法，包括自所述空气经由设置在所述壳体中的换热器向所述流体冷却剂传递热能。

18.权利要求16所述的方法，包括使所述流体冷却剂流经一个或多个流体出口，从而从所述电机带走热能。

19.权利要求16所述的方法，包括促使空气经由与所述转子可操作连通的泵送元件循环。

20.权利要求16所述的方法，包括经由一个或多个入口将所述流体冷却剂引入所述壳体。

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