CN103765730B - 冷却式磁马达 - Google Patents

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Abstract

一种电动马达/发电机，其包括：转子，其具有安装在转子的表面上的磁体，磁体面向在间隙对面的定子。磁体具有非常高的通量密度，而对于在高温下承受高的定子电流能力有限，优选地磁体由N48H材料制成。通过提供由冷却流体来使磁体温度降低的转子磁体冷却机构，允许使用具有较低最大工作温度和较高通量密度的磁体，并因此能够从该磁体获得较高的通量。

Description

冷却式磁马达
技术领域
本发明涉及冷却式电动马达和发电机。
背景技术
具有永磁体转子的发电机和电动马达常由与定子热接触的液体进行冷却。大多数热量在定子铁磁极(iron stator pole)、定子绕组(stator winding)中产生并且较小程度地在转子磁体中产生。在多数情况下磁体在定子内侧的马达中心内。热量大部分在磁体和冷却罩(cooling mantle)之间的定子中产生，并且冷却在定子的外侧进行。因此磁体的温度是高的。
磁体和绕组的温度以两种方式影响马达/发电机的损耗。在绕组中的铜的温度影响铜材料的电阻，因为电阻随着温度而增大。因此，对于给定的电流而言，较多的热量在热的绕组中产生。如果(通常是这种情况)来自绕组的热量使磁体的温度上升，那么磁通量将降低，这样对于给定的电流而言产生了更小的扭矩。这两个因素彼此加强。热的磁体将带来更低的磁场。为了维持同样的扭矩，必须使用更多的电流。这将导致绕组变得更热，其将增大绕组电阻，导致绕组变得甚至更热等。
发明内容
本发明的目的在于提供用于待被冷却的转子磁体的机构(means)，以便允许使用具有较低最大工作温度和较高通量密度的磁体，并且由此从磁体获得较高的通量。
本发明的另一个目的在于提供用于待被冷却的转子磁体的机构，以便从磁体获得较高的通量。
本发明的另一个目的在于提供用于待被冷却的转子磁体的机构，以便降低磁体的退磁的危险。
本发明的另一个目的在于提供对定子线圈和定子软铁部件的非常有效的冷却，以此降低来自这些部件的磁体的升温(heating)。
为允许在马达间隙中使用内部冷却流体，必须处理流体膨胀。本发明的目的在于在没有增大马达尺寸的情况下，提供处理该流体膨胀的机构。
场的减弱是允许马达高速运行的方法，而速度太高以致来自马达绕组的电动势(emf)接近或高于将电流输送(feed)至马达的逆变器系统中的干线电压(rail voltage)。已知的是，由于高的磁体应力和高的磁体温度的结合，这种操作模式导致磁体退磁的危险增大。本发明的目的在于为马达电流逆变器提供关于磁体温度的数据，使得控制器能够将马达电流限制至不会使磁体过应力(overstress)的值。
根据本发明，提供了一种电动马达/发电机，其包括：转子，该转子具有安装在该转子的表面上的磁体，磁体面向在间隙对面的定子，磁体具有非常高的通量密度，而对于在高温下承受高的定子电流能力有限，优选地磁体由N48H材料制成；以及转子磁体冷却机构，其通过冷却流体来降低磁体的温度。通过提供由冷却流体来降低磁体温度的转子磁体冷却机构，允许使用具有较低最大工作温度和较高通量密度的磁体，并由此能够从磁体获得较高的通量。
在优选的实施例中，转子磁体冷却机构包括迫使来自马达/发电机的外部的源的冷却流体经过由两个相邻的磁体、磁体承载软铁转子和磁体保持轮箍(bandage)组成的通道(channel)的机构，以此在磁体的两侧上直接对磁体进行冷却，并且经由软铁转子在磁体的第三侧上间接对磁体进行冷却。
在优选的实施例中，电动马达/发电机适于容许所有冷却流体进入马达/发电机中，并且适于进一步将所有冷却流体通过路径引导至转子磁体通道，其中流体的升温被保持为低的，优选地低于4℃。
在优选的实施例中，电动马达/发电机适于容许冷却流体进入马达/发电机中，并且适于进一步将一部分冷却流体通过路径引导至转子磁体通道，其中温度的升温被保持为低的，优选地低于4℃。
在优选的实施例中，电动马达/发电机包括布置成与磁体紧密接触的至少一个温度换能器(temperature transducer)，其中该温度换能器适于感测至少一个磁体的温度。
在优选的实施例中，温度换能器被连接至信号传输单元，该信号传输单元适于传输与由温度换能器感测到的温度相对应的温度信号，其中温度信号通过下述从诸如转子盘的旋转部分传输至静止部分：例如马达壳体内侧的无线电线路(radio link)、蓝牙装置、使用了频率调制(frequency modulation)或感应耦合装置(inductive coupling device)的在转子上的一组LED和在马达机壳(motor chassis)上的一组光接收器。
