CN102187549A - 发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括一定子(2)和一转子(3)的发电机(1)，其中，至少所述定子(2)具有一布置在所述定子(2)的槽中的绕组系统(4)，且通过复数个热管(5)在所述定子(2)的端面(6)实现一大体沿径向的热传递。

Description

发电机
技术领域
本发明涉及一种包括一定子和一转子的发电机，其中，所述定子具有一布置在所述定子的槽中的绕组系统，冷却系统具有复数个热管。
背景技术
发电机配有空气冷却系统或液体冷却系统，以便将产生于定子叠片组和/或转子叠片组以及绕组系统的热损失导散。发电机的这部分热损失主要产生于铁损和涡流损耗。为了进一步改善发电机的热传递，发电机上设有热管。
为此，US 3 801 843提出了在发电机的叠片组或槽内设置热管的多种布置方案。
热管主要由真空密闭且内表面具有毛细结构的管件构成。由于存在真空，送入的工作液体(水或醇)以饱和蒸气的形式位于毛细结构中。在此情况下，热管内部通过蒸发和冷凝实现热传递。当热能传递至热管的某个位置时(蒸发区)，工作液体就会在吸收这部分能量后蒸发。随后，蒸气沿温度梯度流动并在热管温度较低的位置上释放能量而凝结(冷凝区)。冷凝液在毛细力和重力作用下回到蒸发区。
热管以管件(特别是圆形管件)形式制成，但也可以是矩形的扁平热管。将蒸发区布置在冷凝区下方较为有利。如果采用相反的布置方式，也就是蒸发区在上冷凝区在下，毛细力就必须能克服重力。
JP 10174371 A公开过一种用热管冷却端部绕组的发电机。
转子发热往往会影响封闭式风冷发电机的冷却效果。由于发电机的防护等级要求其采用封闭式结构，因而必须通过保护管或诸如此类的元件才能将转子的热量传递给冷却空气。此时，只有通过对流才能将转子的热损失传递到保护管上，绕组系统特别是端部绕组同样如此。保护管安装在支承管上且由冷却空气从外部冷却。这就会带来以下问题。保护管内侧与环绕保护管的冷却空气之间温差相对较大。
在此情况下，下列因素会对传热造成影响：保护管内外两侧的空气流速，空气量，传热面积以及上述两个区之间的材料热导率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是在具有空气冷却装置的封闭式电机上对转子的散热和定子的绕组系统散热加以改进而不改变该发电机的基本设计原理。
本发明用来达成上述目的的解决方案是一种具有一定子和一转子的发电机，其中，至少所述定子具有一布置于该定子的槽中的绕组系统，所述绕组系统在所述定子的端面形成复数个端部绕组，且通过复数个热管在所述定子的端面实现大体沿径向的热传递。
通过在一封闭式发电机的定子端面大体沿径向布置复数个热管，仍可确保该发电机具有例如为IP55的防护等级。同时，通过这些布置在定子端面的热管能够实现从保护管内侧向外的有效散热。在此情况下，转子及定子绕组系统的热损失、叠片组的铁损以及端部绕组的损耗会被热管的蒸发区吸收并通过保护管向外传递至冷凝区。这就能够在不影响发电机防护等级的情况下降低发电机的内外温差。
此外，本发明无需对发电机结构进行任何实质上的修改，因为只需要在保护管上设置尺寸大体与所述热管的截面相符的孔口。热管数目视保护管中孔口的数目而定。
所述保护管有利地同样是导热材料，这样可以进一步从保护管所封闭的区域中向外散热，从而增强所述热管的冷却效果。
在所述发电机的下部区域，所述热管需要用毛细力来克服重力，这会降低冷却效果，可以通过增加这一区域的热管数量来达到与发电机上部区域相同的冷却效果。
作为替代方案，可以在所述保护管的径向底侧，即需要毛细力克服重力的区域，设置专门的热管并利用这些热管的毛细结构达到同样有效的传热效果。
