专利名称：电机转子通风装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机，其具有利用强制气体对流以从转子除去热量来冷却的转子。其特别适用于设备经受的风阻损失明显的高速设备中。
背景技术：
本发明是对我在1988年7月5日授权的名称为“风阻损失减小的冷却系统”的加拿大专利1238933的改进。我的加拿大专利公开了一种密封转子电机，其通过将旋转叶片设置在转子的相对端而具有减小的风阻损失。用一组叶片将气体导引到转子中，用另一组叶片将气体从转子导引到相邻转子结构中用于循环。该转子具有由转子的两个相邻极之间的极间间隙限定的冷却槽，和一个跨该槽设置的用于封闭极间间隙的罩或盖。由叶片导引到槽中的任何气体沿槽径向移动，并通过罩盖防止从槽中径向移动出来，跨气隙进入环绕转子的定子元件中。结果，叶片和盖罩的使用降低了与用于冷却转子结构的气体相关的风阻损失。
因此需要提供一种用于电机的通风系统，其中与进入转子极间间隙或通道中的冷却气体相关的风阻损失最小，同时具有与极间间隙冷却通道的使用相关的优点。
发明概述本发明涉及具有转子的电机的冷却，该转子具有在我的前述加拿大专利1238933中公开的罩或盖，并对沿径向在转子的相对径向端部表面上方延伸的入口和出口罩板作了改进。该入口罩板提供了一个气体入口路径，其中罩板的旋转用作一个泵，沿切线方向加速气体，使其具有与转子在转子极的速度相等的角速度。入口罩板然后将气体导引到轴向延伸的极间间隙中。出口罩板盖住转子的另一侧或端面，从而提供一个从转子极到转子轴线的径向延伸的出口路径。出口罩板用作一个涡轮机，当气体速度的角度分量减小时从气流中回收能量。结果，减小了与流入和流出极间间隙的气流相关的风阻。
优选地，用一个鼓风机或泵用电动机在预定方向将气流导引穿过转子，并补偿沿极间间隙轴向移动的气体的静态压力损失。但可以选择入口罩板相对于出口罩板的径向延伸，以优化风阻损失并补偿静态压力损失。可以设想，在某些实施例中，不需要外部泵或鼓风机来补偿静态压力损失。
根据本发明的一个方面，提供一种电机，其包括一个定子元件和一个在一轴向延伸轴上安装在定子元件中的转子元件。该转子元件具有间隔开的径向延伸的第一和第二端部，及多个分别在基本轴向方向在第一和第二端部之间延伸的间隔开的通风通道。该设备包括一个与转子的第一端部相邻地安装在转子上的第一罩板元件，用于与其一起旋转。该第一罩板沿径向在转子的径向延伸第一端部上方延伸并与之间隔开，从而与其一起限定了一个径向气体入口路径。第一罩板具有一个第一径向内端部，该第一径向内端部与轴相邻并与之间隔开，从而限定了一个气体入口；及一个安装在转子上的第二径向外端，用于将气体导引到通风通道中。第一罩板元件与转子一起旋转，从而沿径向气体入口路径在角度上加速移动的气体，并进入通风通道中。该设备包括一个与转子的第二端部相邻地安装在转子上的第二罩板元件，用于与其一起旋转。第二罩板沿径向在转子的径向延伸第二端部上方延伸并与之间隔开，从而与其一起限定了一个径向气体出口路径。第二罩板具有一个第二径向内端部，该第二径向内端部与轴相邻并与之间隔开，从而限定了一个气体出口；及一个安装在转子上的第二径向外端，该第二径向外端与间隔开的通风通道相邻，用于接收从通风通道出来的气体。第二罩板元件与转子一起旋转，从而在角度上降低从通风通道出来并沿径向气体出口路径移动的气体的速度。
优选地，转子包括多个间隔开的极，该多个极与定子元件均与一气隙相邻。相邻极之间限定了一个轴向延伸的极间间隙和一个盖元件，该盖元件跨极间间隙在极之间延伸，从而限定了通风通道。可替换地，通风通道可以是转子芯部中的轴向通道。
优选地，该电机是密封转子电机。优选地，第一和第二罩板中的每一个具有一个与各第一和第二径向外端相邻的弧形边沿表面，用于分别在径向和轴向流以及轴向和径向流之间对气流进行重新导引。应当理解，该弧形边沿可包括一个弯曲成弧形的单金属元件，或者相对于彼此弯成角度从而提供所需弧度的一系列平板。
下面的电机是在本发明的范围内的，该电机包括与气体入口、气体出口中的一个或两个相邻的鼓风机用电机，用于将气流导入气体入口，沿径向气体入口路径、轴向沿通风通道、沿径向气体出口路径导引，并从气体出口导出。
