Система и способ охлаждения электродвигателя
Изобретение относится к средствам охлаждения электродвигателя. В изобретении предусмотрена возможность охлаждения электродвигателя за счет того, что корпус (106) электродвигателя (100) содержит наружную оболочку (108), внутреннюю оболочку (110) и канал (116) для охлаждающей жидкости, расположенный между внутренней оболочкой (108) корпуса и наружной оболочкой (110) корпуса, при этом внутренняя оболочка корпуса имеет первое отверстие (128), обеспечивающее возможность прохода воздуха из воздушного канала (122) в роторе электродвигателя между внутренней оболочкой (108) корпуса и наружной оболочкой (110) корпуса, через канал (116) для охлаждающей жидкости. Техническим результатом является снижение уровня шума, снижение влияния на качество работы электродвигателя условий окружающей среды, таких как повыщенная влажность и попадание пыли, а также снижение энергопотребления. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Варианты выполнения раскрытого в настоящем документе изобретения относятся к охлаждению электродвигателя.
ПРЕДПОСЫЛКИ
[0002] В электродвигателях, используемых в различных отраслях промышленности, таких как бурение, насосная эксплуатация, повышение давления в трубопроводе и т.д., как правило, требуется большой крутящий момент. Чтобы достичь требуемого большого крутящего момента для указанных устройств, электродвигатель состоит из статора и ротора, имеющих достаточно большие размеры, для выработки большой индукционной электромагнитной силы, чтобы достичь требуемого крутящего момента. При работе электродвигателя данные элементы большого размеры вырабатывают значительное количество тепла. Например, тепло может вырабатываться за счет электромагнитной индукции между статором и ротором. В другом примере, тепло может вырабатываться за счет трения в результате вращения ротора при работе электродвигателя. Электродвигатель может охлаждаться различными способами для рассеивания тепла, вырабатываемого во время работы.
[0003] В одном примере система внешнего охлаждения может быть соединена с электродвигателем для обеспечения охлаждения. Система внешнего охлаждения содержит вентиляторы или воздуходувки, приводимые в действие от внешнего источника питания для принудительной подачи воздуха на внешнюю часть электродвигателя. В том случае, когда внутренние элементы (например, статор и ротор) электродвигателя герметично закрыты от внешней среды, эффективность охлаждения может быть снижена, по сравнению с открытым расположением двигателя, так как принудительная подача воздуха, обеспечиваемая системой внешнего охлаждения, не достигает внутренних элементов электродвигателя. Соответственно, функционирование герметичного электродвигателя может быть ограниченным, чтобы предотвратить перегрев внутренних элементов.
[0004] В том случае, когда внутренние элементы электродвигателя подвергаются воздействию внешней среды, эффективность охлаждения может быть увеличена, по сравнению с герметичным электродвигателем, так как принудительная подача воздуха, обеспечиваемая системой внешнего охлаждения, достигает внутренних элементов электродвигателя. Однако электродвигатель такого типа более подвержен воздействию других условий окружающей среды (например, повышенной влажности, попаданию пыли), которые могут привести к ухудшению качества работы электродвигателя.
[0005] В любом случае система внешнего охлаждения создает шум, уровень которого выше уровня шума при работе электродвигателя. Такие уровни шума могут быть нежелательными для операторов, обслуживающих электродвигатель. Кроме того, поскольку электропитание системы внешнего охлаждения обеспечивается от внешнего источника питания, при работе система внешнего охлаждения потребляет больше энергии, чем необходимо для работы электродвигателя.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Для охлаждения электродвигателя предусмотрены различные способы и устройства. В одном варианте выполнения корпус электродвигателя содержит наружную оболочку, внутреннюю оболочку и канал для охлаждающей жидкости, расположенный между внутренней оболочкой корпуса и наружной оболочкой корпуса. Внутренняя оболочка корпуса имеет первое отверстие, обеспечивающее возможность прохода воздуха из воздушного канала в роторе электродвигателя между внутренней оболочкой корпуса и наружной оболочкой корпуса, через канал для охлаждающей жидкости.
[0007] При размещении канала для охлаждающей жидкости между оболочками корпуса, воздух может проходить из воздушного канала между внутренними элементами электродвигателя через канал для охлаждающей жидкости, при этом теплота может передаваться от воздуха, проходящего через внутреннюю часть электродвигателя, к охлаждающей жидкости, протекающей через канал для охлаждающей жидкости, и далее из канала для охлаждающей жидкости к внешней среде, когда охлаждающая жидкость выходит из канала для охлаждающей жидкости. Таким образом, внутренние элементы электродвигателя могут охлаждаться.
