CN109936257A - 包括交换器和多个冷却回路的电动机 - Google Patents

Abstract

包括交换器和多个冷却回路的电动机。电动机(10)包括：‑框架(12)，该框架限定出封闭的内部空间(13)；‑转子(14)和定子(16)，该转子和该定子形成磁路的一部分，该转子(14)和该定子(16)容纳在封闭的内部空间(13)中；‑处于框架(12)外部的至少一个交换器(18)，该交换器(18)包括至少一个主管(30)和与所述或每个主管(30)热接触的至少一个辅助管(32)；‑通风装置(60)，该通风装置连接到所述或每个主管(30)。定子(16)包括至少一个贯通冷却管(52)，以及，电动机(10)在吸入口(50)和排出口(54，56)之间包括旁路装置。

Description

包括交换器和多个冷却回路的电动机

技术领域

本发明涉及一种包括定子和转子的电动机，该电动机包括：

-框架，该框架限定出封闭的内部空间；

-转子和定子，该转子和定子形成磁路的一部分，该转子和定子容纳在封闭的内部空间中；

-处于框架外部的至少一个交换器，交换器包括至少一个主管和与所述或每个主管热接触的至少一个辅助管，辅助管连接到封闭的内部空间，以形成用于使内部流体流通的辅助冷却回路；

-通风装置，该通风装置连接到所述或每个主管，以迫使外部冷却流体在吸入口和至少一个排出口之间穿过每个主管流通，吸入口和至少一个排出口中的每个均与电动机的外部流体连通。

背景技术

电动机包括形成内部区域的框架，转子和定子容纳在该内部区域中。

在US 5,866,959中特别描述了这种电动机。

通常，电动机包括主冷却回路，和与主冷却回路隔开的辅助冷却回路。

主回路与电动机的框架的外部流体连通，以允许外部流体(例如外部空气)在主回路中流通。外部空气例如通过安装在转子轴上的风扇从外部引导到主回路中。风扇随着转子轴旋转。

辅助回路例如构造成冷却电动机的内部区域中的元件。辅助回路不与框架的外部流体连通，例如，以防止灰尘刮擦或弄脏电动机内部的元件。

电动机进一步包括热交换器。主回路和辅助回路彼此隔开地穿过交换器，以允许外部空气和在辅助回路中流通的流体之间的热交换。然后通过与外部空气进行热交换来冷却辅助回路中的流体。

然而，包括所描述的冷却回路的电动机对于电动机元件(特别是定子和转子)的冷却效果并不完全令人满意。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种电动机，该电动机包括具有比现有技术更高效率的主回路和辅助回路。

为此，本发明涉及一种电动机，其中，定子包括至少一个贯通冷却管，并且电动机在吸入口和所述或每个排出口之间包括用于外部流体的一部分的旁路装置，该外部流体的一部分被迫使穿过贯通冷却管流通。