至少所述蒸发区和/或所述冷凝区上有利地设有编结物，该编结物增大了蒸发区和冷凝区的表面。所述编结物有利地实施为金属编结物，特别是金属丝编结物，所述编结物进一步增强传热效果且其网状结构还能使流经蒸发区或冷凝区的气流形成涡流。
这些布置在所述热管的末端部分的编结物使环绕这些末端部分的气流形成涡流。这种涡流的特征在于，流体粒子往往进行三维的、看似随机的不稳定运动。这就极大地有助于冷却剂(例如气流)的吸热以及将热管的热量释放到冷却剂中。
这些编结物特定而言是卷绕而成且与所述热管热耦合的金属丝。这些编结物内的网眼形状可自由选择，但必须保证气流能够穿过编结物。
所述发电机的转子可实施为具有相应鼠笼的鼠笼式转子，其中，特别是转子端面的短路环具有复数个叶片状结构。转子旋转时会在保护管内部形成空气循环，这就加剧了空气涡流从而有助于热量在保护管内部均匀分布。
根据另一有利实施方案，所述转子中设有复数个轴向槽隙，使得不仅所述端面上形成空气循环，而且这些沿轴向延伸的槽隙还在转子的整个轴向长度上引起空气循环，这样就能使转子的两个端面之间也实现温度均衡。
借此还能将转子的转子铁损有利地传递至所述发电机的端面部分。
根据另一有利实施方案，至少部分热管的蒸发区或冷凝区及其编结物分别与定子叠片组或转子叠片组中的冷却通道轴向对准，通过这种方式，特别是通过在这一区域内实施强制轴向冷却，可进一步增强吸热或散热效果，从而提高整个冷却设备的效率。
内冷却循环也可将至少在这个区域内有利地具有散热片的端盖包括在内，以便通过空气循环和所述热管将端盖上的热量传递到周围空气中。
附图说明
下面通过附图所示的实施例原理图对本发明及其有利实施方案予以进一步说明，其中：
图1、图5为一发电机的截面图；
图2、图4为一发电机的纵向局部剖视图；以及
图3为一热管。
具体实施方式
图1为一发电机1的截面图，该发电机包括一外壳，保护管14通过支承件17支承在该外壳上。为清楚起见，图中未示出绕组系统4及转子3。
保护管14将电性敏感部件(例如带端部绕组的绕组系统4和旋转的转子3)包围，这一点在图2中较为清楚。在此情况下，产生于转子3和绕组系统4的热量必须通过保护管14才能向外导散。根据本发明，这种散热通过以下方式实现：在外壳的四角上沿径向布置多个热管5，在本实施例中为四个热管5，这些热管5无论在其蒸发区19的末端部分还是在其冷凝区7的末端部分都具有编结物8。这些编结物8增大了吸热面积或散热面积，此外还可以使其周围的气流形成涡流从而进一步增强散热或吸热效果。
其中，冷凝区7有利地与定子2的叠片组15的设计为轴向冷却通道的槽隙11轴向对准。定子2的叠片组15的这个轴向通风结构在增强散热效果的同时还进一步增强了冷凝区7的编结物8上的通流程度。
保护管14从定子2的叠片组15延伸至端盖12，从而形成一封闭气腔。这就使得绕组系统4对外封闭从而达到必要的防护等级。在这个封闭气腔内部进行主要由附加风扇驱动的强制对流，如果是鼠笼式转子，就由短路环上的风扇叶片驱动。在此过程中，空气进行强制循环并以环流或穿流方式流经端部绕组、端盖及蒸发区的编结物8。通过这种方式在这个区域内实现均匀吸热，并使保护管内部各区域与保护管外部之间的温差大幅降低。
用以固定轴承18的端盖12有利地具有复数个散热片21，它们也参与保护管14内部和/或冷却流16内部的冷却循环。如图4所示，转子3同样可具有轴向冷却通道22，借此可在保护管14的区域内实现从发电机的一个端面到另一端面的冷却循环。
通过以上方式能够获得一种发电机1，该发电机虽采用封闭式结构但冷却效率很高，并且相对于传统发电机而言结构较为简单。
