CN118020236A - 高电流密度电机 - Google Patents

Abstract

一种电机包括定子，定子具有定子孔和定子绕组。定子绕组被布置成进行如下中的一者：接收电流；以及产生具有的功率在1MW与50MW之间的电流。定子具有大于5A/mm²的定子电流密度。转子至少部分地设置在定子孔内并具有转子绕组。转子具有大于5A/mm²的转子电流密度。高压冷却***能够操作以主动冷却定子和转子。转子绕组和定子绕组相互作用以进行如下中的一者：响应于电流的接收而产生转子的旋转以驱动所连接的装置；以及响应于由所连接的装置驱动的转子的旋转而产生电流。

Description

高电流密度电机

背景技术

根据应用场合，电机可用作发电机、电动机或两者。用于大型工业和船舶应用的电机通常用作同步发电机和/或电动机，例如船舶推进驱动电动机。因此，这些电机以许多不同的速度和变化的负载操作。

发明内容

一方面，电机包括定子，定子具有定子孔和定子绕组。定子绕组被布置成进行如下中的一者：接收电流；以及产生具有的功率在1MW与50MW之间的电流。定子具有大于5A/mm²的定子电流密度。转子至少部分地设置在定子孔内并具有转子绕组。转子具有大于5A/mm²的转子电流密度。高压冷却***能够操作以主动冷却定子和转子。转子绕组和定子绕组相互作用以进行如下中的一者：响应于电流的接收而产生转子的旋转以驱动所连接的装置，以及响应于由所连接的装置驱动的转子的旋转而产生电流。

在另一构造中，电机包括：定子，该定子具有定子孔和定子绕组；转子，该转子至少部分地设置在定子孔内并具有转子绕组；以及第一冷却回路，该第一冷却回路能够操作以利用第一高压流体流冷却定子绕组。第二冷却回路能够操作以利用第二高压流体流冷却转子绕组，第一冷却回路和第二冷却回路限定封闭***。

在另一构造中，电机包括定子，定子具有定子孔和定子绕组。定子壳体被布置成围封定子，并且包括支撑第一轴承的第一壁和支撑第二轴承的第二壁。转子至少部分地设置在定子孔内并具有转子绕组。转子由第一轴承和第二轴承支撑以便旋转。励磁***联接到转子并设置在定子壳体内在第一轴承与第二轴承之间。励磁***能够操作以向转子绕组提供励磁电流。高压冷却***能够操作以提供第一高压流体流来冷却定子绕组和转子绕组中的一者。

附图说明

为便于识别任何特定元件或动作的讨论，附图标记中的最有效数字指的是首次引入该元件的图号。

图1是沿发电机中心线、旋转轴线或纵向轴线截取的发电机剖视图。

图2是适于在图1的发电机中使用的转子的透视图。

图3是适于在图1的发电机中使用的定子的一部分的透视图。

图4是适于在图1的发电机中使用的转子的透视图。

图5是适于在图1的发电机中使用的包括加压转子冷却***的转子的透视剖视图。

图6是图5的转子的转子槽的一部分的轴向端视图。

图7是图6的槽和图5的转子的一部分的示意性剖视图。

图8是图5的转子的槽的轴向端的一部分的透视局部断开视图，其图示了第一环形密封区域。

图9是图5的转子的槽的另一轴向端的一部分的透视局部断开视图，其图示了另一第一环形密封区域。

图10是图5的转子的槽的另一轴向端的一部分的透视局部断开视图，其图示了另一第一环形密封区域。

图11是图5的转子的槽的另一轴向端的一部分的透视局部断开视图，其图示了另一第一环形密封区域。

图12是能够作为发电机、电动机或两者操作的电机的剖视图。

图13是包括定子绕组的定子芯的透视图。

图14是图13的定子芯的定子槽的剖视图，其包括定子绕组的一部分。

图15是图13的定子芯的一部分的放大透视图，其图示了定子冷却剂回路的连接。

图16是定子壳体的局部断开视图，其包括图15的定子冷却回路的一部分。

图17是图13的电机的剖视图，其图示了用于转子和/或定子的高压冷却***。

图18是图13的电机的剖视图，其图示了低压冷却回路。

图19是用于冷却电机的泵结构的剖视图。

图20是用于冷却电机的另一泵结构的剖视图。

图21是低速电机的示意性剖视图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解的是，本发明的应用不限于本描述中所述或以下附图中所图示的构造的细节以及各部件的结构。本发明能够有其他实施例，并且能够以各种方式实践或执行。此外，应理解的是，本文中使用的措辞和术语是为了描述的目的且不应被视为限制性的。

现在将参照附图描述与***和方法相关的各种技术，其中相同的附图标记始终代表相同的元件。以下讨论的附图以及用于描述本专利文件中的本公开的原理的各种实施例仅是举例说明且不应以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解的是，本公开的原理可以在任何适当布置的设备中实现。应理解的是，被描述为由某些***元件执行的功能可以由多个元件来执行。类似地，例如，一元件可以被配置为执行被描述为由多个元件执行的功能。将参考示例性非限制性实施例来描述本申请的许多创新的教导。

此外，应理解的是，本文使用的词语或短语应作广义解释，除非在某些示例中有明确限制。例如，术语“包含”、“具有”和“包括”及其派生词意指无限制地包含。单数形式“一”(“a”)、“一”(“an”)和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。此外，本文中使用的术语“和/或”指的是并包含一个或多个相关联的列出项目的任何和所有可能的组合。术语“或”是包含性的，意指和/或，除非上下文另有明确说明。短语“相关联”和“与其相关联”及其派生词可以意指包含、被包含在内、与之互连、含有、被含在内、连接到或与之连接、联接到或与之联接、可与之通信、与之协作、交错、并置、接近、被结合到或与之结合、具有、具有……的特性等。此外，尽管在本文中可能描述了多个实施例或构造，但是关于一个实施例描述的任何特征、方法、步骤、组件等同样适于没有相反具体陈述的其他实施例。

此外，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可用于指各种元件、信息、功能或动作，但这些元件、信息、功能或动作不应受这些术语的限制。相反，这些数词形容词用于区分不同的元素、信息、功能或动作。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元素、信息、功能或动作可以被称为第二元素、信息、功能或动作，并且类似地，第二元素、信息、功能或动作可以被称为第一元素、信息、功能或动作。

此外，术语“邻近”可意指一元件相对靠近另一元件但不与另一元件接触或者该元件与该另一部分接触，除非上下文另有明确说明。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在意指“至少部分基于”。术语“大约”或“基本上”或类似术语旨在涵盖在用于该尺寸的正常工业制造公差范围内的值变化。如果没有可用的行业标准，除非另有说明，否则百分之二十的变化将在这些术语的含义范围内。

如图1中所图示，发电机100包括定子300和在定子300内被支撑以便旋转的转子200。定子300包括定子壳体102，定子壳体102围绕并基本上围封定子芯104。定子芯104通常由沿纵向方向(沿着旋转轴线)堆叠的多个叠片116组成。每个叠片116包括切口或以其他方式成形以限定转子本体120的所期望的特征，转子本体120包括孔118，孔118被定尺寸成接收转子200。

