CN102738919A

CN102738919A - 定子设置

Info

Publication number: CN102738919A
Application number: CN2012100989255A
Authority: CN
Inventors: J.勒比纳雷
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2012-10-17
Also published as: US20120256502A1; EP2509196A1; US8952582B2

Abstract

本发明涉及用于电机（1）的定子设置（2），包括具有由多个轴向相邻设置的金属板（5）构成的定子堆（4）的定子（3）以及至少一个热管（6）形式的冷却装置，由此，至少一个径向通道（7）在相应轴向相邻设置的金属板（5）之间延伸，其中所述至少一个热管（6）被置于所述至少一个径向通道（7）内。

Description

定子设置

技术领域

本发明涉及用于电机的定子设置，包括具有由多个轴向相邻设置的金属板构成的定子堆的定子以及呈至少一个热管的形式的冷却装置，其中至少一个径向通道在相应轴向相邻设置的金属板之间延伸。

背景技术

具有相应定子设置的电机（例如发电机或类似物）的运转相应地伴随有热损失或铜损。为了避免将导致电机的效率低下或甚至导致电机损坏或寿命（特别是隔绝寿命）减少的过热，通常为定子设置提供冷却装置。

最近，已经试图使用热管作为冷却装置，即基于蒸发冷却原理来冷却相应电机。

EP 1 852 956 A1涉及一种电机，其具有由线圈形成的电导体，其中以中空外形连续缠绕和形成所述线圈。在线圈中形成连续的冷却通道和连续的电导体。向中空外形供应制冷剂。制冷剂在具有相应的低温度和冷却流速的情况下工作以使得当制冷剂部分地流动通过中空外形时制冷剂部分地蒸发。

因此，EP 1 852 056 A1提出了使用热管形式的冷却装置以便向电机提供适当冷却。

不过，使用热管来提供对相应定子设置的冷却的已知原理并不能令人满意。

发明内容

因此，本发明的目标是提供具有改进的冷却特性的相应定子设置。

这通过已经在最初描述过的定子设置创造性地实现，其中所述至少一个热管被置于所述至少一个径向通道内。

本发明提出将热管直接置于定子堆内的相应径向通道内且因而在定子堆的相应金属板之间的给定轴向位置处。因此，本发明的原理允许相应热管形式的冷却装置尽可能紧密接触定子堆，即增大相应热管和定子堆之间的接触面积，从而相应地导致更好的冷却能力和冷却效率。不需要例如被动或液冷装置的任意其他冷却装置。

使用热管作为冷却装置，本发明的原理是基于蒸发冷却的一般原理。

由于本发明将相应热管设置成径向延伸通过定子堆，因此，例如，定子堆，即定子堆的相应热部分用作热源，而定子堆的相应较冷部分可以用作热沉。具体地，定子堆内的相应热损失或铜损用作热源，而围绕定子堆的环境空气或者沿定子堆循环的冷却气体用作热沉。

大体而言，本发明的原理可以应用于外定子-内转子构造的电机，即该构造中的定子设置与转子相比位于径向外部位置，并且还可以应用于外转子-内定子构造，即该构造中的转子与定子设置相比位于径向外部位置。

被安装的热管的具体数量可以变化并且主要取决于各种因素，例如包括本发明定子设置的发电机的工况、定子设置的轴向尺寸、定子堆中的温度分布和温度梯度等等。

公知的是，热管的功能性原理是基于诸如二氧化碳（CO₂）、乙醇（C₂H₅OH）等的工作流体占据热管特定容积的含量。相应工作流体的液相与热源接触从而导致工作流体蒸发，即工作流体转变到其气相，从而从热源吸热。当接触到热沉时工作流体的气相冷凝回液相，从而释放工作流体的气相的潜热。冷却循环继续，其中液相通过例如毛细作用或重力作用而返回到热界面。

