CN103155365A

CN103155365A - 具有封闭式冷却***的永磁马达

Info

Publication number: CN103155365A
Application number: CN2011800468976A
Authority: CN
Inventors: 埃丁·马克苏米奇; 蒂姆·迈尔斯
Original assignee: Rolls Royce Marine AS
Current assignee: Kongsberg Maritime AS
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-06-12
Also published as: GB2497716A; NO20101347A1; BR112013007204A2; GB201307285D0; US20130307357A1; NO331965B2; GB2497716B; NO331965B1; SG188613A1; WO2012044177A1

Abstract

描述一种了电动永磁马达（10），其中马达包括马达壳体（12），马达壳体（12）具有定子（14）和连接到中心轴（24）的内部旋转转子（16），转子（16）在外部有磁铁（30），定子（14）在内部配备有线圈（32），在马达运转期间，扭矩传递到中心轴（24），以用于操作外部设备。马达（10）配备有为转子冷却***和定子冷却***形式的封闭式冷却***，封闭式转子冷却***包括位于马达壳体（10）中的内部风扇***，内部风扇***布置为迫使冷却剂流动通过转子（16）与定子（14）之间的空气间隙（52）、并经过位于马达壳体（12）内部的一个或多个热交换器（54），以用于冷却将被再次迫使通过空气狭缝（52）的冷却剂，定子冷却***包括位于马达壳体（12）中且围绕定子（14）的冷却套（40），流体被迫使流动通过冷却套（40）以吸收来自至少定子（14）的热损耗，并且其中，定子冷却***的冷却套（40）包括用于使流体循环的内部流体通道（42）。

Description

具有封闭式冷却***的永磁马达

技术领域

本发明涉及如权利要求1前序部分所述的电动永磁马达，其中该马达包括马达壳体，该马达壳体具有定子和连接到中心轴的内部旋转转子，该转子在外部配备有磁铁，该定子在内部配备有线圈，在运转期间，马达将扭矩传递到中心轴，以用于操作外部设备。

背景技术

对于较小的电动绞车的操作，基本上使用两种类型的马达，第一种是永磁马达，第二种是串绕马达。尽管永磁马达需要较少的电力，但是其仍产生比串激马达多的热量。因此，永磁马达已经成为用于轻等载荷至中等载荷的绞车作业的最普通的类型，并且其可以停歇，使得马达能够被冷却。

近些年来，永磁马达也已经用于处理相对较大载荷的起锚绞车。此外，与标准的液压驱动绞车相比较，使用永磁马达的优点是能源消耗的显著降低。借助于永磁马达，还可以实现较低的惯性矩，这引起功率变化的显著降低，并且因此使起锚操作和其它操作容易，在起锚操作和其它操作中，不管船自身如何运动均使负载物不动地保持在海床上方是很重要的。

使用永磁马达的其它优点是更高速的和动态的绞车控制、较低的噪音水平以及起动后立即出现的最大扭矩。

本申请中描述的永磁马达的应用领域可以是众多的，除了与起锚操作相关的所述应用之外，还可以应用在与例如拖网作业或其它离岸操作相关的渔船上。

用于在起锚操作中使用的永磁马达可以是具有大直径和相当大扭矩的大尺寸马达。这种马达的例子可以是具有2米外径、1.4兆瓦功耗以及140千牛·米额定扭矩的马达。

此外，从现有技术中，将参照WO9917429A1，WO9917429A1涉及一种用于对包围由高压电缆缠绕的定子以及转子的旋转电机进行绝热的单元和方法，因此，电机提供定子与转子之间的空气间隙中的绝热。

EP1085643A2涉及一种包括外部转子的永磁同步马达，外部转子能够连接到轴，并且通过闭合凸缘与其内布置定子的区段邻接，其特征在于，该马达配备有用于内部通风的装置。由于转子位于外部，因此该马达不能围绕定子布置冷却套。

WO2008/113018A1示出了一种用于电机的冷却***，该***包括定子和内部转子，其中外部风扇经由延伸到马达中的通道将空气提供到定子与转子之间的空气间隙。还示出了用于定子的流体冷却***。

以上所描述的文献均没有示出本申请给出的封闭且紧凑的冷却***。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于在重型操作中使用的、具有有效的冷却***并且具有紧凑设计的永磁马达。

