CN104467287B - 具有闭合回路空气冷却的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及并描述一种具有闭合回路空气冷却的电机，其仅使用无源元件来实现从电机的内部到周围散热部的高效且紧凑的热传递。

Description

具有闭合回路空气冷却的电机
技术领域
本发明涉及电机，更特别地，涉及电机的闭合回路空气冷却系统。
背景技术
即使在最好的电机中，也会发生转换损耗，使得热必须从电机传递出，以避免过热和/或损伤。
用语“电机”包括所有类型的将电能转换成机械能的电动马达、用于产生电能的发电机和/或将具有某个电压和/或频率的电能(AC或DC)转换成具有其它电压和/或其它频率的其它形式的电能(AC或DC)的电转换器。
所有这些机器都共同具有以下情况：发生高电流，而且由于这些高电流和电机的有源构件的电阻，在有源构件内部产生热。这个热必须从电机中传递出，以避免机器过热。
通常借助于流过机器的冷却空气来冷却电机。这个冷却空气从有源构件(例如发电机或马达的转子和/或定子和电转换器的半导体)中吸收热，并且变热。
通常借助于闭合式冷却空气回路来迫使冷却空气通过电机。闭合回路的一个优点在于，冷却空气始终是干净的，而且没有水分或灰尘进入机器。为了将热从冷却空气传递到周围环境，将热交换器安装在电机内部，作为闭合式冷却空气回路的一部分。这使得冷却空气回路需要扩大的空间，并且因此导致电机的尺寸增大。另外，提供热交换器还需要额外的泵来循环冷却剂。这些额外的泵是易于失效的附加构件。换句话说，提供额外的泵可损害设备的可靠性。
从DE 10 2007 021 723 A1中了解到一种包括闭合式空气冷却回路的旋转电机。这个冷却空气回路包括在电机的壳体内部的热交换器，以使冷却空气冷却。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种具有闭合回路空气冷却、具有减小的尺寸与更低的生产和维护成本的电机。
此目标由这样的电机实现，该电机包括壳体和在壳体内的闭合式冷却回路，其特征在于，壳体的至少一部分设计成热交换器，该热交换器将热从冷却空气通过壳体传递到周围散热部中。在一个示例中，壳体的一部分设计成壳体的一个壁。壳体的另外的部分可用作热交换器。
通过使用壳体作为热交换器的一部分，不必再将单独的热交换器安装到壳体内部，以及迫使暖的冷却空气通过这个热交换器。这意味着冷却回路可设计成具有更少的空间要求，而且由于壳体具有相当大的表面，从壳体内部到周围散热部的高效热传递得以实现。
这个大的冷却表面的另一个优点在于，壳体内部的暖的冷却空气和壳体外部的周围散热部之间的温差可相当小。这减小了壳体内部的温度。
壳体作为电力有源构件的覆盖件和作为热交换器的主张的双重功能允许电机的更紧凑设计，从而减小空间要求和生产成本。
由于主张的壳体和结合的热交换器仅仅包括无源构件，所以可靠性非常高，而且除了清洁之外不需要维修或维护。
本发明的有利实施例的特征在于，冷却回路包括：从电机的有源构件中吸收热的至少一个区段；以及从冷却空气中消除热的至少另一个区段，并且该另一个区段由壳体限制。
这意味着，壳体的至少一部分用作热交换器，并且在其闭合回路中的冷却空气再次通过电机的有源构件排出之前，从冷却空气中消除热。
为了改进从冷却空气到周围散热部的热传递，优选的是：在冷却回路的另一个区段处，壳体至少部分地配备有一个或多个冷却翅片。这些冷却翅片可位于壳体内部，使得它们从冷却空气中吸收热，或者可备选地或另外位于壳体外部，以改进从壳体到周围环境的热传递。
在几种情况下，尤其是如果壳体相当大时，至少一个冷却翅片可具有三角形横截面。这个三角形横截面使壳体变硬，并且因此这些冷却翅片具有双重功能(热传递和支承壳体)。
可能的是，取决于特定情形，在壳体外部的散热部可为周围环境空气或任何其它适当的气态或液体冷却介质，例如冷却水。
本发明适用于所有已知设计的发电机、所有已知设计的电动马达和所有已知设计的电转换器。作为示例但不限于根据本发明的电机，可为灯泡式发电机、具有永磁体的发电机、同步或异步发电机或电动马达。
在图中示出本发明的另外的优点，并且在后面描述。
附图说明
图1是常规的闭合回路空气冷却的示意图，
图2是本发明的第一实施例，
图3是本发明的另一个实施例，
图4至6是冷却翅片的不同设计；以及
图7是从电机内部到周围散热部的热传递的框图。
具体实施方式
图1显示常规机器的示意图，包括轴1、附连到轴1上的转子3、定子5和壳体7。壳体7确保没有灰尘或水分可进入电机并引起麻烦。
在壳体7的内部，冷却空气的闭合回路(由没有参考标号的粗箭头示出)是活动的。在图中未显示驱动冷却空气通过转子3、转子3与定子5之间的间隙和/或通过定子5的通气器件。
当流过定子5、转子3以及定子5与转子3之间的间隙时，冷却空气从有源构件3和5中吸收热，并且因此其温度升高。冷却回路的该部分被称为第一区段，其中，冷却空气从有源构件3和5中吸收热。
从定子5沿径向向外，热交换器9位于由定子5的外径和壳体7的部分7b限制的通道中。这个常规电机中的冷却空气流过热交换器9，从而将热传递到热交换器内部的冷却介质。这个冷却介质(例如冷却水)被管11和泵13输送出电机。第二热交换器15将热传递到外部散热部(未在图1中显示)。
如可从这个示意图中容易地看出的那样，这个系统在壳体7的内部和外部需要一些空间。另外，需要额外的热交换器15和外部泵13来冷却介质。
图2显示本发明的第一实施例。大多数电机都类似于图1的现有技术，因此参照图1。相同参考标号应用于电机的相同构件。
如可从图2看出的那样，通道17由壳体的区段7b限制，并且定子5的外径比现有技术的设计更小，现有技术的设计具有位于这个通道中的单独的热交换器9。
因此，根据本发明的第一实施例的电机的外径可减小，并且从冷却空气传递到周围散热部的热直接通过壳体7而发生。
可为有利的是通过在壳体7的内部和/或外部安装一个或多个翅片19来改进冷却空气和壳体的部分或区段7b之间的对流式热传递。图2中示出的本发明的第一实施例包括在壳体7外部的一个或多个翅片19。
现在参照图3，可看到若干个翅片19位于壳体7内部，导致从热的冷却空气到壳体7的改进的热传递，尤其是壳体7的部分或区段7b。在壳体的该部分7b外部，存在呈冷却水壁21的形式的周围散热部21。
对这个冷却水壁21供应冷的冷却水(参见箭头23)，并且暖的冷却水离开冷却水壁21(参见箭头25)。
借助于这个冷却水壁，从电机回收热、并且在另一处使用它例如用于加热目的是可能的。
图4至6显示冷却翅片19的若干实施例。冷却翅片19可具有三角形设计，或者可设计成简单的肋，或者具有类似于圣诞树的横截面。
它们可位于电机的壳体7内部和/或电机的壳体7外部(未显示)。
在图4中，具有同心圆的黑点示出冷却空气的流向。不同设计的翅片在图4至6中具有参考标号19.1至19.4。
在图7中，示出从电机的有源构件到周围散热部的热传递的框图。
块21示出在从有源构件(例如转子3和定子5)中吸收热之后的热的冷却空气。在闭合式冷却回路的另一个区段中，从冷却空气到壳体7的部分或区段7b和/或冷却翅片19的对流式热传递发生(参看框23)。在肋或翅片19和壳体的该部分7b的内部，到壳体的外表面和/或翅片19的对流式热传递发生(参看框25)。在最后一步中(参看框27)，热以对流式热传递的方式从壳体的该部分7b和/或翅片19传递到周围散热部，例如周围环境空气或冷却介质例如冷却水。
本发明适用于所有电机，并且允许从闭合式冷却空气回路到周围散热部的高效热传递。本发明包括无源元件，并且因此可减少辅助驱动器或其它有源构件的数量。

