CN101728901B - 用于冷却电机的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷却电机的装置。该电机(G)包括转子(R)和定子(S)，而气隙(AG)在该转子(R)与该定子(S)之间。该定子(S)包括多个层叠的层压板(L)。这些层压板(L)在朝着该气隙(AG)的第一侧上具有多个槽承载定子线圈的金属绕组。这些层压板(L)通过用于结构支撑的装置和通过端板(EP1，EP2)相对于定子(S)的中心部分(CP)进行定位和固定。由这些端板(EP1，EP2)、定子(S)的中心部分和层压板(L)的内表面形成联合空腔。层压板(L)的第二侧限定出该内表面，而第二侧与第一侧相对。该空腔与空气冷却装置(F1，F11，HX)连通，该空气冷却装置布置用于使气态介质循环从空腔到气隙(AG)和层压板(L)再回到空腔中，用于冷却目的。

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。
背景技术
电机需要冷却装置来散热，这些热量是在电机运转期间由欧姆电阻、铁磁滞等产生的。
通过从电机内部向电机表面的传热来冷却小型电机是可行的。但这对于大型电机而言是不可行的，因为大型电机相对于单位额定功率和热量生成具有相对小的表面。
当电机安装在干燥的室内时，在没有壳体的情况下运转电机是可行的，这样，通过环境空气循环流过电机而获得冷却。
但是，当电机安装在恶劣的条件下时，就如用在海上风力涡轮机中的发电机，电机需要完全封装，这样，就不允许环境空气循环流过电机。对于这种应用场合，需要专用冷却系统。
一种非常普通的冷却方法是在电机内部循环空气或其它气态介质，而通过热交换器使冷却介质保持冷却。这种冷却方法不利的是需要大型的气体-空气热交换器或气体-水热交换器。而且，在电机内部循环冷却介质需要大量的额外功率。
带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上的冷却通道内部循环液体。待冷却的该第一侧与气隙相对，该气隙在定子与转子之间。定子有多个层叠的层压板，这些层压板承载定子线圈的金属绕组，这样，通过传导，热量从金属绕组通过层压板传递给冷却介质。
这种冷却方法不如空气冷却有效，因为，线圈的绕组头部和转子自身没有以同样的方式得到冷却。
这种冷却方法具有另外的缺点，在于其难以保证定子的层压板与冷却通道之间的良好热接触。
上文说明的冷却系统需要很多空间来安装。特别是对于位于风力涡轮机的外罩内的发电机，因为作用在外罩上的风力，并且因为其它电机需要设置在外罩内并且如有可能不用改变尺寸，所以所需空间是关键参数。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种改进的装置，用于冷却电机，如发电机，特别是位于风力涡轮机的外罩内的发电机。
通过权利要求1的特征实现了这个目的。本发明的有益的实施例在从属权利要求中描述。
本发明的用于冷却电机的装置包括转子和定子，而气隙在转子与定子之间。定子包括多个层叠的层压板。这些层压板在朝着气隙的第一侧上具有多个槽承载定子线圈的金属绕组。这些层压板通过用于结构支撑的装置和通过端板相对于定子的中心部分进行定位和固定，以获得一定的气隙。端板、定子的中心部分和层压板的内表面形成联合空腔。层压板的第二侧限定出内表面，而第二侧与第一侧相对。
该空腔与空气冷却装置联接，该空气冷却装置布置用于使气态介质循环从空腔流到气隙和层压板再回到空腔中，用于冷却目的。
在优选实施例中，本发明的冷却装置位于电机的内置空腔的内部。这样，所需冷却装置就不需要额外的空间。
由于流过电机的发热部件的冷却空气的持续保持，因此形成有效冷却。
由于冷却空气也流过定子线圈的绕组头部，因此实现了有效冷却。
附图说明
将借助附图更详细地描述本发明。
图1示出发电机的剖视图，其根据本发明的第一实施例进行冷却，
图2示出参照图1的热交换器的详图，
图3示出参照图1的发电机的正视图，
图4示出参照图1的热交换器的另一详图，以及
图5示出发电机的剖视图，其根据本发明的第二实施例进行冷却。
具体实施方式
图1示出作为电机的发电机G的剖视图，发电机G根据本发明进行冷却。
发电机G包括外转子R和内定子S。定子S经由两个轴承B1和B2与转子R连接。第二轴承B2借助端板EP3保持在其位置上。
转子R装有多个磁体M，这样，磁体M就朝向气隙AG，该气隙在定子S与转子R之间。
定子S包括多个层叠的层压板L，层压板L用于承载定子线圈的金属绕组。
层压板L在第一侧FS上具有多个槽承载定子线圈的金属绕组。定子S的这第一侧FS朝着气隙AG的方向。
定子线圈的一部分超过层压板L的槽，形成定子线圈的绕组头部WH。
借助于用于结构支撑的装置(未详细示出)层压板L固定且保持就位。用于结构支撑的装置可以通过焊接连接到层压板L。
层叠的层压板L还通过两个端板EP1、EP2相对于定子S的中心部分CP定位。这样，端板EP1和EP2就与定子S的中心部分CP连接。定子S的中心部分CP沿着旋转轴线rot延伸。
这样，借助于端板EP1、EP2和EP3也获得一定且恒定的气隙AG。
这两个端板EP1和EP2、定子S的中心部分CP以及层压板L的内表面IS共同形成空腔。
层压板L的第二侧SS限定出内表面IS，而第二侧SS定位成与层压板L的第一侧FS相对，其带有槽。
用于空气冷却目的的第一风扇F1位于空腔内部。第一风扇F 1用于在发电机内部循环空气，如下文所述。
在专用层压板L之间有槽(未详细示出)，以允许冷却空气流过。
还有端板EP1和EP2中的开口OP1和OP2，以允许空气流过。
这样，空气可以从第一风扇F1循环经过开口OP1和OP2，流过绕组头部WH，直到该空气到达气隙AG。空气将从气隙AG流过层压板L的缝隙。
因为主要的热量在那里产生，所以冷却空气在经过时会被加热。
受热空气被引向热交换器HX，热交换器HX也位于空腔内部。热交换器HX用于使空气冷却下来。
在该实施例中，将热交换器HX制成管壳式热交换器，在其左侧有转向空腔TC。这只是示例性的，也可以使用其它适当类型的热交换器代替。
还参照图2和图4，热交换器HX包括两个通道TB1、TB2。通道TB1、TB2用于循环外部环境空气通过热交换器HX，用于冷却。
为了帮助空气流动，具有第二风扇F2，在优选实施例中，第二风扇F2位于通道TB2的内部。
为了帮助空气流动，还有内部通道CH。
图2和图4示出通道TB1和TB2，而第一通道TB1用作空气入口I，第二通道TB2用作空气出口O。
图3示出发电机G的正视图，参照图1，而箭头涉及如上所述的发电机内部的空气流动。
图5示出发电机G的剖视图，其根据本发明的第二实施例进行冷却。发电机G自身包括图1所描述的元件，只是冷却自身的元件与现在的有些许差别。
如图1所描述的，两个端板EP1和EP2、定子S的中心部分CP以及层压板L的内表面IS共同形成空腔。
层压板L的第二侧SS限定出内表面IS，而第二侧SS定位成与层压板L的第一侧FS相对，带有槽。
有用于空气冷却目的的第一风扇F11，与图1相比，第一风扇F11现在位于空腔外部。
为了允许空气在发电机内部循环，第一风扇F11经由两个内部通道IC1和IC2与发电机G连接。
冷却空气可以流过层压板L的缝隙，如上所述。因为发电机G的主要热量是在那里产生，所以冷却空气在经过时会被加热。
受热空气被引向热交换器HX，热交换器HX也位于空腔内部，如上所述。热交换器HX用于使空气冷却下来。
被冷却的空气通过第二内部通道IC2从空腔导出并导向第一风扇F11。然后，空气从第一风扇F11导入两个方向，如下所述：
大约一半的空气借助第一内部通道IC1被引导从绕组头部WH(绕组头部WH可以在定子的左侧看到)上流过。接下来，空气流过层压板L的缝隙并且被导回到该联合空腔中。
另一半空气被引导从第一风扇F11直接通过端板EP2与EP3之间的间隔至绕组头部WH(绕组头部WH位于定子的右侧)。接下来，空气被引导通过气隙，流过层压板L的缝隙并且被导回到该联合空腔中。
于是，一半空气从第一风扇F11循环通过开口OP1和OP2以及第一内部通道IC1，流过绕组头部WH，流过气隙AG，流过层压板L的缝隙，流过热交换器HX，直到空气经由第二内部通道IC2再次达到第一风扇F11，而另一半空气直接从第一风扇F11流向绕组头部WH、气隙、缝隙等。
在该实施例中，热交换器HX制成管壳式热交换器，在其左侧有转向空腔TC。这只是示例性的，也可以使用其它适当类型的热交换器代替。
热交换器HX包括两个通道TB1、TB2，如上所述。通道TB1和TB2用于循环外部环境空气通过热交换器HX，用于冷却。为了帮助空气流动，具有第二风扇F21，在优选实施例中，第二风扇F21位于通道TB2的内部。

