CN105556801A - 用于电机的冷却设备和包括冷却设备的电机 - Google Patents

Abstract

用于电机的冷却设备和包括冷却设备的电机。本发明公开一种用于电机(100)的冷却设备(1)，所述电机具有定子绕组(2a)，所述定子绕组具有至少一个定子叠片(2b)，所述定子叠片包括至少一个定子绕组头(2c)，其中冷却设备(1)包括能用冷却剂穿流的多个通道(6a)，所述通道在第一端部(7a)上与蓄压器(10a)连接，并且在其第二端部(7b)上终止到冲击冷却板(8a)中和/或终止在定子绕组头(2c)的通道中。本发明还公开一种具有转子(4)和定子(2)的电机(100)，所述定子包括至少一个定子绕组(2a)，所述定子绕组具有至少一个定子叠片(2b)和至少一个定子绕组头(2c)；其中电机(100)包括根据本发明的冷却设备(1)。电机能够是发电机和/或电动机。

Description

用于电机的冷却设备和包括冷却设备的电机

技术领域

本发明涉及一种用于电机、尤其发电机的冷却设备和具有根据本发明的冷却设备的电机。

背景技术

图3示出根据现有技术的电机101，更准确地说图3示出电机的四分之一部分的横截面。总的来说，电机101的构造是围绕转动轴5旋转对称的。在转动轴5上存在转子4。围绕转子4同轴地或基本上同轴地设置有定子2，使得在发电机的情况下在转动轴5转动运动时感应引起到定子2中的电压。相应地，在电动机的情况下、尤其在三相电动机的情况下，在定子2上施加交流电压时能够激励转子4围绕转动轴5旋转。典型地，定子2由定子装置绕组或定子绕组2a构成。定子绕组2a由各个叠片2b(也称作定子叠片或定子装置叠片)和至少一个定子绕组头2c(也称作定子装置绕组头或绕组头)构成。典型地，各个叠片2b彼此以间距2d隔开。在电机101的运行中，由于在将机械能转换为电能(以及相反的方式)时的损耗而产生热量，所述热量使得必需有效地冷却电机101。冷却是必需的，因为由于所使用的材料将绝缘材料用于将壳体与传导电流和/或电压的部件绝缘，所述绝缘材料仅在极限值温度之内保持其绝缘作用。如果超过极限值温度，那么绝缘不再是可能的，并且造成短路并且可能造成电机101的损坏。此外，其绝缘材料不再起作用的这种电机101表现出高的安全风险，因为壳体例如加载有电压和/或电流，这意味着事故风险。为了能够在特定的功率下运行电机101，必须进行足够的冷却，使得不超过极限值温度。因此，为了提高这种电机101的功率必需的是，必需有效地冷却电机101的、尤其转子4的、定子2的和/或定子绕组头2c的有源的器件。此外例如能够使用安装在转动轴上的和/或安装在壳体上的风扇(在图3中未示出)，以便将在电机101之外的冷却剂流输送到电机内部和/或在机器中循环。通过各个有源的器件转子4、定子2和/或定子绕组头2c的几何形状得出特定的关系，其中冷却剂质量流流入各个所述有源的部件并且引起相应的冷却。总的来说，冷却剂的各个质量流的所述关系能够不再变化。由此得出各个有源的器件的冷却的限制。对于本领域技术人员已知的是，通过相应的热力学的循环过程，由在电机101中的冷却剂，例如气体和/或冷却液体吸收的热量能够通过相应的冷却器抽取，并且能够重新被引向电机101，使得电机101的持续的冷却是可能的。因此，本发明的目的是，提出一种冷却设备，使得能够有针对性地尤其冷却定子2。同时，本发明提出一种电机，所述电机包括根据本发明的用于冷却定子的冷却设备。

发明内容

用于电机的冷却设备尤其是用于具有定子的电机的冷却设备，其中定子包括至少一个定子绕组，所述定子绕组具有至少一个定子装置叠片和至少一个定子装置绕组头。在下文中，定子也称作定子装置，相应地定子装置绕组头也称作定子绕组头并且定子装置叠片也称作定子叠片。在下文中，相应的术语理解为同义词。

根据本发明的冷却设备包括能用冷却剂穿流的多个通道。多个通道在第一端部或端部部段上与蓄压器连接。多个通道的第二端部或第二端部部段或者通到冲击冷却板中和/或终止在定子装置绕组头的通道中，其中所述功能优选由冲击冷却板承担。这种冷却设备是有利的，因为由此能够设定定子的有针对性的冷却。优选地，多个通道中的一个选择组能够在各个定子装置叠片之间伸展。