另一目的是提供具有封闭式冷却***的永磁马达。在船上，尤其是在打开船尾的起锚船上，使用封闭的内部冷却***将引起更紧凑的且封闭的马达，并且这将引起增加的节省空间并且尤其是抵消因船的裸露放置而产生的盐水问题。

上述目的通过如独立权利要求1所述的电动永磁马达来获得，在独立权利要求1中，马达配备有为转子冷却***和定子冷却***形式的封闭式冷却***，封闭式转子冷却***包括位于马达壳体中的内部风扇***，并且该内部风扇***布置为迫使冷却剂流动通过转子与定子之间的空气间隙、并经过在马达壳体内部的一个或多个热交换器，以用于冷却将被再次迫使通过空气间隙的冷却剂，定子冷却***包括位于马达壳体中且围绕定子的冷却套，流体被迫使流动通过冷却套以吸收来自定子的热损耗，用于定子冷却***的冷却套包括用于使流体循环的内部流体通道。

在相应的从属权利要求中给出了替代实施方式。

转子冷却***中的冷却剂优选为气体，而定子冷却***中的冷却剂可以为水和/或乙二醇。

风扇***可以包括置于马达壳体中的多个风扇。转子冷却***中的风扇可以布置在马达壳体中的凹室中或者布置在马达壳体的端盖中的一个端盖中并且布置为从马达壳体的内部吸取气体并吹动气体进一步通过定子与转子之间的空气间隙。

转子的转子环可以配备有狭缝并且布置为具有风扇的功能，以吸取通过马达壳体内部的气体并且吹动气体进一步通过定子与转子之间的空气间隙。该狭缝可以配备有风扇叶片。

气体优选被迫使经过热交换器并且进入到马达壳体中，其中热交换器可以为配备有冷却肋片或冷却管的空气/水热交换器的形式。该冷却肋片或冷却管可以在内部布置在马达壳体的端板上。此外，冷却管可以缠绕成螺旋状并且配备有肋片。

冷却套可以具有位于套的底部中的入口以及可能的位于套的顶部处的出口，其中至少该入口连接到流体储集器。流体的供应可以通过管在外部完成。

马达的端盖中的一个端盖可以包括端子箱，端盖包括凹室或隔室并且配备有外盖。因此，定子上的绕组可以延伸到端子箱中，因此马达布置为连接成以不同的额定速度运转。

本发明还涉及将如上所述的电动永磁马达用于操作起锚船或渔船上的绞车的应用。

附图说明

现在将借助于附图来更详细的说明本发明，附图中：

图1示出了根据本发明的永磁马达的透视图。

图2示出了图1所示的马达的分解视图。

图3和图4分别示出了作为根据本发明的马达的一部分的转子以及定子的一些部分。

图5、图6和图7示出了用在根据本发明的马达上的端盖。

图8示出了用于根据本发明的定子冷却***的冷却套的简图。

图9示出了根据本发明的转子冷却***的剖视图。

图10和图11示出了将马达连接到绞车***的示例。

具体实施方式

本永磁马达除了连接到例如为绞车的要被驱动的设备以外，还可以连接到包括控制单元、整流器以及直流（DC）变压器的控制***，使得马达可以为交流（AC）频率控制的。此外，马达可以连接到监控装置，以监控马达和***的状态。永磁马达对于本领域技术人员被视为已知的并且将不再详细说明其详细构造和操作模式。

如图10所示，永磁马达的轴24可以直接连接到例如绞车的驱动轴，或者如图11所示，永磁马达10可以经由齿轮传动装置72连接到绞车70。

如图1和图2所示，本永磁马达10包括圆筒形的并且分别由端盖18和20封闭的马达壳体12。永磁马达10的定子14基本上由定子壳体12构成，壳体12在内部配备有定子叠片组38，定子叠片组38配备有定子线圈32。定子叠片组38可以焊接到或粘接到马达壳体12的内部。

旋转转子16布置在定子14的内部，其中，转子16包括配备有转子叠片组的转子环26或辐条，转子叠片组提供有磁铁，并且机加工环60或板在外部布置到转子环26或辐条，其中，磁铁以附图标记30示意性地示出并且转子叠片组由附图标记36示意性地示出。

