CN111247724A - 具有包括部分细分通道的冷却装置的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括转子(7)、定子(6)和冷却装置的电机(1)。冷却装置包括允许传热流体循环的通道(8)。通道包括大致周向区域，其中通道(8)细分为若干通路(13)。通道还包括大致螺旋区域(12)，其中通道(8)未被细分。

Description

具有包括部分细分通道的冷却装置的电机

技术领域

本发明涉及旋转电机的领域，具体是旋转电机冷却。

本发明更具体地涉及对封闭式同步磁阻旋转电机的冷却。

背景技术

旋转电机通常包括相对于彼此同轴设置的固定部分、即定子和旋转地可动的部分、即转子。转子通常被容纳在定子内，定子承载电绕组，产生旋转的磁场，允许转子被驱动旋转。转子通常包括由成扎的层叠物组成并设置在旋转轴上的本体。这些层叠物包括用于永磁体的壳体或在转子周界上形成磁极的绕组。磁体可以露出转子的表面，或者它们可以完全集成在转子内。在同步磁阻旋转电机的情况下，转子可包括被容纳在由所述转子承载的磁通屏障内的永磁体，这些磁通屏障通常是空隙空间。它们也被称为永磁辅助同步磁阻电机。

电机由于电磁(铁损)和机械传导损失(焦耳效应)而过热。这种过热损害了其正常运行并导致性能下降。电机中的主要热源是定子侧上的绕组、特别是绕组端部，以及转子侧上的磁体和轴。通常，如果转子的磁体没有被冷却，则磁通量不那么强，这会导致扭矩损失并因此导致电机性能下降。可能会发生磁体的不可逆的退磁。定子绕组也对温度升高敏感：绕组温度越高，铜的导电率越低，并且绕组的寿命越短。随着铜的电阻增加，也会发生效率损失。因此，旋转电机的各种电磁部件以及各电机零件中使用的一些绝缘材料对操作期间产生的过热是敏感的，并且为了耗散所产生的热量，对其进行冷却是必要的，以便维持良好的机器效率、提供了性能可重复性、延长使用寿命并限制其维护。

因此，寻求高效的冷却是旋转电机制造商和集成商的主要关注点。

存在通常适合于机器的功率的各种类型的冷却系统，其中空气冷却系统是通常经济的选择，然而由于其效率降低，通常限于对低功率电机的冷却(例如在牵引应用场合中具有小于20kW的功率的电动机)和/或开放(非密封)机器，当发生显著损失时，例如在牵引电动机的情况下特别会使用例如使用水的液体冷却系统或是使用油冷却系统。使用液氮或氦的其它冷却系统可用于发电厂中的电机。

图1示出了根据现有技术的用于冷却电机的定子的水冷却系统。电机1包括电机2的有效部分(定子6和转子7)和包括冷却系统。冷却系统包括冷却剂(在此是水)循环通过的通道8、用于冷却系统的外部壳体3、冷却剂入口4和冷却剂出口5。冷却剂循环通道8包括图2中所示的盘管9。盘管9包括并置的、具有恒定流动面积的多个螺线。对于该盘管9，冷却剂入口4和冷却剂出口5不设置在盘管9的端部处。这导致区域10中有很少或没有冷却剂循环，这引起了区域10中的低冷却系统效率(区域10中的热交换很少)。

本发明的一般目的是提供封闭旋转电机的有效冷却，特别是同步磁阻旋转电机，也称为“同步-磁阻、封闭式旋转电机(synchro-reluctant,enclosed rotary electricmachine)”，从而保证电机期望的性能和效率，特别是在同步磁阻封闭式旋转电机的情况下，并且特别是当电机具有根据EN 60,529标准的高IP保护代码、通常是IP67保护代码时。

特别地，本发明的目的是改进对电机的冷却、更具体地是改进对定子的外部部分的冷却。本发明因此涉及一种包括转子、定子和冷却装置的旋转电机。冷却装置包括用于传热流体的循环通道。该通道包括大致周向区域，在所述区域中通道细分为若干通路。通道还包括通道在其中未被细分的大致螺旋区域。通道的细分允许增大交换表面(因此提高了冷却系统的效率)以及局部地增大了流体速度，因此提高了对流系数。没有细分的螺旋区域允许限制压降。因此，可以保持电机的良好的效率。

发明内容

本发明涉及一种旋转电机，包括设置在壳体中的定子、设置在所述定子内的转子和用于冷却所述定子的外部部分的装置，所述冷却装置基本上是柱形的，并且所述冷却装置包括围绕所述定子设置的用于传热流体的循环通道。所述传热流体的所述循环通道包括至少一个大致周向区域和至少一个大致螺旋区域，在所述大致周向区域所述通道被细分成若干通路，在所述大致螺旋区域所述传热流体循环通道未被细分。

根据本发明的一实施例，所述冷却装置包括用于所述传热流体的入口和出口，所述入口和出口连接到所述传热流体循环通道，所述入口和所述出口设置在所述传热流体循环通道的端部处。