在优选的实施例中，磁体的冷却是借助于填充了转子磁体和定子之间的间隙的来自马达/发电机内部的源的冷却流体而实现的，以此降低了通过定子磁极(stator pole)和定子管从磁体到外部冷却流体的路径中的热阻(thermal resistance)。
在优选的实施例中，借助于泵送装置使内部冷却流体从由外部冷却流体直接冷却的表面传输到在转子磁体和定子之间的间隙，磁体的冷却得到进一步的改善。
在优选的实施例中，电动马达/发电机包括：在转子内侧的转子腔体；在马达腔体内侧的冷却流体和空气两者；以及在转子中的孔，这些孔允许马达内部的冷却流体进入并离开转子，其取决于由马达温度差引起的在冷却流体体积上的改变。
在优选的实施例中，电动马达/发电机包括通风管(ventilation tube)，该通风管在一端上具有至周围环境空气的自由通路，并且该通风管具有其在转子腔体内侧的另一端。
在优选的实施例中，对转子腔体内侧的通风管口状物(mouthpiece)的位置以及冷却流体的体积以这样的方式进行选择：无论马达如何倾斜，冷却流体的表面都不会到达通风管的口状物。
在优选的实施例中，对冷却流体的体积进行选择，使得当转子旋转时，在转子-定子间隙中总是存在流体，并且使得马达内侧的压力在任何温度下都是足够低的，以避免通过轴密封泄漏。
在优选的实施例中，电动马达/发电机包括具有控制单元的控制系统，该控制单元适于通过插入一些定子线圈中的优选地为热敏电阻(thermistor)的至少一个传感器来获得关于定子线圈温度的数据，并且从放置在转子磁体中的一个上或放置成用热的方式(thermally)靠近转子磁体中的一个的至少一个传感器来获得关于磁体温度的数据，该控制单元能够通过控制冷却液流体泵和/或散热器来调整冷却流体温度或流量，以便影响定子线圈和磁体的温度。
在优选的实施例中，电动马达/发电机包括具有控制单元的控制系统，该控制单元通过开关来控制到达定子线圈的电流，并且适于从放置在转子磁体中的一个上或放置成用热的方式靠近转子磁体中的一个的至少一个传感器来获得关于磁体温度的数据，该控制单元将到达定子线圈的电流限制至在实际磁体温度下将不会导致磁体的不能改变的消磁的值。
附图说明
现在通过实例的方式参考附图对本发明进行描述，在其中：
图1至图11示出了具有通过外部冷却液流体来对转子和定子部件进行冷却的系统，该外部冷却液流体在马达/发电机中被加热并且在马达的外侧被冷却，在这些图中：
图1示出了在图2中示出的马达或发电机的截面。
图2示出了具有永磁体转子的马达或发电机，该马达或发电机布置成以冷却流体将转子磁体冷却至低的温度并且将定子冷却至更低的温度。
图3示出了定子齿部至齿部的密封。
图4示出了在图5中示出的马达或发电机的截面。
图5示出了具有永磁体转子的马达或发电机，该马达或发电机布置成以冷却流体将转子磁体冷却至低的温度并且将定子冷却至更低的温度。
图6示出了用于转子上的冷却流体的通道的放大图(enlargement)。
图7示出了适合用于均匀冷却线圈的线圈形状。
图8示出了磁体温度测量装置。
图9示出了磁体温度测量装置及布置，以减少大量流体的旋转。
图10示出了在图11中示出的马达或发电机的截面。
图11示出了适合用于均匀冷却线圈的线圈形状和装置，以确保冷却流体的均匀分布。
图12至图15示出了具有通过内部冷却液流体对转子和定子部件进行冷却的系统，内部冷却液流体由马达/发电机中的磁体加热并且在马达的内侧被冷却，在这些图中：
图12示出了具有永磁体转子的马达或发电机，该马达或发电机布置成通过在诸如油等热的传输流体之上的定子齿部来冷却转子，并且意欲消除马达和周围环境之间的压力差。
图13示出了具有永磁体转子的马达或发电机，该马达或发电机布置成通过在诸如油等热的传输流体之上的定子齿部来冷却转子，并且意欲降低马达和周围环境之间的压力差。
图14示出了图13的马达的部分放大图。
图15示出了与图13的马达相似的马达，但该马达具有部分封装(potted)的定子并且不具有内部泵。
图16示出了根据本发明的控制系统的实例。
具体实施方式
在下文中，将给出本发明的详细描述。将认识到的是，这些图仅用于图示且不以任何方式限制本发明的范围。
图1示出了与在图2中示出的马达或发电机的轴线相垂直的截面A-A。
图2示出了与同样的永磁体马达/发电机201的轴线平行的截面B-B。磁体具有非常高的磁性能积(BH product)，而对于在高温下承受高的定子电流能力有限。磁体的冷却通过冷却流体流进行，该冷却流体流在进入马达/发电机之后通过路径(202-208)被引导至转子磁体通道，该路径未引起流体的任何实质性升温。
流体沿着由从202至203的细线所指示的路径而行。转子204具有盘形部205和空心筒形部206，磁体207装配在该空心筒形部206上。