还可以设想，出口罩板向轴径向延伸一个小于入口罩板的预定距离，从而在气体入口与气体出口之间产生一个导致或有助于气流进入入口、穿过转子并从出口出来的压差。
为了更好地理解本发明的实质和目的，可参考附图，其中图1是根据本发明的电机的径向截面图；及图2是本发明的电机的转子和定子的局部轴向剖视图。
具体实施例方式
参照图1，示出一个具有转子11和定子12的垂直安装电机10的一部分的剖视图。尽管所示的电机10具有一个通常用于水力发电机的垂直轴15，但本发明也可用于水平轴机械。在转子11与定子12之间是将两个结构分隔开的气隙14。转子11连接到一个旋转轴15上，该旋转轴15安装在一个轴承结构(未图示)中，以使轴15与转子11一起旋转。一个轴套元件16键联接或以其它方式紧固到轴15上。径向延伸的支承板17从轴套元件16延伸到转子芯部结构18。包括转子芯部的叠层22承载着具有径向延伸的通风通道或冷却通道23的极28。图2中所示的相邻极28具有沿极28之间的极间间隙延伸的通风通道23。图2中，一个罩25盖住极间间隙23，从而防止气流从通风通道23径向向外延伸，并如图1中所示通过通风通道23轴向导引气流。
转子11安装用于在定子12中周向旋转。所示的定子12具有常规延伸的通风通道37。导体延伸穿过定子芯部36，示意性表示了导体的端匝38。一个外壳40从定子12延伸出来，形成一个腔室41。一冷却器42安装在外壳40上，使经过通道37的冷却气体或气体带走从定子芯部36产生的热量，进入腔室41，并在气体经过冷却器42时去除热量。壁43环绕定子延伸，限定了腔室44。电机驱动的风扇45和46安装在各壁47和48的开口中，将冷却气体从腔室44移动到腔室50和51中，冷却气体在此处经过入口38进入气隙14中。
将看到，有一部分冷却气体或气体的循环来冷却定子12，另一部分用来冷却转子11。转子11设有与转子的第一轴向端62相邻安装在转子11上的第一罩板元件60，用于与之一起旋转。第一罩板60沿径向在转子的径向延伸第一端62上方延伸并与之间隔开，从而限定了一个径向气体入口路径64。第一罩板60具有一个第一径向内端66，该内端66与轴15相邻并与之间隔开，从而限定了一个气体入口68。第一罩板60还具有一个安装在转子11上的第二径向外端70，该外端70与通风通道23相邻并与之间隔开，从而将来自径向气体入口路径64的气体流通进入并穿过转子11的通风通道23。多个径向延伸叶片65在罩板端70对面安装在转子支承板17上。叶片65有助于气流的角加速度。
根据本发明，还提供了一个与转子11的第二轴向端82相邻地安装在转子11上的第二罩板元件80。罩板80同样与转子11一起旋转。第二罩板80沿径向在转子11的径向第二端82上方延伸并与之间隔开，从而限定了一个径向气体出口路径84。第二罩板80具有一个第二径向内端86，该内端86与轴15相邻并与之间隔开，从而限定了一个气体出口88。第二罩板80还具有一个安装在转子11上的第二径向外端90，该外端90与通风通道23相邻并与之间隔开，用于将来自通风通道23的气体流通进入并穿过径向气体出口84并从气体出口出来。在所示实施例中，第二罩板80的径向部分延伸小于第一罩板60的径向延伸部分，使第二出口罩板的预定距离小于第一入口罩板。这有助于气流在所示箭头方向流过转子。多个径向延伸叶片85在出口罩板80对面安装在转子支承板17上，且一端与出口罩板端90联接。叶片85有助于从气流中回收能量。
为有助于气流在箭头所示方向流过转子11，第一罩板60的入口68设有电机驱动风扇92，第二罩板80的气体出口88设有电机驱动风扇94。这些风扇的导引迫使气体在与所示箭头相同的方向或者穿过转子通风通道23运动。
从第二罩板80的出口88出来的气流穿过冷却器96，进入通道98，回到第一罩板60的入口68。
附图中所示的电机10是密封转子电机类型的设备，壁32完全环绕电机的定子和转子延伸。
第一和第二罩板60和80具有分别与角部70和90相邻的弧形边沿，从而分别在附图中所示的径向流和轴向流之间导引气流。
