[发明专利]具有空气冷却系统的电机

说明书

技术领域

本发明涉及对电机的冷却，所述电机包括具有绕组的定子、转子和具 有通常为圆柱形的结构的空气隙。

背景技术

电机需要冷却，以便去除由于该电机的损耗而产生的热量，以及确保 该电机中的温度不会超过针对该电机的各个部分设置的最大设计温度。这 些损耗主要是定子芯(stator core)的铁耗、绕组的铜耗、转子中的损耗、空气 隙中的摩擦损耗和轴承损耗。如果超过绕组的最大设计温度，则存在绕组 线的电气绝缘失效的风险。

与针对例如小于5,000min^-1的更为普通的转速设计的电机相比，针对高 转速设计的电机由于在更小的机器容积(machine volume)内产生损耗，而需 要更为复杂的冷却系统。

从所述电机中高效地去除由于损耗产生的热量是重要的任务，因为热 去除需要能量，并且因此是降低电机的整体效率的因素。高复杂度的冷却 对电机的高整体效率作出有价值的贡献。

发明内容

本发明提供了一种电机，包括：

(a)定子，所述定子包括定子芯和定子绕组，所述定子绕组包括容纳在 所述定子芯的空间中的第一绕组部分和作为第二绕组部分的末端绕组(end winding)，所述末端绕组轴向地位于所述定子芯的第一正面和相对的第二正 面之前；

(b)外壳，所述外壳容纳所述定子；

(c)转子，所述转子被可转动地支撑；

(d)空气隙，所述空气隙具有通常为圆柱形的结构；

(e)多个周向分布的第一冷却气体导管，所述第一冷却气体导管被放置 在所述定子芯的第一正面和第二正面之间的位置上，并且在各自的外部进 口和所述空气隙之间沿大致为径向的方向延伸；

(f)所述外壳包括多个第一孔，所述多个第一孔导引向(be directed toward)位于所述定子芯的第一正面之前的所述末端绕组，以将冷却气体的 喷射流(jet)导引到(against)所述末端绕组，以进行对所述末端绕组的冲击冷 却(impingement cooling)；

(g)所述外壳包括多个第二孔，所述多个第二孔导引向位于所述定子芯 的第二正面之前的所述末端绕组，以将冷却气体的喷射流导引到所述末端 绕组，以进行对所述末端绕组的冲击冷却；

(h)所述外壳包括多个第三孔，所述多个第三孔导引向位于所述定子芯 的第一正面之前的所述末端绕组，以将冷却气体流导引通过所述末端绕组 并到达所述转子中的位于所述末端绕组之后的部分；

(i)所述外壳包括多个第四孔，所述多个第四孔导引向位于所述定子芯 的第二正面之前的所述末端绕组，以将冷却气体流导引通过所述末端绕组 并到达所述转子中的位于所述末端绕组之后的部分；

(k)以及下述中的至少之一

(k1)鼓风扇(blowing fan)，所述鼓风扇被操作来提供通过所述电机 的冷却气体流，所述鼓风扇与所述第一冷却气体导管、所述第一孔、 所述第二孔、所述第三孔和所述第四孔进行冷却气体流连接；

(k2)或者吸风扇(sucking fan)，所述吸风扇被操作来提供通过所述 电机的冷却气体流，所述吸风扇与所述电机中的接收从所述空气隙、 所述第一孔、所述第二孔、所述第三孔和所述第四孔排出的冷却气体 的那些空间进行冷却气体流连接。

在从属权利要求2到24中示出了本发明的优选实施例。

本发明还提供均包括根据本发明的电机的透平压缩机和透平发电机。

本发明所提供的有益效果包括下述各项：

为所述末端绕组提供了非常强的冷却。利用冷却气体的冲击冷却喷射 流来对所述末端绕组的轴向外部末端部分进行冷却，而利用冷却气体的低 速流来对所述末端绕组的轴向内部部分进行冷却。这最适合于热量的分布 和所述末端绕组的几何形状。

与传统冷却设计相比，本发明所提供的冷却的设计需要非常低的功率。

与以低于5,000min^-1的转速工作的许多常规电机相比，本发明所提供的 冷却的设计特别适合于以高转速工作的电机。

在优选实施例中，所述冷却系统包括对所述定子芯外周的液体冷却， 并且以所述液体冷却通道不干扰所述气体冷却流路径的方式，将这种液体 冷却与本文所描述的所述冷却组合。