根据本发明的电动机可进一步包括一个或多个被单独考虑或以任何技术上可能的组合考虑的如下特征。

-通风装置布置在框架外部；

-通风装置能够以与电动机的转子的旋转频率不同的旋转频率旋转；

-通过布置在电动机外部的电源为通风装置供电；

-交换器包括至少一个挡板，该至少一个档板横向于外部流体在交换器中的流通方向布置在辅助管中；

-电动机包括螺旋件，螺旋件构造成使内部流体沿与所述或每个主管的外部流体的流通方向相反的方向在交换器中流通；

-螺旋件包括与电动机的外部接触的外表面；

-外表面包括翅片；

-交换器包括外壁，外壁包括外部冷却翅片。

附图说明

通过阅读以下作为示例提供并且参考附图进行的描述将更好地理解本发明，在附图中：

-图1是根据本发明的电动机沿第一平面的纵向半剖视图；

-图2是沿图1的电动机的第二平面的半剖视图，该第二平面相对于第一平面倾斜；

-图3是沿图1和图2的电动机的第三平面III的剖视图；

-图4是沿第四平面IV的剖视图；以及

-图5是根据本发明的电动机的第二实施例的与图4相同的剖视图。

具体实施方式

图1至图4示出了根据本发明第一实施例的电动机10。电动机10例如是异步电动机或具有永磁体的同步电动机。

电动机10包括框架12或壳体，框架或壳体限定出电动机10的封闭的内部空间13，并且电动机包括容纳在封闭的内部空间13中的转子14和定子16。电动机10进一步包括处于框架12外部的至少一个交换器18，该至少一个交换器连接到主冷却回路20，主冷却回路提供外部空气流通以特别是冷却定子16，定子连接到辅助冷却回路22，辅助冷却回路在电动机10内部提供在闭合回路中的空气流通，以便特别地冷却转子14。

转子14在框架12内安装成旋转地固定在旋转轴24上。框架12通过将框架12和旋转轴24连接的滚动轴承25支撑旋转轴24。

转子14相对于定子16围绕旋转轴线X-X’旋转地安装。定子16在框架12内平行于旋转轴线X-X’围绕转子14并且与转子14同轴。传统上，转子14和定子16使得能够将电力转换成由转子14的旋转轴24传递的机械能。

定子16例如包括一叠磁片，以用于引导磁通量并因此形成电动机10的磁路的一部分。定子16包括外壁26(特别是在图1中可见)。

交换器18适于在在主冷却回路20(下面更详细地描述)中流通的气态外部流体FE(下面详细描述)和在辅助冷却回路22中流通的内部气态流体FI之间交换一部分热能。交换器18例如位于框架12的外部。

交换器18包括由主管30(在下面描述)贯穿的管状壳体28。在主管30和壳体28之间界定出的空间形成辅助管32，该辅助管在每一端通过两个支管33A、33B连接到框架12的封闭区域。

壳体28例如具有矩形截面并且包括四个外壁34、36、38和40，该四个外壁全部沿轴线X-X’纵向延伸，如图1和图3所示。

外壁34、36、38朝向电动机10的外部定位，而外壁40朝向电动机10的框架12定位。如图1所示，外壁40位于定子16的外壁26的至少一部分的对面。

外壁34、36、38和40各自包括外部冷却翅片42，外部冷却翅片紧固在外壁34、36、38和40上并朝向壳体28的外部定向。每个外壁34、36、38和40例如包括至少三十个外翅片42。在外壁34、36、38和40的每个上，外翅片42彼此平行布置。每个外翅片42横向于轴线X-X’延伸。优选地，外翅片42沿轴线X-X’相对于彼此间隔开约1厘米。外翅片42例如由铝制成。

外翅片42能够在在交换器18中流通的内部流体FI与交换器18周围的环境空气之间的大表面上提供热交换。

电动机10例如安装在火车(未示出)中。例如，电动机10是火车的牵引电动机。

交换器18包括N个主管30，N是1到1000之间的整数。如图3的示例所示，交换器18例如包括18个主管30。

每个主管30沿轴线X-X’纵向地延伸并具有圆形横截面。换句话说，每个主管30形成沿轴线X-X’纵向延伸的圆柱形管。

辅助管32例如由外壁34、36、38和40界定出。通常，辅助管32在壳体28内在主管30之间延伸。

主管30和辅助管32例如由主管30的壁隔开，主管的壁构造成通过热传导将热量从辅助回路22传递到主回路20。

主回路20适于冷却定子16和交换器18。

如图1至图3所示，主回路20由吸入口50、贯通冷却管52、交换器18的主管30和分别从主管30和贯通冷却管52延伸的两个排出口54、56形成。

吸入口50包括通风装置60，该通风装置构造成将来自外部的外部流体FE引导到主回路20中。

通风装置60例如布置在框架12的外部。通风装置60包括一个或多个风扇，该一个或多个风扇构造成将外部流体FE引导到主回路20中。

吸入口50布置在框架12的外部。例如，吸入口50布置在距旋转轴24的距离大于定子16的每个部分与旋转轴24之间的距离的位置。

如图1所示，每个风扇包括通风电动机62，连接到通风电动机62的旋转轴64和安装在旋转轴64上的风扇叶片66。通风装置60电连接到布置在电动机10外部的电源(未示出)，该电源例如是外部发电机或配电网，该配电网例如包括悬链线。

