CN102265487B - 包含多个冷却流的电机及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是简化电机、特别是永磁体发电机的安装而不影响冷却质量。为此，本发明提出一种包括一定子(12)和一转子(11)的电机，所述定子具有一绕组支架(22)，所述绕组支架具有至少一个径向冷却槽(23)，所述转子同样具有至少一个径向冷却槽(16)。所述定子(12)的绕组支架(22)在其外护套上具有多个沿轴向分布的散热片(24)，所述散热片可对一沿轴向分布的第一冷却流(25)进行导引。此外，所述转子(11)具有多个沿轴向分布的第一冷却通道(17)，所述第一冷却通道与所述转子的至少一个径向冷却槽(16)连通，使得一第二冷却流(26)可以穿过所述转子(11)的轴向第一冷却通道(17)、所述转子(11)的至少一个径向冷却槽(16)、所述转子与所述定子之间的气隙(27)、所述至少一个径向冷却槽(23)并在轴向上由所述定子的轴向散热片(24)进行导引。这样就能用两个不同的冷却流冷却所述定子并能减少所述转子(11)中径向冷却槽的数量，特定而言减少至一个，这就大大简化了制造过程。

Description

包含多个冷却流的电机及冷却方法

技术领域

本发明涉及一种包含一定子和一转子的电机，所述定子具有一绕组支架，所述绕组支架具有至少一个径向通风槽，所述转子也具有至少一个径向通风槽。本发明此外还涉及一种冷却上述类型的电机的方法。

背景技术

为了给电机的转子和定子散热，通常需要在转子和定子中都设置沿径向分布的冷却槽。就所谓的永磁体发电机而言，如果转子具有大量径向通风槽，就会加大在转子上的相应凹槽内安装永磁体的难度。但为了保证达到足够的散热效果，传统技术接受了这种安装难度。因此，用传统方式制成的永磁体发电机具有相同数量的径向定子冷却空气槽及径向转子冷却空气槽，以便达到均匀散热的目的。在此情况下，转子的冷却槽起径向通风器作用。例如，EP1050949A1揭示的就是这样一种发电机。

DE1488657揭示一种用于带有轴向分布冷却通道的电机的带槽叠片。各绕组槽的截面形状与这些绕组槽相对于所述冷却通道的相对位置以及所述冷却通道的轮廓相匹配，从而使得对应于各槽的所有最小磁轭高度至少近似相等。

EP1455433A1揭示一种涡轮发电机，其转子冷却系统内的冷却剂可沿不同路径流动。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是降低电机特别是装有永磁激励转子的电机的安装难度。本发明的另一目的是提供一种对易于安装的电机进行有效散热的方法。

本发明用以达成上述目的的解决方案为一种电机。

本发明此外还提供一种对一电机进行冷却的方法。

综上所述，本发明有利地使两个冷却流共同作用，以达到对定子进行有效散热的目的。特定而言，定子并不仅仅从转子获得预热的冷却介质，而且在其轴向散热片处还通过另一冷却流得到了“新鲜”冷却剂的进一步冷却。

所述转子仅被单独一个径向冷却槽贯穿。总体而言，本发明电机的转子中所设径向冷却槽的数量可以少于现有技术，因为可以借助于附加的轴向冷却流来实现进一步的散热。然而，在转子中仅设单独一个径向冷却槽的实施方式却特别有利，因为这样就能将永磁体分别从各端面顺利插入转子并予以封装。

进一步地，所述转子的轴向第一冷却通道位于所述冷却槽的其中一侧，轴向第二冷却通道（从中心轴相对于所述转子的轴线来看）位于所述第一冷却通道的径向下方，且轴向第三冷却通道处于所述第一冷却通道的径向高度上且位于所述冷却槽的另一侧，由此形成与所述第二冷却流分离且可穿过所述第二冷却通道、所述冷却槽和所述径向冷却通道的一第三冷却流。其中，将冷却流的中心视为该冷却流的径向高度参考点（以转子轴线为基准）。根据有利实施方式，通过改变冷却平面（高度）还可用“新鲜的”即尚未受热的冷却剂对下游的转子部分进行散热。

进一步可设置一第四冷却流，该第四冷却流在所述第二冷却流的径向高度上进入所述转子，在所述转子中转向至低于所述第二冷却流的径向高度并在这个较低的径向高度上离开所述转子。借此将该已受热的冷却剂流导向某一条朝向电机轴的轴向路径，在该路径上这个冷却剂流不必再执行冷却任务。此后，可由所述第三冷却流在这个轴向区域承担冷却任务。

根据一种实施方式，所述转子受永磁体激励。因此，大部分损耗通常产生在定子中。本发明对定子的高效冷却因而效果更明显。

此外，所述转子还可具有一压力垫圈，该压力垫圈具有多个通向所述第二或第三冷却通道的开口，这些开口均小于相应第二或第三冷却通道的截面。借助这些开口可以使上述冷却流的体积流量在比例上彼此相配，而不必缩小转子中各冷却通道的截面。

