CN102341999A - 用于电动机器的流体冷却装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于电动机器的流体冷却装置使用连续的与热存储元件相关联的冷却管。冷却管具有盘曲构型并且热储存元件包括从热储存元件纵向端部开始的纵向槽。因此，可能地是轻微变形热储存元件以正确地确定它进入电动机器的内部定子里面的位置。内部偏置组件可以被用于迫使热储存元件的外表面到定子的内表面。

Description

用于电动机器的流体冷却装置
技术领域
本发明涉及电动机器。更具体地说，本发明涉及一种用于电动机器的流体冷却装置和设置有这种流体冷却装置的电动机器。
背景技术
电动机器，马达或者发电机是本领域公知的。也广泛公知的是电动机器产生热量作为副产品并且该热量必须设法从机器排出以改善该机器的性能和/或阻止由此地早期的性能下降或者失效。
电动机器通常是空气冷却的。这可通过在机器的主体中设置孔以迫使空气从那里通过来容易地实现。由于空气通常是低效率的冷却流体，所以这种冷却装置的效率差。此外，一些电动机器运行所处的环境使得不可能为电动机器设置孔以允许空气通过。因此，也已经设计用于电动机器的流体冷却装置。
一些永磁电动机器设置有内定子和通常包围定子的外转子。当在这种情况下，定子具有大体圆柱形的主体并且线圈安装到圆柱形主体，以使得向外地产生与外部设置的转子相互作用的磁场。由于热通常产生在由转子稍微包围的定子中，所以可能困难的是在这种外部电动机器的包围定子内部安装流体冷却装置。
发明内容
根据示例性实施例，提供一种待插入电动机器的内部定子中的流体冷却装置，内部定子设置有内表面，流体冷却装置包括：
设置有第一和第二纵向端部和外表面的管状主体，其配置成施加至所述内部定子的所述内表面；所述第一和第二纵向端部包括允许所述管状主体产生变形的扩张槽；所述管状主体还包括设置有流体入口和流体出口的冷却路径；
偏置组件，其配置成偏置管状主体的外表面抵靠内部定子的内表面。
根据另一方面，提供一种电动机器，包括：
设置有内表面的内部定子；
关于内部定子同轴安装的外部转子；以及
插入内部定子中的流体冷却装置，所述流体冷却装置包括：
设置有第一和第二纵向端部和外表面的管状主体，其配置以施加至所述内部定子的所述内表面；所述第一和第二纵向端部包括允许所述管状主体产生变形的扩张槽；所述管状主体还包括设置有流体入口和流体出口的冷却路径；以及
偏置组件，其配置以偏置管状主体的外表面抵靠内部定子的内表面。
本说明书涉及列在整个本公开中的其它文档。这些文档的完整内容由此通过引用的方式结合于此。
单词“一个”的使用，当在权利要求和/或说明书中与“包括”连接使用可以表示“一个”，但是也与“一个或者更多个”，“至少一个”，以及“一个或多于一个”的意思一致。相似地，单词“另一个”可以表示至少一个第二个或者更多。
如使用在说明书和权利要求中，单词“包括”(和包括的任何形式)，“具有”(和具有的任何形式)，“包含”(和包含的任何形式)或者“包括”(和包括的任何形式)，是包含的或者无约束的，并且不排除此外的，未引用的元件或者方法步骤。
单词“大约”用于表示，一值包括相应于被应用于确定该值的装置或者方法的误差的固有变化。
因此，本发明的目的是提供一种用于电动机器的流体冷却装置。
需要指出的是，“电动机器”的表述在此构建为包括电动机和发动机，而不考虑使用在这些设备中的技术。
其它目的、优势和特征当阅读以下通过参照附图的例子的方式给出的示例性实施例非限制性的说明将变得更明显。
通常认为，根据示例性实施例的冷却装置使用与热存储元件相关联的冷却管。冷却管具有盘曲(serpentine)构型，大体圆柱形的热储存元件包括从热储存元件的纵向端部开始的纵向槽。因此，可稍微使热储存元件变形以正确将其定位进入电动机器的内部定子。此外，纵向槽允许热存储元件的材料相比形成电动机器定子的材料以不同比率收缩和膨胀，而不产生定子的过度变形，在这些元件之间也不产生接触损失。热存储元件和定子之间的适当充分热传导因此是可行的，同时允许使用不同的材料形成这些元件。偏置组件可以用于迫使热储存元件的外表面抵靠定子的内表面。