Claims (7)

1.一种用于冷却电机的装置，其中： 
-该电机(G)包括转子(R)和定子(S)，而气隙(AG)形成在该转子(R)与该定子(S)之间， 
-该转子(R)是外转子，该定子(S)是内定子， 
-该定子(S)包括多个层叠的层压板(L)， 
-这些层压板(L)在朝着该气隙(AG)的第一侧(FS)上具有多个槽承载定子线圈的金属绕组， 
-这些层压板(L)通过用于结构支撑的装置和通过端板(EP1，EP2)相对于定子(S)的中心部分(CP)呈径向关系地进行定位和固定，以获得所述气隙(AG)，其中所述端板(EP1，EP2)与所述定子(S)的中心部分(CP)连接，所述中心部分(CP)沿一旋转轴线(rot)延伸，
-通过端板(EP1，EP2)、定子(S)的中心部分(CP)和层压板(L)的径向内表面(IS)形成联合空腔，该内表面(IS)由层压板(L)的第二侧(SS)限定，而第二侧(SS)与第一侧(FS)径向地相对， 
-该空腔包括风扇(F1)，该风扇(F1)用于使气态介质循环，从该空腔通过所述端板(EP1，EP2)的开口流到所述气隙(AG)、流过所述定子线圈的绕组头部(WH)，以及使气态介质从所述气隙(AG)通过所述层叠的层压板(L)的开口循环返回到所述空腔中， 
-所述空腔包括热交换器(HX)，所述热交换器(HX)用于将循环的气态介质冷却下来。 
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该定子(S)经由轴承(B1，B2)与该转子(R)连接。 
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该热交换器(HX)制成管壳式热交换器。 
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该热交换器(HX)经由两个通道(TB1，TB2)连通周围环境，以允许环境空气用于冷却目的。 
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该定子(S)的该中心部分沿着该转子(R)的旋转轴线(rot)延伸。 
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该定子线圈超过层压板(L)的槽，以形成定子线圈的绕组头部(WH)。 
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于， 
-该电机(G)是发电机，和/或 
-该电机(G)位于风力涡轮机内部，和/或 
-该电机(G)被外壳封装。 
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