在某些构造中，提供定子冷却***106以冷却定子300并提高定子300的效率和电流密度。在一些构造中，冷却气体被用作定子冷却剂。然而，如果需要的话，定子300可以包括液体冷却，例如水冷却。

转子200包括转子本体120、转子轴122和联接至转子轴122的两个保持环114。在许多情况下，转子本体120被认为是转子轴122的一部分。图示的转子轴122由定位在转子200每一端处的轴承110支撑以便旋转。涡轮联接器108定位在转子200的一端处，以便于将转子200连接到涡轮(例如，燃气涡轮、蒸汽涡轮、水力涡轮、风力涡轮等)或当作为发电机操作时连接到另一原动机。当作为电动机操作时，涡轮联接器108还可连接到动力输出装置，例如螺旋桨、压缩机、齿轮箱等。转子200的相对端可包括励磁***联接器112，其允许连接至励磁***或其他旋转装置。

图1中所图示的发电机100为同步发电机100。然而，异步发电机或电动机等可以包括本文中描述的特征。

图2更详细地图示了图1的转子200。转子本体120包括沿着转子本体120纵向延伸的一系列转子槽202。转子绕组204定位在转子槽202内以限定一对或多对极。在图示的构造中，由转子绕组204形成两个极。然而，如果需要的话，其他构造可以包括四个极、八个极或更多极。有时被称为场的转子200还包括导体206，该导体206连接到励磁***，该励磁***以所期望的电压向转子绕组204提供电流以产生磁场。合适的励磁***包括但不限于励磁器、集电器和旋转变压器。

转子200还可包括操作以冷却转子200的转子冷却***208。在一些构造中，转子200是空气冷却的，而其他构造采用另一流体，例如氢气。

转向图3，更详细地图示了定子芯104。在大多数构造中，定子芯104由一系列沿纵向方向堆叠的叠片116形成。每个叠片116包括切口、开口或特征，它们在堆叠时限定了定子芯104的所期望的特征。每个叠片116包括围绕孔118周向均匀间隔的多个齿302。齿302协作以限定一系列沿定子芯104的长度延伸的槽。棒306定位在槽内并且彼此电连接以限定一系列定子绕组。在图示的发电机100中，定子绕组被布置成限定三相。通常，三相被电布置以根据需要限定三角形电路或Y形电路。当然，如果需要的话，其他构造可以包括单相或多于三相(即六相)。

作为定子冷却***106的一部分，每个棒306可包括一个或多个冷却剂通道310，所述冷却剂通道允许冷却剂沿棒306的长度流动。如所讨论的，诸如水的冷却剂流体经常用于冷却定子300。

图4更好地图示了图2的转子200，其中保持环114中的一个被移除。转子200是两极转子200，其中在适当的位置中图示了单个转子绕组204。转子200包括转子轴122，该转子轴支撑多个齿302，齿302围绕转子轴122的圆周径向向外延伸。在大多数构造中，齿402由实心轴加工而成，使得齿402和转子轴122是单个不可分离的部件。每个齿402与相邻的齿402协作以在它们之间限定一个转子槽202。

齿402各自限定了最外表面，该最外表面限定了转子轴122的最大直径。保持环配件404可以在齿402的轴向端附近加工到齿402中，以便为保持环114提供装配位置。当然，如果需要的话，其他构造可以省略保持环配件404，或者可以包括保持环配件404的多种不同结构。

转子绕组204由一系列线圈构成，这些线圈限定连续或完整的环路。因此，每个线圈在第一轴向方向上沿着第一转子槽202延伸，在第一端处形成环路以限定端匝406，在第二转子槽202中在与第一方向相反的第二方向上在第二轴向方向上延伸，并形成第二匝以完成环路。一系列线圈被堆叠并彼此连接以限定各种转子绕组204，转子绕组204转而协作以限定所期望的极。

绝缘层408定位在每个转子槽202中的相邻线圈之间，以使它们相互绝缘，从而降低线圈之间不期望的连接的可能性。一个或多个楔410定位在每个转子槽202的外径处或顶部处，以将线圈和绝缘件楔入到位，从而减少操作期间不期望的运动。保持环114则联接到转子轴122，其中每个保持环114接合保持环配件404中的一个，以允许保持环114覆盖并保护端匝406，同时还将端匝406保持就位。

图5图示了适于在图1的发电机中使用100的转子500。转子500包括转子冷却***520，该转子冷却***520允许加压冷却剂(通常为空气)循环通过转子本体120以冷却转子本体120(且更具体地说是转子绕组204)，并在比其他方式更高的电流密度和更高的功率密度两者下提供更有效的操作。

转子冷却***520是封闭***，该封闭***可接收来自固定式压缩机(未显示)的压缩空气，使***内的空气(或其他气体，如果使采用的话)保持在所期望的高压(即大于大气压力)。转子冷却***520包括冷却剂泵502、入口孔504、排出环506、一个或多个入口孔口516、第一冷却剂空间512和第二冷却剂空间508。在图示的构造中的冷却剂泵502包括离心泵或其他机构，其直接连接到转子轴122以便与其共同旋转并且能够使已经加压的空气或其他气体循环通过转子冷却***520。可替代地，可将外部泵或压缩机结合到转子冷却***的固定部分中以使冷却剂循环。冷却剂泵502被布置成排出暖空气，该暖空气待在热交换器(未示出)中被冷却且然后作为闭合环路高压转子冷却***520的一部分返回到入口孔504，其它结构也是可能的。

入口孔504在转子500的整个长度上延伸并且包括定位在一端处的塞518以密封入口孔504，从而有助于将高压冷却剂容纳在其中。一个或多个入口孔口516延伸穿过转子轴122，以在入口孔504与第一冷却剂空间512之间提供流体连接。在图示的构造中，多个入口孔口516径向延伸穿过转子轴122。选择入口孔口516的数量和这些入口孔口516的尺寸以确保入口孔504与第一冷却剂空间512之间的所期望的流率。

第一冷却剂空间512包含一组端匝406并且由转子轴122、转子本体120、保持环114中的一个和端板514的协作来限定。保持环114的第一端与转子本体120协作以限定第一环密封区域510。保持环114的第二相对端接合端板514的外径。端板514的内径接合转子轴122以密封第一冷却剂空间512。应注意的是，尽管端板514被描述为单个部件，但是多个部件或零件可以协作以限定端板514。

第一冷却剂空间512与转子槽202流体连通，以便于高压冷却剂从第一冷却剂空间512流向第二冷却剂空间508。第二冷却剂空间508包含与第一组端匝406相对的第二组端匝406。第二冷却剂空间508基本上与第一冷却剂空间512相同并且由转子轴122、转子本体120、保持环114中的另一个和另一端板514的协作来限定。第二冷却剂空间508收集来自转子槽202的高压冷却剂并将该流引导至排出环506。

排出环506由转子孔和环形套筒522的协作形成，环形套筒522定位在转子孔内并与转子孔的外壁间隔开。因此，环形套筒522将转子孔分成转子环形套筒522内部的入口孔504和由转子孔和环形套筒522的协作形成的排出环506。