附图说明
在附图中：
图1是根据第一个示例性的实施例的流体冷却装置的透视图；
图2是沿着图1中2-2线截取的截面的侧面正视图；
图3是图1的流体冷却装置的底部平面图；
图4是图1的流体冷却装置的顶部平面图；
图5是沿着图4中5-5线截取的截面的侧面正视图；
图6是设置有图1的流体冷却装置的电动机器的截面图；
图7是根据第二示例性的实施例的流体冷却装置的透视图；
图8是设置有根据第三示例性的实施例的流体冷却装置的定子的透视图；
图9是沿着图8中9-9线所做的截面图；
图10是根据第四实施例的流体冷却装置的透视图；
图11是根据第五实施例的流体冷却装置的透视图。
具体实施方式
现在转向图1-图6，将描述根据第一示例性的实施例的流体冷却装置10。
流体冷却装置10包括采用管状主体12的形式的热存储元件以及采用嵌入在管状主体12中连续的盘曲/折曲(serpentine)的冷却管14的形式的冷却路径。
管状主体12通常是C形形状并且包括外表面16以及第一和第二纵向端部18和20。三个扩张槽22从第一纵向端部18设置，两个扩张槽24从第二纵向端部20设置(见图2)。扩张槽22开口朝向第一纵向端部18但是没有到达第二纵向端部20。相反地，如能在图3的底部平面图中更好地看见，扩张槽24开口朝向第二纵向端部20但是没有到达第一纵向端部18。
管状主体12的C形由开口朝向两个轴线端部18和20的更大的槽25限定。
图1中虚线表示的折曲的冷却管14，包括流体入口26和流体出口28。
图2示出嵌在主体12中的冷却管14。图2也示出冷却管14的每个直部相邻于至少一个扩张槽22或24。
图3和图4分别是主体12的的底部和顶部平面图，以虚线示出相应于将主体12插入内部转子(未示出)而产生的潜在变形。
图5以虚线形式示出冷却管14嵌入到主体12中。如能从该图看出的，扩张槽22和24设置在盘曲冷却管14的U形部分中以实现连续的冷却管14，同时使扩张槽开口朝向主体12的任一纵向端部。
图6示意性地示出设置有流体冷却装置10的电动机器50的多个部分。电动机器50包括设置有线圈54的定子52和设置有永磁体58的转子56。
定子52包括大体圆柱形的内表面60，冷却装置10的外表面16的一部分抵靠该内表面。定子52的底部台肩62和主体12的顶部台肩64确保冷却装置10正确地插入定子52中。当然，台肩62和64可以不同于这里所示的实施例。
如截面图6上所见，主体12的内表面66包括由两个倾斜的壁部分70和72限定的中心限制件68。
图6也示出用于偏置管状主体12的外表面16抵靠定子52的内表面60的内部偏置组件74。偏置组件74设置有第一和第二环76、78和相互连接第一环76到第二环78的多个紧固件80(图6中示出2个)。环76和78的外周面壁82也是倾斜的，从而大体上对应于倾斜的壁部分70和72。
因此，一旦冷却装置10轻微变形以插入定子12中，由于扩张槽22和24和狭槽25的作用，紧固件80能够被拉紧(见箭头84)引起环76和78被朝向彼此拉动(见箭头86)。倾斜的壁82、70和72的相互作用使主体12变形以使得推动主体12的外壁16到定子52的内表面60上(见箭头88)。因此，定子52和冷却装置10之间充分的热传导得以实现。
扩张槽22和24允许由不类似的材料制成的定子52和冷却装置10以不同的比率热膨胀和/或收缩，而不引起这些元件的非弹性变形，同时保持它们之间充分的接触以允许充分的热传导。
环76和78能够由与定子52相同的材料制成，典型地，钢，从而以相同的比率热膨胀和收缩。
