CN101897106B - 具有双轴流式风扇的电机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提高电机的冷却效率。因此，本发明提供一种包括一定子(1)、一转子(2)和一轴流式风扇(12)的电机，所述转子具有一个轴(3)，还具有复数个径向和轴向冷却通道(10，11)，所述转子起转子风扇作用，所述轴流式风扇与所述轴(3)同轴布置，用于向所述轴向冷却通道(11)输送冷却剂。所述轴流式风扇(12)实现为双轴流式风扇且具有一第一叶片环(14)，所述第一叶片环被一漏斗形管件(15)包围并与所述漏斗形管件不转动地相连。所述漏斗形管件(15)的较小开口与所述转子(2)的轴向冷却通道(11)直接相连。所述轴流式风扇(12)此外还具有一第二叶片环(19)，所述第二叶片环固定安装在所述管件(15)的外圆周上，用于输送冷却剂(1)。借此可通过冷却剂流使所述定子和所述转子都得到有效冷却。

Description

具有双轴流式风扇的电机

技术领域

本发明涉及一种包括一定子、一转子和一轴流式风扇的电机，所述转子具有一个轴，还具有复数个径向和轴向冷却通道，所述转子起转子风扇作用，所述轴流式风扇与所述轴同轴布置，用于向所述轴向冷却通道输送冷却剂。所述轴流式风扇自身具有一第一叶片环，所述第一叶片环被一漏斗形管件包围并与所述漏斗形管件不转动地相连。所述漏斗形管件的较小开口与所述转子的轴向冷却通道直接相连。

背景技术

大功率电机需要配备高效冷却系统。只有通过高效冷却(视情况可能是双侧通风)才能对电机进行充分利用。如果为电机转子配备径向延伸的通道，那么这个转子本身就会发挥一定的风扇作用。与这些径向通道相连的轴向通道则可以使气流从转子前端面流向各径向通道。这种情况下的转子是按径流式风扇的原理进行工作。由此产生的气流不但能冷却转子本身，有时也能冷却定子的叠片组。

转子风扇的冷却效果取决于空气入/出口直径、流体摩擦和转子中的间断点上的动态压力损失。供空气进入旋转着的轴向通道的空气入口就是这样一个间断点。

在优化转子的风扇作用方面，现有技术只将注意力放在轴向流入面积与径向流出面积的合理比例上，另外就是避免空气或冷却剂遇到不必要的隘口。空气入口阻力往往得不到优化。

为了使电机的端部绕组也能得到冷却，通常会将轴流式风扇安装在电机轴上与转子前端面间隔一定距离的位置上。为了防止轴流式风扇和转子风扇因相互影响而引发问题，可以通过用于安装轴流式风扇轮毂的管件来隔开转子风扇的吸入侧和轴流式风扇的压力侧。

公开案SU 147 30 18 A1揭示一种与本发明同类型的电机。这种电机具有各自配备径向冷却通道的定子叠片组和转子叠片组。转子此外还具有复数个用于将冷却剂从转子前端面送入这些径向冷却通道的轴向冷却通道。转子前端面布置有通风机，这个通风机具有漏斗形外套，用于向转子的轴向通道输送冷却剂。冷却剂从端部绕组区流入通风机。由于流经端部绕组，该冷却剂在进入通风机或转子之前就已被加热。这样就无法百分之百地确保转子能得到充分冷却。

公开案DE 196 53 839 A1揭示一种采用直接气体冷却的涡轮发电机用转子。转子盖板和转子轴之间设有一个用于向转子和转子绕组输送冷却空气的两级叶栅。从流向看，这个叶栅的第一级是一个可以产生压力的减速叶栅，在流向上位于后面的那一级是一个具有导向性能的减速叶栅。

公开案DE 79 00 792 U1揭示一种自通风电机。这种电机使用轴流式风扇来输送冷却空气流，这个轴流式风扇布置在一个空心轮毂上，该轮毂的内径大于转子轴向冷却通道的直径。所述轮毂和转子轴之间设有若干起机械加固作用的筋条。

此外，专利说明书DE 195 48 321 C1描述一种特别用于涡轮发电机的冷却设备。冷却器通过输送通道与转子相连，转子中设有复数个用于冷却转子导体的冷却通道。至少在其中一个输送通道中设有至少一个叶片环，这个叶片环会赋予冷却流体一个沿转子旋转方向的切向速度分量，从而使冷却流体流向转子的情况得到改善。