根据一种实施方式，所述冷却装置包括用于所述传热流体的入口和出口，所述入口和出口连接到所述通道，所述入口和所述出口设置在由所述冷却装置形成的所述圆柱的母线上。

有利地，所述至少一个大致螺旋区域与所述传热流体的所述入口和所述出口对准。

优选地，在所述周向区域中，所述通道细分成两个通路。

根据一个方面，周向区域的所述通道具有大致相同的截面，并且它们基本上彼此平行。

根据一个特征，所述通道和所述通路由设置在所述冷却装置的内部壳体上的肋界定。

有利地，所述冷却装置包括具有平滑的管状形状的外部壳体。

根据一实施例选项，所述通道包括在两个至六个之间的周向区域，优选地包括三个或四个周向区域。

根据一实施例，所述冷却装置的长度基本上等于所述定子的本体的轴向长度。

根据一实施方式，所述传热流体包括水。

优选地，所述电机是同步磁阻型。

附图说明

根据本发明的电机的其它特征和优点将从参照附图、阅读以非限制性示例的方式给出的对实施例的以下描述中变得明了，附图中：

-图1已经描述，其示出了配备有根据现有技术的冷却系统的电机，

-图2已经描述，其示出了根据现有技术的电机的冷却系统的盘管，

-图3示出配备有根据本发明实施例冷却系统的电机，

-图4示出配备有根据本发明实施例冷却系统的电机的剖视图，以及

-图5示出根据本发明实施例的冷却装置的外部壳体。

具体实施方式

本发明涉及旋转电机、优选地为同步磁阻电机。所述电机包括：

-设置在壳体中的定子，定子可包括支承诸如绕组的磁通量发生器的定子本体，

-设置在定子内的转子，优选地，转子与定子同轴设置，转子包括诸如磁体的磁通量发生器，

-用于冷却定子的外部部分的冷却装置，冷却装置围绕定子布置，冷却装置包括用于传热流体、特别是传热液体、例如水的循环通道，用以冷却定子。

通常，定子(绕组)和转子(磁体)的磁通量发生器允许产生磁场，该磁场使得能够与由磁体和/或转子的绕组产生的磁场结合以驱动转子旋转。

根据一示例实施例，定子的本体和转子的本体可由成扎的层叠物构成。

根据本发明，冷却装置的通道包括至少一个大致周向区域，其中所述通道细分为若干通路。周向区域可理解为传热流体在冷却装置的大致周向方向上循环的区域。因此，在该区域中，热交换表面借助细分增加，这使得冷却装置效率提高。此外，在该区域中，仍然借助通道细分，传热流体的速度增加，这提高了热交换的对流系数。

此外，冷却装置的通道包括至少一个大致螺旋形的区域，其中所述通道未被细分。螺旋区域可理解为传热流体在其中沿大致螺旋形方向，即相对于周向方向倾斜的方向循环的区域。这些没有细分的螺旋区域允许压降被限制在流体循环相对于周向方向转向的位置中。

因此，由于根据本发明的有效冷却装置，可保持电机的良好的效率。

有利地，通道包括构成通道的周向区域和螺旋区域的交替；螺旋区域连接周向区域。因此，传热流体连续地循环通过沿周向方向的具有小截面的通路，然后通过沿相对于周向方向倾斜的方向、具有较大截面的通道。

此外，冷却装置可包括传热流体入口和出口。入口和出口连接到传热流体的循环通道。

根据本发明的一实施例，传热流体入口和出口可以设置在通道的两端处；与图2所示的现有技术不同，不存在没有液体循环的通道部分。利用这种构造，传热流体可通过整个通道循环。这提供了更高的冷却装置效率，并且使用了整个可用的交换表面。

根据本发明的一种实施方式，传热流体入口和出口与由冷却装置形成的圆柱的母线对齐。因此，传热流体入口和出口仅设置在电机的一侧上，这便于连接并且限制了空间需求。

根据本发明的一个方面，至少一个螺旋区域可以与传热流体入口和出口对准。优选地，所有的螺旋区域可以与传热流体入口和出口对准。因此，入口和出口位于螺旋区域中，并且因此相较于传热流体流入时，通道倾斜。当传热流体入口和出口位于由冷却装置形成的圆柱的母线上时，螺旋区域可设置在该母线上。

有利地，在周向区域中，通道细分成两个通路。替代地，在周向区域中，通道细分成三个或四个通路。

优选地，通道具有相同的截面并且它们彼此平行。因此，传热流体以类似的方式循环通过每个通路，因此促进热交换均匀性，这提高了冷却装置的效率，并且还提高了电机的效率。

根据本发明的一实施例，通道和通路可由设置在冷却装置的内部壳体上的肋来界定。冷却装置的内部壳体具有大致圆柱形的形状，其中肋布置在其外表面上并且朝向电机的外侧定向。在周向区域中肋基本上是周向的，而在螺旋区域中肋基本上是螺旋的。