冷却流体可通过三个开口中的一个从右腔体208通行至左腔体209。(在一些实施例中，这些开口中的一个或两个可能被省略，或给予非常低的流量)。最低的开口是进入通道形成部210和磁体承载器206之间并且进一步通过开口211的。第二路径是通过在两个相邻的磁体207、磁体承载器206和零件(item)213之间(在放大图图3中示出)限定的通道212。零件213在行业中经常使用以使磁体保持就位，并且可由碳纤维、玻璃纤维、热收缩薄膜(heat shrink film)、不锈钢管等组成。第三开口是在转子和定子之间的间隙228中。开口211的面积取决于在磁体之间的开口212的面积。低且宽的磁体将导致用于开口212的面积较小，并且可能需要较大的开口211。
在进入腔体209之后，流体将被迫使经过在两个线圈215之间的腔体214或在定子齿部217之间的腔体216。为避免流体从腔体208泄漏至上腔体219，存在与定子磁极尖端220中的凹陷相适配的弹性密封件218以及在定子磁极217和右马达护罩222之间的另一个密封件221。
基本上，整个转子205-206浸泡在冷却流体中。这也为整个转子提供了一些冷却，并且由此也为磁体提供了一些冷却。
流体将最终通过开口227进入上腔体219。该腔体部分地由类似于管224上的零件223的螺旋成形螺纹构成的螺纹装置组成。软铁定子磁极的外部225与管224直接接触，并且因此来自定子磁极的热量能够通过管224流动并且进一步流动至冷却流体。
图3是图1的一部分的放大图。在定子磁极220和转子轮箍213之间的间隙228在该放大图中清晰可见。此间隙通常命名为“空气间隙”。由于在本申请中所描述的实施例中该间隙由冷却流体填充，在本文中使用了词语“间隙”。
作为实例，冷却流体可以进入具有55℃入口温度的马达。在磁体下方经过的流体将从磁体承载器206吸取热量。该热量由磁体承载器中与磁体207中的涡流产生。一些热量也从定子磁极217传导至“间隙”228中的冷却流体。穿过腔体212的流体将从磁体207并且从磁体承载器206吸收热量。如果轮箍213具有差的导热性，这是有利的，例如由浸渍的(impregnated)玻璃纤维制成。最后，剩余的流体将穿过间隙228。它将从定子磁极217吸收热量。重要的是，在“间隙”中的流体被新鲜冷却的流体替代；这可通过调整腔体211和212的面积来控制。
随后流体将经过腔体214或216。腔体214面向定子线圈215的外绕组层。最外层226将因此与流体直接接触。在定子绕组215的最内层中产生的热量将向外传递至最外层226或通过定子磁极朝管224传递。通过提供定子线圈的有效冷却，面向转子磁体207的定子磁极217的温度将是较低的，以此降低了磁体的温度。
图4示出了在图5中示出的马达或发电机的截面。
图5示出了具有永磁体转子的马达或发电机500，该马达或发电机500布置成以在501处进入并在502处离开的冷却流体对转子和定子进行冷却。它以这样的形式布置：冷却流体将首先到达磁体，因此磁体可被保持在与进入流体的温度接近的温度下。
流体通过口状物503进入，并且进一步至轴505中的通道504。自通道504存在至少一个另外的通道506，该通道506在流体贮存器(reservoir)507中终结。贮存器壁508a的外端部508b将流体向上引导至在磁体510、磁体支承圆筒(magnet support cylinder)511和轮箍512之间的腔体509，这些零件在放大图图6中示出。冷却流体将由此直接到达磁体510的左侧和右侧，但也将对磁体支承圆筒(其由类似于铁的软磁性材料制成)进行冷却，并且由此也通过支承圆筒511对磁体的下侧进行冷却。上侧由轮箍512覆盖，该轮箍512优选地具有低的导热性。
在经过通道509之后，流体进入另一个贮存器513。从那里，唯一的出口是腔体519和520以及定子磁极冷却通道514。
定子磁极的下部以515示出。中部被隐藏在绕组215的内侧，并且上部以516示出。在上定子磁极中的切口514允许冷却流体与定子材料直接接触。
在经过了三个通道214、216和/或514中的一个之后，流体进入贮存器517，其通过出口518退出。
图7示出了不同形状的线圈701和702。这种形状产生了具有两个平行侧的通道703，由此产生了在线圈之上的冷却流体的均匀速度。存在用于流体的两个其他通道。通道704对定子叠片(stator lamination)706进行冷却，并且通道705对磁体进行冷却。
图8示出了通过在转子中的孔802而装配在磁体表面上的温度测量装置801。该装置可以例如是热敏电阻或Pt100电阻器。
图9示出了具有带永磁体902的转子901的马达或发电机900，其具有对转子进行冷却并测量磁体的温度的多个装置。磁体和定子由在903处进入并在904处退出的冷却流体进行冷却。
流体通过口状物905进入，并且进一步到达轴907中的通道906。自通道906存在至少一个另外的通道908，通道908在流体贮存器909中终结。贮存器具有在径向方向上的翅片(fin)910，这些翅片910相对于前部护罩911固定。它们的目的在于将另外促使贮存器909中的流体旋转的力抵消掉。