相应热管内的内部压力通常相对较低，即应用真空压力。为了有助于工作流体根据给定工况进行相变，可以适当地调节热管的内部压力。

主要通过在定子堆中的相应径向通道的相应路线和/或取向来限定热管的路线和/或取向。因而，术语径向通道也指具有倾斜路线和/或取向的通道，即相应热管也可以对齐于特定倾斜取向。

不过，优选的是所述至少一个热管径向延伸通过定子堆。因而，可取的是竖直地对齐相应热管，其在冷却效率方面是有利的，这是因为优化了工作流体的相应相的相应循环从而整体改进了热管的冷却特性。

所述至少一个热管可以从定子堆外突。因此，热管的相应径向外部或内部部分自由地暴露于热沉，即环境空气、冷却气体等，从而进一步提高了相应热管的效率，这主要是因为增加了热源和热沉之间的温度梯度这一事实。

关于包括本发明定子设置的相应电机的相应的外定子-内转子构造和外转子-内定子构造，热管沿向内或向外方向径向突出。

在本发明的优选实施例中，所述至少一个热管包括具有不同导热特性的至少两个部分。以此方式，由于热管的相应部分的相应不同导热行为，可以进一步增加热管的冷却效率。作为示例，不同导热行为可以实现为，热管的第一部分由铜构成，并且热管的第二部分由铝或铁构成。可能的是借助于隔离层或类似物来划分相应部分。

此外，还可以想到，将热管划分为具有不同导热行为的多于两个的部分。当然，相应部分被牢固且特别防渗漏地彼此连接。

限定径向通道的相应金属板可以至少部分地适合于相应热管的形状。以此方式，首先，定子堆和相应热管之间的接触面积可以被进一步增加从而导致更好的冷却特性。其次，限定相应径向通道的相应金属板还可以以外形封闭方式用作相应热管的连接装置，也就是说相应金属板可以通过压配合或类似方式支撑相应热管。

为了进一步增加热管的冷却效率，可以想到的是热管设置有至少一个散热片。所述至少一个散热片优选地被置于热管的被指定给热沉的相应部分处。当然，热管的相应部分优选地具有适当数量的相应散热片。

当热管是扁平热管时是有利的。扁平热管包括平面的基本二维的板状形状，因此它们适于被插入到定子堆的相应金属板之间的非常紧密的径向通道内。通过将相应热管提供成扁平热管，定子设置的轴向尺寸不需要被延长从而导致定子设置整体上具有紧凑的结构性设计。

除此之外，本发明还涉及电机，具体地是用于直接驱动风力涡轮机的发电机，其包括已经如上所述的定子设置。

附图说明

在下文中，将参考附图具体解释本发明，附图中：

图1示出了电机的原理性剖视图，其包括根据本发明示例性实施例的本发明定子设置；

图2示出了根据本发明示例性实施例的定子设置的原理性主视图；

图3示出了根据本发明示例性实施例的扁平热管的原理图；以及

图4示出了根据本发明示例性实施例的定子设置的一部分的原理性俯视图。

具体实施方式

图1示出电机1的原理性剖视图，其包括根据本发明示例性实施例的本发明定子设置2。电机1是安装在用于例如近海应用（未示出）的直接驱动风力涡轮机中的发电机。

定子设置2包括具有定子堆4的定子3，该定子堆4由多个轴向相邻设置的金属板5构成。为了分别给定子3和定子堆4提供适当冷却，在定子堆4中的相应径向通道7内提供多个热管6形式的冷却装置。

明显的是，热管6径向延伸通过定子堆4，即热管6被布置在相应成组金属板5之间。因此，本发明的原理使用相应径向通道7作为用来容纳相应热管6的槽，而在常规空冷电机中径向通道7通常用作空气管道。

因为热管6的相应径向外部部分从定子堆4径向外突，所以定子堆4用作热源并且相应地围绕定子堆4且沿定子堆4循环的空气（箭头8指出）用作相应热管6的热沉。因此，热管6用作从定子堆4到环境空气的热捷径。因而，热管6的冷却效率还取决于包括电机1的风力涡轮机的区域内的风力情况。也就是说，高风速导致热管6具有高冷却效率，这是因为在这种情况下增加了从热管6的相应径向外部部分带走的热能的量（同样参见在图2中示出的定子设置2的主视图）。