Claims (8)

1.一种电机，其包括壳体(7)和在所述壳体(7)内的闭合冷却回路，其特征在于，所述壳体的至少一部分(7b)是热交换器，所述热交换器将热从循环通过所述闭合冷却回路的冷却空气通过所述壳体的所述部分(7b)借助于冷却水壁传递到所述壳体(7)外部的周围散热部(21)中，所述冷却水壁供应有冷的冷却水并且暖的冷却水离开所述冷却水壁，所述冷却回路包括至少一个加热区段和至少一个通道，所述电机的有源构件的热在加热区段被所述冷却空气吸收，所述通道将所述电机的有源构件和所述壳体的作为热交换器的所述部分分开；所述通道在轴向上沿着所述电机的有源构件限定，所述有源构件直接设置在所述壳体的作为热交换器的所述部分的内部；并且其中当所述冷却空气流动经过所述通道时所述热被从所述冷却空气消除。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述壳体的作为热交换器的所述部分至少部分地配备有一个或多个冷却肋或翅片(19)。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，至少一个冷却翅片(19)位于所述壳体(7)的内部，并且从所述冷却空气中吸收热。
4.根据权利要求2或3所述的电机，其特征在于，至少一个冷却翅片(19)位于所述壳体(7)的外部，并且将热传递到周围环境。
5.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，至少一个冷却翅片(19.2)具有三角形横截面。
6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在所述壳体外部的所述散热部(21)是周围环境空气或气态或液体冷却介质。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述液体冷却介质为水。
8.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机是发电机、马达或转换器。
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