发明内容

本发明的目的是改善具有径向延伸冷却通道的电机的冷却状况。

根据本发明，这个目的通过一种电机而达成，所述电机包括一定子、一转子和一轴流式风扇的电机，所述转子具有一个轴，还具有复数个径向和轴向冷却通道，所述转子起转子风扇作用，所述轴流式风扇与所述轴同轴布置，用于向所述轴向冷却通道输送冷却剂，其中，所述轴流式风扇具有一第一叶片环，所述第一叶片环被一漏斗形管件包围并与所述漏斗形管件不转动地相连，所述漏斗形管件的较小开口与所述转子的轴向冷却通道直接相连，所述轴流式风扇具有一第二叶片环，所述第二叶片环固定安装在所述管件的外圆周上，以便向所述定子输送冷却剂。

由此有利地形成一种双轴流式风扇，在这种双轴流式风扇中，用于转子的出口和用于定子的出口是分离的。借此可在两个有源元件中实现极好的冷却效果。

所述轴流式风扇的第一叶片环的叶片优选在朝向转子一侧沿轴向分布。也就是说，这些叶片布置在一个由一径向和所述轴向定义的平面内。采用这种定向的优点在于，穿过这些叶片的冷却剂会达到所述轴向冷却通道的旋转速度。

所述第一叶片环可与所述轴不转动地相连。这样就不必为所述轴流式风扇设置外部驱动装置。

此外，所述将第一叶片环包围的管件的较大开口可用作冷却剂入口并与一流入喷嘴直接相连，借助这个流入喷嘴可向第一和第二叶片环输送冷却剂。通过这个流入喷嘴，可以目标明确地将冷却剂送入所述轴流式风扇的区域内。

此外，所述定子可具有一包含复数个径向冷却通道的定子叠片组，这些径向冷却通道对应于所述转子的径向冷却通道。在此情况下，由所述轴流式风扇和所述转子风扇产生的冷却剂流也可用于定子。

根据另一实施方式，所述定子可具有一端部绕组，所述第二叶片环直接向该端部绕组输送冷却剂。借此可使这个一般情况下温度极高的端部绕组得到有效冷却。

所述电机此外还可具有一外壳，所述流入喷嘴在这个外壳中仅朝所述轴流式风扇方向引导自外部输入的冷却剂。借此可避免冷却剂在被送入转子之前在端部绕组区内被加热。

根据所述电机的另一实施方式，所述转子的两侧可各布置一上述轴流式风扇。在此情况下，本发明的这种高效冷却方案也可应用于双侧通风型电机。

附图说明

下面借助附图对本发明进行详细说明，这唯一的一个附图展示的是一按本发明冷却原理进行工作的电机的局部纵向剖面图。

具体实施方式

下面将要进行详细描述的实施例是本发明的优选实施方式。

附图所示的电机局部主要由定子1和包括轴3在内的转子2构成。所述轴借助于轴承4安装在端盖5上。

定子1由复数个定子部分叠片组6构成，这些叠片组之间设有径向定子冷却通道7。定子1的前端面设有端部绕组8。

类似地，转子2是由复数个转子部分叠片组9制成，这些叠片组之间设有径向转子冷却通道10。各个转子部分叠片组9在轴向上设有透孔，从而产生轴向冷却通道11，这些轴向冷却通道与所述径向转子冷却通道相连。

转子2的前端面设有一个以不转动地方式安装在轴3上的轴流式风扇12。这个轴流式风扇与轴3之间的连接通过轮毂13而实现，所述轮毂压紧在轴3上。轮毂13的外圆周上设有第一叶片环14，这个叶片环包括复数个沿周向均匀分布的风扇叶片。这些风扇叶片的出口角为90°，亦即，风扇叶片朝向转子2的部分位于一个由一径向延伸直线和一轴向延伸直线定义的平面内。在此情况下，冷却剂流在流经这些风扇叶片后会垂直流向转子前端面。

所述内侧叶片环或第一叶片环14被一圆锥形或漏斗形管件15包围。这个管件15同样是轴流式风扇12的组成部分，且随轴流式风扇和转子2一起旋转。此外，漏斗形管件15具有一个较大入口16和一个位于另一端的较小出口17。出口17的内半径至少和轴向冷却通道11径向最外侧的内半径一样大。此外，轴向冷却通道11在轴向上与出口17直接相连。借此可确保由漏斗形管件15输送的冷却剂只会被压入轴向冷却通道内，而不会进入端部绕组区18。

