[发明专利]用于电力机器的流体冷却的系统和方法

说明书

本申请是2013年4月25日提交的名为“用于电力机器的流体冷却的系统和方法”的中国申请201180051565.7(国际申请号PCT/US2011/048235，国际申请日2011年8月18日)的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2010年8月25日提交的序列号12/868,712以及在2010年12月1日提交的序列号12/958,321的优先权，序列号12/958,321为2010年8月25日提交的序列号12/868,712的部分继续申请，上述所有申请通过引用而全文并入于此。

背景技术

电力机器由于内部组件的过热而具有功率限制。在常规系统中，通常经由外部冷却来冷却电力机器。举例而言，可在电力机器的外表面上提供散热器以协助冷却。在一些示例中，流体可流过电力机器的外部壳体或在机器的外表面上流动。例如，参见美国专利号7,550,882；美国专利号5,939,808；美国专利号5,670,838；以及美国专利号4,700,092，上述专利通过引用而全文并入于此。在一些情况下，流体可提供于电力机器内以协助冷却，但可包含在该机器内。例如，参见美国专利号4,644,202；以及美国专利号7,352,090，上述专利通过引用而全文并入于此。

利用内部组件的改进的冷却及润滑，有可能将电力机器设计成在相比于传统机器设计紧凑得多且重量更低的封装中产生高功率。改进的冷却及润滑有利于增加机器的操作电流和速度，而这直接转化成更高的扭矩、更高的功率，并从而转化成更高的功率密度。

因此，存在对于改进的电力机器系统和方法的需要，其可利用可在内部流过电力机器的流体来进行冷却和润滑。

发明内容

本发明提供利用增强的流体注入系统来冷却及润滑高功率密度电力机器的系统和方法。本文描述的本发明的各个方面可应用于下文阐述的任何特定应用，或者用于任何其他类型的电力机器。本发明可应用作为独立系统或方法，或者作为综合系统(诸如载具)的一部分。应当理解，本发明的不同方面可单独地、集合地或彼此组合地领会。

本发明的一个方面可关于一种电力机器，该电力机器包括：转子，其固定于可旋转轴，并通过一个或多个轴承的方式得到支撑；定子，其相对于可旋转转子及轴静止，在转子与定子之间具有间隙；外壳，其包围机器的全部或部分；以及流体分配歧管，其具有至少一个入口和多个分配开口，所述多个分配开口通向与至少一个出口流体连通的该机器内的多个流体流动通道。在一些实施方式中，该多个流体流动通道可包含：定子与外壳之间的定子流体流动路径；沿可旋转轴朝向转子及定子的转子流体流动路径；以及接触至少一个轴承的轴承流体流动路径。定子流体流动路径可包括可允许流体直接与定子的外表面相接触的一个或多个流体流动通道。一个或多个凹槽或其他表面特征可形成定子的外表面与外壳的内表面之间的通道。在一些实施方式中，一个或多个流体流动通道可与排放箱流体连通，该排放箱与至少一个出口流体连通。该排放箱可配置成使得离开流体流动通道的流体在通过出口离开电力机器之前可被收集于该箱内。在一些实施方式中，排放箱可用作热交换器，藉此提供冷却该箱内的流体的机会。

本发明的另一方面可提供一种电力机器，该电力机器包括：转子，其固定于可旋转轴，并通过一个或多个轴承的方式得到支撑；定子，其相对于可旋转转子及轴静止，在转子与定子之间具有间隙；以及通向流体注入器喷嘴的至少一个流体流动通道，其可引导流体沿可旋转轴朝向转子和定子。在一些实施方式中，流体注入器喷嘴和/或可旋转轴可包含可并入有助于流体的流动及分配的离心泵的特征。该电力机器还可包含通向接合处的流体流动通道，其中该流体流动通道可分岔以接触轴承并且还接触转子。此外，该电力机器可在轴承与通向转子的流体流动路径之间包含计量器件，其中该计量器件配置用于确定流至轴承的流体与流至转子的流体的相对量。在一些实施方式中，可移除、替换及/或调节该计量器件，使得机器可在不具有计量器件的情况下操作，可用不同配置的不同计量器件替换该计量器件，或者可调节该计量器件，从而改变流至轴承的流体与流至转子的流体的相对量。备选地，在其他实施方式中，该流体流动路径在轴承与转子之间可不分岔，取而代之的是，可引导流体首先接触轴承，流过该轴承，并于随后流动以接触转子。