CN105122602A - 具有绕组头部的改进的冷却的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机，其包括沿着转子轴线(1)定向的定子(2)、相对于转子轴线(1)同心设置的定子(3)和至少一个相对于转子轴线(1)同心设置的绕组头部(4)，所述绕组头部分别沿轴向方向从定子(3)中伸出并且能够通过冷却介质流(5)冷却。为了改进绕组头部(4)的冷却而提出：开始提到的类型的电机具有至少一个第一引导元件(6)，所述第一引导元件在流动技术方面设置在相应的绕组头部(4)的上游，其中至少一个第一引导元件(6)构成为，使得能够引起到相应的绕组头部(4)的冷却介质流(5)的流速提高。

Description

具有绕组头部的改进的冷却的电机

技术领域

本发明涉及一种电机，包括沿着转子轴线定向的定子、相对于转子轴线同心设置的定子和至少一个相对于转子轴线同心设置的绕组头部，所述绕组头部分别沿轴向方向从定子中伸出并且能够通过冷却介质流冷却。

背景技术

电机的绕组的绕组头部轴向地从磁活跃部件中伸出并且需要单独的冷却，所述冷却主要通过环流的冷却流体实现。尤其在大直径或低转速的机器中，其中所述机器的绕组头部借助空气或其他的气态介质冷却，由于低流速大多仅实现小的热传递系数。

通常，气态的冷却流体沿主要径向的且部分轴向的方向流动穿过绕组头部，其中在整个环周上观察，这尽可能均匀地进行。

从DE102008033959A1中已知一种电机，所述电机的绕组头部能够通过径向向外流动的冷却空气冷却，所述冷却空气随后能够通过相应的引导板沿环周方向偏转。在此，引导板比相应的绕组头部径向更向外地设置，并且覆盖环周的至少四分之三，使得冷却空气能够穿过环周的最大四分之一的剩余的开口向径向外部流出。

发明内容

本发明的目的在于，改进电机的绕组头部的冷却。

所述目的在开始提出类型的电机中通过至少一个第一引导元件来实现，所述第一引导元件在流动技术方面设置在相应的绕组头部的上游，其中至少一个第一引导元件构成为，使得能够引起到相应的绕组头部的冷却介质流的流速提高。

通过至少一个第一引导元件能够有针对性地加速冷却介质流，所述冷却介质流在流动技术方面在第一引导元件的上游例如均匀地在朝相应的绕组头部的方向上指向。这能够通过如下方式实现：至少一个引导元件设置在相应的绕组头部的上游，并且冷却介质因此直接地迎流相应的第一引导元件。于是通过如下方式得到冷却介质流的流速度的提高：即至少一个第一引导元件引起为引导介质流提供的流横截面的收缩。通过到相应的绕组头部的冷却介质流的提高的流速度实现了更好地冷却相应的绕组头部。

例如，至少一个第一引导元件能够设置在电机的每个轴向区域中，在所述区域中也存在相应的绕组头部，其中至少一个第一引导元件比相应的绕组头部径向设置得更靠内。相应地，冷却介质流从径向内部指向径向外部，并且例如通过设置在相同的轴向区域中的鼓风机产生。替选地，冷却介质流能够从径向外部指向径向内部，并且至少一个引导元件相应地比相应的绕组头部径向设置得更靠外。也能考虑的是：设置在电机的相应的轴向端侧上的鼓风机产生冷却介质流，使得冷却介质流首先指向轴向中部，并且在绕组头部的轴向区域中例如通过偏转元件偏转到指向径向外部的冷却介质流中。因此，在这两种情况下，均匀向径向外部流动的冷却介质出现到至少一个第一引导元件上。在此，至少一个第一引导元件例如能够基本上构成为是空心柱形的。此外，冷却介质流的流向能够通过至少一个第一引导元件沿环周方向偏转。对此，至少一个第一引导元件例如能够具有附加的偏转元件。