同样替选地或附加地，多个通道中的一个选择组能够伸展到定子2之内的开口中，例如伸展到各个定子叠片之间的通道中。选择多个通道中的哪个选择组伸展到各个定子装置叠片之间和/或定子的、尤其定子绕组头的开口中的通道中的可能性能够关于各个定子装置绕组头的冷却来设定各个定子装置叠片的相对冷却。在此，在各个定子装置叠片之间伸展的通道中的第一选择组等同于伸展到定子绕组头的开口中的选择组。同样，在定子绕组头的开口中伸展的通道中的选择组同样也能够是在各个定子装置叠片之间伸展的多个通道中的选择组。

同样地并且没有限制地，多个通道中的第二选择组能够伸展到定子之内的通道中。如已经描述的，通过多个通道中的相应的选择组能够实现各个定子装置叠片关于各个定子绕组头的冷却的加权。

优选地，冷却设备包括排出机构。排出机构能够设在冲击冷却板上。替选地或附加地，排出机构能够设在定子装置绕组头的至少一个通道上，多个通道中的至少一个选择组终止在该定子装置绕组头中。

优选地，冷却设备包括冷却剂，只要在通道的第二端部上存在比在蓄压器中更小的静压，所述冷却剂就从蓄压器流向通道的第二端部。因此，在通道的第二端部上的较小的压力的设置是有利的，因为冷却剂朝哪个方向流动被限定，使得相应的冷却循环能够形成冷却剂的流动方向。

优选地，排出机构能够设计为，使得在冷却运行中在通道的第二端部上的静压小于在蓄压器10a中的静压。排出机构的相应的设置是有利的，因为在热力学的循环过程中实现冷却剂的期望的流动方向。此外，在充分设计排出机构或确定排出机构的尺寸的情况下，例如在冲击冷却板上得出定子的有效的冷却。

优选地，冲击冷却板能够安装在至少一个定子装置叠片的端部部段上。由此，能够实现在冲击冷却板和至少一个定子装置叠片之间的有效的热传递，这造成定子装置叠片的有效的冷却。

优选地，冷却设备能够包括能用冷却剂穿流的多个第二通道，所述多个第二通道在第一端部或端部部段上与第二蓄压器连接，并且在第二端部或端部部段上分别在第二冲击冷却板中和/或在定子绕组头的通道中终止。

在所述实施方式中有利的是，能够有效地通过第一和第二冲击冷却板冷却定子装置绕组叠片的两个端部。同样，能够通过分别在定子装置绕组头的通道或通路中终止的第一通道的第二端部和/或第二通道的第二端部有效地冷却定子装置绕组头。

优选地，对于第二通道而言至少一个选择组在各个定子装置叠片之间伸展和/或第二通道的一个选择组在定子装置叠片的开口中伸展。替选地或附加地，第二通道的第二选择组至少部段地在定子绕组头的通道中伸展。第二通道的第一选择组的和/或第二通道的第二选择组的这种设置方式能够实现设定定子装置绕组组关于定子装置绕组头的冷却的相对冷却的加权。

更优选地，冷却设备的第二冲击冷却板能够安装在定子装置叠片(也称作定子叠片或叠片)的第二端部部段上。因此，能够有利地将在两个端部上的定子装置绕组组有效地借助于第一和第二冲击冷却板冷却，这能够实现更有效的散热。

如对于第一蓄压器的情况，第二蓄压器也能够包含冷却剂，只要在第二通道的第二端部上存在比在第二蓄压器中更小的静压，所述冷却剂从第二蓄压器流向第二通道的第二端部。这种实施方式是有利的，因为使用于通过根据本发明的冷却设备冷却的热力学的循环过程形成冷却剂流的方向，而为此不需要特殊的例如呈泵的形式的驱动机构。

优选地，冷却设备能够包括第二排出机构，所述排出机构设计为，使得在冷却运行中在第二通道的第二端部上的静压比在第二蓄压器中的静压更小，如这已经对于第一排出机构的情况所阐述的。不仅对于第一排出机构而且对于第二排出机构而言，冷却运行设计为，使得通过冷却设备进行电机的能测量的冷却。这能够在电机的运行中和/或在电机静止的情况下进行。