通风装置60被构造成独立于电动机10的运行而运行。换句话说，通风装置60被构造成执行电动机10的强制通风。通常，通风装置60未被紧固到旋转轴24。

通风装置60能够以与转子14的旋转频率不同的旋转频率旋转。

主回路20进一步包括旁路装置(未示出)。主回路20的旁路装置是一方面通入主管30并且另一方面通入贯通冷却管52的支管。

贯通冷却管52被连接在吸入口50和排出口56之间。贯通冷却管52例如沿轴线X-X’纵向地延伸。贯通冷却管52穿过定子16。特别地，如图3所示，贯通冷却管52穿过定子16的外壁26。

替代性地，排出口54和排出口56形成单个排出口(未示出)。

辅助回路22与主回路20隔离，即，辅助回路22和主回路20之间没有流体连通，并且在辅助回路22中流通的内部流体FI不能穿过主回路20。特别是，辅助回路22不与电动机10的外部连通。

辅助回路22由例如与轴线X-X’平行地穿过转子14的纵向管67、电动机10的内部区域68、支管33A、辅助管32、支管33B和电动机10的将与支管33B和纵向管67连接的内部区域69形成。

螺旋件70紧固在轴24上以驱动辅助回路22中的内部流体FI。该螺旋件包括回路22中的内叶片72和外表面74上的圆形冷却翅片78，以允许与周围空气进行热交换。

如图1和图2中的箭头76所示，例如，外部空气与外表面74接触。当电动机10安装在用于运输人员的车辆上(例如火车)时，火车的运动产生与外表面74接触的环境空气流。

现在将参考图1至图3描述电动机10的冷却运行。

现在将描述主回路20的运行。

我们使用粗箭头来示出外部流体FE在主回路20中流通的行程。主回路20的吸入口50接收来自电动机10外部的气态外部流体FE(例如，位于外部的环境空气)。进入吸入口50的外部流体FE通常具有-50℃至+45℃的温度。

吸入口50的通风装置60将来自外部的外部流体FE引导到主回路20中。通风装置60的通风电动机62产生转子叶片66围绕旋转轴64的旋转，以便在主回路20中产生外部流体流FE。通过电源(未示出)向通风装置60供电。

通风装置60独立于电动机10的运行而运行。通常，通风装置60以与转子14的旋转频率不同的旋转频率旋转。

外部流体FE在主回路20中被旁路装置分隔成外部流体FE的第一部分和外部流体FE的第二部分。

外部流体FE的第一部分接下来在交换器18的主管30中流通，并且与在辅助管32中流通的内部流体FI交换一部分热能。接下来，外部流体FE的第一部分通过排出口54朝向电动机10的外部逸出。

外部流体FE的第二部分穿过定子16在贯通冷却管52中流通，并且与定子16交换一部分热能。定子16尤其由在冷却管52中流通的外部流体FE冷却。接下来，外部流体FE的第二部分通过排出口56朝向电动机10的外部逸出。

通常，外部流体FE在主回路20的出口54、56处的温度介于-30℃至+65℃之间。例如，外部流体FE在吸入口50和出口54、56之间被加热约20℃。

现在将描述辅助回路22的运行。

我们使用细箭头来显示在辅助回路22中流通的内部流体FI的行程。内部流体FI穿过纵向管道67(该纵向管道穿过转子14)，穿过内部区域68，然后穿过辅助管32中的支管33A。在辅助管32的流通期间，内部流体FI由在主管30中流通的外部流体FE冷却。