特定而言，所述定子可具有一叠片铁芯，可以使每个单个叠片均具有相应的向外突出的突起部，以此形成所述散热片。这种具有外部散热片的定子叠片铁芯制造起来非常简单，因为散热片事先已“冲压成型”于该叠片铁芯上。作为替代方案也可将外部散热片焊接到定子叠片铁芯上。但焊接会产生本可避免的额外工序。

附图说明

下文将借助附图对本发明进行详细说明，附图为本发明永磁激励发电机的局部截面图。

具体实施方式

下文中将要详细介绍的实施例为本发明的优选实施方式。

附图所示为包含冷却器2的发电机1。冷却器2具有风扇3，以便吸入冷却空气并将其吹入换热器4。该换热器内的空气经排气管5流到外部。由此形成外冷却循环。

换热器4通过外冷却循环6对封闭式内冷却循环7进行冷却。驱动内冷却循环7的是安装在发电机1的机轴9的B端的轴风扇8。所述内冷却循环以风扇8为起点穿过所述换热器并在发电机A侧（驱动侧）进入绕组端部区域。该内冷却循环绕过绕组端部10和绕组电路31后穿过转子11和定子12，下文将对此予以详述。最后，冷却剂（特别是空气）穿过发电机B侧（非驱动侧）的绕组端部区域，重新到达轴风扇8或相应的独立风扇。

转子11具有端面装有压力垫圈或压力环14和15的叠片铁芯13。转子11在轴向上被径向冷却槽16分为两部分。在本实施例中，这个冷却槽16由带垫圈29的间隔件构成。

转子11此外还具有多个沿轴向分布的冷却通道，这些冷却通道的轴向中心位于两个同轴圆柱体上。下文中将冷却通道的中心轴与机轴9的轴线之间的径向距离称作该冷却通道的“径向高度”。在本实施例中，转子11具有第一冷却通道和在径向上位于该第一冷却通道下方（即径向高度较小）的第二轴向冷却通道18。将转子中分的径向冷却槽16的右侧设有径向高度与第一冷却通道17相同的第三冷却通道19。其径向下方则是径向高度与第二冷却通道18相同的第四冷却通道20。在叠片铁芯13上的专设凹槽内安装有多个沿周边分布的永磁体21。这些永磁体从两个端面插入转子，并在两个端面上都得到封装处理。转子11仅有一个中央径向冷却槽16，因此，磁体的插入和封装相应比较容易。

定子12的绕组支架是叠片铁芯22，大量沿径向分布的冷却槽23贯穿该叠片铁芯。所述叠片铁芯22的外护套上设有多个形成于叠片铁芯22上的沿轴向分布的散热片24。散热片24放射状突出于定子12之外且这些散热片可以焊接在叠片铁芯上。作为替代方案，叠片铁芯22中的每个单个叠片均具有径向突出的突起部，从而叠装单个叠片时便可形成散热片24。

据此，本发明的内冷却循环具有至少两个不同的冷却流。第一冷却流25仅在轴向上沿定子护套流动。这个冷却流基本上直接由换热器4以几乎不吸热的方式提供，可以对定子的轴向散热片24进行有效冷却。这个第一冷却流25还能用来对B侧端的绕组端部进行冷却。

第二冷却流26则是由已在A侧的绕组端部区域对绕组端部10和绕组电路31进行过冷却的冷却剂或冷却空气提供。这个第二冷却流经A侧压力环14进入转子11的第一冷却通道17。第二冷却剂流26在位于转子中央的径向冷却槽16处沿径向向外转向。所述第二冷却剂流沿轴向分布在转子11和定子12之间的整个气隙27中。由于压力环14和15的直径略大于包含永磁体21的转子叠片铁芯的直径，因此，该冷却剂流从所述气隙沿径向向外穿过定子的冷却槽23。第二冷却流或气流26在定子外表面与第一气流25汇合。第二气流26通过这种方式对转子如图所示的左半部分以及在定子的整个轴向长度上对定子内部进行冷却。因此，第二冷却流26大体呈Z形分布。亦即，先轴向，再径向，最后再轴向。由此，尽管转子仅具有一个径向冷却槽16而不是多个这样的径向槽，所述第二冷却流也能与线性的第一冷却流配合作用，对定子12进行有效散热。

根据图中实施例所示的可选方案，可设置第三冷却流28，该冷却流经在A侧的压力板14进入第二冷却通道18。转子11的径向冷却槽16上设有间隔件。本实施例中的间隔件是三个垫圈29。这些垫圈29采用不同设计且在彼此错开的位置上具有空隙30。借此使第三冷却流28在径向冷却槽16处如图所示向上进入位于冷却槽16右侧且径向高度大于第二冷却通道18的第三冷却通道。最后，第三冷却流28经B侧压力板15离开第三冷却通道19。为此，压力板15上设有多个开口，这些开口的尺寸使得第三冷却流28的阻力不至过低，而且第二冷却流26也具有足够大的体积流量。穿过止推板15上的开口后，第三冷却流28与第一及第二冷却流25、26在发电机1位于轴风扇8前方的端面区域汇合。由此可见，第三冷却流28在转子的第一部分（附图中的左半部分）穿过的是温度相对较低的区域（接近机轴的区域）。在此过程中几乎不吸收热量。随后，所述第三冷却流在转子的右半部分向上流动并对转子的右半部分实施有效冷却。如前所述，转子的左半部分主要由第二冷却流26冷却。