优选地，在根据本发明的冷却设备中，在环周方向上第一通道和第二通道在定子2之内交替，这能够实现定子的节省位置的冷却。尤其，能够通过使用两个冷却循环和/或交替地设置第一通道和/或第二通道以有利的方式进行定子的均匀的冷却。此外，本发明涉及一种电机。所述电机包括转子和定子，其中定子包括至少一个定子装置绕组，所述定子装置绕组具有至少一个定子装置叠片和至少一个定子装置绕组头。根据本发明的电机还包括上文所描述的根据本发明的冷却设备。根据本发明的电机优选能够是发电机和/或电动机。

附图说明

结合实施例的下面的描述使本发明的上文所描述的特性、特征和优点及其如何实现的方式和方法变为能更清楚并且更明确理解的，所述实施例结合附图详细阐述，其中

图1示出安装在定子的四分之一部分上的根据本发明的冷却设备1的局部；

图2示出在电机100的定子2的四分之一部分的局部上的根据本发明的冷却设备1的第二实施方式；以及

图3示出根据现有技术的电机101的四分之一部分的局部。

具体实施方式

图1示出电机100的局部，尤其包括在第一实施方式中根据本发明的冷却设备1的定子2的局部。如所示出的，定子2由多个定子装置叠片2b(也称作叠片或定子叠片)构成。各个定子装置叠片2b设置为，使得第一通道6a在所述定子装置叠片之间伸展。第一通道6a在第一端部或第一端部部段7a上与蓄压器10连接。在第二端部或第二端部部段7b上第一通道6a与冲击冷却板8流体连接和/或设置在定子绕组头2c的通道中。只要在压力罐10(在图1中右侧示出)中存在比在第一通道6a的第二端部7b上更高的静压，那么如通过箭头表明地，位于压力罐10中的冷却剂从压力罐10流向第一通道6a的第二端部7b。对于本领域技术人员已知的是，如何确定冲击冷却板的尺寸，以便确保在通道6a的在冲击冷却板8中终止的第二端部7b上的较小的压力。此外在冲击冷却板8上能够设有适合的排出机构(未示出)，使得能够实现极为有效的冷却，也就是说冲击冷却。接触的相邻的定子装置叠片2b借助于冲击冷却板8通过冲击冷却来冷却。令人感兴趣的是，保持冷却剂的流动以便将热量有效地从定子2导出。此外，通过在冲击冷却板8上和/或在第一通道6a的第二端部7b上设置的较小的静压确保，在第一通道6a之内的冷却剂沿期望的方向流动，由此实现散热进而实现定子装置叠片2b的期望的冷却。对于第一通道6a的在定子装置绕组头2c中终止的第二端部7b而言，必须设有足够大的排出口，使得在通到定子装置绕组头2c中的第一通道6a的第二端部7b上也保持较小的静压，也就是说尤其小于在蓄压器10中的静压。对于本领域技术人员已知了适合的排出机构，所述排出机构确保从第二端部7b流出的冷却剂能够以足够的量导出，以便在冷却运行中保证在第一通道6a的第二端部7b上的较小的静压。

图2示例地示出根据本发明的另一实施方式的冷却设备1，所述冷却设备安装在电机100中，其中图2，如图1已经仅示出电机100的四分之一部分的剖面示出的，就此而言是对于根据本发明的冷却设备1和/或根据本发明的电机100的理解必需的。对于在第一蓄压器10a和第一压力板8a和/或第一定子装置绕组头2c之间的第一通道6a附加地，设有多个第二通道6b，所述第二通道以第二蓄压器10b为出发点。第二通道6b的第一端部7a在第二蓄压器10b中终止。第二通道6b的第二端部7b在第二冲击冷却板8b中和/或在定子装置绕组头2c中终止。定子装置绕组头2c的和/或第一冲击冷却板8a的以及第二冲击冷却板8b的设置方式在图2中仅示例地给出并且应阐述本发明的第二实施方式的原理。通过结合第一和第二冲击冷却板8a、8b来使用第一和第二蓄压器10a、10b能够从两侧，也就是说从在第一和第二冲击冷却板8a、8b之间的相应的定子装置叠片2b的两个端部实现定子叠片2b的有效的冷却。从定子叠片2b的更有效的冷却中也得出定子的更有效的冷却。令人感兴趣的是，在第一通道6a的相应的第二端部部段7b上和/或在第二通道6b的相应的第二端部部段7b上设有比在分别连接的第一或第二压力罐10a、10b中更小的静压，以便使在第一通道6a的内部中的和/或在第二通道6b的内部中的冷却剂形成期望的流动方向进而不需要另外的例如呈泵的形式的驱动机构而设有用于冷却定子2的热力学的循环过程的流动方向。