内部流体FI在支管33A处的温度通常高于外部流体FE在入口处进入主管30时的温度。例如，内部流体FI在支管33A处的温度介于100℃至120℃之间。内部流体FI在支管33B处的温度介于80℃至95℃之间。

内部流体FI接着朝向纵向管67穿过支管33B和内部区域69。

螺旋件70通过使内叶片72旋转来驱动内部流体FI在辅助回路22内的流通。螺旋件70通过环境空气与包括圆形翅片78的外表面74之间的热交换而被冷却。

现在将更详细地描述交换器18的运行。

交换器18在在主管30中流通的外部流体FE与在辅助管32中流通的内部流体FI之间交换热能。

当内部流体FI的温度高于外部流体FE的温度时，一部分热能从内部流体FI传递到外部流体FE。该部分热能的传递例如通过热传导完成。

特别地，在交换器18中，外部流体FE沿第一方向流通，内部流体FI沿第二方向流通，第一方向与第二方向相反。例如，第一方向与第二方向形成180度的角度。使外部流体FE和内部流体FI的流通方向相反使得能够提高交换器18的效率。

图5示出了根据本发明的电动机10的第二实施例。

在所示的示例中，交换器18包括布置在辅助管32中的三个挡板80。例如，每个挡板80垂直于壳体28的外壁34、36、38和40延伸。

每个挡板之间的距离小于管32的直径。挡板80构造成使内部流体FI偏离到辅助管32中。因此，外部流体FE和内部流体FI之间的热交换增加。

Claims (9)

1.一种电动机(10)，包括：

-框架(12)，所述框架限定出封闭的内部空间(13)；

-转子(14)和定子(16)，所述转子和所述定子形成磁路的一部分，所述转子(14)和所述定子(16)容纳在所述封闭的内部空间(13)中；

-处于所述框架(12)外部的至少一个交换器(18)，所述交换器(18)包括至少一个主管(30)和与所述或每个主管(30)热接触的至少一个辅助管(32)，所述辅助管(32)连接到所述封闭的内部空间(13)，以形成用于使内部流体(FI)流通的辅助冷却回路(22)；

-通风装置(60)，所述通风装置连接到所述或每个主管(30)，以迫使外部冷却流体(FE)在吸入口(50)和至少一个排出口(54，56)之间穿过每个主管(30)流通，所述吸入口和所述至少一个排出口中的每个均与所述电动机(10)的外部流体连通，

其特征在于，所述定子(16)包括至少一个贯通冷却管(52)，以及

所述电动机(10)在所述吸入口(50)和所述或每个排出口(54，56)之间包括用于所述外部流体(FE)的一部分的旁路装置，所述外部流体的一部分被迫使穿过所述贯通冷却管(52)流通。

2.根据权利要求1所述的电动机(10)，其中，所述通风装置(60)布置在所述框架(12)外部。

3.根据权利要求1或2所述的电动机(10)，其中，所述通风装置(60)能够以与所述电动机(10)的转子(14)的旋转频率不同的旋转频率旋转。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机(10)，其中，所述通风装置(60)通过布置在所述电动机(10)外部的电源供电。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动机(10)，其中，所述交换器(18)包括至少一个挡板(80)，所述至少一个挡板横向于所述外部流体(FE)在所述交换器(18)中的流通方向布置在所述辅助管(32)中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动机(10)，其中，所述电动机(10)包括螺旋件(70)，所述螺旋件构造成使所述内部流体(FI)沿与所述或每个主管(30)的外部流体(FE)的流通方向相反的方向在所述交换器(18)中流通。

7.根据权利要求6所述的电动机(10)，其中，所述螺旋件(70)包括与所述电动机(10)的外部接触的外表面(74)。

8.根据权利要求7所述的电动机(10)，其中，所述外表面(74)包括翅片(78)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电动机(10)，其中，所述交换器(18)包括外壁(34，36，38，40)，所述外壁包括外部冷却翅片(42)。