具有外部散熱器和兩個分離的冷卻回路的電動機的制作方法
【專利摘要】一種電動機(10)包括：機架(12)、至少一個冷卻回路(30)、至少一個冷卻裝置(20)和至少一個次級冷卻回路(40)。機架(12)限定內(nèi)部容積部，在其中安裝轉(zhuǎn)子(14)和定子(16)；至少一個冷卻回路(30)包括與機架(12)流體連通的初級輸入(32)和初級輸出(34)；至少一個冷卻裝置(20)位于機架(12)外，并且包括次級空氣輸入(22)和次級空氣輸出(24)以及導管(26)；至少一個次級冷卻回路(40)與初級回路(30)分離，次級冷卻回路(40)穿過轉(zhuǎn)子(14)并且與冷卻裝置(20)的次級空氣輸入(22)和次級空氣輸出(24)流體連通。初級冷卻回路(30)的管道(36)穿過次級冷卻回路(40)，向定子(16)供給來自機架(12)外的氣態(tài)流體。
【專利說明】
具有外部散熱器和兩個分離的冷卻回路的電動機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電動機，該電動機包括用于冷卻定子的初級冷卻回路和用于冷卻轉(zhuǎn)子的次級冷卻回路。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，初級冷卻回路與電動機的機架外部流體連通以使得能夠通過使環(huán)境空氣在初級冷卻回路中循環(huán)來冷卻定子。一般情況下，為了避免灰塵等阻止或阻塞電動機的活動部分，次級冷卻回路自身不與電動機的機架外部流體連通。以此方式，次級回路被連接到在電動機外延伸的冷卻裝置上，從而使得在次級回路中的封閉回路上循環(huán)的氣態(tài)流體與外部空氣之間能夠通過冷卻裝置的壁進行熱交換。
[0003]例如在US 6 891 290中描述了這種電動機。
[0004]然而，這種電動機的結(jié)構(gòu)意味著轉(zhuǎn)子的次級冷卻回路與定子的初級冷卻回路相交。由于初級冷卻回路的整體體積必須被限定以使得次級冷卻回路通過，因此兩種回路的這種相交阻礙了初級冷卻回路的冷卻效力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目標之一是提供一種電動機，該電動機包括的冷卻回路使得能夠?qū)﹄妱訖C的定子和轉(zhuǎn)子進行有效且簡單的冷卻。
[0006]為此，本發(fā)明的目標是一種電動機，包括:
[0007]-限定內(nèi)部容積部的機架，在該內(nèi)部容積部中放置有轉(zhuǎn)子和定子，
[0008]-至少一個穿過定子的初級冷卻回路，包括與機架外部流體連通的初級輸入和初級輸出，來自于機架外部并穿過初級輸入的氣態(tài)流體用于在所述初級冷卻回路中流動并且通過所述初級輸出離開所述回路，
[0009]-至少一個在機架外部的冷卻裝置，包括次級空氣輸入和次級空氣輸出以及導管，所述次級輸入和所述次級輸出與機架內(nèi)部容積部流體連通，所述導管連接所述次級輸入和所述次級輸出并且在機架外部的至少一部分中延伸。
[0010]-至少一個次級冷卻回路，所述次級冷卻回路與初級回路分離，所述次級冷卻回路穿過轉(zhuǎn)子并且與冷卻裝置的次級輸入和次級輸出流體連通，次級冷卻回路內(nèi)部的氣態(tài)流體用于在所述次級冷卻回路和所述外部冷卻裝置中循環(huán)。
[0011 ]其特征在于，初級冷卻回路的管道穿過次級冷卻回路，該管道給定子供給來自于機架外部的氣態(tài)流體。
[0012]這樣的電動機的優(yōu)點有很多，并且以下進行并非詳盡的總結(jié)。
[0013]由于不再需要切斷初級冷卻回路來使次級冷卻回路流通，定子的初級冷卻回路使得能夠有效地冷卻電動機的定子，這使得能夠延長電動機的壽命并且/或使電動機以更高的功率工作。因此初級冷卻回路的整體體積增大使得冷卻氣態(tài)流體的量更大。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的初級回路通過使得除在電動機機架外部延伸的熱交換區(qū)域以外還存在外部空氣和在次級冷卻回路中循環(huán)的氣態(tài)流體之間進行熱交換的第二區(qū)域，從而改善次級冷卻回路。事實上，在來自于外部并且在初級冷卻回路中循環(huán)的空氣和在穿過次級冷卻回路的初級冷卻回路的管道處的次級冷卻回路中循環(huán)的氣態(tài)流體之間建立熱交換。
[0015]有利地，根據(jù)本發(fā)明的電動機能夠包含一個或多個以下特征，這些特征單獨或者根據(jù)所有技術(shù)上可能的組合來考慮:
[0016]-管道橫向穿過次級冷卻回路，從而將在次級冷卻回路中的氣態(tài)流分成流過管道周圍的兩股流；
[0017]-管道主要以與電動機的主軸的轉(zhuǎn)動軸線基本平行的方向穿過次級冷卻回路；
