CN101340120A - 铸造槽电动机/发电机冷却机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动机/发电机冷却机构。该冷却机构包括具有同轴的内、外表面的空心冷却套，其中内表面限定用于接纳与所述内表面传热接触的定子的大致为柱形的空腔，而外表面具有带有台阶错位的冷却通道的铸造螺旋槽部段。本发明还包括具有一个或多个进口、一出口和一用于排出空气的排气口的外壳体；被流动地包围在冷却套和外壳体之间、流经台阶错位的冷却通道的冷却流体；以及在外壳体的一端部上的带凸缘的端面，该带凸缘的端面用于使冷却套和外壳体螺栓连接。

Description

铸造槽电动机/发电机冷却机构
技术领域
本发明总体涉及一种用于电机的冷却套，更具体地涉及一种具有连续的台阶错位的(jogged)螺旋槽的冷却套。
背景技术
冷却套提供了一种用于冷却电动机和发电机——例如高速运转并由燃料发动机驱动以产生电力的无刷永磁电机——的优异结构。电动机和发电机产生相当大的热，需要有效的冷却系统。电动机和发电机通常装备有由冷却套形成的用于冷却的结构，该结构配备有设置在电动机/发电机壳体中的槽或通道。经过槽或通道的循环油或水或者甚至空气提供了对电动机和发电机的冷却。
在机加工应用中，在金属部件中加工螺旋槽是常用手段。在壳体中机加工的螺旋槽已显示出能很好地从这些部件中带走必要的热，然而在生产环境中切削机加工的螺旋槽费用很高。此外，除非在若干平面上分模，否则由于由螺旋螺距引起的负突起(negative relief)，铸造连续的螺旋槽既不能简单地实现也不令人期待——这是重大缺点。若干分模平面使得必须使用多个分模线，这意味着更复杂的铸造程序和更高的制造成本。
在Burjes等人的专利申请(2007/0268464A1)中，公开了一种用于制造电动机/发电机冷却套的方法。空心的圆柱形壳体铸造有外周面和轴向面对的环形端面、形成在外周面上的多个槽，以及在一端上的径向唇口。Burjes等人的专利申请还公开了穿过端面钻孔以与所述槽连通的进口和出口，以及结合起来用于密封的密封凹部和O形环密封件。然而，现有技术的工艺并未提供简单而有效且高效的制造方法。
尤其是，Burjes等人的专利申请可能需要用于壳体中的冷却套的分开的型芯。分开的型芯会增加铸造成本和其它制造成本。此外，Burjes等人的申请教导了非连续的流动路径，这可能需要冷却流体做180度转弯朝相反的方向流动。这种非连续的循环路径可能导致用于均匀冷却定子的不一致的和效率低的方法，并可导致效率低的系统，该效率低的系统在穿过整个流体路径时会潜在地导致比所希望的更高的压力降。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题中的一个或多个。
本发明以一种形式提供了一种电动机/发电机冷却机构，该冷却机构包括具有同轴的内、外表面的空心冷却套，其中内表面限定大致为柱形的、用于接纳与内表面传热接触的定子的空腔，而外表面具有铸造的螺旋槽部段，该铸造的螺旋槽部段带有台阶错位的冷却通道。本发明包括具有一个或多个进口、一出口和一用于排出空气的排气口的外壳体；被流动地包围在冷却套和外壳体之间、流经台阶错位的冷却通道的冷却流体；以及在外壳体的一端部上的用于使冷却套和外壳体螺栓连接的带凸缘的端面。
本发明的其它新颖特征一部分是显而易见的，而一部分在下面阐述。
附图说明
图1示出本发明铸造槽冷却套的示例性实施例的立体图。
图2示出本发明铸造槽冷却套的示例性实施例的侧视图。