当然，可以使用其它紧固装置。例如，图6的紧固件80可以被铆钉(未示出)替换，假设当安装铆钉时，压缩装置(未示出)用于暂时保持环76和78朝向彼此。
如易于被本领域技术人员理解的，能够使用安装在管状主体内部和设计以提供向外导引的径向力的其它机构以偏置管状主体的外表面抵靠定子的内表面。
易于被本领域技术人员理解的是，冷却管14和主体12二者都能够由多种适当的热传导材料制成。例如，冷却管14可以由不锈钢制成而主体12可以由铝制成。当然，也可用其它材料，例如管可以使用铜，主体可以使用铸铁、塑料、锌或者镁。本领域技术人员会适当地为管和主体选择可兼容配合的材料。
现在转向图7，将描述根据第二示例性的实施例的流体冷却装置100。需要指出的是，由于流体冷却装置10和100非常相似，并且为了简明的目的，以下仅对这些流体冷却装置之间的区别作出说明。
冷却装置100和10之间主要的区别在于冷却装置的比例(proportion)。实际上，冷却装置100设计用于较大直径的电动机器，而冷却装置10设计用于小直径的电动机器。因此，管状主体102具有更大的直径并且从主体102的两个纵向端部108和110设置有更多的扩张槽104和106。
另一个相关的区别是流体冷却装置100的主体102不是C形形状的。增加数量的槽允许主体102进行更多的明显(substantial)变形，允许主体102被插入定子中并且随后迫使其抵靠定子内表面，而不需要主体102形成为C形形状。
现在转向附图的图8和9，将描述根据第三示例性的实施例的流体冷却装置200。流体冷却装置200与图1-7中的流体冷却装置10和100非常相似。因此，以下仅对它们之间的区别作出说明。
如图8中明显可见，用于使冷却装置200的外表面施加至定子202的内表面上的偏置组件204与上述描述的偏置组件不同。图8中描述的偏置组件在美国专利6,960,851中说明，名称为“Cooling device including a biasingelement”，以Poulin等作为发明人。该文档的完整内容通过引用的方式结合于此。
流体冷却装置200没有设置嵌入管。如能从图9中看见，流体冷却装置200包括多个倾斜钻入的孔，以限定V形槽道，并且这些孔被隔开以使得相邻的V形槽道相交。
更具体地说，每个倾斜的孔205连通至流体冷却装置200的轴向端部206和208。相邻的孔通过可变形的塞210闭合以形成从入口212到出口214的冷却路径。扩张槽216设置在装置200的两个纵向端部206、208上，在塞210之间。因此，冷却路径不会被扩张槽干扰。
孔和塞的这一构造记载在美国专利7,474,021中，名称为“Coolingassembly for electric machine”，并且以Didier Perrin作为发明人。该文档的完整内容通过引用的方式结合于此。
现在转向附图图10，将描述根据第四示例性的实施例的流体冷却装置300。需要指出的是，流体冷却装置300和图7中所示的流体冷却装置100相似。因此，以下仅对这些流体冷却装置之间的区别作出说明。
流体冷却装置300的冷却路径通过冷却管302限定，该冷却管302没有嵌入在管主体304中，但是被插入并变形于设置在管状主体304的外表面308上的盘曲/折曲槽道306中。盘曲槽道306具有大体C形形状的横截面。
当流体冷却装置300被插入定子时，连续的冷却管302因此与主体304和定子(未示出)物理接触。
然后，扩张槽310设置在冷却管302的纵向部分之间以阻止它们之间的干涉。
这样的冷却管构造记载在美国专利6,992,411中，名称为“Liquid coolingarrangement for electric machines”，并且以Houle等作为发明人。该文档的内容通过引用的方式结合于此。
最后，转向附图图11，将描述根据第五示例性的实施例的流体冷却装置400。此外，由于流体冷却装置400和图7中所示的流体冷却装置100相似，以下仅对这些流体冷却装置之间的区别作出说明。