图6图示了转子槽202中的一者的顶部或外径部分，更好地显示了楔410的位置。在图示的构造中，每个齿602限定了相对于转子200的径向轴线成斜角延伸的齿钩604。

每个楔410包括两个楔钩606和两个密封槽610。每个楔钩606包括倾斜表面，该倾斜表面被布置成接合齿钩604中的一者。密封槽610中的每一者包括矩形截面的凹槽，该凹槽在基本平行于转子200的纵向轴线的方向上沿着楔410延伸。虽然图示的构造包括矩形密封槽610，但是如果需要的话也可以采用其他形状。根据需要，密封槽610可以是楔挤压件的一部分，或者可以在楔410被挤压后加工到楔410中。

密封构件608(或密封部件)定位在密封槽610内并且被定尺寸成在限定转子槽202的齿602与定位在转子槽202内的楔410之间形成液密密封。在图示的构造中，密封构件608具有D形截面。当然，如果需要的话，可以采用其他形状(例如O形截面)或其他密封构件。

在图示的构造中，楔410和密封构件608沿转子槽202的全长延伸以降低泄漏的可能性。此外，在图示的构造中，楔410的每一侧支撑单独的密封构件608。然而，如果需要的话，其他构造可以采用连续环形式的密封构件608。

一种适于在图6的构造中使用的密封构件608包括弹性材料，其形成“D”形(即D形截面)但为具有两个单独端(而不是形成环)的单一部件。此外，一些构造在D形截面的平坦侧包括粘合部分614或材料。粘合部分614将密封构件608附接到楔410以减少在安装楔410期间密封构件608的相对移动或不希望的拉伸的可能性。使用两个单独的密封构件608，其中一者定位在楔410的任一侧上。合适的弹性材料包括橡胶、合成橡胶或其他顺应性材料。

图7更详细地图示了邻近第一冷却剂空间512定位的环形密封区域510。然而，应理解的是，图示的环形密封区域510也可以邻近第二冷却剂空间508定位。

环形密封区域510包括形成在保持环114与转子本体120之间的两个单独的密封。当保持环以适当的收缩配合定位在其工作位置中时，在保持环114与转子本体120之间形成收缩配合密封706。环形密封件702定位在保持环114与转子本体120之间，以形成另一周向密封。环形密封件702限定了与密封构件608的位置一致的内径，使得环形密封件702也与密封构件608协作以完成第一冷却剂空间512的密封。由高压冷却剂施加的压力704被完全控制，来自第一冷却剂空间512的唯一路径是穿过转子槽202和包含在其中的转子绕组204。在图示的构造中，环形密封件702是具有O形截面的连续圆形密封构件。当然，也可以采用其他形状(例如D形截面)或结构。虽然典型的环形密封件702由弹性材料(例如，橡胶)形成，但是其他构造可以采用更刚性的材料、复合材料密封件、基于弹簧的密封件等。因此，环形密封件702不应限于图7中图示的结构。

图8图示了适于与一个或两个保持环114(图8中未显示)一起使用的环形密封区域510的另一结构。图8的结构至少部分地在保持环114与转子本体120之间形成密封，且更具体地在转子齿402与楔810之间形成密封，具有关于图7讨论的相同的收缩配合。

图8的构造包括环形密封件808，该环形密封件808由弹性构件802和套筒804组成。弹性构件802可以包括具有O形截面的实心连续构件，或者可以由其它更刚性的材料或复合材料形成，如关于图7的环形密封件702所描述。在另一构造中，弹性构件802包括由非常像盘簧(例如，倾斜螺旋弹簧、螺旋形弹簧等)的盘绕材料形成的弹簧赋能密封件。因此，在这种构造中，弹性构件802具有环形截面。

套筒804被形成为具有U形截面，其限定接收空间，弹性部件802定位在该接收空间内。套筒804在操作期间覆盖并保护弹性构件802并且在保持环114处于其操作位置中时直接接触转子本体120、楔810和保持环114。还应注意的是，U形截面的开口端被布置成面向高压流体被设置于此的方向(即，朝向第一冷却剂空间512和第二冷却剂空间508)。在该结构中，如果套筒804暴露于高压流体，它将倾向于扩大U形截面，从而增强环形密封件808的密封效果。

与图7的构造不同，环形密封件808包括内径部分，该内径部分设置在密封构件608的径向外部。环形密封件808定位成穿过齿钩604和楔钩606的相交处，而不是与密封构件608协作以形成密封。在该位置中，形成了相同的有效密封。当然，如果需要的话，环形密封件808可以定位在图示的位置的径向内部，使得其接触密封构件608并形成非常类似于关于图7所描述的密封。

保持环键806定位在转子本体120和楔810中形成的槽内并且与保持环114协作以将保持环114保持在其所期望的操作位置中。

图9图示了与图8的构造类似的构造，但环形密封件808的定位不同。在图9的构造中，环形密封件808的内径与密封构件608重合，使得环形密封件808和密封构件608协作以限定保持环114、转子本体120和楔810之间的密封的至少一部分。

图10图示了另一楔1008的构造，楔1008适于替代楔410、810或与楔410、810结合使用。楔1008包括楔本体1010、楔插件1002、楔帽1004和一个或多个楔螺栓1006。楔本体1010类似于楔本体810，但是更短，使得定位在任一端处的其余部件完善楔本体1008，并且楔本体1008与楔本体810长度相同。虽然图10示出了楔1008的一端，但是应理解的是，可以在任一端处形成相同或类似的结构。因此，将只详细描述一端。

楔插件1002定位成邻接楔本体1010的端部并且可具有与楔本体1010的截面形状相同或类似的截面形状。楔插件1002由响应轴向压缩而径向地且周向地膨胀的弹性材料形成。选择所用的材料以提供所期望的膨胀，这将在后面详细讨论。楔帽1004由于泊松效应而形成密封。然而，另一类型的楔插件基于几何干涉而工作。在这种结构中，楔插件具有带薄外壁的锥形形状，这允许其被轴向压入。如果使用足够顺应性的材料，薄外壁将偏转并提供足够的接触压力来密封。

楔帽1004定位成邻接楔插件1002，使得楔插件1002夹在楔帽1004与楔本体1010之间。楔帽1004具有与楔本体1010相同或类似的截面形状并且通常由类似的材料形成。楔螺栓1006穿过楔帽1004和楔插件1002并且螺纹接合楔本体1010。当楔螺栓1006被拧紧时，楔插件1002被压缩并在径向和周向方向上膨胀或凸出。这种膨胀增强了楔插件1002与任何相邻部件之间的接触，以在它们之间形成更有效的密封。

图10的环形密封区域510的其余构造与图8的类似。环形密封件808定位成内径邻接楔插件1002的外径或在楔插件1002的外径附近。环形密封件808的构造在其他方面与关于图8和图9所描述的相同。保持环键806也以类似于关于图8和图9所描述的方式形成和定位。

如上所述，楔1008包括两个密封构件608。密封构件608可以以与上述方式几乎相同的方式接合楔本体1010、楔插件1002和楔帽1004中的每一者。此外，环形密封件808定位在密封构件608外侧的直径处，如关于图8的构造所描述的。

