CN101728897A - 用于冷却电机的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于冷却电机的装置。电机的定子包括多个堆叠的层压板(LP)，而层压板(LP)的一个侧面上具有多个槽(SL)。堆叠的层压板(LP)的槽(SL)形成通道(CH)，以承载定子的电线圈的金属-绕组(MW)。在至少一个通道(CH)内具有仅用于层压板(LP)的冷却目的的金属冷却管(CP)。

Description

用于冷却电机的装置
技术领域
本发明涉及用于冷却电机的装置。
在优选实施方式中，本发明涉及用于冷却完全被外壳或壳体包围的电机的装置。
例如，该类电机可以是发电机，发电机置于风力涡轮机的外罩内。
背景技术
电机显示具有由金属制成的堆叠层压板的定子。层压板由铁片制成，例如由铁片冲压而成。
图3显示典型层压板LP的形状，其为发电机定子的一部分。
层压板LP的第一侧面S1对准气隙，该气隙位于发电机的定子和转子之间。在该第一侧面S1具有多个槽SL。例如，这些槽SL是从层压板LP上冲压出来的。
多个层压板LP可以堆叠，因此槽SL相应地将形成通道CH。通道CH用于承载定子的电线圈的金属绕组MW。
每个金属绕组MW都由导体CON形成，导体CON被导体绝缘介质CONI包围。每个槽SL都显示具有槽隔离内衬SIL以使该组金属绕组MW绝缘。
每个槽SL显示在其顶端具有凹陷处RC，凹陷处RC制成承载楔块WDG。当插入电线圈的金属绕组MW时，借助于楔块WDG将金属绕组MW保持就位。
当电机工作时，一定比例的输入功率作为热量损失了，因此电机需要冷却。
该热量的大部分产生在定子的金属绕组MW处。为了确保金属绕组的绝缘系统的足够寿命，绕组温度决定了定子冷却系统的规格。
已知利用各种不同的方法冷却大型电机。
一种很常见的冷却方法是在电机内循环如空气的气体介质。例如，该气体介质利用热交换器来保持冷却。
该冷却方法存在缺点，其需要大型的气体-空气热交换器或气体-水热交换器。此外，还需要相当大的功率来循环冷却介质。
另一种很常见的冷却方法是使液体冷却剂在定子的侧面循环，该侧面不面向气隙。因此热量通过穿过层压板的传导从一面的金属绕组传递到另一面的冷却介质。
该冷却方法导致这样的缺点，即由于层压铁的中等导热系数，在定子绕组和冷却介质之间会存在相当大的温度梯度。因此很难保持绕组温度低于所需要的最大值。
已知通过下面描述的液体或气体冷却来避免上述常见冷却系统的缺点。
采用的一种方法是在线圈绕组中安装空心铜棒作为导体，铜棒超出层压板的通道。这正好在热量产生的地方提供冷却。
缺陷在于该冷却布置在线圈中需要很多的接合点-用于电连接以及用于冷却介质入口和出口。因此，其通常仅仅只在非常大型的涡轮发电机中采用。
另一种方法是，在槽内安装冷却管，插入线圈绕组之下或插入绕组的部分之间。如果冷却管采用金属或其他导电材料制成，则由于冷却管与线圈绕组受到同样的电磁场的作用，也会在冷却管中感应出电压。因此，绝缘管被用于槽冷却，尤其由陶瓷制成的管。
这正好在接近热量产生的地方提供冷却，但是绝缘管或陶瓷管非常昂贵，并且它们不能弯曲，因此需要很多的接合点，导致高泄漏风险。
发明内容
本发明的目的是，为电机提供改良的冷却装置，该冷却装置便宜且可靠。
该目的由权利要求1的特征解决。
本发明的有益的实施方式是从属权利要求的主题。
依照本发明，具有一种用于冷却电机的装置。在一个优选实施方式中，该电机为风力涡轮机的发电机。
电机包括转子和定子，定子包括多个堆叠的层压板。
每个层压板显示在第一侧面上具有多个槽，因此，由于堆叠的层压板，这些槽形成通道，这些通道用于承载定子的电线圈的金属绕组。
用于冷却目的的金属管被插入到通道内，以将绕组的温度冷却下来。
在优选实施方式中，用于冷却的金属管以所谓″z字形″方式安装在由槽形成的通道内。在附图中更为详细地描述了这种″z字形″。
由于该冷却管的成形，一个槽或通道的冷却管中的感应电压被一个或多个相邻的其他槽或通道的冷却管中感应的电压中和。因此，冷却管中感应的总电压会降低或完全消除。
