用于转子电机的冷却系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例一般地涉及用于转子电机的冷却系统。更特别地，本发明的实施例涉及用于转子电机的对称冷却系统。
【背景技术】
[0002]包括例如电马达和发电机的转子电机产生热量，这常常与在转子电机中的电和机械损失有关。特定转子电机产生的热量的量可以取决于各种不同的因素，包括例如转子电机的负荷的容量和转子电机的启动和制动频率，以及其它因素。
[0003]转子电机的冷却一般是必要的，以至于至少试图避免产生转子电机的各种热诱导的问题，包括例如短路、绕组烧坏和失灵，以及其它热相关的可能阻碍运行和/或缩短使用寿命的问题。转子电机的冷却一般包括将转子电机产生的热量传递到诸如空气的冷却介质中。这种热传递通常可以使用不对称类型的冷却系统，其中风扇引入冷却空气流大致贯穿转子电机的内部区域的整个长度或者贯穿内部区域中定子的整个长度。然而，这种不对称类型的冷却系统趋于在转子电机的端之间具有显著的温差。更特别地，随着进入转子电机的第一端的冷却介质沿着转子电机的长度流动并且以热的形式积蓄损失的能量，冷却介质的温度升高。由此，到达转子电机的第二端的冷却介质的温度通常显著高于在第一端的冷却介质的温度。结果，在第二端处被加热的冷却介质移除热量的能力经常就下降了，这可能导致转子电机的第一和第二端之间有相对显著的温度梯度。
【发明内容】
[0004]本发明的一方面在于用于具有定子和转子的转子电机的对称冷却系统。对称冷却系统包括位于定子的中部的通道，其被构造成为冷却介质流到定子的一部分中提供路径。对称冷却系统还包括定位在定子内的第一和第二组定子管道。第一和第二组定子管道与通道流体连通，并且适于使冷却介质流动进过定子的至少一部分。另外，第一和第二组定子管道分别从通道向相反的第一和第二方向延伸。对称冷却系统还包括位于电子和转子之间的气隙。另外，气隙可被构造为在气隙的中部接收来自通道的冷却介质，并且用于使冷却介质流到定子相对的第一和第二端。
[0005]本发明的另一方面在于用于具有转子的转子电机的对称冷却系统。对称冷却系统包括具有第一定子磁轭部分、第二定子磁轭部分和多个定子绕组的定子。第一定子磁轭部分具有近似等于第二定子磁轭部分的轴向长度的轴向长度。对称冷却系统还可包括位于第一和第二定子磁轭部分之间的通道，其适于为冷却介质的流动提供路径。另外，对称冷却系统还可包括位于第一和第二定子磁轭部分内且与通道流体连通的多个定子管道。多个定子管道适于使冷却介质沿第一和第二定子磁轭部分的轴向长度流动。
[0006]另外，本发明的再一方面在于转子电机的定子。定子包括具有第一组定子管道的第一定子磁轭部分。第一组定子管道被构造为在第一定子磁轭部分内从第一定子磁轭部分的第一端到第一定子磁轭部分的第二端输送冷却介质。定子还包括具有第二组定子管道的第二定子磁轭部分。第二组定子管道被构造为在第二定子磁轭部分内从第二定子磁轭部分的第一端到第二定子磁轭部分的第二端输送冷却介质。另外，定子包括可操作地连接到第一和第二定子磁轭部分的多个定子绕组以及至少位于第一定子磁轭部分和第二定子磁轭部分之间的通道。通道被构造为将冷却介质输送到第一和第二组定子管道。
[0007]在考虑详细说明和附图之后，本发明的其它方面将变得更加清楚。
【附图说明】
[0008]图1图不了具有根据本发明的实施例的对称冷却系统的转子电机的不意图。
[0009]图2和3图示了根据图示的本发明的实施例的具有对称冷却系统的转子电机的部分侧面剖面透视图。
[0010]图4A-D图示了图3中A段的放大剖面图，其中图示的端板具有带有不同构造和/或方位的出口。
[0011]在结合附图阅读的同时，上文的总结以及下文对本发明某些实施例的详细说明将更好理解。为了图示本发明的目的，附图中显示了某些实施例。然而，应该理解的是，本发明将不局限于附图中所示的布置和手段。
【具体实施方式】
[0012 ]图1图示了具有根据本发明的实施例的对称冷却系统11的转子电机1的示意图。转子电机10可以是多种不同类型的电马达和发电机，包括但不限于感应式马达。进一步地，转子电机10可具有多个运行参数和特性。例如，根据某些实施例，转子电机10可以是高速感应式马达，其可以在多个不同速度下运行，包括例如超过7200转每分钟(rpm)、15000转每分钟或30000转每分钟的速度。进一步地，例如，根据某些实施例，转子电机10可以是相对低压的感应式马达，例如可被缠绕为电压在约400伏特至690伏特(或其它伏特)的感应式马达。
[0013]转子电机10包括大致限定转子电机10的内部区域14的壳体12。内部区域14可具有各种不同形状和构造，包括例如大致为柱形。另外，内部区域14被构造为容纳转子电机10的各种部件。例如，根据某些实施例，内部区域14被构造为容纳可旋转轴16的至少一部分，可旋转轴16可操作地安装到转子18。图示的转子电机10还包括定子20，定子20通过气隙22与转子18分离。