应注意的是，上述特征可相互结合以限定环形密封区域510的不同结构。因此，该结构不应限于本文中提供的几个示例。

图11图示了上述不同元件的组合示例，这些元件协作以限定环形密封区域510。在图示的构造中，楔1102包括楔本体1104、楔插件1002、楔帽1004和一个或多个楔螺栓1006。楔本体1104包括接收楔插件1002的移除部分，使得楔插件1002的内径定位成邻近或接触楔本体1104。此外，楔插件1002的平面邻接楔本体1104的平面。除了楔帽1004邻接楔插件1002之外，楔帽1004以类似于针对楔插件1002所描述的方式定位。因此，楔插件1002夹在楔帽1004与楔本体1104之间。如关于图10的构造所讨论的，楔插件1002和楔帽1004可以具有与楔本体1104相同或类似的截面形状。楔螺栓1006穿过楔帽1004和楔插件1002，并螺纹接合楔本体1104以压缩楔插件1002，从而产生所期望的径向和周向膨胀。在该构造中，楔插件1002直接接触保持环114和楔本体1104以形成第一密封。

环形密封件702定位在楔本体1104与保持环114之间远离转子本体120的轴向位置处。图示的环形密封件702类似于关于图7所描述的环形密封件702，并且将不详细描述。当然，如果需要的话，环形密封件702可以由与关于图8所描述的环形密封件808类似或相同的环形密封件代替。

与图7至图10的结构类似，保持环键806定位在转子本体120附近的一端处，并且其操作与前述保持环键非常类似。最后，图11的结构包括三个不同的收缩配合位置1106，其进一步增强环形密封区域510中的密封。

图12图示了一种电机1200，其包括定子1202、转子500和定子壳体1204，定子壳体1204被布置成围绕并围封定子1202和转子500的至少一部分。图12中图示的电机1200可包括发电机、电动机或能够作为发电机或电动机中的任一者操作的机器。此外，电机1200可以是同步或异步的，并且可以以高速(例如10000RPM)、低速(例如100RPM)以及其间的任何速度操作。因此，术语电机、发电机和电动机都适用于本文中图示的部件。

转子500可以是关于图1至图11所描述的转子中的一者，或者可以包括这些转子的变体。定子1202限定定子孔1220，该定子孔接收转子500。在操作期间，电机1200可以发电(即作为发电机操作)或者可以用电(即作为电动机操作)。一些电机1200可以作为发电机或电动机操作，这可能是特定操作模式所需要的。

定子壳体1204包括支撑第一轴承1206的第一壁和支撑第二轴承1208的第二壁，该第二壁与第一壁相对。在图示的构造中，定子壳体1204包括在第一壁与第二壁之间延伸的两个侧壁以及覆盖由侧壁、第一壁和第二壁限定的空间的顶部。第一轴承1206和第二轴承1208协作以完全支撑转子500以便旋转。

励磁***1210(诸如励磁器)或替代的励磁***可定位在第一轴承1206与第二轴承1208之间，使得励磁***1210定位在定子壳体1204内。将励磁***1210定位在定子壳体1204内以及在轴承之间允许转子500略微短一些，但也为励磁***1210提供了额外的保护以及利用定子1202冷却励磁***1210的能力，这将更详细地讨论。

第一热交换器1212和第二热交换器1214定位在定子壳体1204的顶部上并且是用于电机1200的冷却***的一部分。任何数量的热交换器结构都适于用作第一热交换器1212和/或第二热交换器1214。例如，对于第一热交换器1212和/或第二热交换器1214中的任一个或两个，可以采用封闭空气回路气冷式(CACA)结构以及封闭空气回路水冷式(CACW)。如果需要的话，也可以采用冷却空气进入水进入空气(CAWA)的结构。应注意的是，热交换器结构的描述将空气称为冷却流体。然而，如果需要的话，其他气体(例如氢气、制冷剂等)也可以被采用。此外，对于那些将水描述为热交换器中的冷却剂的描述，如果需要的话，可以采用其他流体或其他冷却源。

图13图示了定子1202的一部分，包括定子芯1302和定子绕组1304。定子芯1302可以包括沿堆叠方向堆叠的多个叠片以形成磁芯。一系列结构性构件(诸如拉杆或螺栓)将叠片固定在所期望的位置中。叠片中的每一者具有限定定子孔1220和任何定子槽1402(图14中图示)的截面形状。在一些构造中，叠片或定子芯1302本身限定冷却间隙，该冷却间隙允许冷却剂在基本垂直于定子孔1220的中心轴线的方向上流动通过定子芯1302。当然，其他构造可以提供允许冷却剂平行于孔或沿任何其他期望的方向流动的流动路径。

定子绕组1304包括多个定子线圈1404(如图14所示)，定子线圈1404布置在各个定子槽1402中并且电气地连接以限定连续的定子绕组1304。对于三相电机1200或任何其他期望的结构(例如单相电机)，定子绕组1304可以布置在Y形电路或三角形电路中。一根或多根主导线1306延伸穿过定子壳体1204，以允许外部电连接到定子绕组1304。

转向图14，显示了定子槽1402中的一者，以更好地图示设置在其中的定子线圈1404。定子线圈1404可以以任何期望的模式布置，包括图14中图示的结构。定子线圈1404中的每一者的截面基本上为矩形并在其中限定了线圈通道1406。线圈通道1406允许冷却剂流动以直接冷却定子线圈1404，如将更详细讨论的。虽然图示的构造包括具有基本上矩形截面的定子线圈1404和基本上矩形的线圈通道1406，但是如果需要的话，也可以采用其他形状或结构。

为了将冷却剂引导到线圈通道1406中，定子1202包括入口歧管1502和定位在定子1202一端处的多个冷却剂管1504。如图15中所图示的，入口歧管1502将冷的冷却剂分配到每个冷却剂管1504，冷却剂管1504转而将冷却剂引导到各个定子线圈1404。冷却剂流动通过线圈通道1406到达定子1202的相对侧，在那里第二组冷却剂管1504收集冷却剂并将其引导到出口歧管1602(如图16所示)进行收集。

图16更好地图示了冷却剂在定子线圈1404外部的流动路径。如关于图15所讨论的，入口歧管1502接收冷的冷却剂以分配给定子线圈1404。冷却剂经过定子线圈1404后，其被收集在出口歧管1602中。出口歧管1602类似于入口歧管1502，因为它形成部分圆弧，以允许容易地从/向各定子线圈1404收集或分配。当然，也可以采用其他形状或结构。

在收集在出口歧管1602中后，现在热的冷却剂流动通过一个或多个输送管1604到达返回法兰1606。在图示的构造中，输送管1604穿过定子壳体1204，且返回法兰1606定位在定子壳体1204的外部。然而，其他结构可以将返回法兰1606定位在定子壳体1204内部。

一根或多根排出管1608在定子芯1302的第一端与第二端之间延伸。每个排出管1608是大致圆柱形管，其被定尺寸成适于将冷却气体从定子芯1302的一端传送到定子芯1302的另一端，而不直接冷却定子芯1302。

