用于增加穿过感应电机的气流的设备、系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及感应电机，更具体地，涉及感应电机的转子芯组件。
【背景技术】
[0002]感应电机是一种电机，其在操作期间可产生大量热量。过量的热量会损害内部部件，限制可由电机提供的功率量，和/或不利地影响电机的寿命。感应电机可具有风扇或径向孔，其可通过抽吸冷却空气穿过电机中的各种通道来从电机移除至少一些热量。这些通道包括形成在电机的转子芯组件中的轴向通风孔。轴向通风孔可以是电机中的更限制性的空气通道之一。尽管大的轴向通风孔可改进电机的冷却效率，因为它们可允许更多的空气流过，但是大的轴向通风孔还会通过妨碍和/或干扰穿过转子的磁场流而不利地影响电机的性能。因此，需要改进感应电机的冷却效率，而不会不利地影响电机的性能。
【发明内容】
[0003]根据第一方面，提供一种转子芯组件，其可具有改进的冷却效率。转子芯组件包括多个转子叠片(rotor laminat1n)，每个转子叠片具有布置在转子叠片的径向周界周围的多个槽。每个槽穿过转子叠片，并构造成接收转子导体棒。每个转子叠片还具有第一排孔和第二排孔，它们均轴向地穿过转子叠片。第一排的每个孔与第二排的相应孔径向对准，每对径向对准的第一和第二孔与相应槽径向对准。
[0004]根据另一方面，提供了一种促进感应电机中的通风的方法。该方法包括在硬件处理器处接收电机规格、响应于接收电机规格通过硬件处理器确定电机性能、基于至少孔布置信息通过硬件处理器分析气流以及基于至少孔布置信息通过硬件处理器分析电磁属性。
[0005]根据又一方面，提供了一种构造成促进感应电机中的通风的系统。该系统包括构造成存储数据和编程指令的一个或多个存储装置以及联接到一个或多个存储装置并操作成执行编程指令的一个或多个硬件处理器。执行编程指令的一个或多个硬件处理器操作成接收电机规格、响应于接收电机规格来确定电机性能、接收孔布置信息、基于孔布置信息分析气流以及基于孔布置信息和整体几何形状来分析电磁属性。
[0006]通过下面详细描述可更加明白本发明的其它方面、特征和优点，其中，下面详细描述中描述和显示了许多示例性实施例和实施方式，包括实施本发明想到的最佳方式。本发明还具有其它和不同实施例，其若干细节可以在各种方面进行修改，只要不脱离本发明的范围即可。相应地，附图和说明书应认为实质是说明性的，并不是限制性的。附图不必按比例绘制。本发明涵盖落入本发明范围内的所有变型例、等同物和替代例。
【附图说明】
[0007]图1和2分别示出根据本发明的转子芯组件的透视图和侧视图。
[0008]图3示出根据现有技术的转子叠片构造的平面图。
[0009]图4示出根据实施例的转子叠片构造的平面图。
[0010]图5示出沿图4的截线5-5截取的多个转子叠片的部分截面侧视图。
[0011]图6示出促进根据实施例的感应电机中的通风的方法的流程图。
[0012]图7A和7B分别示出实际转子叠片构造和根据实施例的模型转子叠片构造的平面图。
[0013]图8示出根据实施例的气流网络。
[0014]图9示出根据实施例的定子和转子叠片的平面图，示出穿过其中的磁场线。
[0015]图10示出构造成促进根据实施例的感应电机中的通风的系统。
【具体实施方式】
[0016]详细参考本公开的示例实施例，示例实施例在附图中示出。只要有可能，在附图中用相同的参考标号表示相同或类似的部件。
[0017]通过本发明的一个或多个实施例可克服有效冷却感应电机的前述问题，而不会不利地影响电机性能。在一个方面，提供了一种具有轴向通风孔布置的转子芯组件，轴向通风孔布置具有比较大的总横截面面积，可改进冷却效率，而不会不利地影响电机性能。在其它方面，提供了这样的系统和方法，其可允许转子芯组件中的轴向通风孔的尺寸增加，从而改进冷却效率，而不会不利地妨碍和/或干扰穿过转子芯组件的磁场流，如下面参考图1-10更详细地说明的。