[0018]-管道被設(shè)置于初級輸入和初級冷卻回路穿過定子的的部分之間；
[0019]-管道具有圓錐形區(qū)段，該圓錐形區(qū)段的頂點朝向空氣流的上游且底部朝向下游；
[0020]-管道的直徑在1mm和50mm之間；
[0021 ]-機架外的多個冷卻裝置被設(shè)置在機架周圍；
[0022]-徑向風扇被安裝在電動機的主軸上以用于加速在次級冷卻回路中的氣體流；
[0023]-徑向風扇使得能夠同時加速在初級冷卻回路中的氣體流和在次級冷卻回路中的氣體流；
[0024]-風扇被配置為在次級冷卻回路中形成壓力，該壓力大于初級冷卻回路中的壓力。
【附圖說明】
[0025]通過閱讀以下僅以示例方式并參考附圖給出的說明進行閱讀將更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0026]圖1是沿轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動軸線X-X’的方向的局部剖視圖；
[0027 ]圖2是沿圖1中的平面B-B的局部剖視圖。
【具體實施方式】
[0028]圖1和2中示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電動機1。電動機1包括限定了電動機10的內(nèi)部容積部的機架12，在內(nèi)部容積部中放置有轉(zhuǎn)子14和定子16。轉(zhuǎn)子14被聯(lián)結(jié)安裝在機架12內(nèi)部旋轉(zhuǎn)主軸18上旋轉(zhuǎn)并且被活動安裝在相對于定子16繞轉(zhuǎn)動軸線X-X’旋轉(zhuǎn)。定子16以平行于機架12內(nèi)部的轉(zhuǎn)動軸線X-X’的方式圍繞轉(zhuǎn)子14。通常，轉(zhuǎn)子14和定子16使得能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為由轉(zhuǎn)子14的主軸18傳遞的機械能。
[0029]根據(jù)一實施例，初級冷卻回路30包括初級輸入32和初級輸出34，初級輸入32和初級輸出34中的每一個與機架12的外部流體連通。由此可知，環(huán)境空氣能夠經(jīng)由初級輸入32穿過初級冷卻回路30中并且經(jīng)由初級輸出34朝外部流轉(zhuǎn)。初級輸入32和初級輸出34之間通過至少一個初級導管37連接，該初級導管37穿過定子16并且例如沿基本與轉(zhuǎn)動軸線X-X ’平行的軸線延伸。
[0030]如圖1所示，初級冷卻回路30使得來自于機架12外部的氣態(tài)流體，即環(huán)境空氣，涌入初級輸入32。外部氣態(tài)流體FE被初級冷卻回路30引導穿過機架12的內(nèi)部容積部并且尤其穿過定子16來冷卻定子。初級導管37事實上使得外部氣態(tài)流體FE和定子16之間能夠進行熱交換。初級輸出34最終使得能夠?qū)⑼獠繗鈶B(tài)流體FE排向機架12的外部。因此，機架12和定子16被來自于電動機10環(huán)境的環(huán)境空氣冷卻。
[0031]在本描述中，術(shù)語“上游”和“下游”相對于在電動機10中氣態(tài)流體流的循環(huán)方向進行定義。
[0032]如圖1中所示，次級冷卻回路40包括至少一個隧道28。該隧道28在末端處經(jīng)由兩個徑向通道銜接到冷卻裝置20的輸入22和輸出24處。隧道28基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線X-X’延伸并且由此形成至少一個穿過轉(zhuǎn)子14的開口。
[0033]回路40與初級冷卻回路30分離，即次級冷卻回路與初級冷卻回路之間不存在流體連通。內(nèi)部氣態(tài)流體FI填充次級冷卻回路40。因為次級冷卻回路和機架外部之間沒有流體連通，所以該氣態(tài)流體，例如空氣，與環(huán)境空氣分離。
[0034]機架12外的冷卻裝置20通過次級空氣輸入22和次級空氣輸出24銜接到在機架內(nèi)部容積部中延伸的次級冷卻回路上。次級空氣輸入22和次級空氣輸出24彼此流體連通并且通過次級導管26連接。
[0035]轉(zhuǎn)子14的主軸18配備有風扇50，該風扇50包括至少兩個次級葉片54，次級葉片53能夠使次級冷卻回路40和冷卻裝置20內(nèi)的內(nèi)部氣態(tài)流體FI循環(huán)。氣態(tài)流體的循環(huán)被稱為次級氣態(tài)流動。次級葉片54例如位于冷卻裝置20的次級輸入22的上游和冷卻裝置20的次級輸出24的下游。風扇50例如為在電動機10內(nèi)部容積部中延伸的徑向風扇。因此，內(nèi)部氣態(tài)流被形成并且攜帶內(nèi)部氣態(tài)流體FI從轉(zhuǎn)子14向冷卻裝置20以及從冷卻裝置20向轉(zhuǎn)子14。