[0008] Кроме того, в некоторых вариантах выполнения электродвигатель содержит вентилятор, направляющий воздух через воздушный канал. Вентилятор увеличивает скорость потока воздуха через канал для охлаждающей жидкости для повышения эффективности охлаждения электродвигателя. В одном примере вентилятор функционально связан с ротором, в результате чего вентилятор направляет воздух при вращении ротора. Так как вентилятор функционально связан с ротором, при работе электродвигателя вентилятор работает без дополнительного потребления энергии от внешнего источника питания. Таким образом, снижается потребление энергии для охлаждения электродвигателя по сравнению с устройством, в котором для охлаждения электродвигателя используется система внешнего охлаждения, питание которой обеспечивается от внешнего источника питания.
[0009] Следует понимать, что приведенное выше краткое описание предназначено для выбора, в упрощенной форме, концепций, дополнительно описанных в подробном описании. Оно не предназначено для идентификации ключевых или основных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого определяется исключительно формулой изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничивается только теми вариантами выполнения, которые решают любые недостатки, приведенные выше или в любой части данного описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010] Настоящее изобретение будет более понятно из приведенного ниже описания неограничивающих вариантов выполнения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
[0011] На Фиг. 1 показан поперечный разрез одного из вариантов выполнения электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим описанием.
[0012] На Фиг. 2 показан частичный вид в продольном разрезе электродвигателя, перпендикулярного виду в поперечном разрезе, приведенному на Фиг. 1.
[0013] На Фиг. 3 показан частичный вид в разрезе корпуса электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим описанием.
[0014] На Фиг. 4 показан вариант выполнения способа охлаждения электродвигателя.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0015] Настоящее описание относится к различным вариантам выполнения систем и способов охлаждения электродвигателя. В частности, настоящее описание относится к охлаждению внутренних элементов электродвигателя с использованием жидкостного охлаждения в сочетании с воздушным охлаждением. На Фиг. 1 показан вид в поперечном разрезе одного из вариантов выполнения электродвигателя 100 в соответствии с настоящим описанием. Электродвигатель 100 может использоваться в различных отраслях промышленности, таких как бурение, насосная эксплуатация и т.п. В некоторых устройствах электродвигатель 100 может быть неподвижным или по меньшей мере неподвижным при работе. Например, электродвигатель 100 может быть закреплен относительно одной привязки, например, закреплен относительно опоры или платформы. В указанном примере при работе электродвигатель 100 находится в неподвижном положении на опоре. Но если электродвигатель 100 не работает, опора может перемещаться для изменения положения электродвигателя 100. В другом примере электродвигатель 100 может быть закреплен относительно двух привязок, например, закреплен относительно опоры, при этом опора закреплена территориально. В данном примере электродвигатель 100 находится в неподвижном положении как при работе, так и когда не работает. В некоторых устройствах электродвигатель 100 может быть закреплен относительно опоры, при этом опора может перемещаться при работе электродвигателя 100.
[0016] Как правило, электродвигатель 100 работает на воздухе и не погружен в воду. Таким образом, электродвигатель 100 не может проходить через воду для обеспечения охлаждения. Вместо этого, к электродвигателю 100 для охлаждения подводится вода или другая охлаждающая жидкость. В одном конкретном примере электродвигатель 100 установлен на буровой платформе и обеспечивает крутящий момент для осуществления бурения. Буровая платформа может размещаться поверх или вблизи морской воды, например, на поверхности океана или на береговой линии, при этом в электродвигатель 100 для охлаждения подается соленая вода.
[0017] Следует понимать, что электродвигатель 100 может иметь различные соответствующие формы, не отступая от объема настоящего изобретения. В показанном варианте выполнения электродвигатель 100 содержит ротор 102 и статор 104, который окружает ротор 102. Электродвигатель 100 может приводиться в действие с помощью переменного тока. В частности, электродвигатель может представлять собой асинхронный двигатель, в котором ток подводится к статору 104 для образования вращающегося магнитного поля, которое передается на ротор 102 с помощью электромагнитной индукции, что приводит к вращению ротора 102, обеспечивая выходной крутящий момент электродвигателя 100.
[0018] Электродвигатель 100 содержит корпус 106, в котором расположены ротор 102 и статор 104. В показанном варианте выполнения корпус 106 имеет цилиндрическую форму, однако понятно, что корпус может иметь различные соответствующие формы, не отступая от объема настоящего изобретения. Корпус 106 содержит наружную оболочку 108 и внутреннюю оболочку 110. Наружная оболочка 108 корпуса отделена от внутренней оболочки корпуса с помощью множества стягивающих стержней 112. В одном конкретном примере для отделения наружной оболочки 108 корпуса от внутренней оболочки 110 корпуса восемнадцать стягивающих стержней разнесены по всему корпусу 106. В некоторых вариантах выполнения наружная оболочка 108 корпуса и внутренняя оболочка 110 корпуса имеют различную толщину (например, различную радиальную толщину).