管件15的外护套上，即沿径向在第一叶片环14的上方设有外侧叶片环或第二叶片环19。所述第二叶片环由复数个外侧风扇叶片构成，这些风扇叶片以沿周向均匀分布的方式不转动地地安装在管件15上。这些风扇叶片的作用是在管件15的外侧朝端部绕组8方向输送冷却剂。为了使冷却剂可以在不被端部绕组预热的情况下直接流向所述轴流式风扇的入口，在端盖5和端部绕组8之间设有流入喷嘴20。流入喷嘴20构成一个将轴3包围的环形通道，轴流式风扇12就布置在这个通道内。

通过上述方式可使所述电机中产生一个冷却剂流，这个冷却剂流自外部或者说自一冷却器出发，从端盖5和流入喷嘴20之间穿过，并流向双轴流式风扇12。该冷却剂流的其中一部分由位于内侧的第一叶片环14朝轴向通道11输送，并穿过径向转子冷却通道10和对准这些径向转子冷却通道的径向定子冷却通道7沿径向向外逸出。所述冷却剂流的另一部分被双轴流式风扇12位于管件15外侧的外侧第二叶片环19送入端部绕组区18或朝端部绕组8输送。这样可以使“新鲜”冷却剂同等程度地流向端部绕组8和转子2。

在本发明的双轴流式风扇中，用于转子的出口和用于端部绕组的出口是分离的，下文将对本发明的这种双轴流式风扇的作用原理进行详细说明。为了使转子风扇的冷却剂入口阻力或空气入口阻力最小化，需要产生一个冷却剂旋流并以这种方式向转子输送冷却剂。这一点通过布置在转子风扇前面的、叶片出口角尽量为90°的轴流式风扇12而实现。所述管件在轴流式风扇12后面的收缩可产生进一步促进冷却的效果。当冷却剂流穿过这个收缩区时，该冷却剂流的轴向分量会升高，从而使得总流动矢量更多的是沿轴向定向，这是因为切向分量和径向分量没有增大。在此情况下，即使当出口角小于90°时，也能确保冷却剂以旋流形式流向转子风扇。入口角(即冷却剂相对于风扇叶片的流入角)与转速和所需体积流量相匹配。

如上所述，轴流式风扇12在此设计为双轴流式风扇。由于这个轴流式风扇的两个叶片环之间设有管件15，这个轴流式风扇可以产生两个分别用于转子和定子或端部绕组的独立冷却剂流。除了分离这两个冷却剂流这一功能外，管件15还具有上文所述的提高冷却剂压力的功能，这是因为这个管件采用了圆锥形或漏斗形设计。如上所述，所述双轴流式风扇的外侧第二轴流式风扇用于为所述电机的端部绕组有效提供冷却剂。因此除产生两个独立冷却剂流外，所述双轴流式风扇还具有提高压力这第三个功能。因此，本发明所提供的电机设计方案具有可以使冷却剂流更好地受控流经叠片组区域和端部绕组的优点。此外，通过减小冷却剂入口阻力可以使冷却剂以最佳状态流向转子风扇，从而使转子风扇的效率得到改善。上游的轴流式风扇还具有在转子风扇上进一步恢复压力的功能。最后，冷却状况的改善也能使所述电机的效率得到提高。

举例而言，所述电机可实现为电动机，也可实现为发电机。此外，上述冷却原理也可应用在结构不同于上述实施例的电机上。举例而言，所述端部绕组也可布置在转子上，此时，外侧叶片环19所产生的冷却剂流或冷却空气流就相应流向转子的端部绕组和定子的端面。当然，所述电机也可采用任意一种其他类型的结构形式。特定而言，在所述电机的两侧都采用这种双轴流式风扇来为其通风，也是有利的。

Claims (1)

1.一种电机，包括：

一定子(1)，

一转子(2)，所述转子具有一个轴(3)，还具有复数个径向和轴向冷却通道(10，11)，所述转子起转子风扇作用，以及

一轴流式风扇(12)，所述轴流式风扇设计为双轴流式风扇，与所述轴(3)同轴布置，其中，

所述轴流式风扇(12)具有

一第一叶片环(14)，用于向所述转子(2)的轴向冷却通道(11)输送冷却剂；

一漏斗形管件(15)，所述第一叶片环被所述漏斗形管件(15)包围并与所述漏斗形管件不转动地相连，所述漏斗形管件(15)的较小开口(17)与所述转子(2)的轴向冷却通道(11)直接相连；以及

一第二叶片环(19)，所述第二叶片环(19)固定安装在所述管件(15)的外圆周上，以便向所述定子(1)输送冷却剂。

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