流体冷却装置400的冷却路径包括8个U形冷却管402，每一个U形冷却管包括流体入口404和流体出口406。扩张槽408或者设置在U形冷却管402之间或者设置在U形冷却管的纵向腿之间以使得不与冷却管402的操作相干涉。
冷却路径还包括汇流管410(manifold)，该汇流管410设置有流体入口412和流体出口414并且安装到冷却管402的入口404和出口406，以为流体冷却装置400提供单一入口和出口。需要指出的是，汇流管410示意性地示出在图10中。
当然，本领域技术人员可知可以改变U形冷却管402的数量。
需要指出的是，当冷却装置主体的外表面在此示出为具有限定不同主体直径的台肩时，可以使用直的圆柱形的外表面。易于被本领域技术人员理解的是，冷却装置的主体的外表面大体对应于电动机器定子的内表面，以提供它们之间充分适当的接触。
虽然圆柱体形冷却装置已经如上所述，其它形状，诸如多边形，可以用于冷却装置的外表面和定子的内表面。当然，这些表面的形状必须对应以提供充分的接触以及因此的热传导。
也需要指出的是，热传导材料，如粘合剂、热滑油(grease)、或者热衬垫，可以设置在主体外表面和定子内表面之间以提高从定子到流体冷却装置的热传导。
可以理解的是本发明不限于申请中构造的细节和附图中部分说明的和在此上述记载的。本发明能够有其它实施例和以多种方式实践。也可以理解的是在此使用的术语和专有名词是为了说明而非限制的目的。因此，虽然本发明已经通过关于它的示例性的实施例如上说明，它可以在没有离开由附随的权利要求限定的本主题发明的精神、范围和本质被修改。

Claims (28)

1.一种待插入电动机器的内部定子中的流体冷却装置，所述内部定子设置有内表面，所述流体冷却装置包括：
设置有第一和第二纵向端部和外表面的管状主体，其配置成施加至所述内部定子的内表面；所述第一和第二纵向端部包括允许所述管状主体产生变形的扩张槽；所述管状主体也包括设置有流体入口和流体出口的冷却路径；
偏置组件，其配置成偏置所述管状主体的外表面抵靠所述内部定子的内表面。
2.根据权利要求1所述的流体冷却装置，其中，所述管状主体为C形形状。
3.根据权利要求2所述的流体冷却装置，其中，所述C形管状主体包括从第一纵向端部延伸至第二纵向端部的狭槽，其中所述偏置组件安装至所述狭槽。
4.根据权利要求1所述的流体冷却装置，其中，所述冷却路径由嵌入所述管状主体中的冷却管限定。
5.根据权利要求4所述的流体冷却装置，其中，所述嵌入的冷却管采用连续的盘曲冷却管。
6.根据权利要求1所述的流体冷却装置，其中，所述管状主体的外表面包括盘曲槽道，其中所述冷却路径由插入所述盘曲槽道中的冷却管限定。
7.根据权利要求6所述的流体冷却装置，其中，所述盘曲槽道具有大体C形形状的横截面。
8.根据权利要求1所述的流体冷却装置，其中，所述冷却路径由至少两个大体U形的冷却管限定，所述U形的冷却管由设置有所述冷却路径的流体入口和流体出口的汇流管相互连接。
9.根据权利要求8所述的流体冷却装置，其中，至少两个大体U形的冷却管由通过一体肘管相互连接的两个纵向腿限定；所述管状主体的第一纵向端部的扩张槽设置在所述纵向腿之间，同时所述管状体的第二纵向端部的扩张槽设置在相邻的大体U形的冷却管之间。
10.根据权利要求1所述的流体冷却装置，其中，所述冷却路径由所述管状主体中的多个倾斜的孔限定；所述倾斜的孔通向所述管状主体的第一和第二纵向端部；相邻的孔由可变形的塞闭合以形成从所述流体入口到所述流体出口的冷却路径。
11.根据权利要求1所述的流体冷却装置，其中，所述管状主体包括内表面，其中所述偏置组件采用安装到所述管状主体的内表面的内部偏置组件，并且其配置成提供向外导向的偏置力以使所述管状主体的外表面抵靠所述定子的内表面。