冷却流体流将通过在图7中以703、704和705示出的通道而分成三个部分。在图5中示出的布置下，整个流将首先到达磁体，该磁体因此可被保持在与进入流体的温度接近的温度下。为了获得在图9中示出的布置下的相同低温，将需要较高的总流体流，因为只有一部分的流将穿过磁体之间的通道705。
在经过通道703-705之后，流体进入另一个贮存器913。同样地，此体积具有径向翅片914，以减少腔体913中的流体的旋转。最后，流体通过口状物915退出。
温度测量装置801也在图9中示出，并且在图中被连接到安装在转子盘912上的信号传输单元916。该单元包含能量存储器(energy storage)，当马达/发电机旋转时，该能量存储器通过耦合线圈(pick-up coil)917进行充电，该耦合线圈917由在类似于914的静止翅片上的一组磁体918馈电。
将数据从转子传输至马达机壳的信号传输单元916能够基于例如马达壳体内侧的无线电链接(radio link)、蓝牙装置、使用了频率调制或感应耦合装置的在转子上的一组LED和在马达机壳上的一组光接收器。安装在机壳上的接收器的未被示出。传输单元可处理安装在不同磁体上的若干个温度传感器。
图10和图11示出了与在图4-6中示出的马达相似的马达。该马达具有适用于使线圈均匀冷却的线圈形状及装置1001，以确保冷却流体的均匀分布。装置1001产生了在优选方向上对于流具有低阻力的区段。该区段在两个磁体和三个出口1002、1003及1004之间平均包含一个流体入口1005(取决于转子的位置)。装置1001产生了用于流体从一个区段流至相邻区段的狭窄通道。
图12示出了通过具有永磁体转子1201的马达或发电机1200的截面，马达或发电机1200布置成通过诸如油等内部热量传输流体来对转子进行冷却，该内部热量传输流体将转子磁体1202和转子背铁(rotor back iron)1203中产生的热量传输至定子齿部1204，并且在此之后传输至定子管1205。在示出的实施例中，定子管由在通道1206中运行的外部冷却液体进行冷却。备选地，定子管可被空气冷却。定子绕组1207由线轴(bobbin)1217保持就位，并且进一步由诸如环氧树脂或硅树脂1208的封装材料(potting material)绝热。腔体1209和定子至转子间隙被内部热量传输流体填充，该内部热量传输流体可通过移除密封螺栓1216而填充。对于非旋转马达的过剩流体以体积1210示出。当转子旋转时，过剩流体将被离心力推动以填充间隙和在该间隙外侧的其他体积，并且剩余流体将在转子内侧产生均匀层。
磁体温度并非由与磁体紧密接触的传感器感测。相反，诸如热敏电阻的传感器1218位于靠近磁体处，并且当马达旋转时该传感器浸没在冷却流体中。
当流体由于升温而膨胀时，流体将通过孔1211移入转子腔体中。压力将保持在周围环境下，因为转子腔体中的空气将通过具有在口状物1213中的空气通道1212的通风管1220而具有至周围环境的自由通路。当马达关闭并且流体收缩时，必须存在与转子腔体内侧的体积接触的至少一个孔1211。针对孔1211周围的材料流体必须浸湿。相反地，针对在口状物1213中的开口周围的材料流体不得浸湿。更进一步地，无论马达如何倾斜，即使在流体的最大的膨胀状态下，转子腔体内侧的流体体积也不应到达口状物中的开口。当这些条件都满足时，流体将无法通过通道1212而退出至周围环境。由此在密封轴承1214和1215之上没有压力差的情况下，能够对马达部件和流体的膨胀及收缩进行处理。
图13示出了具有双回路冷却的马达或发电机1301的截面。内部回路具有液体冷却。外部冷却能够使用液体或空气。
马达具有带绕组1303的软铁定子1302以及带永磁体1305的转子1304。
马达系统具有内部液体冷却回路，该内部液体冷却回路包含储藏装置(magazine)、泵送装置、将该内部冷却回路用热的方式(thermally)连接到外部冷却装置的热交换装置、磁体冷却通道和返回通道。
在示出的实施例中，储藏装置和返回通道由在转子中的腔体1306组成。在旋转期间，冷却流体将由离心力径向向外推动，如以液面(level)1307所示。冷却回路也包含一些空气，以便降低由于部件的不同热膨胀而出现的压力差，空气体积以1308示出。
对内部回路液体起作用的泵是基于由转子的表面1401(在图14中示出)产生的、对旋转表面1401和后部护罩1309的静止表面之间的液体起作用的离心力。表面1401的适当形状取决于速度、温度和液体，并且可以是从粗糙表面到如图14中示出的常规扇翼(fanwing)的任何形状。
随后，内部回路流体穿过在定子1302和转子磁体1305之间的间隙1316，由此对磁体进行冷却。