当然，在电机1的壳体9中提供相应开口以便允许风沿定子堆4且沿热管6的从定子堆4径向外突的相应部分流动。

虽然图1所示电机1包括外定子3-内转子10的构造，不过本发明的原理还应用于包括外转子10-内定子3构造的相应电机1。在此情况下，热管6沿径向向内方向从定子堆4突出，即通过沿定子堆4的径向内侧吹过的空气来提供热沉。当然，在这种情况下，在电机1的壳体9中提供相应风扇（未示出）。

热管6优选地是扁平类型，即包括板状、平面、基本二维的结构。因此，使用热管6的本发明原理允许显著减小定子设置2的相应轴向尺寸或轴向长度。不过，也可以使用管状结构的热管（参见图2）。大体而言，不需要例如被动或液冷装置的其他冷却装置。

图3示出了根据本发明示例性实施例的扁平热管6的原理图。明显的是，热管6包括多层结构，其包括：蒸汽板11，该蒸汽板11具有相应通道式凹槽12以用于热管6的工作流体（例如二氧化碳（CO₂））的气相；邻近蒸汽板12布置的隔离板13；以及邻近隔离板13布置的液体板14，其具有相应凹槽15以用于热管6的工作流体的液相。上面已经简短地陈述了热管6的功能性原理，因此这里不需要就此再进行重复。

热管6优选地包括具有不同导热特性的两部分。参考图3，热管6的下半部由铜构成，而热管6的上半部由铁构成。以此方式，可以增强热管8的冷却效率。在使用其他的适当导热材料来构成热管6的相应部分或半部的情况下，可以获得热管6的定制的冷却行为。

虽然图中未示出，不过热管6可以包括多个散热片。散热片由于增加了热管6的表面面积且进而增强了冷却特性从而改进了热交换。散热片优选地至少部分地设置在热管8的被指定给热沉的相应部分处，该热沉即循环通过电机1的壳体9的环境空气或气态冷却介质。

可能的是电机1的定子3被分段成相应定子段（未示出）。

图4示出了根据本发明示例性实施例的定子设置2的一部分的原理性俯视图。明显的是，热管6被直接置于限定径向通道7的相应金属板5之间。因而，可能的是，借助于外形封闭（form closure）的方式（即压配合）提供热管6的牢固分配。因此，定子堆4的金属板5在热管6上施加特定轴向力，其中该热管6具有平面几何形状、基本对应于相应金属板5的形状。

Claims

1.一种用于电机（1）的定子设置（2），包括具有由多个轴向相邻设置的金属板（5）构成的定子堆（4）的定子（3）以及至少一个热管（6）形式的冷却装置，由此，至少一个径向通道（7）在相应轴向相邻设置的金属板（5）之间延伸，其中所述至少一个热管（6）被置于所述至少一个径向通道（7）内。

2.根据权利要求1所述的定子设置，其中所述至少一个热管（6）径向延伸通过所述定子堆（4）。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的定子设置，其中所述至少一个热管（6）从所述定子堆（4）外突。

4.根据前述权利要求中任一项所述的定子设置，其中所述定子堆（4）用作热源，并且围绕所述定子堆（4）的空气用作所述热管（6）的热沉。

5.根据前述权利要求中任一项所述的定子设置，其中所述至少一个热管（6）包括具有不同导热特性的至少两部分。

6.根据权利要求5所述的定子设置，其中第一部分由铜构成并且第二部分由铝或铁构成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的定子设置，其中限定所述径向通道（7）的相应金属板（5）至少部分地适合于相应热管（6）的形状。

8.根据前述权利要求中任一项所述的定子设置，其中所述热管（6）设置有至少一个散热片。

9.根据前述权利要求中任一项所述的定子设置，其中所述热管（6）是扁平热管。

10.一种电机（1），具体地用于直接驱动风力涡轮机的发电机，包括根据前述权利要求中任一项所述的定子设置（2）。