替选地，至少一个第一引导元件能够设置在电机的轴向区域中，所述轴向区域位于电机的相应的绕组头部和相应的端侧之间。冷却介质相应地沿着朝相应的端侧的轴向方向在朝电机的相应的绕组头部的方向流动，并且流动能够通过鼓风机产生。因此，均匀地在朝电机的轴向中部的轴向方向上流动的冷却介质出现到至少一个第一引导元件上。在此，至少一个第一引导元件例如能够基本上环形地或盘形地构成。此外，至少一个第一引导元件能够具有附加的偏转元件，所述附加的偏转元件沿环周方向偏转冷却介质。

冷却介质流沿环周方向的偏转在此能够引起进一步改进相应的绕组头部的冷却，因为相应的绕组头部对于具有环周方向上的流分量的冷却介质流是可更好接近的，并且因此能够更好地冷却相应的绕组头部的否则难于接近的部位。

至少一个第一引导元件在此能够在环周方向上完全环绕地或仅部分环绕地构成，其中至少一个第一引导元件在此能够基本上相对于转子轴线同心地设置。

在本发明的一个有利的设计方案中，至少一个第一引导元件具有第一凹陷部。

第一凹陷部在此能够构成为第一开口、例如以引导穿过至少一个第一引导元件的孔的形式构成。在此，第一凹陷部或第一开口在流向上例如扩宽或渐缩。如果应附加地实现冷却介质流沿环周方向的偏转，那么第一凹陷部或第一开口不能够精确地沿着初始的流方向定向，而是附加地具有在环周方向上的分量。

在首先在径向方向伸展的冷却介质流中，第一凹陷部例如能够构成为在径向方向上引入到至少一个第一引导元件中的孔。为了实现沿环周方向偏转流向，相应的孔并不正好指向径向外部，而是分别沿着分别还具有沿环周方向的分量的线伸展。

在首先在轴向方向上伸展的冷却介质流中，第一凹陷部例如能够相应地构成为在轴向方向上引入到至少一个第一引导元件中的孔。为了实现沿环周方向偏转流向，相应的孔并不正好指向轴向方向，而是附加地具有沿环周方向的分量。

至少一个第一引导板的所述第一凹陷部或第一开口在此能够在冷却介质流方面作用为喷嘴，所述喷嘴将冷却介质流的流横截面收窄并因此引起提高流速度。有利地，喷嘴同时引起冷却介质流沿环周方向偏转，使得第一凹陷部或第一开口能够构成为偏转喷嘴。

在本发明的一个有利的设计方案中，至少一个绕组头部在此具有电导体，相应的绕组头部在所述电导体之间具有冷却通道，其中冷却介质流借助于第一凹陷部能够引导到冷却通道的至少一部分中

冷却介质例如能够通过如下方式形成：电导体分别根据距下一相邻的电导体的特定间距设置。特别地，电导体在电机的定子的槽中伸展，其中两个槽之间的间距大致对应于这种冷却通道的宽度。至少一个第一引导元件的第一凹陷部在此设置成，使得冷却介质流能够穿过第一凹陷部引导到冷却通道的至少一部分中，其中优选全部冷却通道都供应冷却介质流。

冷却通道通常沿径向方向伸展，这就是说，沿与将槽引导到定子中相同的方向。因为电导体从一个槽引导到另一槽中，所以冷却通道在此不总是正好沿轴向方向伸展，而是部分地在环周方向上扭转。

在初始径向的流向上，至少一个引导元件优选构成为，使得冷却介质流尤其沿着相应的绕组头部的整个轴向区域引导到冷却通道的位于径向内部的或位于径向外部的开口中，其中冷却通道沿着轴向方向的相应的开口的位置在环周方向上部分地能够类似于螺旋形状变化。

在初始轴向的流动方向上，至少一个第一引导元件优选构成为，使得能够实现冷却介质流沿如下环周方向偏转，绕组头部的导体也沿所述环周方向扭转。

匹配于冷却介质流的相应的初始的流向的、至少一个第一引导元件因此引起相应的绕组头部的尤其良好的冷却介质供应，使得绕组头部的导体在所有位置处都能够可靠地冷却。

在本发明的另一有利的设计方案中，在此，至少一个第一引导元件在至少一对第一凹陷部之间至少部分地构成为螺旋桨叶片形的。

通过螺旋桨叶片形状的至少一个第一引导元件的至少部分的设计方案，一方面能够引起到相应的绕组头部的冷却介质流的流速提高，并且另一方面，由此能够以有效的方式和方法实现冷却介质流在环周方向上的有利的偏转。附加地，至少一个第一引导元件的该设计方案允许降低冷却介质流的流损失。