[0036]次級冷卻回路40和冷卻裝置20之間的氣態(tài)流體的循環(huán)使得內(nèi)部氣態(tài)流體FI能夠在冷卻裝置20中通過冷卻裝置20和環(huán)境空氣之間的熱交換被冷卻并且在轉(zhuǎn)子14中循環(huán)，最終冷卻轉(zhuǎn)子。隨后流經(jīng)過至少一個轉(zhuǎn)子14的隧道時被加熱的內(nèi)部氣態(tài)流體FI被運回到外部的冷卻裝置20，在該冷卻裝置20中，內(nèi)部氣態(tài)流體流過冷卻裝置20的次級導管26時通過與環(huán)境空氣的熱交換重新被冷卻。因此，轉(zhuǎn)子14被內(nèi)部氣態(tài)流體FI冷卻。
[0037]根據(jù)一實施例，風扇50還被設(shè)置以利于空氣在初級冷卻回路中的循環(huán)，例如通過至少一個初級葉片52，該初級葉片52能夠形成用于在初級冷卻回路30中循環(huán)的初級氣體流。初級葉片52例如位于初級輸入32的下游和初級冷卻回路30的初級導管37的上游。因此，風扇50使得能夠同時在初級冷卻回路30中形成氣體流并且在次級冷卻回路40形成氣體流。
[0038]每個次級葉片54的直徑大于初級葉片52的直徑。因此，次級冷卻回路40內(nèi)的壓力大于初級冷卻回路30內(nèi)的壓力。在這種情況下，初級冷卻回路30和次級冷卻回路40之間的密封性得以保障。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，次級冷卻回路40被初級冷卻回路30的管道36穿過，管道36向定子16供給外部氣態(tài)流體。管道36例如被插入初級輸入32和穿過定子16的導管37之間，也就是說，管道36—方面與初級冷卻回路30的初級輸入32流體連通，并且另一方面與穿過定子16的導管37流體連通。這樣的管道36使得次級冷卻回路40和初級冷卻回路30能夠相互交叉而不中止或者減少次級冷卻回路40的直徑。另外，除在冷卻裝置20處的熱交換區(qū)域之外，管道36還在外部氣態(tài)流體FE和內(nèi)部氣態(tài)流體FI之間形成補充的熱交換區(qū)域，該外部氣態(tài)流體在所述初級冷卻回路30的管道36中循環(huán)，該內(nèi)部氣態(tài)流體在次級冷卻回路40中循環(huán)。
[0040]根據(jù)所述實施例，管道36的直徑大于初級冷卻回路30的初級導管37的直徑。這使得能夠同時給多個初級冷卻回路30的初級導管37供給外部氣態(tài)流體。初級導管37的直徑例如在10和50_之間。例如，四十個初級導管37由初級冷卻回路30的管道36進行供給。
[0041 ]在這種情況下，管道36使得能夠供給足夠的外部氣態(tài)流體以有效地冷卻電動機10的定子16。
[0042]如圖2所示，管道36穿過次級冷卻回路40，以便將內(nèi)部氣態(tài)流體分離成分別經(jīng)過管道36兩側(cè)的兩個流。因此內(nèi)部氣態(tài)流體的這兩個分離的流被管道36冷卻。
[0043]管道36主要在與電動機10的主軸18的轉(zhuǎn)動軸線X-X’基本平行的方向上穿過次級冷卻回路40。
[0044]管道36位于初級輸入32的下游以及初級冷卻回路的至少一個初級導管37的上游。因此，確保了穿過管道36的外部氣態(tài)流體不繼續(xù)被電動機10的定子16加熱。在這種情況下，外部氣態(tài)流體能夠通過初級導管37冷卻內(nèi)部氣態(tài)流體。
[0045]管道36局部減少了次級冷卻回路40的體積并且因此在次級冷卻回路40中形成了文丘里效應(yīng)。通過這種效應(yīng)，內(nèi)部氣態(tài)流體FI的流動在管道36處被加速，這使得管道36和內(nèi)部氣態(tài)流體FI之間的熱交換能夠增加。
[0046]初級冷卻回路30的管道36在次級冷卻回路40的冷卻裝置20的上游穿過次級冷卻回路40。這使得次級冷卻回路40的內(nèi)部氣態(tài)流體FI能夠被管道36冷卻。
[0047]根據(jù)一實施例，管道36具有的圓錐形區(qū)段，該圓錐形區(qū)段的頂點38朝向次級冷卻回路40的內(nèi)部氣態(tài)流體FI的上游，該圓錐形區(qū)段的底部朝向該內(nèi)部氣態(tài)流體FI的下游，如圖2所示。因此，管道36對氣體流動造成的干擾被降低。例如為了增加次級冷卻回路40初級冷卻回路30之間的熱交換并且/或者為了改變次級流，可以設(shè)想管道36的各種其他空氣動力學形狀。