图3示出本发明的示例性冷却机构的说明性的侧视图。
具体实施方式
本发明提供了一种克服了现有技术局限性的用于冷却电动机或发电机的装置。在以下详细的说明中，相同的附图标记用于表示在一个或多个附图中出现的相同元件。
图1示出本发明一实施例的说明性的视图。电动机/发电机冷却机构10包括空心冷却套20、外壳体30、冷却流体、O形密封圈，其中外壳体30具有一个或多个进口32、一出口34和一用于排出空气的排气口36。(最后四个带附图标记的元件未在此视图中示出，而是在图3中示出，稍后将详细说明)。
本发明的冷却套20具有同轴的内表面22和外表面24。例如，内表面22限定一用于接纳定子的基本上为柱形的空腔。图1示出冷却套20为一圆筒，但应当理解，在本发明范围内可设想多种几何形状的套壳体。
本发明的冷却套20通过铸造工艺制得。在本发明的内容中，铸造应理解成是指任何这样的制造工艺，在该制造工艺中熔化的材料如金属或塑料被引入模具、在该模具内固化、然后被取出/脱离以制造一成品件。铸造被用于制造形状复杂的、用其它方法例如从固体材料上切削难以制造或制造不经济的部件。本领域已知的铸造类型包括砂模铸造、压铸、金属型铸造、离心浇铸、连铸等。
现在参考图2，本发明的冷却套20包括外表面24上的铸造的螺旋槽部段50，该铸造的螺旋槽部段使流体通过由外壳体建立/包围的通道(未示出)循环。该冷却套的螺旋槽部段50进一步包括多个冷却通道或槽道52，该冷却通道或槽道52“台阶错位(jog)”或“阶越”(如在以54表示的区域内所示)以使台阶错位的冷却通道52的数量适应该部件(冷却套20)的设计和尺寸。
铸造的螺旋槽部段50比机加工的螺旋槽部段经济得多。整个冷却槽部段50设计成使冷却剂的冷却性能最优化。换言之，单个台阶错位的冷却通道52的面积和长度可设计成使得冷却剂能够从热的定子吸取理想量的热。较长的冷却槽路径将使冷却剂能与冷却套接触更长的时间。较短的路径意味着冷却剂花费较少的时间接触冷却套。类似地，可通过调整铸造的台阶错位的冷却通道52的面积来调整冷却剂的流动速度。这些特征使得能够正确设计用于特定的冷却系统的流体动力学。
此外，本发明的冷却路径50使流体沿连续的方向循环，而不需要流体做任何180度的转弯(也就是说，流体不需要调转流动方向朝相反的方向返回)，这可使压力降保持最小。冷却流体的连续循环还有助于提供一种用于均匀冷却定子的一致的、有效的方法(因为冷却路径50没有中断意味着到处都均匀冷却)。
铸造的台阶错位的冷却通道52不仅可使流体不中断地循环，而且还有助于降低成本。机加工具有槽部段(即使没有螺旋槽50)的冷却套20非常昂贵，并且机加工时间极其长。将槽铸造到部件中消除了大量的机加工(工作)和所需的相关时间，并且仍提供了有利的连续路径。如上所述，由于负突起问题，不可能用单个分模线铸造出想要的螺旋槽。众所周知，没有多个在各相关的槽角度下的分模线，则模具不能与部件分开。然而，本发明的直的槽使得可以铸造冷却套20，在冷却套的螺旋槽部段50中的台阶错位54使得可形成连续的路径并保持单个分模面。
铸造的台阶错位的冷却通道52使得冷却路径能够沿冷却套的长度“移位”，而同时保持连续的、不中断的路径。此外，铸造的台阶错位54连同铸造研磨面一起帮助产生湍流，该湍流可提高冷却性能。铸造之后，冷却套外表面可被机加工成具有光滑一致的直径。
