[发明专利]用于电动机或者发电机的经过改进的冷却系统

说明书

本发明涉及电动机或者发电机的经过改进的冷却系统，更特别地涉及所称的“无槽”永久磁铁电动机或者发电机。

已知“无槽”的永久磁铁电动机或者发电机一方面主要包括外壳，另一方面包括设置有永久磁铁的转子，其中，在外壳中，存在具有光滑内壁被称作“无槽”的管状定子夹层和在所述管状定子夹层内或者围绕着所述夹层缠绕的电绕组。

这种装备有由冷却护套形成的冷却系统的电动机和发电机已经是已知的，其中，冷却护套设置在冷却液体流经的定子外部。

这种已知的定子的缺点是转子处的冷却通常不够充分。

另外已知的是“无槽”的永久磁铁电动机或者发电机通常设置有空气冷却，藉此空气借助于外部风扇或固定在转子上的某种形式的螺旋桨或叶片吹过绕组头部。

这种空气冷却的原理可以应用于定子的每个远端处的绕组头部，以便实现使空气经由转子和定子之间的空气隙从定子的一个远端处的绕组头部流到定子另一个远端处的绕组头部，并且实现使空气从空气隙中的定子中部沿轴向流到远端处的绕组头部，从而冷却转轴和绕组头部。

已知除了空气之外，其它气体也可以用作冷却介质。

这种借助于空气或者另一种冷却气体进行冷却的缺点在于，在这两种情形下，都很难建造能够进行无尘无湿操作的整个封闭的电动机。

在异常的情形下，例如从WO 01/35513和US 5,304,883中可知，已知定子绕组进行直接的油冷却，藉此定子绕组的电导线与油直接接触，这样做的结果是存在可能短路的潜在风险。

经过转子的直接冷却也是已知的电动机设计中的一种，但这样是很复杂和昂贵的。

在高速和大容量的称作“表面安装”类型的永久磁铁电动机或者发电机的情形下，磁铁固定在转轴上并且借助于管夹持在转轴上，该管不得不吸收高旋转速度下的离心力，并且该管由金属或者碳纤维形成，该管绕着磁铁设置有较大的预应力，以便可以在最大旋转速度下传递扭矩。

这种设计成在高速下进行操作的电动机或者发电机始终需要尽可能小，因为除了其它原因之外，还要考虑机械和转子动力学方面的因素。因此，定子中的能量密度会形成问题并且需要特殊的冷却概念，因为定子会过热，这会导致转子中产生所不希望的温度升高。当定子太热时，并且由于空气隙中的空气，对于转子释放出热量会更加困难，而且转子也会由于定子而额外加热。尤其当上面提到的将磁铁夹持在转子上的管由碳纤维形成时，转子的加热会产生极坏的后果。

此外，一些已知的永久磁铁电动机和发电机需要额外地冷却转子，这可以例如借助于经过定子和转子之间的空气隙或者经过轴的空气的冷却来实现。为了弥补上面提到的所有困难，通常需要复杂、昂贵和相当大的冷却回路。而且，整个封闭的永久磁铁电动机或者发电机不能通过简单的方式来实现，并且这种电动机或者发电机的成本价格通常非常高。

例如在上面提到的WO 01/35513和US 5,304,883的情形下，现有已知的永久磁铁电动机或者发电机的另一个主要缺点是，设置绕组非常费力、耗时并且昂贵，因为在这种情形下“无槽”的定子夹层具有没有任何齿的光滑内壁，而在具有传统的定子夹层的电动机或者发电机的情形下绕组需要绕着齿进行缠绕。

本发明旨在弥补上面提到的和其它的缺点。

为此，本发明涉及电动机或者发电机的经过改进的冷却系统，该冷却系统包括：外壳、称作“无槽”的管状定子夹层、转子，且转子具有设置在定子夹层和转子之间的永久磁铁和电绕组，其特征在于，冷却系统包括设置在定子夹层和转子之间的冷却器，还在于绕组设置在冷却器上。

这种依照本发明的电动机或者发电机的优点在于冷却施加在转子和定子绕组的直接环境上，所以具有磁铁和将磁铁夹持在转子上的管的转子以及定子绕组可以获得高效的冷却。

具有内部冷却系统的这种电动机或者发电机的另一个优点是比已知的具有外部冷却护套和可比容量的已知电动机或者发电机更紧凑。

另一个优点是因为冷却系统设置在定子内部，所以这种定子可以用于封闭的电动机或者发电机，而封闭的电动机或者发电机例如可以应用在含尘的和潮湿的环境中或者在具有易燃或者腐蚀气体的环境中。

上面提到的冷却器优选设置有朝向转子定向的径向齿，其中转子沿定子的轴向方向延伸，并且在中间界定了轴向定向的槽以便冷却器具有传统的定子夹层的外部形状。

这种冷却器的优点在于上面提到的绕组可以通过非常简单的方式绕着上面提到的齿设置在上面提到的槽中，更具体地说，通过与设置有带有齿的定子夹层的传统异步或者同步电动机和发电机的情形下相同的方式来设置。