[发明专利]具有转子冷却剂和润滑分配系统的电机，以及冷却和润滑电机的系统和方法

说明书

一种电机可包括转子轴，该转子轴具有构造成接收冷却剂的中空区域。中空区域由内表面限定，该内表面具有从第一端处的第一内径到第二端处的第二内径增加的斜率。当旋转转子轴时产生的离心力使冷却剂以至少部分地取决于转子轴的内表面的斜率的速度从第一端流过转子轴的内表面到第二端。一种冷却电机的方法包括：将冷却剂喷射到转子轴的中空区域的第一端中；使转子轴以旋转操作速率旋转，其中旋转产生使得冷却剂从第一端流至第二端的离心力；将热量从转子轴传递到冷却剂。

技术领域

本公开涉及具有转子冷却剂和润滑分配系统的电机，以及冷却和润滑电机的相关系统和方法。

背景技术

电机用于各种各样的环境下，包括工业，商业和消费者应用。在任何环境下，电机都可以通过许多不同的路径产生相当大的热量。例如，通常在电机中通过流过转子和/或定子的电流中的电阻，由于磁场变化引起的磁滞损耗以及由磁场产生的涡电流引起的电阻加热来产生热量。另外，电机的移动部件中的摩擦通常也产生热量，从而需要润滑。

如果没有适当地管理，电机产生的热量可能导致低效，失灵和故障。电机通常具有某种形式的冷却系统来管理热负荷。一些冷却系统通过提供插入转子轴内或围绕定子的冷却机构来寻求将冷却剂分配到热源附近。然而，这些机构增加了重量和复杂性，导致风阻损失，并且引入了与转子摩擦的可能性。另外，这些机构本身可能积聚热量，这会阻碍冷却系统的性能并因此影响电机的性能。

高性能应用需要具有高功率密度的电机，因为市场需要具有更大功率输出和更小机器尺寸的电机。在高功率密度电机中发现的较大功率输出和较小机器尺寸的组合产生了非常苛刻的冷却要求。一些冷却系统在转子的各个部分上提供不均匀的冷却，这可能由于局部温差而导致转子和/或转子轴翘曲，以及转子和定子之间摩擦增加的可能性。另外，如果电机没有充分冷却，转子、定子或其他部件的温度可能超过温度限制，导致严重故障。

因此，需要具有改进的冷却和润滑分配系统的电机，以及用于冷却和润滑电机的系统和方法。

发明内容

各方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践当前公开的主题来学习。

在一个方面，本公开包括电机。示例性电机包括定子，转子和可操作地联接到转子的转子轴。转子轴包括中空区域，该中空区域构造成接收冷却剂。中空区域由内表面限定，该内表面具有从第一端处的第一内径到第二端处的第二内径增加的斜率。包括以旋转操作速率旋转转子轴时产生的离心力的力使得冷却剂以至少部分地取决于转子轴的内表面的斜率的速度从第一端流过转子轴的内表面到第二端。

在另一方面，本公开包括一种冷却电机的方法。示例性方法包括将冷却剂喷射到电机的转子轴的中空区域的第一端中，其中转子轴包括内表面，该内表面具有从第一端处的第一内径到第二端处的第二内径增加的斜率。斜率可包括截头圆锥形或倾斜轮廓和/或阶梯形轮廓。该示例性方法还包括以旋转操作速率旋转转子轴，其中旋转产生包括作用在转子轴中的冷却剂上的离心力的力。该力使冷却剂从第一端流过转子轴的内表面至第二端。该示例性方法还包括将热量从转子轴传递到流过转子轴的内表面的冷却剂。

参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解这些和其他特征，方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本公开主题的某些原理。

附图说明

在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：

图1示意性地示出了具有液体冷却转子轴的示例性电机的横截面立体图；

图2A-2E示意性地示出了液体冷却转子轴的各种示例性实施例的横截面立体图；

图3A和3B示意性地示出了具有示例性表面特征的液体冷却转子轴的示例性实施例的局部横截面立体图；