转子叠片组36可以焊接到或者粘接到机加工环60。楔28或夹板可以布置在机加工环60与转子环26之间，以便有助于在马达10运转期间传送扭矩。转子环26的主要目的是将扭矩传递至优选在固定毂62中连接到转子环26的中心的轴24。此外，在叠片组安装到转子环26之后，磁铁可以粘接到转子叠片组36。在运转期间，转子16优选由端盖18、20支承在两侧上。

一个端盖20可以配备有用于电缆和其它设备的凹室64或隔室，并且因此端盖20可以配备有盖22。盖22可以配备有内部的环形凸缘66，其中轴24贯穿环形凸缘66。因此端盖20可以具有用于马达10的一体的端子箱64的功能，并且端盖20具有用于外部电缆的入口、用于端子箱64内部的线圈的端部32的进入开口以及用于能够使空气在马达内部循环的风扇的凸缘。

由于端子箱部分位于马达的内部，使得利用了转子体积的一部分，并且这样做的优点是其导致具有极少突出部分的紧凑的马达。对于船舶而言，极少的突出部分以及紧凑的设计在船上安装时是有利的，这是由于其具有有限的可用空间。

端盖18、20二者均配备有球轴承或其它轴承，以支承转子16和轴24，此外，端盖18、20可以定尺寸为能够在相应的腿18a、20a上支承整个马达10。

如前所述，永磁马达能够产生大量热量。因此，根据本发明，该永磁马达配备有封闭式冷却***，优选是定子冷却***和转子冷却***。这些冷却***能够单独工作或一起工作。

在定子冷却***中，优选地意在使用流体，例如为比如水、油或例如为乙二醇的其它液体冷却流体或相关联的混合物。在转子冷却***中，优选地意在使用气体，例如为比如空气、氦气、氩气或其它冷却气体。

定子冷却***可以包括安装在马达壳体12内部并且围绕定子14的冷却套40。

图8示出了定子冷却***的原理图。例如为水的冷却剂经由管道46从外部供应到入口48a，并且进一步经过围绕定子14布置的一个或多个通道42。用于冷却剂的储集器44可以布置在入口48a处并且还可以布置在出口48b处。储集器的优点是其能够提供更好的流动并且可以避免过热点。可以具有位于马达的底部处的入口以及位于马达的顶部中的出口，而通道42还可以围绕定子一直延伸，使得入口和出口基本上位于相同的位置处。当冷却剂在冷却套中循环时，来自定子的过余热将被运送走并且经由定子叠片组38进入到流体通道42。

转子冷却***基本上包括一个初始闭合的风扇***。这可以实施如下：转子的转子环26包括在转子旋转时具有风扇功能的若干狭缝56，因此将气体吸取到马达中并且进一步吹动气体。因此，转子16中的狭缝56能够形成为风扇叶片或者配备有风扇叶片，以提供更多的鼓风效应。

可替代地，风扇***可以包括布置在马达壳体12中或端盖20中的多个风扇50。此外，该***包括布置在气体的出口侧处——即，图9所示的在风扇50的相对侧上——的热交换器54。

风扇50或多个风扇从马达壳体12的内部经由转子16的狭缝56吸取例如为空气的冷却剂，并且推动空气流动通过形成在转子16与定子14之间的空气间隙52。之后，空气在进一步流回到马达10的内部之前通过热交换器54。热交换器54可以为例如空气/水热交换器并且可以配备有冷却管58。冷却管58可以缠绕成螺旋状并且配备有肋片，以增加表面面积并且因此提高对空气的冷却。

因此，通过空气间隙52的空气使转子磁铁30以及相关联的转子叠片组36冷却并且还使定子的绕组32以及相关联的定子叠片组38冷却。与定子冷却***相结合，这提供了对永磁马达10的独特且有效的冷却。

尽管永磁马达对于本领域技术人员被视为已知的，但是还有一些应当指出的与本马达相关联的方面。在一个实施方式的示例中，马达可以分成四个部分。马达的每个相可以包括可以并联连接、串联连接或彼此单独连接的两个绕组。如果线圈端部32置于端子箱64中，那么这开辟了绕组的若干可能的替代连接。马达10可以连接为以例如140千牛·米额定转矩的若干不同的速度设定来运行。端子箱64中的内部连接可以用例如为铜的柔性电缆来完成。