在首先径向的流向中，螺旋桨叶片能够如鼓风机的能够产生冷却介质的径向的流向的螺旋桨叶片，或者在首先轴向的流向中例如类似于鼓风机的能够产生冷却介质的轴向的流向的螺旋桨叶片。对于径向的流向而言螺旋桨叶片例如能够如径向鼓风机的螺旋桨叶片那样成形，并且对于轴向的流向而言例如如轴向鼓风机的螺旋桨叶片那样成形。也能够考虑如半轴向风扇的螺旋桨叶片或其他的能够产生期望的冷却介质流向的鼓风机。通常，相应的螺旋桨叶片在此能够平坦地构成或者在流动技术方面有效振动地构成，以便进一步最小化流损失。

特别地，至少一个第一引导元件整体上构成为具有多个螺旋桨叶片的匹配于相应到达的冷却介质流的螺旋桨。

在本发明的另一有利的设计方案中，电机具有至少一个第二引导元件，所述第二引导元件在流动技术方面设置在相应的绕组头部的下游，其中至少一个第二引导元件具有第二凹陷部。

设置在相应的绕组头部上游的至少一个第一引导元件的有利的作用尤其能够通过至少一个第二引导元件尤其有效地增强，所述第二引导元件设置在相应的绕组头部的下游。因此，通过至少一个第二引导元件能够引导冷却介质流通过至少一个第一引导元件和相应的绕组头部，使得整体上能够降低流损失，并且因此能够改进相应的绕组头部处的冷却介质流的冷却作用。此外，至少一个第二引导元件允许提高相应的绕组头部处的冷却介质流的流速，这同样改进冷却作用。在此，第二凹陷部在流向上例如能够如喷嘴或如扩散器那样构成。

在本发明的另一有利的设计方案中，第二凹陷部分别相对于第一凹陷部错开地设置。通过第二凹陷部相对于第一凹陷部的相应的位置的错开的设置，能够进一步提高冷却介质流的流速。特别地，由此能够确保：相应的绕组头部的整体尽可能良好地供应冷却介质流。这因此实现附加地改进相应的绕组头部处的冷却作用。在此，第二凹陷部相对于第一凹陷部的错位能够沿轴向方向或沿环周方向进行，其中通过在环周方向的错位同时能够实现冷却介质路在环周方向上的进一步偏转。

在本发明的另一有利的设计方案中，至少一个第二引导元件在至少一对第二凹陷部之间至少局部地构成为螺旋桨叶片形的。

至少一个第二引导元件也至少局部地以螺旋桨叶片的形式构成的方式，由此又能够引起到相应的绕组头部的冷却介质流的流速提高。附加地，至少一个第二引导元件的设计方案允许降低冷却介质流的流损失。

在此，相应的螺旋桨叶片能够根据从相应的绕组头部中流出的冷却介质流的流向类似于鼓风机的螺旋桨叶片构成，并且在此能够平坦地构成或者在流动技术方面有效振动地构成，以便进一步最小化流损失。

特别地，至少一个第二引导元件整体上构成为具有多个螺旋桨叶片的匹配于相应到达的冷却介质流的螺旋桨。

在本发明的另一有利的设计方案中，在此，相应的绕组头部在径向方向设置在至少一个第一引导元件和至少一个第二引导元件之间，其中在相应的绕组头部的轴向延长上设置有至少一个环形的引导元件，所述环形的引导元件在径向方向上至少从至少一个第一引导元件延伸至至少一个第二引导元件。