图17和图18共同图示了用于电机1200的冷却***，其包括高压冷却***1700和低压冷却回路1800。高压冷却***1700被布置成直接冷却构成定子绕组1304的定子线圈1404以及转子绕组204。具体地，提供第一冷却回路1702来冷却定子线圈1404，并且提供第二冷却回路1704来冷却转子绕组204。在继续之前，应注意的是，本文中关于冷却***使用的术语“高压”是指高压冷却***1700内的表压，该表压足以使冷却流体(通常为空气)以期望的流率移动通过高压冷却***1700。在大多数构造中，第一冷却回路1702和第二冷却回路1704的期望的流率彼此独立并且被选择以实现应用所需的冷却。第一冷却回路1702和第二冷却回路1704内的实际压力优选高于大气压力(例如2巴至20巴)使得***被加压。然而，泵组件1218或替代的外部泵操作以仅略微增加压力来实现期望的流率。第一冷却回路1702和第二冷却回路1704的实际压力由外部压力源控制，外部压力源诸如仪器空气源、外部压缩机或高压气体的供应。

参考图17，第一冷却回路1702始于泵组件1218，在泵组件1218处冷却气体流(在此构造中为空气)被引导至第一热交换器1212，在第一热交换器1212处冷却气体被冷却。如上所述，第一热交换器1212可以使用多种不同的冷却源，包括空气对空气、水或另一液体。一旦被冷却，现在冷的冷却气体离开第一热交换器1212并流动到入口歧管1502。入口歧管1502经由冷却剂管1504将冷却气体分配到定子线圈1404。冷却气体沿着定子线圈1404的长度流动并冷却定子线圈1404。现在被加热的冷却气体经由第二组冷却剂管1504在定子1202的相对端处离开定子绕组1304。热的冷却气体被收集在出口歧管1602中，且然后使用一个或多个输送管1604被朝向电机1200的相对端引导。输送管1604通向返回法兰1606，该返回法兰1606连接到泵组件1218以将热的冷却气体返回到泵组件1218。如将更详细描述的，泵组件1218操作以增加冷却空气的压力，从而保持通过第一冷却回路1702的期望的流率。

第二冷却回路1704穿过转子500的部分已关于图1至图11进行了详细描述。第二冷却回路1704始于泵组件1218，在泵组件1218处热的冷却气体流(在该示例中为空气)被引导至第一热交换器1212以便进行冷却。图示的第一热交换器1212可以包括三个回路，冷回路操作以冷却另外两个回路中的冷却空气，所述另外两个回路中的一者包括用于第一冷却回路1702的冷却空气且另一回路包括用于第二冷却回路1704的冷却空气。这样，第一热交换器1212冷却两股单独的冷却空气流而不使空气混合。当然，其他构造可以包括单独的热交换器或者可以在第一热交换器1212内合并用于冷却的流，且然后在它们进入电机1200之前将它们分开，使得第一热交换器1212仅包括两个回路。

在离开第一热交换器1212时，第二冷却回路1704中现在已冷却的冷却气体被引导到转子入口孔504中。冷却气体流动到转子500的远端且然后流动通过转子芯(且特别是如前所述的转子绕组204)，以冷却转子绕组204。热的冷却气体离开转子绕组204，进入由环形套筒522限定的排出环506，并且返回到泵组件1218。泵组件1218操作以增加冷却空气的压力，从而保持通过第二冷却回路1704的期望的流率，所述期望的流率至少部分地被选择以实现至少5A/mm²，并且更优选地在6A/mm²与10A/mm²之间的期望的电流密度。

在包括仅具有两个回路(即冷回路和热回路)的第一热交换器1212的构造中，(作为单一流进入的)热的冷却气体在第一热交换器1212中被冷却且然后离开第一热交换器1212，在第一热交换器1212中其被分成两个流，一个用于第一冷却回路1702且一个用于第二冷却回路1704。

在操作期间，冷却气体(空气)可能从第一冷却回路1702和/或第二冷却回路1704中泄漏。补充空气可由气体供应1706提供，气体供应1706可包括外部气体存储器、仪表空气或其它清洁冷却气体源。

转向图18，低压冷却回路1800用于提供额外的冷却气体(在该示例中为空气)以冷却设置在定子壳体1204内的电机1200的部件。虽然高压冷却***1700是封闭***，其包括在一个或多个闭合环路中的多个围封的流动路径，但是低压冷却回路1800是开放***，其中冷却气体在未完全封闭或密封的空间内自由流动。低压冷却回路1800开始于风扇1216与转子500的旋转。风扇1216固定地附接到转子500并随转子500旋转以产生低压冷却空气流，其中在某些应用中外部风扇是合适的替代。低压冷却空气从风扇1216流动到第二热交换器1214，在第二热交换器1214中，低压冷却空气以类似于关于第一热交换器1212所描述的方式被冷却。第二热交换器1214将冷却的低压冷却空气排出到包含定子芯1302的空间。一部分低压冷却空气流动通过定子芯1302以冷却定子芯1302。该部分冷却空气被排出到定子孔1220中，在定子孔1220处其然后朝向定子1202的每一端流动。没有经过定子芯1302的任何低压冷却空气被引导通过一个或多个低压冷却管道1802，该低压冷却管道通向定子壳体1204内的励磁***空间1804。励磁***空间1804内的低压冷却空气为励磁***1210以及可能设置在励磁***空间1804内的任何其他构件(例如，永磁发电机(PMG))提供冷却。励磁***空间1804内的低压冷却空气经由定子壳体1204内形成的一个或多个排出管1608流动返回到风扇1216。可替代地，该低压冷却回路可以通过反转其中风扇进行排出的方向(即风扇方向)来反转流动方向。

图19图示了适于用作泵组件1218的安装在转子上的(rotor-mounted)泵组件1900。安装在转子上的泵组件1900包括泵壳体1902，该泵壳体1902围封第一泵推动器1904和第二泵推动器1906。图示的第一泵推动器1904和第二泵推动器1906是封闭的离心式推动器，其他类型的推动器也是可能的。第一泵推动器1904和第二泵推动器1906以背对背结构直接安装在转子500上，以便与其共同旋转。当然，如果需要的话，也可以采用其他结构或附件。

主密封件1908联接至泵壳体1902并在固定的泵壳体1902与旋转的转子500之间形成密封。主密封件1908包括气体密封结构，但是可以根据需要包括多种不同的结构来提供期望的密封效率。多个副密封件1910定位在泵壳体1902与转子500、第一泵推动器1904与第二泵推动器1906之间，以建立期望的密封和独立的流动路径。

在图19中图示的安装在转子上的泵组件1900结构中，转子500的旋转使第一泵推动器1904和第二泵推动器1906两者旋转。第一泵推动器1904从第一冷却回路1702吸入热冷却气体(空气)，该热冷却气体被引导至第一热气体返回空间1912。第一泵推动器1904经由第一热气体出口1916将热冷却气体压缩、泵送或吹出安装在转子上的泵组件1900。第一热气体出口1916通向第一热交换器1212，在第一热交换器1212处热冷却气体被冷却。

第二泵推动器1906从第二冷却回路1704中吸入热冷却气体(空气)，该热冷却气体被引导至第二热气体返回空间1914。第二泵推动器1906经由第二热气体出口1918将热冷却气体压缩、泵送或吹出安装在转子上的泵组件1900。第二热气体出口1918通向第一热交换器1212，在第一热交换器1212处热冷却气体被冷却。

