[发明专利]用于冷却电机的装置和方法

说明书

技术领域

本发明的目的是根据权利要求1中的前序部分的用于冷却电机的装置，根据权利要求10中的前序部分的电机，和根据权利要求11中的前序部分的用于冷却电机的方法。

背景技术

将电机进行冷却，以便去除在电机中生成的热量。热量主要是在电机的主动部分，定子和转子中，由磁损耗和电阻损耗而生成的。

当部分电流转换成热量时，在电机绕组的带电阻的导体中产生铜损耗。变化的磁通量在电动机和发电机的铁部分中造成铁损耗，包括涡流损耗和磁滞损耗。

另外，机械损耗出现在旋转的电机中，诸如在轴承中，或在转子表面上的湍流。

为了保护电机免受热的损害，在电机中这样产生的热损耗必须被传导出去，直至在所生成的热能与从电机中被传导出去的热能之间达到平衡为止。

电机被设计成遵循特定的绝缘级别。绕组绝缘被选择成允许达到在所选择的绝缘级别中的合理的寿命。如果电机由于过载或冷却系统的恶化而工作在过热的条件下，则绝缘寿命将快速减小。

在小于1…2MW的小电机中，通常使用空气作为冷却剂。在大电机中，使用液体冷却剂；最常用的液体冷却剂是水。在许多装置中，实际的冷却剂是通过使用水而被冷却的空气。

在液体冷却的电机中，冷却剂不与被冷却的部件直接接触。冷却剂在闭合的管道或通道中被引导到电机中，当升温时从电机中被去除。冷却回路或者是封闭的回路，其中加热的冷却剂在流回到电机之前在热交换器中被冷却，或者是开放的回路，在其中被加热的冷却剂从系统中去除。

与在外部表面上的空气冷却相比较，液体冷却的热传递效率是相当好的。然而，液体冷却的缺点是冷却只能在小区域中进行。

发明内容

本发明的目的是创建用于有效地冷却电机的装置和方法。

为了达到这一点，本发明的特征在于，在权利要求1，10和11的特征部分中规定的特征。本发明的某些其它优选实施例具有在从属权利要求中规定的特征。

在根据本发明的、用于冷却电机的装置中，电机包括转子和位于离转子的空气隙的末端的定子。转子包括从转子的第一末端起源的、至少一个轴向冷却通道，所述冷却通道被连接到在转子内基本上是径向的至少两个轴向地接连的冷却通道。定子由使用轴向地接连的芯模块的薄片组成。定子包括在两个芯模块之间的径向冷却通道。气体冷却剂从转子的末端被引导到转子与定子的冷却通道。定子芯模块的外部表面包括具有长度最大为定子芯模块的长度的冷却套，以及液体冷却剂被引导到冷却套。

根据本发明的电机包括转子和位于离转子的空气隙的末端的定子。转子包括从转子的第一末端起源的、至少一个轴向冷却通道，所述冷却通道被连接到在转子内基本上是径向的、至少两个轴向地接连的冷却通道。定子由使用轴向地接连的芯模块的薄片组成。定子包括在两个芯模块之间的径向冷却通道。气体冷却剂从转子的末端被引导到转子与定子的冷却通道。定子芯模块的外部表面包括具有长度最大为定子芯模块的长度的冷却套，以及液体冷却剂被引导到冷却套。

在根据本发明的、用于冷却电机的方法中，电机包括转子和位于离转子的空气隙的末端的定子。在该方法中，气体冷却剂在转子内被引导到从转子的第一末端起源的轴向冷却通道。所述冷却通道被连接到在转子内基本上是径向的、至少两个轴向地接连的冷却通道。冷却剂还被引导到定子位于两个轴向地接连的芯模块之间的径向冷却通道。液体冷却剂被引导到位于定子芯模块的外部表面上的、长度最大为定子芯模块的长度的冷却套。

在本发明中，用于电机的液体冷却与基于径向冷却通道的空气冷却相组合。转子和线圈末端用气体冷却剂进行冷却，以及定子用气体与液体冷却剂进行冷却。定子通过向位于靠着定子背后的冷却套的传导和通过在电机内通过径向空气通道循环的气体冷却剂的对流，进行冷却。气体冷却剂被引导到穿过定子的进一步在两个轴向地接连的冷却套的末端之间的径向冷却通道。

包围定子的冷却套由与单个定子芯模块一样长的模块制成。冷却套的尺寸允许气体冷却剂从在定子芯模块之间创建的冷却通道自由地流出。冷却套模块的尺寸可被标准化；因此使得有可能达到便宜的连续制造。

根据本发明的实施例，至少两个轴向地接连的冷却套的冷却剂循环进行互联。冷却套可以串联连接，在这种情形下，冷却的液体冷却剂流到第一冷却套，随后到第二冷却套。冷却套也可以并联连接，在这种情形下，冷却的液体冷却剂被分布到第一和第二冷却套。冷却套也可以串联和并联连接。对于定子的冷却，最好是定子的外表面被冷却套均匀覆盖，这样，冷却套处在每个定子芯模块的外表面上。