至少一个环形的引导元件在此确保：径向向外流动的冷却介质流不能够沿轴向方向排放。当至少一个第一引导元件和/或至少一个第二引导元件引起随径向方向的流横截面的收窄时，这是特别有利的。冷却介质于是来自径向内部穿过至少一个第一引导元件，向径向外部流动穿过相应的绕组头部，并且在此在轴向方向上一方面穿过定子并且另一方面穿过至少一个环形的引导元件继续向径向外部引导。最后，冷却介质向径向外部通过至少一个第二引导元件。可替换地，冷却介质也能够沿颠倒的方向、即从径向外部向径向内部指向，其中至少一个第一引导元件于是比相应的绕组头部径向更靠外部地设置，并且至少一个第二引导元件相应地比相应的绕组头部径向更靠内部设置。冷却介质流的相应的径向引导允许在相应的绕组头部处的尤其有效的冷却作用。

绕组头部冷却的附加的改进例如能通过至少一个环形的引导元件中的另外的凹处来引起，如果通过所述另外的凹处将附加的冷却介质沿轴向方向引入绕组头部的区域中的话。

优选地，电机为了产生冷却介质流而具有至少一个鼓风机。

在本发明的另一有利的设计方案中，电机能够以大于1MW的功率和/或小于750转每分钟、尤其小于200转每分钟的转速运行。

在这种电机中，在相应的绕组头部处运行时形成相对大量的废热，所述废热必须有效地且可靠地运输出。通常，在此如下电机尤其是有问题的，所述电机具有相对低的运行转速并且仅借助于与电机的转子连接的鼓风机冷却，因为相应地鼓风机也仅以低转速运行，并且能够循环相对少量的冷却介质。然而通过根据本发明的电机的上述实施方案，在运行转速低的情况下也能够确保充分地冷却相应的绕组头部。

附图说明

下面，根据附图中示出的实施例，详细地描述和阐述本发明。其示出：

图1示出具有首先径向的冷却介质流的根据本发明的电机的第一实施例，

图2示出第一实施例的第一引导元件的一个实例，

图3示出具有首先轴向的冷却介质流的第二实施例，

图4示出第二实施例的第一引导元件的一个实例，

图5示出第三实施例，和

图6示出第四实施例。

具体实施方式

图1示出具有首先径向的冷却介质流5的根据本发明的电机的第一实施例，其中示出电机的纵剖面的一部分。电机具有定子3和转子2，定子和转子沿着转子轴线1定向。绕组头部4在两个轴向端部处从定子3中伸出，其中处于概览的原因，仅详细示出在电机的端侧的绕组头部4。

绕组头部4能够通过冷却介质流5来冷却，所述冷却介质流在所述实施例的范围中从径向内部向径向外部流动。在绕组头部4上游，即在绕组头部4的轴向区域中并且比绕组头部4径向更靠内地设置第一引导元件6，所述第一引导元件引起到绕组头部4的冷却介质流5的流速提高。在第一实施例的范围中，第一引导元件6对此具有第一凹陷部7，所述第一凹陷部将向径向外部流动到绕组头部4上的冷却介质流5的流横截面收窄。

在此，在第一实施例的范围中，第一引导元件6在绕组头部4的径向的俯视图中从径向内部向径向外部覆盖绕组头部4，因为第一引导元件6的轴向扩展至少与绕组头部4的轴向扩展一样大。但是替选地也能够提出：第一引导元件6的轴向扩展小于绕组头部4的轴向扩展。

径向向外流动的冷却介质流5例如能够通过鼓风机产生，所述鼓风机例如设置在绕组头部4的轴向区域中并且比绕组头部4径向更靠内设置。替选地，对此能够应用鼓风机，所述鼓风机首先产生冷却介质流5，所述冷却介质流沿轴向方向从电机的轴向端侧流动至轴向中部，并且在绕组头部4的轴向区域中尤其通过偏转元件向径向外部偏转。

替选地，冷却介质流5能够从径向外部指向径向内部，并且第一引导元件6相应地比绕组头部4径向更靠外地设置。

图2示出电机的第一实施例的第一引导元件6的一个实例，其中始于电机的端侧示出轴向俯视图。在此，与图1的相同的附图标记表示相同的对象。出于概览的原因，仅示出转子轴线1、第一引导元件6、第一凹陷部7和绕组头部4。