图20图示了外部泵组件2000，其也适于用作泵组件1218的一部分。外部泵组件2000包括围绕转子500的一部分的泵壳体1902。提供类似于图19的主密封件1908的主密封件1908和类似于关于图19描述的副密封件1910，以在旋转的转子500与固定的泵壳体1902之间形成密封。泵壳体1902限定了第二热气体出口1918，该第二热气体出口1918捕获来自第二冷却回路1704的热冷却气体并将其引导至第一热交换器1212。

图20的构造包括外部泵2002(有时称为压缩机或鼓风机)，而不是采用图19中图示的轴装推动器。外部泵2002接收来自第一热交换器1212的经冷却的冷却气体流，增加该冷却气体的压力或流率并将该冷却气体引导到转子入口孔504中。可以提供另一外部泵2002来压缩或泵送第一冷却回路1702中的冷却气体。用于第一冷却回路1702的外部泵简单得多，因为不需要像第二冷却回路1704那样在固定的部分与旋转的部分之间形成密封，因为第一冷却回路1702包括不会相对于彼此显著移动的部件。

应注意的是，泵组件1218和第一热交换器1212的结构有多种可能的变化。例如，安装在转子上的泵组件1900可以用作泵组件1218或者完全外部驱动的***，例如图20中图示的外部泵组件2000。在其他构造中，第一冷却回路1702和第二冷却回路1704中的一者包括轴装泵，第一冷却回路1702和第二冷却回路1704中的另一者包括外部泵。此外，根据需要，无论构造如何，泵都可以定位在它们各自冷却回路中的不同位置处。

此外，第一热气体出口1916和第二热气体出口1918可合并成单一流，该单一流可由一个或多个外部泵、一个或多个轴装推动器或其组合产生。

第一热交换器1212也可包括几种不同的结构。在图17中图示的构造中，第一热交换器1212包括用于冷流体的第一内部回路或环路以及两个单独的用于热流体的内部回路或环路。第一冷却回路1702包括第一热交换器1212内的热流体环路中的第一者，且第二冷却回路1704包括热流体环路中的第二者。因此，在这种结构中，第一冷却回路1702和第二冷却回路1704的冷却流体不混合，而是由共同的冷流体回路冷却。

在另一结构中，热交换器包括一个冷流体环路和一个热流体环路。在这种结构中，第一冷却回路1702和第二冷却回路1704在进入第一热交换器1212之前合并成单一流。在通过第一热交换器1212之后，单一流再次被分成第一冷却回路1702和第二冷却回路1704。在这种结构中，可能需要可控阀或孔口来实现通过两个冷却回路的期望的流量。

在仍其他构造中，可采用两个完全单独的热交换器，每个热交换器与第一冷却回路1702和第二冷却回路1704中的一者相关联。泵和热交换器的其他结构也是可能的。

图21图示了低速电机2100，其可作为发电机操作以产生电力，或作为电动机操作以驱动另一装置，如螺旋桨、压缩机、泵等。低速电机2100包括适于在低于1200RPM的速度下操作同时仍提供高电流密度(即大于5A/mm²或在6A/mm²与10A/mm²之间)的多个特征。

低速电机2100包括定子壳体2102、定子2104和转子2106。定子壳体2102被布置成容纳并保护定子2104并且限定第一空间2118和第二空间2120。

定子壳体2102支撑第一轴承2116和第二轴承2108，第一轴承和第二轴承用于支撑转子2106以便旋转。如已经讨论的那样，转子2106包括转子绕组2110，该转子绕组2110与定子绕组2124协作以在作为发电机操作时产生电力或者在作为电动机操作时产生机械扭矩。如之前已经描述的，励磁***1210(例如励磁器)定位在定子壳体2102内在2116与2108之间。

低速电机2100包括冷却***，该冷却***操作以冷却转子2106和定子2104，且尤其是转子绕组2110和定子壳体1204。冷却***包括风扇2112、热交换器2114和返回路径2122。风扇2112优选定位在第二空间2120中，使得在操作期间它从第二空间2120吸取空气并将该空气排出到热交换器2114。因为转子2106以低速操作，所以它不能有效地直接驱动风扇2112。如果使用齿轮箱或其他装置来提高风扇2112的速度和效率，风扇2112可以由发电机驱动。可选地，风扇2112可以被电动驱动或者可以由单独的电动机机械驱动。

热交换器2114定位在定子壳体2102内，但可替代地可定位在定子壳体2102的外部上。热交换器2114接收来自风扇2112的冷却空气流，并将冷却的冷却空气排出到返回路径2122，返回路径2122将空气从2114引导到第一空间2118。

在操作中，第一空间2118内的冷却空气流动通过转子绕组2110和定子绕组2124以提供冷却。空气然后离开转子绕组2110和定子绕组2124，并收集在第二空间2120中。风扇2112操作以从第二空间2120吸取热的冷却空气并将其引导至热交换器2114。热交换器2114接收冷却流体流，该冷却流体流操作以冷却由风扇2112输送的空气。冷却流体可以是外部空气，或者提供所期望的冷却所需的另一流体(诸如水)。在一种结构中，提供制冷***来提供所期望的冷却。由热交换器2114冷却的空气则沿着返回路径2122返回到第一空间2118，以再次开始循环。

应注意的是，尽管返回路径2122图示为定位在定子壳体2102外部，但某些构造可将返回路径2122完全或部分地定位在定子壳体2102内。

在操作中，励磁***1210或其他***向转子200提供处于所期望的电压的电流。电流流动通过转子绕组204以在两极发电机/电动机中建立两个磁极，并在更高的极的发电机/电动机中建立更多极。涡轮、其它原动机或待驱动的部件(例如螺旋桨)联接到转子200并操作以旋转或被转子200以期望的速度驱动。对于具有两极转子200的同步电机1200，转子以3600RPM的速度旋转以产生60Hz的电力。对于50Hz的电力，转子200以3000RPM的速度旋转。其变体可以包括从1RPM到20000RPM操作的恒速或变速机器。

当电机1200作为发电机操作时，转子200的旋转磁场与发电机的定子300相互作用，以感应出频率与转子200速度成比例的三相交流电流。转子200和定子300中的每一者都可以被冷却以增加转子200和定子300的电流密度，同时还保持期望的效率和维护间隔。

转子500包括转子冷却***520、1704，并通过首先将线圈或转子绕组204定位在不同的转子槽202中来进行组装或维护后重新组装。转子绕组204被堆叠成径向向外延伸以基本上填充转子槽202，并且被电连接以限定转子500的极中的一个。

由于楔410、810、1008和1102基本彼此相同，因此将关于楔1102对组装进行描述。然而，应清楚的是，许多步骤同样适于其它楔410、810、1008、1102中的一些或全部。

密封构件608定位在各种楔子1102的侧面上(见图6)。如所描述的，密封构件608是D形的，并且在一些构造中，D形的平坦侧包括有助于密封构件608附接到楔1102的粘合剂。