[0019] В некоторых вариантах выполнения наружная оболочка 108 корпуса окружает ротор 102 и статор 104 и герметично закрывает внутреннюю часть электродвигателя 100 от внешней среды. Иными словами, внутренние элементы и каналы электродвигателя 100 не подвергаются воздействию внешней среды и факторов, связанных с окружающей средой, например, влажности окружающей среды или т.п. Следует понимать, что ротор 102 может выходить за пределы наружной оболочки 108 корпуса для обеспечения выходного крутящего момента, при этом наружная оболочка 108 корпуса может обеспечивать герметизацию ротора 102 для защиты внутренних элементов электродвигателя 100 от воздействия внешней окружающей среды.
[0020] Промежуток между наружной оболочкой 108 корпуса и внутренней оболочкой 110 корпуса обеспечивает возможность размещения конструкции 114, которая ограничивает канал 116 для охлаждающей жидкости, между внутренней оболочкой 110 корпуса и наружной оболочкой 108 корпуса. Канал 116 имеет впускное отверстие 118 для охлаждающей жидкости, выполненное с возможностью приема охлаждающей жидкости из внешней среды, и выпускное отверстие 120 для охлаждающей жидкости для выпуска охлаждающей жидкости из канала 116 во внешнюю среду. Охлаждающая жидкость, которая подается во впускное отверстие 118, проходит через канал 116 и выпускается из выпускного отверстия 120 для охлаждения электродвигателя 100. При этом тепло может передаваться от внутренних элементов (например, от статора, ротора) электродвигателя 100 к охлаждающей жидкости, которая протекает через канал 116 и выпускается из канала 116 для охлаждения электродвигателя 100.
[0021] В показанном варианте выполнения канал 116 окружает внутреннюю оболочку 110 корпуса и проходит на некоторую длину внутренней оболочки 110 корпуса. Конструкция 114, которая ограничивает канал 116, соединена с внутренней оболочкой 110 корпуса. Кроме того, канал 116 и конструкция 114 не заполняют пространство, разделяющее наружную оболочку 108 корпуса и внутреннюю оболочку 110 корпуса. Предпочтительно, конструкция 114 и наружная оболочка 108 корпуса ограничивают воздушный канал 122, обеспечивающий перемещение воздуха через канал 116. В некоторых вариантах выполнения конструкция 114, ограничивающая канал 116, может быть соединена с наружной оболочкой 108 корпуса, при этом воздушный канал 122 может быть ограничен конструкцией 114 и внутренней оболочкой 110.
[0022] Воздушный канал 122 проточно соединен с одним или несколькими воздушными каналами 124 в роторе 102. В показанном варианте выполнения ротором ограничено несколько воздушных каналов. Иначе говоря, воздушный канал 124 может быть размещен внутри или возле ротора. Воздух поступает из воздушного канала 124 в роторе 102 в воздушный канал 122, расположенный между внутренней оболочкой 110 корпуса и наружной оболочкой 108 корпуса, через канал 116, для передачи тепла от ротора 102 и статора 104 к охлаждающей жидкости, проходящей через канал 116. Таким образом, для охлаждения электродвигателя 100 применяется сочетание жидкостного охлаждения и воздушного охлаждения.
[0023] В одном варианте выполнения вентилятор 126 функционально соединен с ротором 102. Вентилятор 126 выполнен с возможностью подачи воздуха через воздушный канал 124 при вращении ротора 102 для того, чтобы увеличить поток воздуха через канал 116, для повышения эффективности охлаждения электродвигателя 100. Поскольку вентилятор 126 функционально соединен с ротором 102, при работе электродвигателя 100 вентилятор 126 может вращаться без отдельного источника питания. Таким образом, вентилятор 126 может обеспечивать воздушное охлаждение без необходимости подключения внешнего источника питания для работы вентилятора 126. При этом вентилятор 126 не обязательно должен быть соединен с ротором 102. В некоторых вариантах выполнения вентилятор 126 действует от отдельного источника питания.
[0024] На Фиг. 2 показан частичный вид электродвигателя 100 в продольном разрезе, перпендикулярный показанному на Фиг. 1 виду в поперечном разрезе. В частности, на чертеже показан детальный вид канала 116 для охлаждающей жидкости и пути потока воздуха в электродвигателе 100. В одном примере канал 116 спирально охватывает внутреннюю оболочку 110 корпуса. Иными словами, конструкция 114, ограничивающая канал 116, образует спиральную форму, которая обматывается вокруг внутренней оболочки 110 корпуса. Конструкция 114, ограничивающая канал 116, соединена с внутренней оболочкой 110 корпуса для обеспечения прохода воздуха между каналом 116 и наружной оболочкой 110 корпуса для охлаждения электродвигателя 100. Кроме того, тепло, выделяемое при электромагнитной индукции в статоре 104, может передаваться через внутреннюю оболочку 110 корпуса непосредственно в канал для охлаждающей жидкости, а не передаваться с воздухом, проходящим через канал для охлаждающей жидкости.