最终，流体返回至存储器1307。这种从定子-转子磁体间隙到存储器1307的路径也将起到泵的作用，产生了朝向(direct against)内部回路液体的预期流的压力。通过对旋转部分和静止部分之间的距离、表面精加工以及最终表面1401上的扇翼进行适当的选择，能以适当的间隔保持该流。在转子轴1315中的密封螺栓被用来使冷却流体填充入马达中。
在示出的实施例中的外部冷却由用于诸如水或水乙二醇混合物等冷却流体的通道组成。备选地，可使用空气冷却。流体通过入口1310进入至在后部护罩1309中的循环路径1311。在路径1311中经过180度之后，该流体进入了引导至定子管1314中的螺旋形路径1313的通道1312。冷却流体将定子管1314保持在低温下，并且由此直接地对定子铁1302进行冷却，并且间接地对定子线圈1303进行冷却(定子线圈是用热的方式连接至定子铁的)。
在转子磁体-定子间隙中具有油冷却的基本原则可以通过不同的方式以增加的复杂性而实现:
在没有泵送装置的情况下，一种非常简单的系统能够运行，该系统具有外部流体通道1311或1302或两者兼具并且具有大到足以填充转子磁体-定子间隙的第二流体体积。如果定子磁极温度显著低于就磁体而言的临界温度，那么这样的系统可能限制磁体温度。即使铜绕组在130℃时，定子磁极将处于绕组的温度和定子管的温度之间的某个温度，并且例如当如以1313所示出的螺旋形通道输送有低温水时，定子管的温度可以是相当低的。
定子绕组可为磁体冷却内部回路流体所能接近的(accessible)，如在图13中所示。然而，与示出的实施例相比，这将使磁体冷却内部回路流体的温度增大。
定子绕组可被灌封在一些封装化合物中，以此限制了从绕组到磁体冷却内部回路流体的热量传输，如图15中所示。
图15示出了马达或发电机1501的截面，该马达或发电机1501具有类似于图13的马达的双回路液体冷却，但不具有泵翅片而具有封装的定子。封装化合物1516填充了马达中的大部分腔体，腔体是在接触了绕组线轴1503的内端部的圆筒的外侧。
马达具有带绕组1503的软铁定子1502以及带永磁体1505的转子1504。
马达系统具有包含流体储藏装置的内部液体冷却回路以及气体压力变化减少体积1506，该气体压力变化减少体积1506通过类似于1508的输送孔来将热传导流体输送至转子和定子之间的间隙1507中。在转子铁和磁体中产生的热量通过在转子-定子间隙1507中的流体和定子磁极被传导至由外部冷却流体冷却的定子管1509。流体在1513处进入，在螺旋形形状的通道1510中运行，并且在1514处退出。
对马达内侧的冷却流体的体积进行选择，使得在所有高速操作条件下，在转子-定子间隙1507中都存在流体。在离心力已将几乎所有流体推出转子腔体1506之外并因此使空气进入转子腔体之后，空气将被流体替代，该空气最初可能在转子-定子间隙1507的外侧(如在外侧从转子轴的轴线所看见的那样)诸如1511的腔体的内侧。
如果在马达内侧不存在空气(或一些其他气体)，当该马达变热时，流体的不同的(通常较高的)热膨胀将在马达内侧产生高的压力。那将在轴密封1512或诸如电气连接器(未示出)的部件中产生流体泄漏。通过在转子-定子间隙1507内侧采用相对较大的腔体和适当体积的流体，冷和热的马达之间的压力差可降低至几分之一巴(a fraction of oneBar)，对于具有比图15中示出的转子直径低得多的转子直径的马达而言同样如此。流体可例如通过移除螺栓1515并且用口状物取代它而进入，口状物首先施加真空以移除空气，随后用适当体积的油来填充马达。
图16示出了根据本发明的控制系统1600的实例。控制单元1601通过插入一些定子线圈中的热敏电阻或其他传感器1602来获得关于定子线圈温度的数据，并且从放置在转子磁体中的一个上的传感器1603获得关于磁体温度的数据。此信息是通过在转子上的传送器1603和在转子机壳上的接收器1605而传输至控制单元1601的。基于此信息，控制单元可将马达电流限制至在磁体的安全操作范围之内的对于磁体的当前温度有效的值。作为实例，磁体材料N48H在60℃时确实允许较大的定子电流，该较大的定子电流迫使其内部B-场(B-field)(从在零定子电流下的大约1.2T)下降至大约0.3T而没有任何不可逆的退磁。在100℃时，定子电流不得迫使磁体内部B-场(从在零定子电流下的大约1.1T)下降至小于大约0.6T。电流由常规开关1607控制，并且所产生的电流以常规方式由电流换能器1606感测。磁体的实际温度能使用数学模型来估计，其中磁体中的新近能量损耗和所估计的新近冷却能够被用来估计在传感器1603的位置处的磁体热点和磁体温度之间的温度差。同样的信息能够被用来通过改变泵1609和/或散热器1608的速度来调节冷却流体的流量。
如对本领域中的技术人员显而易见的，温度控制可通过多种方式实现。安装在转子上的温度传感器可被安装在机壳上的换能器替代，如在图12中以零件1218所示的那样。安装在转子上的温度传感器不得直接装配在磁体上，但可被装配在转子中热封闭的(thermally close)、即具有与转子磁体的温度仅偏差几度的温度的某个其他部分上。