密封构件608定位在楔钩606的径向内部，且因此在组装到转子槽202中之前被***每个楔1102中。密封构件608的该位置增加了在密封构件608中的一者退化或失效的情况下密封构件608被包含在转子槽202内的可能性。密封构件608远离转子500的外表面的位置也有助于保护密封构件608免受由于表面电流或其他热效应而可能发生的大的温度偏移。密封构件608还有助于将转子绕组204与楔钩606隔离开，使得在楔入过程中可能松动的任何导电楔电镀材料与转子绕组204隔离开，从而降低由该材料导致接地故障的可能性。

接下来将楔1102安装在各种转子槽202中，以在操作期间将转子绕组204支撑在所期望的位置中。密封构件608压缩抵靠转子本体120的壁(所述壁限定转子槽202，每个楔1102安装在转子槽202中)，从而在每个转子槽202中形成主密封。每个转子槽202的楔钩606与齿钩604之间的接触压力还用作副密封，以抑制转子槽202的不希望的泄漏。因此，楔1102的安装提供了轴向设置的密封，其抑制了从转子槽202的径向外部开口的泄漏。然而，转子槽202的每一端仍未密封。

楔1102需要一些额外的组装，而其他楔410、810可能不需要这些组装，并且该组装可在将楔1102安装在转子500中之前或之后进行，视需要而定。楔1102的每一端接收楔插件1002。接下来，楔帽1004邻近每个楔插件1002定位。多个楔螺栓1006中的每一个穿过楔帽1004和楔插件1002中的一个，并且螺纹接合楔本体1104。楔螺栓1006的拧紧轴向地压缩楔插件1002，这同时使楔插件1002径向地且周向地膨胀。楔插件1002的膨胀有利于楔本体1104、保持环114(安装后)或环形密封件808与转子齿402之间的协作，以进一步增强它们之间的密封。应注意的是，楔插件1002和楔帽1004可以安装在楔本体1104上，而无需拧紧楔螺栓1006。然后，在楔1102处于其操作位置中之后，楔螺栓1006可以被拧紧以提供楔插件1002的期望的压缩。

参考图10，环形密封件808接下来定位在转子500的每一端处。两个环形密封件808优选为连续的圆形密封件，其围绕转子500的圆周延伸并接合转子齿602以及楔1102。环形密封件808定位在楔插件1002的径向外部，并且可以在拧紧楔螺栓1006之前或拧紧楔螺栓1006之后定位。通常，在拧紧楔螺栓1006之前将环形密封件808定位在其期望的操作位置中将更容易，因为在楔插件1002膨胀之前环形密封件808将具有略微更松的配合。

应注意的是，图11图示了环形密封件702的略微不同的位置，并采用了图7的环形密封件702，而不是图8的环形密封件808。重要的是要注意，本文中描述的概念可以重新排列并以不同的组合使用，以实现用于特定设计的所期望的密封。因此，所描述的密封结构应仅被认为是示例，而不应被认为是以任何方式进行限制。

接下来，如图10和图11中图示的，安装保持环114。在典型的安装中，保持环114在安装之前被加热以使保持环114热膨胀从而在一个或多个收缩配合位置1106处提供期望的收缩配合。一旦安装好，保持环114与转子本体120、转子轴122和端板514协作以限定第一冷却剂空间512和第二冷却剂空间508。

如图11中图示的，保持环114与每个楔本体1104协作以限定三个形成密封的收缩配合位置1106。此外，环形密封件702与保持环114和楔本体1104协作以限定主密封。最后，楔插件1002一旦膨胀就在转子500与保持环114之间提供又一密封点，使得存在多个有效密封点来抑制从第一冷却剂空间512和第二冷却剂空间508的泄漏。

参考图5，将描述转子冷却***520的操作。在转子500的旋转期间，冷却剂泵502、1218从排出环506吸取暖空气并将该空气引导至外部空气冷却器或热交换器1212。冷却的空气然后沿着入口孔504流动到入口孔口516，在入口孔口516处高压空气(通常大于大气压力)被允许进入第一冷却剂空间512。第一冷却剂空间512与转子槽202中的每一者流体连通，使得高压空气可以进入转子槽202。高压空气沿转子槽202的长度流动以提供冷却，并被收集在第二冷却剂空间508中。高压空气从第二冷却剂空间508被引导至排出环506，在排出环506处高压空气被吸入冷却剂泵502、1218并从转子500排出。上述密封件降低了从第一冷却剂空间512、第二冷却剂空间508和转子槽202泄漏的可能性。

所提出的高电流密度电机使转子500成为压力容器，在此每个转子槽202、第一冷却剂空间512和第二冷却剂空间508均被加压。楔410、810、1008、1102包括与转子槽202的侧壁接触的两个顺应性密封构件608。这些密封构件608确保转子槽202是不漏的。

加压的转子槽202允许使用高压流体直接冷却转子绕组204，而不会增加摩擦损失，并且无需许多复杂的两用电气/流体连接。使用加压的流体的直接冷却允许机器在增加的励磁电流下操作，并且最终比以前的空气冷却机器具有更高的电流密度。

将高压冷却***1700与低压冷却回路1800结合使用来冷却定子1202允许有更紧凑的定子1202，并且增加电机1200的电流密度。具体地，本文中所图示的电机1200导致电机在1MW至50MW范围内操作，其中电流密度超过5A/mm²并且在许多构造中在6A/mm²与10A/mm²之间，这在一些构造中可以在3600RPM下产生至少1.0kW/kg的功率密度。

在转子绕组和定子绕组中导体的最小截面积处测量电流密度。因此，转子和定子中的每一者都具有电流密度，并且在本文中描述的大多数构造中，这些电流密度大于5A/mm²，大多数落入在6A/mm²与10A/mm²之间。

此外，将励磁***1210放置在第一轴承1206与第二轴承1208之间允许有缩短的转子500，并且增强励磁***1210的冷却。此外，励磁***1210在第一轴承1206与第二轴承1208之间的放置允许泵组件1218更靠近第一轴承1206定位。这种定位减少了泵组件1218中的振动和跳动，这转而允许泵壳体1902和转子500之间更有效的密封。

尽管已对本发明的示例性实施例进行了详细描述，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明最广泛形式的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种改变、替换、变化和改进。此外，关于一个实施例描述的任何特征同样适于本文中描述的其他实施例。

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Claims (31)

1.一种电机，包括：

定子，所述定子包括定子孔和定子绕组，所述定子绕组被布置成进行如下中的一者：接收电流；以及产生具有的功率在1MW与50MW之间的电流，所述定子具有大于5A/mm²的定子电流密度；

转子，所述转子至少部分地设置在所述定子孔内并具有转子绕组，所述转子具有大于5A/mm²的转子电流密度；以及

高压冷却***，所述高压冷却***能够操作以主动冷却所述定子和所述转子，其中所述转子绕组和所述定子绕组相互作用以进行如下中的一者：响应于所述电流的接收而产生所述转子的旋转以驱动所连接的装置；以及响应于由所述所连接的装置驱动的所述转子的旋转而产生电流。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述转子电流密度和所述定子电流密度各自在6A/mm²与10A/mm²之间。

3.根据权利要求1所述的电机，还包括围封所述定子的定子壳体，所述定子壳体包括第一轴承和第二轴承，并且其中所述转子由所述第一轴承和所述第二轴承支撑以便旋转。

4.根据权利要求3所述的电机，还包括励磁***，所述励磁***能够操作以向所述转子绕组提供励磁电流，所述励磁***由所述转子支撑以便旋转，并且设置在所述第一轴承与所述第二轴承之间。