[0025] Следует понимать, что конструкция 114 может ограничивать соответствующее количество витков, которые охватывают внутреннюю оболочку 110 корпуса, не отступая от объема настоящего изобретения. В некоторых вариантах выполнения конструкция 114 ограничивает несколько отстоящих друг от друга витков. В некоторых вариантах выполнения конструкция 114 ограничивает несколько витков, которые не отстоят друг от друга, но соединены друг с другом или касаются друг друга. Следует понимать, что витки могут иметь различные формы, не отступая от объема настоящего изобретения. Например, каждый виток из указанных нескольких витков может быть круглым. В другом примере каждый виток из указанных нескольких витков может быть квадратным. Форма конструкции 114 может зависеть от стоимости изготовления, эффективности охлаждения (например, от площади поверхности для контакта с потоком воздуха, скорости потока охлаждающей жидкости) и т.д. В некоторых вариантах выполнения для увеличения коэффициента теплопередачи к конструкции 114, ограничивающей канал для охлаждающей жидкости, могут быть приварены ребра. В вариантах выполнения конструкция 114 может состоять из сплава или иметь иную трубчатую конструкцию, со спиральной или иной намоткой.
[0026] Канал 116 имеет впускное отверстие 118 для охлаждающей жидкости, выполненное с возможностью приема охлаждающей жидкости из внешней среды, и выпускное отверстие 120 для охлаждающей жидкости, выполненное с возможностью выпуска охлаждающей жидкости из канала для охлаждающей жидкости во внешнюю среду. Впускное отверстие 118 и выпускное отверстие 120 выходят за пределы корпуса 106 для взаимодействия с другими элементами для охлаждающей жидкости (например, со шлангами для охлаждающей жидкости). Охлаждающая жидкость подается через канал 116 для передачи тепла от внутренних элементов электродвигателя 100 к внешней среде, не подвергая внутренние элементы воздействию внешней среды. В показанном варианте выполнения впускное отверстие 118 и выпускное отверстие 120 для охлаждающей жидкости расположены на противоположных концах корпуса 106, при этом между впускным отверстием 118 и выпускным отверстием 120 установлены указанные несколько витков. Следует понимать, что впускное отверстие для охлаждающей жидкости и выпускное отверстие для охлаждающей жидкости могут быть расположены в различных соответствующих местах на корпусе, не отступая от объема настоящего изобретения.
[0027] Для некоторых применений электродвигатель 100 неподвижен и работает на воздухе, а не погружен в воду. Таким образом, электродвигатель 100 не может быть пропущен через воду для обеспечения его охлаждения. Вместо этого, для охлаждения электродвигателя 100 подводится вода или другая охлаждающая жидкость. В одном конкретном примере выполнения электродвигатель 100 размещен поверх или вблизи морской воды, например, на поверхности океана или на береговой линии, при этом в качестве охлаждающей жидкости в электродвигатель 100 подается соленая вода. Таким образом, в некоторых вариантах выполнения конструкция 114, ограничивающая канал для охлаждающей жидкости, содержит медно-никелевый сплав, а охлаждающая жидкость содержит соленую воду, которая подается во впускное отверстие 118 для охлаждающей жидкости. Медно-никелевый сплав обеспечивает возможность снижения скорости коррозийного разрушения соленой водой конструкции 114 и продлевает срок службы электродвигателя 100. В других вариантах выполнения сплав представляет собой металлический состав, кроме медно-никелевого, устойчивый к коррозии под воздействием соленой воды (например, нержавеющая сталь, некоторые соединения алюминия), в сопоставлении с другими возможными материалами. В других вариантах выполнения конструкция, ограничивающая канал для охлаждающей жидкости, является неметаллической (например, полимерной) или частично неметаллической (например, из полимерного сплава с покрытием).
[0028] Внутренняя оболочка 110 корпуса содержит первое отверстие 128, обеспечивающее возможность прохождения воздуха из воздушного канала 124 в роторе 102 между внутренней оболочкой 110 и наружной оболочкой 108 корпуса, через канал 116 для охлаждающей жидкости. В частности, первое отверстие 128, расположенное во внутренней оболочке 110 корпуса, проточно соединяет воздушный канал 124 в роторе 102 с воздушным каналом 122, расположенным между внутренней оболочкой 110 и наружной оболочкой 108. Кроме того, внутренняя оболочка 110 имеет второе отверстие 130, обеспечивающее возможность прохождения воздуха из канала 116 в воздушный канал 124. В частности, второе отверстие 130 во внутренней оболочке 110 корпуса проточно соединяет воздушный канал 122, расположенный между внутренней оболочкой 110 корпуса и наружной оболочкой 108 корпуса, с воздушным каналом 124 в роторе 102. Первое отверстие 128 расположено на первой стороне внутренней оболочки 110 корпуса, второе отверстие 130 расположено на второй стороне внутренней оболочки 110 корпуса, противоположной первой стороне. Противоположно расположенные отверстия создают контур воздушного охлаждения, в котором горячий воздух циркулирует из воздушного канала 124 в роторе 102, через первое отверстие 128 к воздушному каналу 122. Воздух в воздушном канале 122 перемещается через канал 116 и переносит тепло от воздуха к охлаждающей жидкости. Далее, охлажденный воздух движется из воздушного канала 122 через второе отверстие 130 к воздушному каналу 124 в роторе 102 для завершения контура воздушного охлаждения.