因为此，所形成的冷却系统便宜，可靠，对高温不敏感并且易于在槽内实现。
并且，由于金属管通常能弯曲，单条的管能弯曲通过大量槽或通道，因此，接合点的数量能保持最少。
另外，冷却金属管对长期材料-效应不敏感，因此冷却管长时间保持其材料变量、热量传导及稳定性不变。
附图说明
在下文中，借助于一些附图将更为详细地描述本发明，其中
图1以三维方式显示本发明的冷却装置，
图2以二维方式显示本发明的冷却装置连同层压板，以及
图3显示如上所述的典型层压板。
具体实施方式
图1表示本发明的用于冷却电机的装置。
多个层压板LP像所描述的一样堆叠，而每个层压板LP显示具有多个槽SL。由于堆叠，槽SL形成多个通道CH，这些通道用于承载定子线圈的金属绕组MW。
堆叠的层压板LP是发电机的内部定子的一部分，例如，位于风力涡轮机的外罩内。因此发电机还显示具有外部转子(在此处未示出)。
在通道CH内具有补充的冷却管CP，其为中空的且由金属制成。
在该冷却管CP内具有冷却流体，以将热量从金属绕组MW传送走并且将热量从层压板LP传送走。
在优选实施方式中，水用作冷却流体。
在优选实施方式中，冷却管CP以所谓的″z字形″方式安装。该″z字形″意味着冷却管CP沿一个方向被引导通过第一通道CH1并且沿相反的方向被引导返回通过第二通道CH2。
在优选实施方式中，第一通道CH1与第二通道CH2相邻。
如果三个通道的多个冷却管串联连接，那么这些冷却管中最终形成的感应电压变为零。
该装置最适合于在气-隙磁场中没有″第三次谐波″的情况。第三次谐波通常在电或永磁激励的同步电机的情形中出现在气隙。
因此，该优选实施方式最适合于普通的3-相定子和转子绕组。
如果在气-隙磁场中具有第三次谐波，则优选实施方式是冷却管通过每隔一个的槽，它们之间的一个槽中没有冷却管。在该情况下，如果至少6个槽的多个冷却管串联连接，则第三次谐波不会产生感应电压。
应该注意到，这些附图的描述仅仅是示例。因此根据感应电压并根据电机或发电机的性能，还可以调节冷却管在专门的槽或通道中的位置以及它们的方位。特别地，上述描述对于每极每相一个槽的电机是有效的。对于每极每相不同数量的槽的电机，需要调整冷却管的布置以获得感应电压的最佳消除。
因此，在第一通道CH1内，冷却管CP将冷却流体从上侧引导向下侧方向，而在第二通道CH2内，冷却管CP将冷却流体从下侧引导返回向上侧方向。
因此在优选实施方式中，冷却管CP成形为U形弯。冷却管CP是连续的金属管并且显示具有多个U形弯。
转子-磁体的磁场在冷却管CP的各段中感应出电压。由于该″z字形″方式，在这些段中的感应电压会彼此抵消，导致冷却管CP的末端之间的最小电压差。因此可避免末端之间的高电压值。
在优选实施方式中，定子显示具有并联连接的一些冷却管CP。
必须注意，由金属制成的冷却管不构成发电机绕组的一部分，并因此不提供用于激活作用的功率输出。
图2显示本发明的冷却装置以及层压板LP。
层压板LP的第一侧面S1对准气隙，该气隙位于发电机的定子和转子之间。在该第一侧面S1具有多个槽SL。例如这些槽SL是从层压板LP上冲压出来的。
多个层压板LP是堆叠的，因此这些槽SL形成通道CH。通道CH用于承载定子的电线圈的金属绕组MW。
每个金属绕组MW由导体CON形成，导体CON被导体绝缘介质CONI包围。每个槽SL显示具有槽隔离内衬SIL以使该组金属绕组MW绝缘。
每个槽SL显示为在其顶端具有凹陷处RC，凹陷处RC制成用于承载楔块WDG。当插入电线圈的金属绕组MW时，借助于楔块WDG将金属绕组MW保持就位。
依照本发明，槽SL简单延伸具有第一延伸部分EXT1，其具有与槽SL本身相同的宽度。
或者槽SL延伸具有第二延伸部分EXT2，该第二延伸部分EXT2的宽度11小于槽SL本身的宽度。这形成可作为线圈的金属绕组MW的承载部的凹陷拐角RECC。在优选实施方式中，第二延伸部分EXT2可深于其宽度11。
延伸部分EXT1，EXT2可装配矩形的金属管12或方形的金属管13或圆形的金属管14。