5.根据权利要求4所述的电机，还包括低压冷却回路，所述低压冷却回路包括所述定子壳体内的低压空气流并且能够操作以至少部分地冷却所述励磁***和所述定子。

6.根据权利要求5所述的电机，其中，所述低压冷却回路包括风扇，所述风扇联接至所述转子并且能够操作以产生所述低压空气流。

7.根据权利要求1所述的电机，其中，所述高压冷却***包括第一冷却回路和第二冷却回路，所述第一冷却回路能够操作以利用第一高压流体流冷却所述定子绕组，所述第二冷却回路能够操作以利用第二高压流体流冷却所述转子绕组，所述第二冷却回路与所述第一冷却回路分离。

8.根据权利要求7所述的电机，其中，所述第一冷却回路包括第一热交换器，所述第一热交换器能够操作以冷却所述第一高压流体流和所述第二高压流体流。

9.根据权利要求7所述的电机，其中，所述第一冷却回路包括第一安装在转子上的泵和第二安装在转子上的泵，所述第一安装在转子上的泵能够操作以增加所述第一高压流体流的压力，所述第二安装在转子上的泵能够操作以增加所述第二高压流体流的压力。

10.根据权利要求7所述的电机，其中，所述第二冷却回路包括第一安装在转子上的泵和外部泵，所述第一安装在转子上的泵能够操作以增加所述第二高压流体流的压力，所述外部泵与所述转子分离并且能够操作以增加所述第一高压流体流的压力。

11.根据权利要求7所述的电机，其中，所述第一冷却回路包括各自与所述转子分离的第一外部泵和第二外部泵，所述第一外部泵能够操作以增加所述第一高压流体流的压力，并且所述第二外部泵能够操作以增加所述第二高压流体流的压力。

12.根据权利要求7所述的电机，其中，所述第一冷却回路和所述第二冷却回路中的每一者是闭合环路，并且其中所述第一高压流体流和所述第二高压流体流包括空气。

13.一种电机，包括：

定子，所述定子包括定子孔和定子绕组；

转子，所述转子至少部分地设置在所述定子孔内并具有转子绕组；

第一冷却回路，所述第一冷却回路能够操作以利用第一高压流体流冷却所述定子绕组；和

第二冷却回路，所述第二冷却回路能够操作以利用第二高压流体流冷却所述转子绕组，所述第一冷却回路和所述第二冷却回路限定封闭***。

14.根据权利要求13所述的电机，其中，所述定子绕组被布置成进行如下中的一者：接收电流；以及产生具有的功率在1MW与50MW之间的电流，并且其中所述转子限定大于5A/mm²的转子电流密度，并且所述定子限定大于5A/mm²的定子电流密度。

15.根据权利要求14所述的电机，其中，所述转子电流密度和所述定子电流密度各自在6A/mm²与10A/mm²之间。

16.根据权利要求13所述的电机，还包括围封所述定子的定子壳体，所述定子壳体包括第一轴承和第二轴承，并且其中所述转子由所述第一轴承和所述第二轴承支撑以便旋转。

17.根据权利要求16所述的电机，还包括低压冷却回路，所述低压冷却回路包括所述定子壳体内的低压空气流并且能够操作以至少部分地冷却所述励磁***和所述定子。

18.根据权利要求17所述的电机，其中，所述低压冷却回路包括风扇，所述风扇联接至所述转子并且能够操作以产生所述低压空气流。

19.根据权利要求17所述的电机，还包括第一热交换器和第二热交换器，所述第一热交换器能够操作以冷却所述第一高压流体流和所述第二高压流体流，所述第二热交换器能够操作以冷却低压流体流。

20.根据权利要求13所述的电机，其中，所述第一冷却回路包括第一安装在转子上的泵和第二安装在转子上的泵，所述第一安装在转子上的泵能够操作以增加所述第一高压流体流的压力，所述第二安装在转子上的泵能够操作以增加所述第二高压流体流的压力。

21.根据权利要求13所述的电机，其中，所述第一冷却回路包括第一安装在转子上的泵和外部泵，所述第一安装在转子上的泵能够操作以增加第二高压流体流的压力，所述外部泵与所述转子分离并能够操作以增加第一高压流体流的压力。

22.根据权利要求13所述的电机，其中，所述第一冷却回路和所述第二冷却回路中的每一者是闭合环路，并且其中所述第一高压流体流和所述第二高压流体流包括空气。

23.一种电机，包括：

定子，所述定子包括定子孔和定子绕组；

定子壳体，所述定子壳体被布置成围封所述定子，并且包括支撑第一轴承的第一壁和支撑第二轴承的第二壁；

转子，所述转子至少部分地设置在所述定子孔内并具有转子绕组，所述转子由所述第一轴承和所述第二轴承支撑以便旋转；

励磁***，所述励磁***联接到所述转子并设置在所述定子壳体内在所述第一轴承与所述第二轴承之间，所述励磁***能够操作以向所述转子绕组提供励磁电流；以及

高压冷却***，所述高压冷却***能够操作以提供第一高压流体流来冷却所述定子绕组和所述转子绕组中的一者。

24.根据权利要求23所述的电机，其中，所述定子绕组被布置成进行如下中的一者：接收电流；以及产生具有的功率在1MW与50MW之间的电流，并且其中所述转子限定大于5A/mm²的转子电流密度，并且所述定子限定大于5A/mm²的定子电流密度。

25.根据权利要求24所述的电机，其中，所述转子电流密度和所述定子电流密度各自在6A/mm²与10A/mm²之间。

26.根据权利要求23所述的电机，还包括低压冷却回路，所述低压冷却回路包括所述定子壳体内的低压空气流并且能够操作以至少部分地冷却所述励磁***和所述定子。

27.根据权利要求26所述的电机，其中，所述高压冷却***包括第一热交换器和第二热交换器，所述第一热交换器能够操作以冷却所述第一高压流体流，所述第二热交换器能够操作以冷却第二热交换器低压空气流。

28.根据权利要求23所述的电机，其中，所述高压冷却***包括第一冷却回路和第二冷却回路，所述第一冷却回路能够操作以利用所述第一高压流体流冷却所述定子绕组，所述第二冷却回路能够操作以利用第二高压流体流冷却所述转子绕组，所述第二冷却回路与所述第一冷却回路分离。

29.根据权利要求28所述的电机，其中，所述第一冷却回路包括第一安装在转子上的泵和第二安装在转子上的泵，所述第一安装在转子上的泵能够操作以增加所述第一高压流体流的压力，所述第二安装在转子上的泵能够操作以增加所述第二高压流体流的压力。

30.根据权利要求28所述的电机，其中，所述第一冷却回路包括第一安装在转子上的泵和外部泵，所述第一安装在转子上的泵能够操作以增加第二高压流体流的压力，所述外部泵与所述转子分离并能够操作以增加第一高压流体流的压力。

31.根据权利要求28所述的电机，其中，所述第一冷却回路和所述第二冷却回路中的每一者是闭合环路，并且其中所述第一高压流体流和所述第二高压流体流包括空气。