冷却流体应具有良好的绝热特性。变压器油是一种可能的冷却流体。
对适合用于根据本发明的敏感的高场强磁体的马达/发电机的一些优选的实施例进行了描述。然而，本领域中的技术人员意识到的是，在没有脱离本创造性概念的情况下，这些实施例可在所附权利要求的范围内变化。在没有脱离本创造性概念的情况下，上文的所有已描述的备选实施例或实施例的部分可自由结合，只要结合没有矛盾。

Claims (10)

1.一种电动马达，其包括：
- 转子，其具有安装在所述转子的表面上的转子磁体，所述转子磁体面向在间隙对面的定子，
- 所述转子磁体具有拥有在100℃时在零定子电流下的1.1T的通量密度，而对于承受高的定子电流能力有限，其中，在100℃时，定子电流不得迫使转子磁体内部B-场从在零定子电流下的1.1T下降至小于0.6T，并且同时转子磁体没有因此发生不可逆的退磁，
- 转子磁体冷却机构，其通过冷却液体来降低所述转子磁体的温度，
- 在所述转子内侧的转子腔体，
- 在马达腔体内侧的冷却液体和空气两者，以及
- 在所述转子中的孔，所述孔允许马达内部的冷却液体进入并离开所述转子，其取决于由马达温度差引起的冷却液体体积上的改变。
2.根据权利要求1所述的电动马达，其包括通风管(1220)，所述通风管(1220)在一端中具有至周围环境空气的自由通路，并且所述通风管具有其在所述转子腔体内侧的另一端。
3.根据权利要求2所述的电动马达，其中，对所述转子腔体内侧的通风管口状物(1213)的位置和所述冷却液体的体积以这样的方式进行选择：无论马达如何倾斜，所述冷却液体的表面都不会到达所述通风管口状物。
4.根据权利要求2所述的电动马达，其中，对所述冷却液体的体积进行选择，使得当所述转子旋转时，在转子-定子间隙(1219, 1313, 1507)中总是存在液体，并且使得所述马达内侧的压力在任何温度下都是足够低的，以避免通过轴密封泄漏。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电动马达，其中，转子磁体由N48H材料制成。
6.一种发电机，其包括：
- 转子，其具有安装在所述转子的表面上的转子磁体，所述转子磁体面向在间隙对面的定子，
- 所述转子磁体具有拥有在100℃时在零定子电流下的1.1T的通量密度，而对于承受高的定子电流能力有限，其中，在100℃时，定子电流不得迫使转子磁体内部B-场从在零定子电流下的1.1T下降至小于0.6T，并且同时转子磁体没有因此发生不可逆的退磁，
- 转子磁体冷却机构，其通过冷却液体来降低所述转子磁体的温度，
- 在所述转子内侧的转子腔体，
- 在发电机腔体内侧的冷却液体和空气两者，以及
- 在所述转子中的孔，所述孔允许发电机内部的冷却液体进入并离开所述转子，其取决于由发电机温度差引起的冷却液体体积上的改变。
7.根据权利要求6所述的发电机，其包括通风管(1220)，所述通风管(1220)在一端中具有至周围环境空气的自由通路，并且所述通风管具有其在所述转子腔体内侧的另一端。
8.根据权利要求7所述的发电机，其中，对所述转子腔体内侧的通风管口状物(1213)的位置和所述冷却液体的体积以这样的方式进行选择：无论发电机如何倾斜，所述冷却液体的表面都不会到达所述通风管口状物。
9.根据权利要求7所述的发电机，其中，对所述冷却液体的体积进行选择，使得当所述转子旋转时，在转子-定子间隙(1219, 1313, 1507)中总是存在液体，并且使得所述发电机内侧的压力在任何温度下都是足够低的，以避免通过轴密封泄漏。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的发电机，其中，转子磁体由N48H材料制成。
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITMI20110377A1 (it) * 2011-03-10 2012-09-11 Wilic Sarl Macchina elettrica rotante per aerogeneratore
CN104582886B (zh) 2012-06-12 2019-03-01 胡斯华纳有限公司 电动切割系统
JP6061815B2 (ja) * 2013-08-19 2017-01-18 住友重機械工業株式会社 モータ
EP2879278B1 (en) * 2013-11-27 2017-06-28 Skf Magnetic Mechatronics Versatile cooling housing for an electrical motor
EP2922179A1 (de) * 2014-03-17 2015-09-23 Siemens Aktiengesellschaft Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine
JP6180625B2 (ja) * 2014-05-09 2017-08-16 本田技研工業株式会社 回転電機の磁石温度推定装置および回転電機の磁石温度推定方法
US10658895B2 (en) * 2015-05-15 2020-05-19 Mitsubishi Electric Corporation Rotary electric machine
JP6560033B2 (ja) * 2015-06-25 2019-08-14 株式会社日立製作所 回転電機、並びに回転電機の冷却システム
EP3203616B1 (en) 2016-02-02 2018-01-24 Siemens Aktiengesellschaft Electric generator cooling method
US10536055B2 (en) 2016-03-17 2020-01-14 Ford Global Technologies, Llc Thermal management assembly for an electrified vehicle
US10086538B2 (en) 2016-03-17 2018-10-02 Ford Global Technologies, Llc Thermal management assembly for an electrified vehicle
US10135319B2 (en) 2016-03-17 2018-11-20 Ford Global Technologies, Llc Electric machine for vehicle
US10038351B2 (en) 2016-03-17 2018-07-31 Ford Global Technologies, Llc Thermal management assembly for an electrified vehicle
US10008907B2 (en) 2016-03-17 2018-06-26 Ford Global Technologies, Llc Over mold with integrated insert to enhance heat transfer from an electric machine end winding
US10008908B2 (en) 2016-03-17 2018-06-26 Ford Global Technologies, Llc Electric machine for vehicle
US10097066B2 (en) 2016-03-17 2018-10-09 Ford Global Technologies, Llc Electric machine for vehicle
CN107733163B (zh) * 2017-11-06 2020-06-16 珠海格力电器股份有限公司 一种电机、离心式压缩机及空调机组
US10707716B2 (en) 2017-11-20 2020-07-07 Borgwarner Inc. Stator core and stator slot closer
CN111357189B (zh) * 2017-11-24 2023-06-27 三菱电机株式会社 旋转电机装置及旋转电机装置的控制方法
JP2019161950A (ja) * 2018-03-15 2019-09-19 本田技研工業株式会社 回転電機システムおよび車両
WO2020072734A1 (en) * 2018-10-04 2020-04-09 Montana Technologies, Llc Rotor and stator for high speed axial flux machine
JP6934489B2 (ja) 2019-06-03 2021-09-15 本田技研工業株式会社 回転電機
CN111654135B (zh) * 2020-06-22 2022-03-11 浙江闽立电动工具有限公司 一种内散热式直流无刷电机及手持式锂电工具
US11965590B2 (en) 2022-06-03 2024-04-23 Dana Belgium N.V. Multi-channel rotational shaft lubrication system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB113627A (en) * 1916-02-12 1918-03-04 Thomas Lancelot Reed Cooper Improvements relating to Electric Motors.