12.根据权利要求11所述的流体冷却装置，其中，所述内表面设置有由第一和第二倾斜的壁部分限定的限制件；所述内部偏置组件包括第一和第二环，每个环设置有倾斜的周面壁，其配置成接触所述管状主体的相应的倾斜的壁部分，至少两个紧固件相互连接所述第一和第二环；其中至少两个紧固件安装到所述第一和第二环，以使得所述紧固件的旋转迫使所述第二环朝向所述第一环，由此施加向外导向的偏置力以使所述管状主体的外表面抵靠所述定子的内表面。
13.根据权利要求12所述的流体冷却装置，其中，所述第一和第二环由与所述定子相同的材料制成，由此以大约相同的比率热膨胀和收缩。
14.根据权利要求12所述的流体冷却装置，其中，所述第一环包括孔，配置以允许所述紧固件通过其中，其中所述第二环包括螺纹孔，其配置以容纳所述紧固件的螺纹部分。
15.一种电动机器，包括：
设置有内表面的内部定子；
关于所述内部定子同轴安装的外部转子；以及
插入所述内部定子中的流体冷却装置，所述流体冷却装置包括：
设置有第一和第二纵向端部和外表面的管状主体，其配置以施加至所述内部定子的内表面；所述第一和第二纵向端部包括允许所述管状主体产生变形的扩张槽；所述管状主体也包括设置有流体入口和流体出口的冷却路径；以及
偏置组件，其配置以偏置所述管状主体的外表面抵靠所述内部定子的内表面。
16.根据权利要求15所述的电动机器，其中，所述管状主体为C形形状。
17.根据权利要求16所述的电动机器，其中，所述C形形状的管状主体包括从第一纵向端部延伸至第二纵向端部的狭槽，并且其中所述偏置组件安装到所述狭槽。
18.根据权利要求15所述的电动机器，其中，所述冷却路径由嵌入所述管状主体中的冷却管限定。
19.根据权利要求18所述的电动机器，其中，所述嵌入的冷却管采用连续的盘曲冷却管。
20.根据权利要求15所述的电动机器，其中，所述管状主体的外表面包括盘曲槽道，并且其中所述冷却路径由插入所述盘曲槽道中的冷却管限定。
21.根据权利要求20所述的电动机器，其中，所述盘曲槽道具有大体C形形状的横截面。
22.根据权利要求15所述的电动机器，其中，所述冷却路径由至少两个大体U形的冷却管限定，所述U形冷却管由设置有所述冷却路径的流体入口和流体出口的汇流管相互连接。
23.根据权利要求22所述的电动机器，其中，至少两个大体U形的冷却管由通过一体肘管相互连接的两个纵向腿限定；所述管状主体的第一纵向端部的扩张槽设置在所述纵向腿之间，同时所述管状体的第二纵向端部的扩张槽设置在相邻的大体U形的冷却管之间。
24.根据权利要求15所述的电动机器，其中，所述冷却路径由所述管状主体中的多个倾斜的孔限定；所述倾斜的孔通向所述管状主体的第一和第二纵向端部；相邻的孔由可变形的塞闭合以形成从所述流体入口到所述流体出口的冷却路径。
25.根据权利要求15所述的电动机器，其中，所述管状主体包括内表面，其中所述偏置组件采用安装到所述管状主体的内表面的内部偏置组件，并且配置以提供向外导向的偏置力以使所述管状主体的外表面抵靠所述定子的内表面。
26.根据权利要求25所述的电动机器，其中，所述内表面设置有由第一和第二倾斜的壁部分限定的限制件；所述内部偏置组件包括第一和第二环，每个环设置有倾斜的周面壁，其配置以接触所述管状主体的相应的倾斜的壁部分，并且设置有至少两个相互连接所述第一和第二环的紧固件；其中至少两个紧固件安装到所述第一和第二环，以使得所述紧固件的旋转迫使所述第二环朝向所述第一环，由此施加向外导向的偏置力以使所述管状主体的外表面抵靠所述定子的内表面。
27.根据权利要求26所述的电动机器，其中，所述第一和第二环由与所述定子相同的材料制成，由此以大约相同的比率热膨胀和收缩。
28.根据权利要求26所述的电动机器，其中，所述第一环包括孔，配置以允许所述紧固件通过其中，其中所述第二环包括螺纹孔，配置以容纳所述紧固件的螺纹部分。
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