具体而言就是只需在保护管14内部以规定距离布置复数个热管5。这些热管5布置在保护管14的相应孔口中，但为能保持例如IP55的防护等级，还需用灌封材料对布置有热管5的孔口实施密封处理。
图5为热管5采用轴线水平定向的一种布置方式的截面图，根据本发明，采用这种布置方式时，热管5的毛细力必须克服重力，这样会降低冷却效率。
为避免出现这种情况，需要在下部区域内增加热管5的数量以及/或者采用具有合适毛细结构的热管5。
图3示出一热管5，其末端部分分别设有蒸发区19和冷凝区7。这些区域都具有编结物8，以便在增大传热面积的同时使穿过编结物8的空气形成涡流，从而提高吸热或散热效率。这些编结物8与热管5的末端部分热耦合，以便将热量传递给这个蒸发区19或将冷凝区7的热量传递给编结物8。
综上所述，本发明提供一种以简单方式实现有效冷却的封闭式发电机1，具体解决方案为：在绕组、端部绕组和转子等关键组件周围设置保护管14，该保护管具有复数个孔口，其中安装有复数个大体沿径向布置且包含有编结物8的热管5。
在定子2的端面6上，保护管14视情况连同端盖12和轴体一起分别为端部绕组或绕组系统以及转子3等组件提供保护，以免其受到灰尘和水等环境因素的影响。

Claims (10)

1.一种发电机(1)，包括一定子(2)和一转子(3)，其中，至少所述定子(2)具有一布置在所述定子(2)的槽中的绕组系统(4)，所述绕组系统在所述定子(2)的端面形成复数个端部绕组，且通过复数个热管(5)在所述定子(2)的端面(6)实现一大体沿径向的热传递。
2.根据权利要求1所述的发电机(1)，其特征在于，
所述热管(5)在一蒸发区(19)和/或一冷凝区(7)的末端部分具有一编结物(8)，特别是一金属丝编结物。
3.根据权利要求1或2所述的发电机(1)，其特征在于，
所述蒸发区(19)布置在所述发电机(1)的一封闭式冷却循环内部，特别是一空气冷却循环(9)内部。
4.根据权利要求3所述的发电机(1)，其特征在于，
所述转子(3)和至少一个布置在所述定子(2)的端面(6)的端部绕组(10)位于所述冷却循环(9)中。
5.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的发电机(1)，其特征在于，
所述定子(2)的端面(6)设有至少一个端盖(12)，其中，所述端盖(12)配有复数个散热片(21)，所述散热片参与所述封闭式冷却循环(9)。
6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的发电机(1)，其特征在于，
所述定子(2)的端面(6)各设有一个保护管(14)，所述保护管从所述定子(2)的叠片组(15)延伸至所述端盖(12)并被复数个热管(5)贯穿，使得所述蒸发区(19)位于所述保护管(14)的径向内部，所述冷凝区(7)位于所述保护管(14)的径向外部。
7.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的发电机(1)，其特征在于，
所述定子(2)具有复数个沿轴向延伸的槽隙(11)，特别是冷却通道，其中，所述热管(5)的冷凝区(7)的编结物(8)与所述槽隙轴向对准。
8.根据权利要求7所述的发电机(1)，其特征在于，
经由所述定子(2)的槽隙(11)强制或自然产生冷却空气(16)。
9.根据上述权利要求中任一项或多项权利要求所述的发电机(1)，其特征在于，
所述编结物(8)由一导热材料，特别是金属构成。
10.根据上述权利要求中任一项或多项权利要求所述的发电机(1)，其特征在于，
所述发电机(1)具有一封闭式结构，特别是符合IP 55要求的封闭式结构。
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