[0014]在图示的实施例中，被支撑或以其他方式固定在壳体12的内部区域14中的定子20可包括定子磁轭24和多个定子绕组26，定子绕组26在定子20相对的第一和第二端28、30之间延伸。定子20的第一和第二端28、30可向内地与壳体12的相对侧32a、32b间隔开。定子绕组26的至少一部分在转子电机10运行期间可产生热量。
[0015]定子磁轭24可具有多种不同的形状和构造。例如，根据某些实施例，定子磁轭24可具有大致管状的构造，其大致限定容纳至少一部分定子20的腔35。另外，根据某些实施例，定子绕组26可至少部分地设置为围绕或靠近定子磁轭24，例如，设置为围绕定子磁轭24的内表面22。进一步地，定子磁轭24可由各种不同材料构成，包括例如由一片或多片或者一层或多层的电磁钢板构成的材料。进一步地，根据某些实施例，定子磁轭24可以可操作地连接到一个或多个磁体。
[0016]任选地，根据某些实施例，定子磁轭24相对端34a、34b可以可操作地连接到端板36a、36b。根据某些实施例，端板36a、36b为定子磁轭24提供支撑。进一步地，根据某些实施例，端板36a、36b被用于确保定子磁轭24至少达到特定尺寸和/或大小。在图示的实施例中，端板36a、36b可具有相对环形的形状且由非磁性材料构成，以使铁的损失最小化。
[0017]对称冷却系统11可包括通道40，通道40被构造为为诸如空气的冷却介质从壳体12的外部区域到壳体12的内部区域14的至少一部分的流动提供通道。根据图示的实施例，通道40包括壳体12内的入口 38和定子20中的一个或多个通道部分40a、40b。进一步地，在图示的实施例中，通道40大致绕大致垂直于定子20的中心轴线42的通道轴线P1定位。然而，通道40可具有多种不同的构造和方位。另外，根据图示的实施例，通道40与定子20和转子18之间的气隙22流体连通。进一步地，任选地，对称冷却系统11可包括便于冷却介质流入和流经对称冷却系统11(例如进入和/或经过至少通道40和定子20)的冷却风扇。
[0018]根据某些实施例，通道40可位于沿定子20的轴向长度的近似中心或中点的位置，轴向长度的方向大致平行于定子20的中心轴线42(在图1中标示为“L”方向)。更特别地，参考图1-3中的剖面图，通道40可定位为便于定子20的在通道40的相邻部分的相对侧上的部分近似是对称的并且/或者具有大约相等的轴向长度。
[0019]通道40可设置成多种不同的方式。例如，根据某些实施例，定子磁轭24可包括两个或更多个分离的定子磁轭部分24a、24b，每个分离的定子磁轭部分24a、24b与另一相邻的定子磁轭部分24a、24b用定子间隙25分隔开。相邻定子磁轭部分24a、24b之间的定子间隙25可提供通道40的至少一部分。可替换地，根据某些实施例，通道40的至少一部分可以是形成或者以其它方式机械加工到定子20中(更具体地，到定子磁轭24和定子绕组26中)的一个或多个孔、槽、沟或其它开口。
[0020]例如，图1和2图示某些实施例，其中通道40具有沿分离的定子磁轭部分24a、24b之间的定子间隙25的第一通道部分40a和延伸经过定子绕组26到达转子18和定子20之间的气隙22的第二通道部分40b。在图1和2中显示的实施例中，定子20的构造允许通道40从第一通道部分40a过渡到大致位于定子绕组26的第二通道部分40b，第二通道部分40b大致结束于气隙22。然而，根据某些实施例，第一和第二通道部分40a、40b可以分段或者不连续。例如，图3图示的定子20’具有这样的构造，其中两个定子磁轭部分24a’，24b’之间的第一通道部分40a’沿着第二通道部分40b的相对侧延伸。更特别地，在图3中显示的定子20’的实施例中，冷却介质可被相邻定子磁轭部分24a’，24b’之间的第一通道部分40a’的上游段输送到沿定子绕组26’输送到的第二通道部分40b’，并且随后在冷却介质被输送到气隙22之前从第二通道部分40b’输送到相邻的定子磁轭部分24a’，24b’的另一部分之间的第一通道部分40a’的下游段。
[0021]对称冷却系统11还包括位于定子20内且与通道40流体连通的多个定子管道46，其被构造为提供冷却介质可流动经过的冷却通路。定子管道46可具有多种形状、构造和方位。另外，根据某些实施例，定子管道46的尺寸可确定为便于流动经过定子管道46的冷却介质的流率和流量冷却定子20，并在离开定子20后也能够冷却或以其他方式降低定子绕组26的至少端部27a、27b的温度。例如，根据图示的实施例，定子管道46是在每个定子磁轭部分24a、24b中的多个柱形通道，其大致平行于定子20的中心轴线42且从各个定子磁轭部分24a、24b的第一端29a延伸到第二端29b。进一步地，经过定子磁轭部分24a、24b中每一者的定子管道46的轴向长度(例如大致平行于定子20的中心轴线42的方向的轴向长度)对于每个定子磁轭部分24a、24b是近似相同的。
[0022]另外，如图2中所示，根据某些实施例，至少一些定子管道46可布置成一个或多个管道组47a、47b，例如，大致以第一式样布置的第一管道组47a和大致以第二式样布置的第二管道组47b。在图示的实施例中，第一和第二式样为大致圆形式样，其中第二式样的直径大于第一式样的直径。进一步地，如图2中所示地，第一管道组47a的定子管道46相对于第二管道组47b的定