此外，冷却装置可包括具有平滑的管状形状的外部壳体。换言之，冷却装置的外部壳体不包括形成通道的特定浮凸部。一旦组装，配备有根据本发明冷却装置的电机可以是类似于图1中所示的现有技术的电机。关于该图，仅通道8具有不同的形状。

有利地，冷却装置的内部壳体和外部壳体可设有用于将它们彼此紧固的装置(螺钉、螺纹等)和设有密封装置(例如O形环)，以便紧密地密封冷却装置。

为了优化热交换，通道可以包括两个至六个之间的周向区域。优选地，通道可以包括三个至四个周向区域。

根据本发明的一方面，周向区域的数量大于螺旋区域的数量，以限制压降。

为了优化对电机的冷却，冷却装置的长度可以基本上等于定子本体的轴向长度。

电机可以是任何类型。特别地，根据本发明的电机可以特别地是同步磁阻、或同步-磁阻、封闭式旋转电机，其具有根据EN 60,529标准的高IP保护码、通常是IP67保护码。

作为非限制性示例，图3示意地示出根据本发明的一实施例的电机1。图3是没有冷却装置的外部壳体的电机1的三维视图。电机1包括用于冷却装置的内部壳体11、前法兰15和后法兰16，其中布置有转子和定子。优选地，冷却装置的内部壳体11、前法兰15和后法兰16被牢固地固定。冷却装置的内部壳体11具有大致柱形的形状，并且其包括通道8、传热流体入口4和传热流体出口5。传热流体的入口4和出口5设置在冷却装置的内部壳体11的母线上。通道8由周向区域和螺旋区域12组成。螺旋区域12设置在冷却装置的内部壳体11的母线上，连接传热流体的入口4和出口5。在周向区域内，通道8细分为两个通路13。在螺旋区域12内，通道8未被细分。通道8和通路13由设置在冷却装置的内部壳体11上的肋14界定。

作为非限制性示例，图4示意地示出根据本图3所示的实施例的电机1。图4是电机1的剖视图。电机1包括定子6、同轴设置在定子6内的转子7、围绕定子6设置的冷却装置、前法兰15和后法兰16。优选地，冷却装置的内部壳体11、前法兰15和后法兰16被牢固地固定。如图所示，内部壳体11和两个法兰15和16可以用螺钉固定。大致柱形的冷却装置包括内部壳体11、通道、外部壳体19、传热流体入口4和传热流体出口5。通道包括螺旋区域12(未细分)和周向区域，在周向区域中，通道细分为两个通路13。在该图中，螺旋区域12位于电机的上部部分中、传热流体的入口4和出口5之间。冷却装置允许在覆盖定子6的本体和定子6的绕组端部18的交换表面17(阴影区域)上进行热交换。该交换表面17尤其允许对包括绕组的定子6的外磁轭20进行冷却。

图5通过非限制性示例示意性地示出了用于根据图3和图4的实施例的电机的冷却装置的外部壳体19。外部壳体19具有大致管状的形状。冷却装置的外部壳体19包括光滑的内表面23，即没有特定的浮凸部。此外，冷却装置的外部壳体19包括两个孔口21和22。孔口21用于传热流体入口，而孔口22用于传热流体出口。

Claims (12)

1.一种旋转电机，包括设置在壳体中的定子(6)、设置在所述定子(6)内的转子(7)和用于冷却所述定子(6)的外部部分的冷却装置，所述冷却装置是大致柱形的，并且所述冷却装置包括围绕所述定子(6)设置的、用于传热流体的循环通道(8)，其特征在于，所述传热流体的所述循环通道(8)包括至少一个大致周向区域和至少一个大致螺旋区域(12)，在所述大致周向区域中，所述通道(8)细分为若干通路(13)，在所述大致螺旋区域中，所述传热流体循环通道(8)未细分。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述冷却装置包括用于所述传热流体的入口(4)和出口(5)，所述入口和出口连接到所述传热流体循环通道(8)，所述入口(4)和所述出口(5)设置在所述传热流体循环通道(8)的端部处。

3.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述冷却装置包括用于所述传热流体的入口(4)和出口(5)，所述入口和所述出口连接到所述通道(8)，所述入口(4)和所述出口(5)设置在由所述冷却装置形成的圆柱的母线上。

4.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述至少一个大致螺旋区域(12)与所述传热流体的所述入口(4)和所述出口(5)对准。

5.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述通道(8)细分为两个所述通路(13)。

6.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，周向区域的所述通路(13)具有基本相同的截面，并且它们相互平行。

7.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述通道(8)和所述通路(13)由设置在所述冷却装置的内部壳体(11)上的肋(14)界定。

8.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述冷却装置包括外部壳体(19)，所述外部壳体具有光滑的管状形状。

9.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述通道(8)包括两个至六个之间的周向区域、优选地为三个至四个周向区域。

10.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述冷却装置的长度基本等于所述定子(6)的轴向长度。

11.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述传热流体包括水。

12.如前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机(1)是同步磁阻型。

Images