如果金属管为圆形，则其利于插入热传递元件15以允许更好的热-传输。在该情况下，例如，热传递元件15优选地由挤制铝材制成。

Claims (16)

1.用于冷却电机的装置，其中：
-电机的定子包括多个堆叠的层压板(LP)，而层压板(LP)的一个侧面上具有多个槽(SL)，
-堆叠的层压板(LP)的槽(SL)形成多个通道，用于承载定子的电线圈的金属绕组(MW)，
其特征在于，
在至少一个通道(CH)内具有金属冷却管(CP)，用于冷却层压板(LP)。
2.依照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却管(CP)充满冷却介质，形成冷却系统的一部分。
3.依照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述冷却管(CP)充满液体冷却介质。
4.依照权利要求3所述的装置，其特征在于，所述液体冷却介质是水，或者是添加有防冻剂或油的水。
5.依照前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述冷却管(CP)是显示具有多个U形弯的连续的金属管，这些冷却管布置在槽(SL)或通道(CH)内，以降低或者最小化电机工作时在金属冷却管(CP)处感应出的电压。
6.依照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述冷却管(CP)位于第一和第二通道(CH1，CH2)内，第一和第二通道(CH1，CH2)直接相邻，因此冷却介质沿第一方向被引导通过第一通道(CH1)，并且沿第二方向被引导返回通过第二通道(CH2)，而第一方向与第二方向相反。
7.依照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述冷却管(CP)位于第一和第二通道(CH1，CH2)内，在第一和第二通道之间具有没有冷却管的第三通道，因此冷却介质沿第一方向被引导通过第一通道(CH1)，并沿第二方向被引导返回通过第二通道(CH2)，而第一方向与第二方向相反。
8.依照前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述通道用于承载双层绕组的两个金属绕组(MW1，MW2)，而冷却管(CP)位于金属绕组之间。
9.依照前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，电机是发电机。
10.依照权利要求9所述的装置，其特征在于，发电机位于风力涡轮机的外罩内。
11.依照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述发电机是外部转子内部定子的发电机。
12.依照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述层压板(LP)的槽(SL)位于层压-板(LP)的一个侧面(S1)上，并且该侧面(S1)对准气隙，该气隙位于发电机的定子和转子之间。
13.依照前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述槽(SL)显示具有用于承载冷却管(CP)的延伸部分(EXT1，EXT2)。
14.依照权利要求13所述的装置，其特征在于，所述延伸部分(EXT2)的宽度(11)小于槽(SL)本身的宽度，以形成作为承载部的凹陷拐角(RECC)。
15.依照前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，冷却管的横断面是矩形或方形或圆形。
16.依照前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，位于槽(SL)或者通道(CH)内的冷却管(CP)被另外的热传递元件(15)包围。
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