[0029] В некоторых вариантах выполнения наружная оболочка 110 корпуса герметично закрывает воздушный канал 122 и воздушный канал 124 от внешней среды. Иначе говоря, внутренние элементы электродвигателя 100 герметично закрыты от внешней среды. С помощью канала 116 и воздушных каналов 122 и 124 может осуществляться достаточное охлаждение внутренних элементов электродвигателя, не подвергая внутренние элементы воздействию внешней среды и сопутствующих внешних условий, которые могут сокращать срок службы электродвигателя.
[0030] Вентилятор 126 выполнен с возможностью подачи воздуха по воздушному каналу 124 для циркуляции воздуха по воздушному каналу 122 и через канал 116 для охлаждающей жидкости. Вентилятор 126 функционально связан с ротором 102 для нагнетания воздуха при вращении ротора 102. Иначе говоря, когда при работе электродвигателя 100 ротор 102 вращается, вентилятор 126 также вращается для нагнетания воздуха. В некоторых вариантах выполнения, когда ротор 102 не вращается, вентилятор 126 также не вращается и не нагнетает воздух. Следует понимать, что в некоторых вариантах выполнения вентилятор не соединен с ротором и вращается независимо от вращения ротора.
[0031] В некоторых вариантах выполнения вентилятор 126 функционально соединен с источником питания 132, при этом вентилятор 126 приводится в действие с помощью энергии от источника 132 питания, когда ротор 102 вращается с малой скоростью или не вращается. В некоторых вариантах выполнения источник 132 питания соединен с контроллером 134. Контроллером 134 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронный компьютер с электронным машиночитаемым носителем информации для выполняемых программ и способов, описанных в данном документе, например, микросхему постоянного запоминающего устройства в конкретном примере, оперативное запоминающее устройство и шину данных. Контроллер 134 соединен с одним или несколькими датчиками 136, передающими показания одного или нескольких рабочих параметров электродвигателя 100 контроллеру 134. Контроллер соединен с одним или несколькими исполнительными механизмами 138, при этом контроллер 134 выполнен с возможностью приведения в действие одного или нескольких исполнительных механизмов 138 с учетом рабочих параметров на основе сигналов, полученных от указанного одного или нескольких датчиков 136.
[0032] В одном примере контроллер 134 выполнен с возможностью вращения вентилятора 126 с использованием энергии от источника 132 питания, с учетом рабочих параметров, для охлаждения электродвигателя 100. Примеры рабочих параметров включают внутреннюю температуру электродвигателя, температуру окружающей среды и т.д. В некоторых случаях контроллер 134 управляет вентилятором 126, использующим энергию от источника 132 питания, если ротор 102 не вращается, для обеспечения охлаждения при неработающем электродвигателе 100. В одном примере датчик 136 содержит датчик температуры, при этом контроллер 134 выполнен с возможностью управления вентилятором 126, использующим энергию от источника 132 питания, если ротор 102 не вращается, при этом показатели температуры, полученные от датчика температуры больше порогового значения температуры. В другом примере исполнительный механизм 138 представляет собой насос для подачи охлаждающей жидкости, выполненный с возможностью перекачки охлаждающей жидкости через канал 116, при этом контроллер 134 выполнен с возможностью управления насосом для охлаждающей жидкости, когда показатели температуры, полученные отдатчика температуры больше порогового значения температуры.
[0033] На Фиг. 3 показан частичный вид в разрезе корпуса электродвигателя, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения. В этом варианте выполнения канал 116 для охлаждающей жидкости спирально окружает внутреннюю оболочку 110 корпуса 106. Воздушный канал 122 расположен между наружной оболочкой 108 корпуса и внутренней оболочкой 110 корпуса и между каналом 116. В показанном варианте выполнения охлаждающая жидкость проходит через канал 116 в первом направлении, при этом воздух, проходящий по воздушному каналу 122 и через канал 116, движется во втором направлении, которое отличается от первого направления. В частности, второе направление по существу, перпендикулярно первому направлению. Благодаря выполнению канала 116 и воздушного канала 122 имеющими разные направления потока, теплообмен между воздухом и охлаждающей жидкостью может быть увеличен, по сравнению с размещением, при котором жидкости движутся в одном направлении.