[0018]图1和2示出可用在根据一个或多个实施例的感应电机中的转子芯组件100。转子芯组件100还可用在其它合适类型的电机或机器中。转子芯组件100可包括多个堆叠的转子叠片102，多个堆叠的转子叠片可以是多个层压钢板或片(将在下面参考图4和5更详细地描述)。转子叠片102具有中心孔，并构造成接收在轴104上。转子芯组件100还可包括多个转子导体棒106，多个转子导体棒径向分布在转子叠片102的周界周围，并接收穿过转子叠片102中的相应多个槽。转子导体棒106可限定出一对相对的棒端区域108。转子芯组件100还可包括位于相对轴向两端的固定环110和端帽112，如所示。转子导体棒106和/或端帽112可由例如铜制成。其它合适的导体材料可替代地用于转子导体棒106和/或端帽112。
[0019]图3示出可用在转子芯组件中的转子叠片的已知构造。转子叠片300具有外部径向周界301、多个槽303、多个轴向通风孔305和中心孔307。槽303布置在径向周界301周围，并均构造成接收穿过其中的转子导体棒，比如转子芯组件100的转子导体棒106。中心孔307构造成接收穿过其中的转子轴，比如转子芯组件100的轴104。轴向通风孔305可以环形布置在中心孔307周围，并可以是轴向穿过多个堆叠的转子叠片300的开口，以提供用于接收穿过转子芯组件的冷却空气的通道。然而，轴向通风孔305的有限数量和尺寸不足以提供足够的冷却空气来将一些感应电机保持在指定操作温度范围内，尤其是那些例如提供高输出功率和/或在高温环境中和/或以高速(通常以每分钟转数(RPM)来测量)操作的感应电机。
[0020]图4示出根据一个或多个实施例的具有孔的改进布置的转子叠片的构造。转子叠片400可具有外部径向周界401、多个槽403、多个轴向通风孔405、中心孔407和一个或多个可选的旋转对准构件409 (可以是一个或多个键槽)。槽403可等距地布置在径向周界401的边缘周围，并且均可构造成接收穿过其中的转子导体棒，比如转子芯组件100的转子导体棒106。转子叠片400可替代地具有其它合适的槽403的数量、形状、间隔和/或布置。中心孔407构造成接收穿过其中的转子轴，比如转子芯组件100的轴104。中心孔407可具有符合待接收的转子轴尺寸的任何合适直径。旋转对准构件409可与位于接收穿过中心孔407的轴上的匹配的对准构件相互配合，匹配的对准构件可以是键。尽管示出三个旋转对准构件409，在一些实施例中可提供任何数量。其它类型的对准构件可替代地设置。
[0021]轴向通风孔405可以是轴向穿过转子叠片400的开口。轴向通风孔405可包括以第一圆形排(即环)布置的第一组轴向通风孔415(图4中描述中几个)和以第二圆形排(即环)布置的第二组轴向通风孔425 (图4中描述中几个)。第二组轴向通风孔425可沿径向定位在第一组轴向通风孔415的外部。通风孔415和/或通风孔425可具有任何合适的形状(即，梯形、矩形、椭圆形等)。而且，第一组轴向通风孔415可具有彼此相同的形状和/或横截面面积。在一些实施例中，一个或多个轴向通风孔415可具有与另一轴向通风孔415不同的形状和/或横截面面积。类似地，第二组轴向通风孔425可具有彼此相同的形状和/或横截面面积。在一些实施例中，一个或多个轴向通风孔425可具有与另一轴向通风孔425不同的形状和/或横截面面积。此外，第一组轴向通风孔415可具有与第二组轴向通风孔的形状和/或横截面面积不同的形状和/或横截面面积。在一些实施例中，第一组轴向通风孔415可具有与第二组轴向通风孔425的形状和/或横截面面积相同的形状和/或横截面面积。
[0022]如图4所示，每个通风孔415可沿从中心孔407延伸到外部周界401的径向向量(例如径向向量420)与相应通风孔425对准。在一些实施例中，仅一些通风孔415可与相应通风孔425径向对准。还如图4所示，每对径向对准的通风孔415、425可沿相同的径向向量比如径向向量420与相应槽403径向对准。在一个或多个实施例中，轴向通风孔415的数量和轴向通风孔425的数量等于槽403的数量。或者，在一些实施例中，一对或多对对准的通风孔415、425可不与相应槽403对准。在其它实施例中，仅一个或一些轴向通风孔425，或者仅一个或一些轴向通风孔415可与相应槽403径向对准。
[0023]应注意，可替代地提供轴向通风孔405的其它合适布置。例如，在一些实施例中，转子叠片可具有以第三环布置的第三组轴向通风孔。而且，第三组的每个轴向通风孔可沿径向向量比如径向向量420与第一通风孔415、第二通风孔425和/或槽403轴向对准。
[0024]转子叠片400可由层压盘状板制成，层压盘状板可以是黑色金属材料，比如钢(包括例如层压电工钢等)。可替代地使用其它合适的铁