这样接合到转子上的罩板60和80提供了与通风通道23进行气流流通的气体通道64和84，提供了一个气体循环系统，该系统用与第一和第二罩板60和80相联的泵压作用来移动或推动气体穿过转子的通风通道23，通过强制对流来冷却转子。另外，当气体在角速度降低并从第二罩板80出来时，由出口通道84部分回收由转子施加到气体上用于将气体的角度速度加速到入口通道64中的速度所需的能量。因此，通过气体的角速度降低减少了与该结构相关的风阻损失。
应当理解，借鉴了上面对本发明优选实施例的描述，本领域技术人员将很容易明白本发明的替换实施例。因此，本发明的范围不应当限制在这些优选实施例的教导，而是应当限制在下面的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种电机，包括定子元件；在一轴向延伸轴上安装于定子元件中的转子元件，该转子元件具有间隔开的径向延伸的第一和第二端部，及多个分别在基本轴向方向在第一和第二端部之间延伸的间隔开的通风通道；与转子的第一端部相邻地安装在转子上的第一罩板元件，用于与转子一起旋转，该第一罩板沿径向在转子的径向延伸第一端部上方延伸并与之间隔开，从而与其一起限定了径向气体入口路径，第一罩板具有第一径向内端部，该第一径向内端部与所述轴相邻并与之间隔开，从而限定了气体入口；及安装在转子上的第二径向外端，用于将气体导引到通风通道中，第一罩板元件与转子一起旋转，从而使移动的气体沿径向气体入口路径在角度上加速，并进入通风通道中；与转子的第二端部相邻地安装在转子上的第二罩板元件，用于与转子一起旋转，该第二罩板沿径向在转子的径向延伸第二端部上方延伸并与之间隔开，从而与其一起限定了径向气体出口路径，第二罩板具有第二径向内端部，该第二径向内端部与所述轴相邻并与之间隔开，从而限定了气体出口；及安装在转子上的第二径向外端，该第二径向外端与通风通道相邻并与之间隔开，用于接收从通风通道出来的气体，第二罩板元件与转子一起旋转，从而在角度上降低从通风通道出来并沿径向气体出口路径运动的气体的速度。
2.如权利要求1所述的电机，其中转子包括多个间隔开的极，该多个极与定子元件均与气隙相邻，这些极中的相邻极具有轴向延伸的极间间隙和盖元件，盖元件跨极间间隙在极之间延伸，从而限定了通风通道。
3.如权利要求1所述的电机，其中该电机是密封转子电机。
4.如权利要求1所述的电机，其中第一和第二罩板中的每一个具有与各第一和第二径向外端相邻的弧形边沿表面，用于分别在径向和轴向流以及轴向和径向流之间对气流进行重新导引。
5.如权利要求1所述的电机，还包括一个与气体入口、气体出口中的一个或两个相邻的鼓风机马达，用于将气流导引进气体入口，沿径向气体入口路径、轴向沿通风通道、沿径向气体出口路径导引，并从气体出口导出。
6.如权利要求1所述的电机，其中第二出口罩板沿径向向着轴延伸比第一入口罩板小的预定距离。
全文摘要
一种电机，具有定子元件，转子元件，第一罩板和第二罩板。第一罩板和第二罩板元件与转子的各第一和第二端部相邻地安装在转子上，用于与其一起旋转。第一和第二罩板沿径向在转子的各径向延伸第一和第二端部上方延伸并与之间隔开，从而分别与其一起限定了径向入口和出口路径。第一和第二罩板分别具有一个第一径向内端部，该第一径向内端部与轴相邻并与之间隔开，从而分别限定了气体入口或出口；及安装在转子上的第二径向外端，该第二径向外端与通风通道相邻并与之间隔开，用于在通风通道与入口和出口路径之间流通气体。第二出口罩板与轴之间的间距大于入口罩板与轴之间的间距，从而有助于在正常设备操作过程中气体流入入口罩板中并流出出口罩板。在罩板的入口和出口设有风扇电机，用于导引气流。本发明通过在气体进入转子的通风通道之前对其在角度上加速而在风阻损失方面进行了改进，通过对气流进行角度减速而在出口罩板部分回收能量。
文档编号H02K9/04GK1471754SQ01818032
公开日2004年1月28日 申请日期2001年10月24日 优先权日2000年10月26日
发明者J·H·费尔古森, J H 费尔古森 申请人:通用电器(加拿大)有限公司