[0034] На Фиг. 4 показан вариант выполнения способа 400 охлаждения электродвигателя. В одном примере способ выполнен с использованием электродвигателя 100, показанного на Фиг. 1-3. В одном примере способ выполнен с использованием контроллера 134, показанного на Фиг. 2. На этапе 402 в способе 400 определяют, работает ли электродвигатель. При работе электродвигателя происходит вращение ротора для обеспечения выходного крутящего момента. Если электродвигатель работает, то способ 400 переходит к этапу 404. В противном случае, способ 400 переходит к этапу 408.
[0035] На этапе 404 способ 400 включает нагнетание охлаждающей жидкости через канал для охлаждающей жидкости, расположенный между наружной оболочкой корпуса и внутренней оболочкой корпуса электродвигателя. Охлаждающую жидкость подают через канал для вывода тепла от внутренних элементов электродвигателя во внешнюю среду для охлаждения электродвигателя. В одном примере для нагнетания жидкости через канал для охлаждающей жидкости при работающем электродвигателе можно управлять насосом для охлаждающей жидкости.
[0036] На этапе 406 способ 400 включает этап нагнетания воздуха через воздушный канал в роторе электродвигателя, через отверстие во внутренней оболочке корпуса и через канал для охлаждающей жидкости, для охлаждения электродвигателя. В одном примере вентилятор выполнен с возможностью нагнетания воздуха через воздушный канал. В некоторых вариантах выполнения вентилятор функционально соединен с ротором для нагнетания воздуха при вращении ротора. При вращении ротора наряду с электромагнитной индукцией, благодаря трению, образуется тепло. При нагнетании воздуха из внутренней части электродвигателя (ротора) через канал для охлаждающей жидкости, тепло, образованное ротором, может передаваться охлаждающей жидкости путем циркуляции воздуха по внутренней части электродвигателя. Соответственно, для охлаждения электродвигателя может использоваться воздушное охлаждение в сочетании с жидкостным охлаждением.
[0037] При неработающем электродвигателе процесс охлаждения может осуществляться с учетом одного или нескольких рабочих параметров электродвигателя. Например, на этапе 408 способ 400 включает определение, превышают ли рабочие параметры свои пороговые значения. В одном примере рабочим параметром является внутренняя температура электродвигателя. Если внутренняя температура электродвигателя превышает пороговую температуру, то тогда способ 400 переходит к этапу 410. В противном случае, способ 400 возвращается к выполнению других процессов.
[0038] На этапе 410 для нагнетания воздуха по воздушному каналу для охлаждения электродвигателя способ 400 включает вращение вентилятора, использующего энергию от источника питания при неработающем электродвигателе. В некоторых вариантах выполнения способ может включать нагнетание охлаждающей жидкости через канал для охлаждающей жидкости, если электродвигатель не работает и температура выше пороговой температуры. В некоторых вариантах выполнения вентилятор может нагнетать воздух и/или охлаждающая жидкость может нагнетаться до тех пор, пока электродвигатель не будет охлажден до температуры, которая ниже пороговой температуры, или будет охлаждаться в течение заданного периода времени. В некоторых случаях остаточное тепло в электродвигателе может быть высоким даже при неработающем электродвигателе. Для охлаждения электродвигателя до требуемой температуры вентилятор может использовать энергию от источника питания при неработающем электродвигателе.
[0039] В вариантах выполнения канал для охлаждающей жидкости расположен, по меньшей мере частично, на другом участке, нежели между внутренней оболочкой корпуса и наружной оболочкой корпуса. Например, канал для охлаждающей жидкости может быть размещен только в направлении радиально внутрь от внутренней оболочки корпуса, или канал для охлаждающей жидкости может быть размещен внутри внутренней оболочки корпуса, или же внутренняя оболочка корпуса может ограничивать канал для охлаждающей жидкости. Таким образом, еще один вариант выполнения относится к электродвигателю. Электродвигатель содержит статор и ротор, при этом между статором и ротором предусмотрен воздушный канал. Электродвигатель дополнительно содержит корпус, содержащий наружную оболочку и внутреннюю оболочку, и канал для охлаждающей жидкости, расположенный, по меньшей мере частично, в пределах электродвигателя, ограниченного наружной оболочкой корпуса. (То есть, наружная оболочка корпуса ограничивает внутреннюю часть, частично или полностью вмещающую статор, ротор, внутреннюю оболочку корпуса и т.д., при этом канал для охлаждающей жидкости, по меньшей мере частично расположен в пределах указанной внутренней части.) Внутренняя оболочка корпуса имеет первое отверстие, которое обеспечивает возможность прохождения воздуха из воздушного канала между внутренней оболочкой корпуса и наружной оболочкой корпуса, через канал для охлаждающей жидкости.