第一引导元件6构成为，使得来自径向内部的冷却介质流5通过第一引导元件6沿环周方向偏转，并且在此提高冷却介质流5的流速。这通过如下方式实现：即第一引导元件6在一对凹陷部7之间逐段地如螺旋桨叶片那样成形。对此，第一引导元件6尤其具有叶片形的元件，所述叶片形的元件类似于尤其鼓风机、例如径向鼓风机的螺旋桨叶片构成。在此，相应的螺旋桨叶片能够平坦地构成或者在流动技术方面有效振动地构成，以便进一步最小化流损失。

图3示出具有首先轴向的冷却介质流5的根据本发明的电机的第二实施例。与第一实施例不同，第二实施例中的冷却介质流5在轴向方向上从电机的轴向端侧流动至其轴向中部。第一引导元件6通过如下方式又设置在绕组头部4上游，即第一引导元件6从现在开始设置在绕组头部4的轴向端部上。在该实施例的范围中，第一引导元件6对此具有第一凹陷部7，所述第一凹陷部将轴向地流动到绕组头部4上的冷却介质流5的流横截面收窄。

在此，在第二实施例的范围中，第一引导元件6在绕组头部4的轴向的俯视图中覆盖绕组头部4，因为第一引导元件6的径向扩展至少与绕组头部4的径向扩展一样大。但是替选地也能够提出：第一引导元件6的径向扩展小于绕组头部4的径向扩展。

轴向流动的冷却介质流5例如能够通过鼓风机产生，所述鼓风机例如设置在电机的轴向端侧上。替选地，对此也能够应用鼓风机，所述鼓风机尤其设置在电机的轴向端侧上，并且首先产生冷却介质流5，所述冷却介质流沿径向方向流动。例如，径向向外流动的冷却介质流于是通过偏转元件沿轴向方向偏转，以便最后沿轴向方向流动至绕组头部4。

图4示出第二实施例的电机的第一引导元件6的一个实例，其中始于电机的端侧中的一个示出轴向的俯视图。出于概览的原因，仅示出转子轴线1、第一引导元件6、第一凹陷部7和绕组头部4以及转子2和定子3，其中转子2和定子3在该视图中部分地通过第一引导元件6或绕组头部4覆盖。

第一引导元件6构成为：使得来自电机的轴向端侧的冷却介质5通过第一引导元件6沿环周方向偏转，并且在此提高冷却介质流5的流速。这通过如下方式实现：即第一引导元件6在一对凹陷部7之间逐段地如螺旋桨叶片那样成形。对此，第一引导元件6尤其具有叶片形的元件，所述叶片形的元件类似于尤其是鼓风机、例如轴向鼓风机的螺旋桨叶片构成。在此，相应的螺旋桨叶片能够平坦地构成或者在流动技术方面有效振动地构成，以便进一步最小化流损失。

图5示出根据本发明的电机的第三实施例，其中第三实施例首先具有与第一实施例相同的结构。

附加地，设有第二引导元件10，所述第二引导元件设置在绕组头部下游，这就是说，设置在绕组头部4的轴向区域中并且比绕组头部4径向更靠外设置。第二引导元件10在此具有第二凹陷部11，所述第二凹陷部引起附加的冷却介质流5的流速提高。对此，第二凹陷部11相对于第一凹陷部7错位地设置，其中在第三实施例的范围中该错位是沿轴向方向的。第二引导元件10在此能够与图2中示出的第一引导元件类似地构成。

与第一实施例相比，第三实施例的电机附加地具有环形的引导元件12，所述环形的引导元件设置在绕组头部4的轴向延伸中并且确保：冷却介质流5不沿轴向方向离开绕组头部4的区域。对此，环形的引导元件12设置在第一引导元件6和第二引导元件10的轴向延长中，并且沿径向方向至少从第一引导元件6延伸至第二引导元件10。

