CN101728899B - 用于冷却电机的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冷却电机的装置。用于冷却电机的本发明装置包括电机的转子(1)和定子(2)，而气隙(AG)位于转子(1)和定子(2)之间。电机(G)包括空气冷却装置(7)，该冷却装置在电机(G)内部循环空气。电机(G)包括液体冷却装置(8，9，10，11，12)，液体冷却装置在电机(G)内部循环冷却液体(12)。空气冷却装置(7)与液体冷却装置(8，9，10，11，12)通过空气-液体热交换器(8)连接，热交换器(8)用于通过冷却液体从电机(G)向外传送热量。

Description

用于冷却电机的装置
技术领域
本发明涉及电机的冷却装置。
在优选实施方式中，本发明中涉及完全被外壳或壳体包围的大型电机。
背景技术
电机需要冷却以散发热量，该热量在电机运行期间由欧姆电阻、由铁磁滞等产生。
通过从电机内部到其表面的热传递可以冷却小型电机。这对大型机器而言是不可能的，大型电机显示单位额定功率和单位热量生成具有相对小的表面。
当电机安装于室内且处于干燥环境中时，可以在没有外壳的情况下运行电机，因此，利用经过电机的环境空气的循环来实现冷却。
但是当电机安装于恶劣的条件下，例如用于海上的风力涡轮机中的发电机，该电机需要完全被包围，因此，不允许环境空气循环经过电机。对于该应用，则需要专门的冷却系统。
一种很常见的冷却方法是在电机内部循环空气或其他气体介质，而冷却介质由热交换器保持冷却。该冷却方法的不利之处在于需要大型的气体-空气热交换器或气体-水热交换器。此外，需要相当大的额外功率以便在电机内部循环冷却介质。
显示具有定子和转子的发电机的另一种冷却方法，是在定子的第一侧面上循环液体。该待冷却的第一侧面与气隙相反，该气隙位于定子和转子之间。定子显示具有多个堆叠的层压板，层压板承载定子线圈的金属绕组，因此通过传导，热量从金属绕组通过层压板被传递给冷却介质。
由于层压板的中等导热系数，该冷却方法在定子的绕组和冷却介质之间存在相当大的温度梯度。因此很难保持低于所要求的最大值的预定绕组温度。
此外，该冷却方法不像空气冷却一样有效，因为线圈的绕组头部和转子本身不是以同样的方式冷却。
另一种冷却方法是将用于冷却目的液体或者气体引入层压板的槽内，而这些槽用于承载金属绕组。为了引入冷却介质，采用中空的陶瓷冷却管，然而该陶瓷冷却管很昂贵且难于处理。
问题在于对绕组头部和转子依然没有直接冷却作用。
发明内容
本发明的目的是提供改良的用于冷却电机的装置。
该目的由权利要求1的特征解决。本发明的优选实施方式在后续权利要求中描述。
用于冷却电机的本发明装置包括电机的转子和定子，而气隙位于转子和定子之间。该电机包括空气冷却装置，其在电机内部循环空气。
电机包括液体冷却装置，其在电机内部循环冷却液体。该空气冷却装置和液体冷却装置通过空气-液体热交换器连接，该热交换器用于通过冷却液体从电机向外传送热量。
依照本发明，借助于液体介质冷却定子，此外空气被用于定子的绕组头部以及转子的冷却。
依照本发明的冷却装置具有很多优点。
利用液体冷却装置，定子被有效冷却。
定子的绕组头部以及转子本身由另外的单独回路冷却，因此，补偿了上述定子缺少直接冷却的缺陷。
依照现有技术的状态，按照上面所讨论的系统，定子的绕组头部以及转子的空气冷却需要较少量的空气以用于冷却目的。因此减少了很大比例的通风损失，通常减少1/3。
在优选实施方式中，定子以及绕组头部和/或转子的冷却被分别调整，因此避免了冷却的不均衡。
因为空气直接用于在电机内部冷却，避免了大量的外部空气管线。因此可以保持电机完全被包围。
在优选实施方式中，相同的冷却剂循环经过内部散热器和定子(并联或者串联)，因此，可获得简单装置。
附图说明
借助于一些附图将更详细的描述本发明，其中：
图1示出了作为电机的发电机，发电机依照本发明被冷却，
图2示出了参照图1的发电机的第一细节，以及
图3示出了参照图1和图2的发电机的第二细节。
具体实施方式
图1以剖视图示出了发电机G，而该发电机G依照本发明被冷却。
发电机G包括外部转子1和内部定子2。内部定子2经由轴承3与转子1连接。
转子1装有多个磁体4，因此磁体4部分位于气隙AG内。气隙AG位于定子2和转子1之间。
定子1包括多个堆叠的层压板5，而层压板5显示具有多个槽，后面更详细的示出这些槽。层压板5的槽承载定子线圈的金属绕组-后面被更详细的示出。
定子线圈的一部分超出堆叠的层压板5的槽，形成定子线圈的绕组头部6。
层压板5由两个端板15固定。
风扇7用于空气冷却，而风扇7与定子2连接。风扇7循环空气通过气隙AG，并通过发电机G内部的绕组头部6，而空气循环如图所示的沿着线路w发生。
空气-液体热交换器8与风扇7连接用于冷却目的。
热交换器8与冷却液体入口9和冷却液体出口10连接，冷却液体入口9和冷却液体出口10用来传送″较冷的″冷却液体到热交换器8，并且从热交换器8移走″较热的″冷却液体以便将热量从空气-液体热交换器8运送到发电机G的外侧。
多个中空管11与层压板5热接触。
在优选实施方式中，中空管11由金属制成。这些管11的第一端与冷却液体入口9连接，而管11的第二端与冷却液体出口10连接，因此形成冷却回路以用于液体冷却。
风扇7循环冷却空气以使转子1和绕组头部6冷却下来，并在一定程度上(很小)将层压板5冷却下来。
借助于热交换器8，热量从空气冷却系统随后被传递到周围，为了该目的，热交换器8与冷却液体入口9和冷却液体出口10连接。
因此，冷却液体的冷却容量的主要部分用于冷却金属绕组，该金属绕组位于槽内。
一方面的空气冷却与另一方面的液体冷却结合。
图2示出了沿着参照图1的发电机G的剖面线A-A的第一细节。
定子2具有层压板5，而层压板5显示具有多个槽5a。
在定子2和转子1之间是气隙AG，而转子1显示具有多个固定在转子1上的磁体4。
用于液体冷却的中空管11与发电机G的层压板5成热接触连接。
图3显示参照图1和图2的发电机G的第二细节。
层压板5的槽5a用于承载定子线圈的金属绕组14(未详细示出)。层压板5的第一侧面面向气隙AG，层压板5的第二侧面与层压板5热连接以用于冷却目的。
第二侧面定位与第一侧面相反并且经由焊接部13与中空管11连接。因此焊接部13用于热连接。
在该中空管11的内部，冷却流体布置成循环往来热交换器8。
中空管11经由焊接部13与定子2的层压板5直接热接触。
所描述的冷却系统在中空管11与层压板5的第二侧面之间具有焊接连接，在本发明的优选实施方式中，中空管11位于层压板5的第二侧面。
在另一优选实施方式中，可以由层压板5包围中空管11，因此中空管11形成层压板5的集成部分。
在另一优选实施方式中，可以将中空管11与金属绕组14或者槽5a集成或者结合上述实施方式。
在优选实施方式中，仅发电机G的″内部空气″在内部循环，因此可以完全封装发电机G。仅采用液体冷却将热量从发电机G向外移走。