[0048]在未示出的第二實施例中，多個冷卻裝置20被設(shè)置在電動機10的機架12周圍。每個冷卻裝置20與該次級冷卻回路或一個次級冷卻回路40流體連通。所有次級冷卻回路40穿過電動機10的轉(zhuǎn)子14。因此，對于電動機10、特別是轉(zhuǎn)子14的冷卻被增強。這通過確保最優(yōu)的、有效的且簡單的冷卻，使得電動機10的性能增強。
[0049]通過初級冷卻回路30和次級冷卻回路40產(chǎn)生的電動機10的整體冷卻功率至少為12kl
[0050]電動機10的主軸18傳遞的機械能至少為400kW。
【主權(quán)項】
1.一種電動機(10)，包括: -機架(12)，其限定內(nèi)部容積部，在所述內(nèi)部容積部中安裝轉(zhuǎn)子(14)和定子(16)， -至少一個初級冷卻回路(30)，其穿過所述定子(16)，所述初級冷卻回路(30)包括與所述機架(12)流體連通的初級輸入(32)和初級輸出(34)，來自于所述機架(12)外部并穿過所述初級輸入的氣態(tài)流體用于在所述初級冷卻回路中循環(huán)并且通過所述初級輸出離開所述初級冷卻回路， -至少一個冷卻裝置(20)，其位于所述機架(12)外，所述冷卻裝置(20)包括次級空氣輸入(22)、次級空氣輸出(24)和導管(26)，所述次級空氣輸入(22)和所述次級空氣輸出(24)與所述機架(12)的所述內(nèi)部容積部流體連通，所述導管(26)連接所述次級空氣輸入(22)和所述次級空氣輸出(24)且在所述機架(12)外的至少一部分中延伸， -至少一個次級冷卻回路(40)，其與所述初級冷卻回路(30)分離，所述次級冷卻回路(40)穿過所述轉(zhuǎn)子(14)并且與所述冷卻裝置(20)的所述次級空氣輸入(22)和所述次級空氣輸出(24)流體連通，所述次級冷卻回路(40)內(nèi)的氣態(tài)流體用于在所述次級冷卻回路和所述冷卻裝置中循環(huán)， 其特征在于，所述初級冷卻回路(30)的管道(36)穿過所述次級冷卻回路(40)，所述管道(36)向所述定子(16)供給來自于所述機架(12)外的氣態(tài)流體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(10)，其中，所述管道(36)橫向穿過所述次級冷卻回路(40)，從而將在所述次級冷卻回路中循環(huán)的氣態(tài)流分離成流過所述管道(36)周圍的兩個流。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(10)，其中，所述管道(36)主要沿與所述電動機(1)的主軸(18)的轉(zhuǎn)動軸線(X-X ’)基本平行的方向穿過所述次級冷卻回路(40)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(10)，其中，所述管道(36)被設(shè)置在所述初級輸入(32)和所述初級冷卻回路(30)穿過所述定子(16)的部分之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(10)，其中，所述管道(36)具有圓錐形區(qū)段，所述圓錐形區(qū)段的頂點(38)朝向空氣流的上游且底部(39)朝向下游。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(10)，其中，所述管道(36)的直徑在1mm和50mm之間。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(10)，其中，所述機架(12)外的多個冷卻裝置(20)被設(shè)置在所述機架周圍。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(10)，其中，徑向風扇(50)被安裝在所述電動機(10)的主軸(18)上以用于加速在所述次級冷卻回路(40)中的氣體流。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動機(10)，其中，所述徑向風扇(50)使得能夠同時加速在所述初級冷卻回路(30)中的氣體流和在所述次級冷卻回路(40)中的氣體流。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動機(10)，其中，所述風扇(50)被配置為在所述次級冷卻回路(40)中形成壓力，所述壓力大于在所述初級冷卻回路(30)中的壓力。
【文檔編號】H02K9/14GK105871123SQ201610086089
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月15日
【發(fā)明人】A·蘭德里亞, 布魯諾·瑞金
【申請人】阿爾斯通運輸科技公司