CN1249558A (zh) * 1998-09-28 2000-04-05 斯沃奇集团管理服务股份公司 液体冷却的异步电机
JP2002051503A (ja) * 2000-08-02 2002-02-15 Toshiba Corp 永久磁石式リラクタンス型回転電機
JP2003309948A (ja) * 2002-04-16 2003-10-31 Hitachi Ltd 回転電機
CN101199100A (zh) * 2005-06-16 2008-06-11 西门子公司 带有转子散热装置的永磁激励电机
CN101728899A (zh) * 2008-10-28 2010-06-09 西门子公司 用于冷却电机的装置

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3743867A (en) 1971-12-20 1973-07-03 Massachusetts Inst Technology High voltage oil insulated and cooled armature windings
JPH02299440A (ja) 1989-05-11 1990-12-11 Fuji Electric Co Ltd スピンドル用モータ
JPH0523670A (ja) 1991-07-22 1993-02-02 Kubota Corp し尿の前処理方法
EP0854558A3 (en) 1997-01-21 2000-07-12 Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. Structure of a rotor for generators and method of manufacturing the same rotor
CN1189001A (zh) * 1997-01-21 1998-07-29 株式会社五十铃硅酸盐研究所 发电机转子的结构与该转子的制造方法
DE10003407A1 (de) 2000-01-27 2001-08-09 Recaro Aircraft Seating Gmbh Fahrzeugsitz für Flug-oder Kraftfahrzeuge
US6690145B2 (en) * 2002-04-01 2004-02-10 E-Tec Corporation Permanent magnet alternator and voltage regulator circuit for the permanent magnet alternator
DE10122425B4 (de) 2001-05-09 2006-06-01 Siemens Ag Elektrische Maschine
JP3758583B2 (ja) * 2002-02-06 2006-03-22 日産自動車株式会社 回転体の冷却構造
JP2007020377A (ja) 2005-07-11 2007-01-25 Konica Minolta Medical & Graphic Inc シャフト型リニアモータの製造方法及びシャフト型リニアモータの製造装置
WO2007055192A1 (ja) * 2005-11-09 2007-05-18 Kabushiki Kaisha Toshiba 回転電機用回転子及び回転電機
DE102005057177A1 (de) * 2005-11-30 2007-06-06 Siemens Ag Elektrische Maschine mit läufergekapselter Kühlung
US20070228847A1 (en) * 2006-03-30 2007-10-04 Korea Fluid Machinery Co., Ltd. High speed electric motor
BRPI0622221A2 (pt) 2006-12-29 2012-01-03 Carrier Corp unidade de refrigeraÇço de transporte e aparelho de refrigeraÇço para um sistema de refrigeraÇço de transporte
DE102007006986B3 (de) * 2007-02-07 2008-06-19 Ima Materialforschung Und Anwendungstechnik Gmbh Rotor für eine schnell laufende elektrische Maschine
JP4572907B2 (ja) * 2007-03-29 2010-11-04 トヨタ自動車株式会社 モータ制御装置、制御方法及び制御プログラム
JP4757238B2 (ja) 2007-07-13 2011-08-24 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 回転電機の冷却構造及び冷却方法
JP5211785B2 (ja) * 2008-03-21 2013-06-12 株式会社豊田自動織機 永久磁石式回転電機
US8022582B2 (en) * 2008-12-30 2011-09-20 Caterpillar Inc. Liquid cooled permanent magnet rotor
DE102009001458A1 (de) * 2009-03-11 2010-09-16 Robert Bosch Gmbh Elektromaschine
EP2239435A1 (en) * 2009-04-06 2010-10-13 Alstom Technology Ltd Electrical generator and method for operating a cooling circuit of an electrical generator
CN101783575B (zh) * 2010-02-08 2012-05-23 北京工业大学 车用永磁液冷缓速器
US20110254398A1 (en) * 2010-04-20 2011-10-20 Dana Allen Hansen Self-contained & propelled magnetic alternator & flywheel directdrive generator aka:MAW-directdrives flywheel generator
CN201717685U (zh) * 2010-06-04 2011-01-19 华小平 兆瓦级双转子直驱永磁风力发电机
NO331965B2 (no) 2010-09-29 2012-05-14 Rolls Royce Marine As Elektrisk permanentmagnetmotor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB113627A (en) * 1916-02-12 1918-03-04 Thomas Lancelot Reed Cooper Improvements relating to Electric Motors.
CN1249558A (zh) * 1998-09-28 2000-04-05 斯沃奇集团管理服务股份公司 液体冷却的异步电机
JP2002051503A (ja) * 2000-08-02 2002-02-15 Toshiba Corp 永久磁石式リラクタンス型回転電機
JP2003309948A (ja) * 2002-04-16 2003-10-31 Hitachi Ltd 回転電機
CN101199100A (zh) * 2005-06-16 2008-06-11 西门子公司 带有转子散热装置的永磁激励电机
CN101728899A (zh) * 2008-10-28 2010-06-09 西门子公司 用于冷却电机的装置

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ZA201306379B (en) 2014-10-29
WO2012121643A1 (en) 2012-09-13

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