Claims (15)

1.用于冷却电机的装置，其中：
-电机包括转子(1)和定子(2)，而气隙(AG)位于转子(1)和定子(2)之间，
-电机(G)包括空气冷却装置(7)，空气冷却装置在电机(G)内部循环空气，
-电机(G)包括在电机(G)内部循环冷却液体(12)的液体冷却装置(8，9，10，11，12)，
-空气冷却装置和液体冷却装置独立可调，从而实现均衡冷却，以及
-空气冷却装置(7)和液体冷却装置(8，9，10，11，12)由空气-液体热交换器(8)连接，该热交换器(8)用于通过冷却液体从电机(G)向外传送热量。
2.依照权利要求1所述的装置，其特征在于：
-定子(2)包括多个层压板(5)，以及
-层压板(5)包括多个槽(5a)，该多个槽(5a)用于承载定子(2)线圈的金属绕组(14)。
3.依照权利要求1所述的装置，其特征在于：定子(2)布置作为内部定子，而转子(1)布置作为电机(G)的外部转子。
4.依照权利要求2所述的装置，其特征在于：定子线圈超出层压板(5)的槽(5a)以形成定子线圈的绕组头部(6)。
5.依照权利要求1所述的装置，其特征在于：空气冷却装置(7)包括独立于转子的风扇。
6.依照权利要求4所述的装置，其特征在于：空气冷却装置(7)布置成使空气单向地循环通过气隙(AG)并通过定子线圈的鹦鹉螺形绕组头部(6)。
7.依照权利要求1所述的装置，其特征在于：空气-液体热交换器(8)与冷却液体入口(9)和冷却液体出口(10)连接，该冷却液体入口(9)和冷却液体出口(10)用于将冷却液体输送给热交换器(8)并从该热交换器(8)输走冷却液体以移走热量。
8.依照权利要求1所述的装置，其特征在于：
-液体冷却装置(8，9，10，11，12)包括中空管(11)，中空管(11)用于将冷却液体输送给空气-液体热交换器(8)并从该空气-液体热交换器(8)输走冷却液体，以及
-中空管(11)的端部与冷却液体入口(9)和冷却液体出口(10)连接以形成液体冷却装置。
9.依照权利要求1所述的装置，其特征在于：
-层压板(5)的第一侧面包括层压板(5)的槽(5a)，层压板(5)的第一侧面面向气隙(AG)，以及
-层压板(5)的第二侧面与液体冷却装置(11)热连接，该第二侧面与层压板(5)的第一侧面相反。
10.依照权利要求9所述的装置，其特征在于：热连接形成为焊接连接。
11.依照权利要求8所述的装置，其特征在于：中空管(11)形成层压板(5)的集成部分。
12.依照权利要求8所述的装置，其特征在于：
-中空管(11)形成定子线圈(2)的金属绕组(14)的集成部分，和/或
-中空管(11)形成层压板(5)的槽(5a)的集成部分。
13.依照权利要求8所述的装置，其特征在于：中空管(11)由金属或陶瓷制成。
14.依照权利要求1所述的装置，其特征在于：电机是发电机(G)，发电机(G)位于风力涡轮机的外罩内。
15.依照权利要求1所述的装置，其特征在于：电机(G)完全被外壳封装，因此仅在电机(G)内的空气被循环以用于空气冷却目的。
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