在此原则上能考虑的是：环形的引导元件12具有另外的凹陷部，附加的冷却介质流沿轴向方向穿过所述另外的凹陷部引入到绕组头部4的区域中，以便进一步改进绕组头部4的冷却。

还能够考虑的是：构成没有环形的引导元件12的电机。

替选地，冷却介质流5从径向外部指向径向内部，并且第一引导元件6相应地比绕组头部4径向更靠外地设置，并且第二引导元件10相应地比绕组头部4径向更靠内地设置。

图6示出根据本发明的电机的第四实施例，其中第四实施例首先例如具有与第三实施例相同的结构，并且其中在绕组头部4的轴向高度中示出电机的横截面的一部分。与第三实施例不同，在第四实施例中，第一引导元件6和第二引导元件10之间的错位是沿环周方向的，由此能够引起冷却介质流5沿环周方向的尤其有利的偏转，这引起绕组头部4的改进的冷却。

在此，电机也能够在没有环形的引导元件12的情况下构成。此外，冷却介质流5替选地从径向外部指向径向内部，并且第一引导元件6相应地比绕组头部4径向更靠外地设置，并且第二引导元件10相应地比绕组头部4径向更靠内地设置。

综上所述，本发明涉及一种电机，其包括沿着转子轴线定向的定子、相对于转子轴线同心设置的定子和至少一个相对于转子轴线同心设置的绕组头部，所述绕组头部分别沿轴向方向从定子中伸出，并且能够通过冷却介质流冷却。为了改进绕组头部的冷却而提出：开始提出类型的电机具有至少一个第一引导元件，所述第一引导元件在流动技术方面设置在相应的绕组头部的上游，其中至少一个第一引导元件构成为，使得能够引起到相应的绕组头部的冷却介质流的流速提高。

Claims (10)

1.一种电机，包括

-沿着转子轴线(1)定向的定子(2)，

-相对于所述转子轴线(1)同心设置的定子(3)和

-至少一个相对于所述转子轴线(1)同心设置的绕组头部(4)，所述绕组头部分别沿轴向方向从所述定子(3)中伸出并且能够通过冷却介质流(5)冷却，

其特征在于，设有至少一个第一引导元件(6)，所述第一引导元件在流动技术方面设置在相应的所述绕组头部(4)的上游，其中至少一个所述第一引导元件(6)构成为，使得能够引起到相应的所述绕组头部(4)的所述冷却介质流(5)的流速提高。

2.根据权利要求1所述的电机，其中至少一个所述第一引导元件(6)具有第一凹陷部(7)。

3.根据权利要求2所述的电机，其中至少一个所述绕组头部(4)具有电导体，相应的所述绕组头部在所述电导体之间具有冷却通道，其中所述冷却介质流借助于所述第一凹陷部能够引导到所述冷却通道的至少一部分中。

4.根据权利要求2或3所述的电机，其中至少一个所述第一引导元件(6)在至少一对第一凹陷部(7)之间至少逐段地构成为螺旋桨叶片形的。

5.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其中所述电机具有至少一个第二引导元件(10)，所述第二引导元件在流动技术方面设置在相应的所述绕组头部(4)的下游，其中至少一个所述第二引导元件(6)具有第二凹陷部(11)。

6.根据权利要求2至4中任一项和根据权利要5所述的电机，其中所述第二凹陷部(11)分别相对于所述第一凹陷部(7)错开地设置。

7.根据权利要求5或6所述的电机，其中至少一个所述第二引导元件(10)在至少一对第二凹陷部(11)之间至少逐段地构成为螺旋桨叶片形的。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的电机，其中相应的所述绕组头部(4)在径向方向设置在至少一个所述第一引导元件(6)和至少一个所述第二引导元件(10)之间，其中在相应的所述绕组头部(4)的轴向延长上设置有至少一个环形的引导元件(12)，所述环形的引导元件在径向方向上至少从至少一个第一引导元件(6)延伸至至少一个第二引导元件(10)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其中所述电机具有用于产生所述冷却介质流(5)的鼓风机。

10.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其中所述电机能够以大于1MW的功率和/或小于750转每分钟的转速运行。