[發明專利]電機轉子冷卻系統和方法

有效

• 申請號: 201810482695.X
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN109660070B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 托馬斯·H·霍普金斯;費利佩·J·卡斯蒂略;斯科特·T·格雷厄姆;基思·W·克朗茨
• 申請（專利權）人: 零意技術有限責任公司
• 主分類號: H02K9/06
• 分類號: H02K9/06;H02K9/197;H02K9/08;H02K9/22
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何沖;黃隸凡

一種電機，其具有轉子、定子和殼體。轉子包括徑向安裝的永久磁體陣列，并且定子包括圍繞轉子徑向定位的多個電磁體。該電機包括流體通路，該流體通路包括由定子包圍并定位在所述轉子和殼體之間的第一空腔和第二空腔。所述流體通路還包括定子和轉子之間的氣隙以及延伸穿過所示轉子的多個通風通道。所述氣隙和通風通道與第一空腔和第二腔體流體連通。所述轉子還包括延伸到第一空腔或第二空腔中的內部風扇。當使轉子相對于定子旋轉時，所述風扇使空氣或其他流體流通通過所述流體通路以冷卻轉子。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2017年10月10日提交的標題為“Permanent Magnet Motor withTested Efficiency Beyond Ultra-Premium/IE5 Levels”的第62/570441號美國專利申請的優先權，該申請的內容以引用的方式全部并入 本文。

版權聲明

本專利文件公開的一部分包含受版權保護的材料。版權所有者不反對任何人對專利文獻或專利公開內 容進行復制，因為它出現在專利和商標局的專利文件或記錄中，但在其他方面保留所有版權。

技術領域

本發明大體上涉及用于冷卻電機(例如電動機或發電機)的轉子的方法、系統和裝置。更具體地，本 發明涉及永磁(PM)電機的轉子的冷卻。

背景技術

在商業和工業應用中使用的電機通常需要在100％的適用額定功率下運行，超過了通常是60000小時的 使用壽命。因此，在商業或工業環境中使用的電動機或其他電機必須既可靠又通用。機器的可靠性和使用 壽命可能受到許多因素的影響，包括但不限于：1)導致熱致部件失效的高溫操作；2)振動、加熱、摩擦、 不平衡操作、污染、不適當的材料選擇或引起機械誘發組件失效的其他原因；或3)電介質故障導致電氣 短路或由于熱量、不適當的材料選擇或其他原因引起的開路。

電機通常配備有機械冷卻系統，例如風扇以及罩，所述罩配置為將空氣引導到澆鑄在機器殼體中的散 熱片上。許多此類設備被歸類為全封閉風扇冷卻(TEFC)設備。由于電動機輸出的總功率的一部分必須 用于轉動冷卻風扇，因而不能用于輸出，因此TEFC電動機遭受固有的低效率。例如，附接到傳送帶的TEFC 電動機必須同時運行冷卻風扇和傳送帶，因此轉動風扇所需的電動機輸出部分不可用于傳送帶。TEFC機 器的風扇和罩裝置容易損壞，并且在典型的工業環境中存在安全風險。此外，由于TEFC機器在電機軸的 一側驅動冷卻風扇，因此將兩臺下游機器附接到單臺TEFC電動機上是不可能的或困難的。

傳統的電機通常通過實施具有大而重的部件的機器而制成堅固且耐用。為了促進穩定的長期運行而需 要的較大和較重的部件會增加機器成本和重量。

具有直接通風并因此部分敞開的殼體以促進冷卻的其他電機，可能遭受水分和顆粒物質污染，這又會 導致機械部件退化和導線絕緣或電接點退化和過早失效。由于全封閉非通風(TENV)設備缺乏直接通風 或外部風扇以將空氣移動到外部散熱片上，因此全封閉非通風(TENV)電機面臨獨特的冷卻挑戰。

本文公開的實施例被設計為將上述問題中的一個或多個問題最小化。

發明內容

本文公開的實施例包括電機冷卻裝置和方法。其他實施例包括賦予電機增強的魯棒性和耐久性的元 件。如本文所使用的，被稱為電機的設備類別同時包括發電機和電動機。本文描述的某些實施例是具有徑 向通量配置的永磁電機。許多公開的方法和裝置也適用于傳遞熱量或部分地傳遞魯棒性到軸向通量機器、 傳遞通量機器和線性機器。某些方法和裝置可適用于非旋轉轉矩電動機、變壓器或電感器。雖然示出了關 于永磁電動機的許多具體實施例，但是本公開和權利要求不限于任何特定的裝置配置并且可應用于任何類 型的電機。

本文公開的某些電機實施例將由永久磁體、轉子背部組件、電磁芯或其他結構中的渦流引起的熱量的 產生最小化。此外，公開了利用通過機器的內腔和部件或子系統的各種熱量路徑的傳導、對流和輻射從電 機去除熱量的方法和裝置。