本发明的冷却原理采用两个彼此分离的冷却流，其作用方式可概括为：本发明的电机及本发明的冷却方法设计成，电机（特别是永磁体发电机）的转子只需配置单独一个中央径向冷却槽。而在传统结构中，单独一个转子冷却槽所提供的Z形通风不足以排出热损耗。本发明的结构仅采用单独一个中央冷却槽，便可以简单的方式对转子的永磁体进行准确定位并提供持久的防腐保护（因为采用了简易型两端封装）。为了实现有效冷却，定子叠片铁芯上设有轴向散热片以提高散热能力。用轴风扇的强制气流来再冷却这些轴向分布的散热片。转子的磁体、气隙区域以及定子的一部分由布置在转子中央的径向冷却槽所产生的其他冷却气流再冷却。视需要还可通过轴风扇的负压和B侧转子压力垫圈上的开口产生第三冷却气流。通过在位于转子叠片铁芯中央的径向冷却槽区域内改变冷却通道平面，同样可为转子的第二部分提供“冷的”冷却空气。这一附加冷却措施用于对第二转子叠片铁芯的磁体进行冷却。本发明冷却原理的优点如下（部分优点之前已作过说明）：首先是可以降低制造成本，因为本发明的转子仅需具有两个分叠片铁芯，而非（例如）十个。其次，通过用相应的灌封材料对转子端面实施可靠的封装处理，为所用永磁体提供了充分的防腐保护。最后，尽管定子本身所具有的径向冷却流动性能不足，但其轴向散热片（肋）结构却能使其得到有效冷却。

Claims (6)

1.一种电机，包括：

一定子（12），所述定子具有一绕组支架（22），所述绕组支架（22）具有多个径向冷却槽（23），和

一转子（11），所述转子（11）具有单独一个径向冷却槽（16），其中，

所述定子（12）的绕组支架（22）在其外护套上具有多个沿轴向分布的散热片（24），所述散热片（24）可对一沿轴向分布的第一冷却流（25）进行导引，以及

所述转子（11）具有沿轴向分布的第一冷却通道（17），所述第一冷却通道（17）与所述转子的单独一个径向冷却槽（16）连通，使得一第二冷却流（26）可以穿过所述转子（11）的轴向第一冷却通道（17）、所述转子（11）的单独一个径向冷却槽（16）、所述转子（11）与所述定子（12）之间的气隙（27）、所述定子（12）的多个径向冷却槽（23）并在轴向上由所述定子（12）的轴向散热片（24）进行导引，且其中，

所述转子（11）的轴向第一冷却通道（17）位于所述转子的单独一个径向冷却槽（16）的其中一侧，轴向第二冷却通道（18）位于所述第一冷却通道（17）的径向下方，轴向第三冷却通道（19）处于所述第一冷却通道（17）的径向高度上且位于所述转子的单独一个径向冷却槽（16）的另一侧，由此一第三冷却流（28）可以与所述第二冷却流（26）分离地引导穿过所述第二冷却通道（18）、所述转子的单独一个径向冷却槽（16）和所述第三冷却通道（19）。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述转子（11）由永磁体（21）激励。

3.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的电机，其中，所述转子（11）具有一压力环（15），所述压力环（15）具有多个通向所述第二或第三冷却通道（18，19）的开口，所述开口均小于相应的所述第二或第三冷却通道的横截面。

4.根据权利要求中1所述的电机，其中，所述绕组支架（22）具有一叠片铁芯，且每个单个叠片均具有相应的向外突出的突起部，由此形成所述散热片（24）。

5.一种冷却一电机的方法，所述电机包括一定子（12）和一转子（11），所述定子具有一绕组支架（22），其特征在于，

用一沿轴向分布的第一冷却流（25）冷却所述绕组支架（22）的外护套上的多个散热片（24），以及

用一第二冷却流（26）冷却所述转子（11）和所述定子（12），所述第二冷却流沿轴向进入所述转子（11），在所述转子（11）中转向径向，沿径向离开所述转子（11），在所述定子（12）中继续沿径向流动以及在所述定子（12）的外护套上沿轴向继续流动，且其中，

用一第三冷却流（28）冷却所述转子（11），所述第三冷却流在所述第二冷却流（26）的径向下方进入所述转子（11），在所述第二冷却流的径向高度上通过所述转子（11）内部，并以与所述第二冷却流（26）分离的方式在所述第二冷却流的径向高度上离开所述转子（11）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，一第四冷却流在所述第二冷却流（26）的径向高度上进入所述转子（11），在所述转子（11）中转向至一低于所述第二冷却流的径向高度并在所述这个较低的径向高度上离开所述转子（11）。

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