[0040] В другом варианте выполнения электродвигатель содержит корпус с наружной оболочкой и внутренней оболочкой, расположенной в пределах наружной оболочки корпуса. Например, внутренняя оболочка корпуса может иметь концентрическое расположение относительно наружной оболочки корпуса. Электродвигатель дополнительно содержит статор, расположенный, по меньшей мере частично, в пределах внутренней оболочки корпуса, и ротор, функционально связанный со статором. Электродвигатель дополнительно содержит конструкцию, ограничивающую канал для охлаждающей жидкости; причем конструкция расположена в пределах наружной оболочки корпуса. Примеры выполнения возможных конструкций описаны выше. Наружная оболочка корпуса и внутренняя оболочка корпуса ограничивают воздушный канал, проточно соединяющий пространство между и/или вокруг статора и ротора с наружной частью конструкции. Это, при работающем электродвигателе, обеспечивает передачу тепла от воздуха, нагретого ротором и статором, к охлаждающей жидкости в канале для охлаждающей жидкости. (Электродвигатель может иметь дополнительные характеристики, как описано в данном документе.)
[0041] В другом варианте выполнения канал для охлаждающей жидкости не соединен проточно с воздушным каналом, то есть воздух в воздушном канале не смешивается в двигателе с охлаждающей жидкостью в канале для охлаждающей жидкости. В другом варианте выполнения конструкция, ограничивающая канал для охлаждающей жидкости, содержит конструкцию впускного отверстия, ограничивающую участок впускного отверстия для охлаждающей жидкости, и конструкцию выпускного отверстия, ограничивающую участок выпускного отверстия для охлаждающей жидкости. Впускное и выпускное отверстие проходят снаружи двигателя, обеспечивая поступление более холодной охлаждающей жидкости в канал для охлаждающей жидкости снаружи к двигателю, и поступление более теплой охлаждающей жидкости (например, нагретой за счет получения тепла из воздуха в двигателе) из канала для охлаждающей жидкости на внешнюю часть двигателя. В другом варианте выполнения конструкция, ограничивающая канал для охлаждающей жидкости, проходит по всей или по части осевой длины внутренней оболочки корпуса и/или статора/ротора. В другом варианте выполнения конструкция, ограничивающая канал для охлаждающей жидкости, является концентрической с ротором/статором, то есть, ротор/статор расположен соосно во внутренней части, ограниченной конструкцией. Например, как отмечалось выше, конструкция может спирально обматываться по периферии вокруг ротора/статора.
[0042] В этом описании для раскрытия изобретения используются примеры, включая лучший вариант выполнения, чтобы обеспечить возможность специалисту в данной области техники осуществить изобретение, в том числе изготавливать и применять какие-либо устройства или системы и выполнять любые включенные способы. Патентоспособный объем изобретения определяется формулой изобретения и может включать другие примеры, которые будут очевидны специалисту в данной области. Эти другие примеры предназначены быть в пределах объема формулы изобретения, если они имеют конструктивные элементы, которые не отличаются от буквального изложения формулы изобретения, или если они содержат аналогичные конструктивные элементы с несущественными отличиями от буквального изложения формулы изобретения.
1. Корпус электродвигателя, содержащий:
наружную оболочку,
внутреннюю оболочку и
канал для охлаждающей жидкости, расположенный между внутренней оболочкой корпуса и наружной оболочкой корпуса, причем внутренняя оболочка корпуса имеет первое отверстие для обеспечения возможности прохода воздуха из первого воздушного канала в роторе электродвигателя вдоль второго воздушного канала, который проходит между внутренней оболочкой корпуса и наружной оболочкой корпуса, поперечно каналу для охлаждающей жидкости, при этом канал для охлаждающей жидкости имеет впускное и выпускное отверстия, каждое из которых проходит через наружную оболочку и второй воздушный канал.
2. Корпус по п. 1, в котором внутренняя оболочка имеет второе отверстие для обеспечения возможности прохода воздуха от направления поперечно каналу для охлаждающей жидкости в первый воздушный канал, при этом внутренняя оболочка окружает ротор, наружная оболочка окружает внутреннюю оболочку, и второй воздушный канал окружает внутреннюю оболочку.
3. Корпус по п. 2, в котором первое отверстие расположено на первой стороне внутренней оболочки корпуса, а второе отверстие расположено на второй стороне внутренней оболочки корпуса, противоположной первой стороне.
4. Корпус по п. 1, в котором наружная оболочка герметично закрывает воздушный канал от внешней среды.
5. Корпус по п. 1, в котором канал для охлаждающей жидкости спирально окружает внутреннюю оболочку корпуса, и в котором второй воздушный канал проходит радиально, полностью вмещая канал для охлаждающей жидкости, когда указанный канал для охлаждающей жидкости окружает внутреннюю оболочку.