如图3所示，冷却套20用外壳体30密封，以防止冷却流体外流。外壳体包括在其两个相对端部中的一个上的用于螺栓连接的凸缘38、进口32、出口34和排气口36。冷却套20可滑入外壳体30中直到到达套行程的最后几毫米。接着，冷却套20可先导进入外壳体30中，用以在壳体的相对端部处产生轻压配合。冷却槽区域相对于外壳体30维持间隙配合(或滑动配合公差)，而所述先导是冷却槽O形圈附近的轻压，如现有技术所已知的那样。螺栓可使外壳体与冷却套20保持连接，而且螺栓可提供环形定位/对齐并允许单向的螺栓连接。可选地，冷却套20可被铸造到电动机或发电机定子压入其中的外壳体中。外壳体可由具有较高导热性的材料如金属制成。有利地，金属外壳体允许有效的热传递。
在使用时，冷却剂通过外壳体30的一个或多个进口32流入，并在通过出口34从冷却套中流出之前被沿着前述路径引导。可选地，在一个实施例中，可存在两个位于外壳体30的相对端部处的进口32。进口32中的一个可位于外壳体的带凸缘38的端部上，而另一个可位于没有凸缘的端部上。冷却流体可同时从进口32中的一个沿第一径向方向和从另一个进口32沿第二径向方向流向冷却槽区域50的中央，并从出口34流出。所述出口可位于两个进口32之间。
用于排出空气的排气口可位于冷却槽区域50的中间，与出口34偏离180度。当冷却剂沿着所述路径流动时，冷却剂接触定子壳体或冷却套20和外壳体30并带走热，从而冷却定子。由于上述的台阶错位的冷却通道52，排热特别有效。
设计部件时与大部分已用于制造不具有铸造槽的传统的现有技术定子冷却套的铸造工艺相符合地铸造槽。因此，不需要设计或创造外来的工具以铸造本文所公开的部件，并可利用更多的可能没有能车削大的螺旋槽的专用机床的供应商。
工业实用性
本文所述的电动机/发电机冷却机构可用于任何需要封闭的冷却环境、而其中空气冷却不充分的应用系统的电动机和发电机的冷却套。虽然已结合电机的一特定实施例对本发明进行了说明，但应当理解，在上述说明的启示下很多可选方案、修改和变型对于本领域技术人员将显而易见。
例如，冷却套可修改成具有不同数量和布置形式的槽、翅和壁，以设置穿过冷却套的不同流动路径，或者可具有多于或少于所示部段数量的并行部段。此外，可改变进口和出口点以改变流动路径的数量。用于给定用途的具体布置将取决于尺寸、传热要求和可能的其它因素。因此，本发明应被认为包括所有这些落在所附权利要求的精神和范围之内的可选方案、修改和变型。

Claims (5)

1.一种电动机/发电机冷却机构，该冷却机构包括：
具有同轴的内、外表面的空心冷却套；
所述内表面限定基本上为柱形的空腔，该空腔用于接纳与所述内表面传热接触的定子；
所述外表面具有铸造的螺旋槽部段，该部段具有台阶错位的冷却通道；
具有一个或多个进口、一出口和一用于排出空气的排气口的外壳体；
包围在所述冷却套和所述外壳体之间的冷却流体，该冷却流体流过所述的台阶错位的冷却通道；以及
在所述外壳体一端部上的带有凸缘的端面，该带有凸缘的端面用于使所述冷却套和所述外壳体螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的冷却机构，其特征在于，所述出口沿着所述外壳体的纵向轴线设置在中心。
3.根据权利要求1所述的冷却机构，其特征在于，所述的一个或多个进口基本上位于所述外壳体的相对的端部上。
4.根据权利要求3所述的冷却机构，其特征在于，所述冷却流体通过所述进口中的一个进入并沿第一径向方向朝所述的出口流动，同时通过所述进口中的另一个进入并沿第二径向方向朝所述出口流动。
5.根据权利要求1所述的冷却机构，其特征在于，所述冷却套的外表面被机加工成具有光滑的一致的直径。
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