这种马达可以以三倍的额定速度进行运转，这导致了比普通马达更高的速度。这还导致了对马达改进的冷却的需求，这将由所述的冷却***提供。

可以使用如上所述和前文描述的永磁马达，而且还可以使用如例如在申请日为2010年4月13日的挪威专利申请20100525中描述的马达，其内容通过参引合并于此。在上述专利申请中，永磁马达被描述为与举升装置一起使用，并且其中安配备有在电压降低期间布置为在马达中产生反力矩以对负载物下落进行制动的安全装置。可选地，操作人员可选择让负载物下落而不产生任何反力矩。

Claims

1.一种电动永磁马达（10），其中，所述马达包括马达壳体（12），所述马达壳体（12）具有定子（14）和连接到中心轴（24）的内部旋转转子（16），所述转子（16）在外部配备有磁铁（30），所述定子（14）在内部配备有线圈（32），在所述马达运转期间，扭矩传递到所述中心轴（24），以用于操作外部设备，其特征在于，

-所述马达（10）配备有封闭式冷却***，所述封闭式冷却***为转子冷却***和定子冷却***的形式，其中，

-所述封闭式转子冷却***包括位于所述马达壳体（12）中的内部风扇***，所述内部风扇***布置为迫使冷却剂流动通过所述转子（16）与所述定子（14）之间的空气间隙（52）、并经过在所述马达壳体（12）内部的一个或多个热交换器（54），以用于冷却将被再次迫使通过所述空气间隙（52）的所述冷却剂，

-所述定子冷却***包括位于所述马达壳体（12）中且围绕所述定子（14）的冷却套（40），流体被迫使流动通过所述冷却套（40）以吸收来自至少所述定子（14）的热损耗，并且其中，所述定子冷却***的所述冷却套（40）包括用于使所述流体循环的内部流体通道（42）。

2.根据权利要求1所述的电动永磁马达（10），其特征在于，所述转子冷却***中的冷却剂为气体，而所述定子冷却***中的冷却剂为水和/或乙二醇。

3.根据权利要求2所述的电动永磁马达（10），其特征在于，所述风扇***包括置于所述马达壳体（12）中的多个风扇（50）。

4.根据权利要求3所述的电动永磁马达（10），其特征在于，所述转子冷却***的所述风扇（50）布置在所述马达壳体（12）中的凹室中或布置在所述马达壳体的其中一个端盖（20）中，并且所述风扇（50）布置为从所述马达壳体（12）的内部吸取气体并吹动所述气体进一步通过所述定子（14）与所述转子（16）之间的所述空气间隙（52）。

5.根据权利要求2所述的电动永磁马达（10），其特征在于，所述转子（16）的转子环（26）配备有狭缝（56），所述狭缝布置为具有风扇的功能，以吸取通过所述马达壳体（12）的内部的气体，并且吹动气体进一步通过所述定子（14）与所述转子（16）之间的所述空气间隙（52）。

6.根据权利要求5所述的电动永磁马达（10），其特征在于，所述转子（16）的所述狭缝（56）配备有风扇叶片。

7.根据权利要求3或5所述的电动永磁马达（10），其特征在于，所述气体被迫使经过所述热交换器（54）并进入到所述马达壳体（12）的内部，其中所述热交换器为配备有冷却肋片或冷却管（58）的空气/水热交换器的形式。

8.根据权利要求7所述的电动永磁马达（10），其特征在于，所述冷却肋片或冷却管（58）在内部布置在所述马达壳体（12）的端板上。

9.根据权利要求7或8所述的电动永磁马达（10），其特征在于，所述冷却管（58）缠绕成螺旋状并且配备有肋片。

10.根据权利要求1所述的电动永磁马达（10），其特征在于，所述冷却套（40）具有位于所述套的底部中的入口（48a）和位于所述套的顶部处的可能的出口（48b），其中，至少所述入口连接到流体储集器（44）。

11.根据权利要求10所述的电动永磁马达（10），其特征在于，流体经由管（46）从外部供应。

12.根据权利要求1所述的电动永磁马达（10），其特征在于，所述马达（10）的其中一个端盖（20）包括端子箱（64），所述端盖（20）包括凹室或隔室并且配备有外盖（22）。

13.根据权利要求12所述的电动永磁马达（10），其特征在于，所述定子（14）的所述线圈（32）延伸到所述端子箱（64）中，由此所述马达（10）布置为连接成以不同的速度运转。

14.根据权利要求1至13中一项或多项所述的电动永磁马达（10）的应用，用于操作起锚船上的绞车或渔船上的绞车。