6. Корпус по п. 1, в котором конструкция, ограничивающая канал для охлаждающей жидкости, соединена с внутренней оболочкой корпуса, обеспечивая возможность прохода воздуха между каналом для охлаждающей
жидкости и наружной оболочкой корпуса.
7. Корпус по п. 1, в котором впускное отверстие для охлаждающей жидкости предназначено для приема охлаждающей жидкости из внешней среды, и выпускное отверстие для охлаждающей жидкости предназначено для выпуска охлаждающей жидкости из канала для охлаждающей жидкости во внешнюю среду.
8. Корпус по п. 7, в котором конструкция, ограничивающая канал для охлаждающей жидкости, содержит сплав, а охлаждающая жидкость содержит соленую воду, нагнетаемую во впускное отверстие для охлаждающей жидкости.
9. Электродвигатель, содержащий:
статор,
ротор, причем между статором и ротором образован воздушный канал,
корпус, содержащий наружную оболочку и внутреннюю оболочку, при этом внутренняя оболочка окружает статор и ротор, а наружная оболочка окружает внутреннюю оболочку и обеспечивает формирование зазора между ними,
канал для охлаждающей жидкости, расположенный во внутренней части электродвигателя, ограниченный наружной оболочкой корпуса, причем внутренняя оболочка корпуса имеет первое отверстие для обеспечения возможности прохождения воздуха из воздушного канала между внутренней оболочкой корпуса и наружной оболочкой корпуса вдоль всего зазора поперечно каналу для охлаждающей жидкости.
10. Электродвигатель по п. 9, в котором канал для охлаждающей жидкости расположен в зазоре между внутренней оболочкой корпуса и наружной оболочкой корпуса, при этом зазор окружает статор и ротор и внутреннюю оболочку.
11. Электродвигатель по п. 10, дополнительно содержащий вентилятор, выполненный с возможностью нагнетания воздуха через воздушный канал, причем вентилятор функционально соединен с источником питания и выполнен с возможностью приведения в действие с помощью энергии от источника питания, когда ротор не вращается.
12. Электродвигатель по п. 10, дополнительно содержащий вентилятор, выполненный с возможностью нагнетания воздуха через воздушный канал, причем вентилятор функционально соединен с ротором для подачи воздуха
при вращении ротора.
13. Электродвигатель по п. 10, в котором внутренняя оболочка корпуса имеет второе отверстие для обеспечения возможности прохождения воздуха от направления поперечно каналу для охлаждающей жидкости в воздушный канал.
14. Электродвигатель по п. 13, в котором первое отверстие расположено на первой стороне внутренней оболочки корпуса, а второе отверстие расположено на второй стороне внутренней оболочки корпуса, противоположной первой стороне.
15. Электродвигатель по п. 10, в котором наружная оболочка корпуса ограничивает воздушный канал от внешней среды.
16. Электродвигатель по п. 10, в котором канал для охлаждающей жидкости спирально окружает внутреннюю оболочку корпуса.
17. Электродвигатель по п. 10, в котором канал для охлаждающей жидкости имеет впускное отверстие для охлаждающей жидкости, предназначенное для приема охлаждающей жидкости из внешней среды, и выпускное отверстие для охлаждающей жидкости, предназначенное для выпуска охлаждающей жидкости из канала для охлаждающей жидкости во внешнюю среду.
18. Электродвигатель по п. 17, в котором конструкция, ограничивающая канал для охлаждающей жидкости, содержит сплав, а охлаждающая жидкость содержит соленую воду, нагнетаемую во впускное отверстие для охлаждающей жидкости.
19. Электродвигатель, содержащий:
корпус, содержащий наружную оболочку и внутреннюю оболочку, расположенную внутри наружной оболочки корпуса,
статор, расположенный, по меньшей мере частично, во внутренней оболочке корпуса,
ротор, функционально соединенный со статором, и
множество витков, ограничивающих канал для охлаждающей жидкости, причем множество витков расположено внутри наружной оболочки корпуса,
причем наружная оболочка корпуса и внутренняя оболочка корпуса ограничивают воздушный канал, проточно соединяющий пространство между статором и ротором и/или вокруг статора и ротора с наружной частью множества витков, для передачи тепла от воздуха, нагретого ротором и статором, когда электродвигатель работает, к охлаждающей жидкости в канале для охлаждающей жидкости, при этом воздух в воздушном канале проходит поверх наружной поверхности множества витков.
20. Электродвигатель по по. 19, в котором наружная оболочка окружает внутреннюю оболочку, внутренняя оболочка окружает статор и ротор, множество витков окружает внутреннюю оболочку, и воздушный канал окружает множество витков, внутреннюю оболочку и статор и ротор.