对于本领域技术人员能理解的是，具有两个冲击冷却板8a、8b和两个压力罐10a、10b的其他设置方式是可能的。适合的是，在定子2的环周方向上使第一通道6a和第二通道6b交替设置。不受限制地，也能够使用更多的不仅仅是第一和第二通道6a、6b，他们分别与另外的压力罐(未示出)和可能的另外的冲击冷却板(未示出)连接。

对于本领域技术人员能理解的是，作为用于本发明的实施方式的冷却剂能够使用气态的冷却剂，例如空气、氧气和/或氢气。氢气尤其是有利的，由于高的热容量进而将热量从定子装置叠片2b和/或定子装置绕组头2c中提取的高的能力。对于本领域技术人员已知的是，在将氢气用作冷却剂的情况下，安全措施是必需的，以便避免爆鸣气爆炸。这种安全设备是对于本领域技术人员已知的，对于本发明的理解不是必需的进而在本文中不再详细阐述。

同样可能的是，使用液体作为冷却剂，所述液体在第一通道6a和/或第二通道6b以及在其他的通道中流动。在本文中尤其考虑不导电的液体、例如蒸馏水。替选地和/或附加地，也能够使用发电机油。在使用尤其从在定子装置绕组头2c之内的第二端部7b中流出的导电的冷却剂的情况下要保证，所述冷却剂不引起定子绕组2a的或定子2的导电的部件之间的短路。同样必须要排除的是，导电的冷却剂引起在定子2和/或转子之间的，同样如在电机1的其他的导电的部件之间的短路。然而，相应的措施是对于本领域技术人员已知的进而在本文中不再进一步阐述。

尽管结合定子板2b(也称作定子叠片、定子装置板、定子装置叠片，或定子装置)阐述根据本发明的冷却设备1，然而能够不受限制地考虑将冷却设备1设在转子4的叠片上。当然，在转子4的根据本发明的冷却中压力罐10a、10b必须安装在转动轴5上并且随着转动轴5的旋转而旋转，这使冷却设备1在转子4上的设置变得困难。

对于本领域技术人员显而易见的是，结合图1和2描述的冷却设备1能够与电机100的其他冷却设备进行组合，以便这样实现定子2的、转子4的和/或定子装置绕组头2c的所需的冷却。

如在图1和2中示出的，本发明也公开具有转子4(在图3中可见)和定子2的电机100，其中定子包括至少一个定子绕组2a，所述定子绕组具有至少一个定子叠片2b，如在图1和2中示出的，其中电机100包括如结合图1和2所阐述的根据本发明的冷却设备1。

根据本发明的电机能够不受限制地为发电机和/或电动机。

本发明不受冷却设备1的和/或电机100的列举的实施例的限制。尽管本发明在细节上通过冷却设备1的优选的实施例以及电机100的优选的实施方式说明和描述，但是本发明不受在此公开的示例限制。更确切地说，在此公开的实施方式的变型能够由本领域技术人员推导出，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于电机(100)的冷却设备(1)，所述电机具有包括至少一个定子绕组(2a)的定子(2)，所述定子绕组具有至少一个定子叠片(2b)和至少一个定子绕组头(2c)；所述冷却设备(1)包括：

-能用冷却剂穿流的多个通道(6a)，所述通道在第一端部部段(7a)上与蓄压器(10a)连接，并且在其第二端部部段(7b)上终止到冲击冷却板中和/或终止在定子装置绕组头(2c)的通道中。

2.根据权利要求1所述的冷却设备(1)，

其中多个所述通道(6a)中的至少一个选择组在各个所述定子装置叠片(2b)之间伸展；和/或多个所述通道(6a)中的至少一个选择组伸展到所述定子绕组头(2c)的开口中。

3.根据上述权利要求中任一项所述的冷却设备(1)，

其中在冲击冷却板(8a)上和/或所述定子装置绕组头(2c)的至少一个通道上设有排出机构。

4.根据上述权利要求中任一项所述的冷却设备(1)，

其中只要在所述第二端部部段(7b)上存在比在所述蓄压器中更小的静压，冷却剂就从所述蓄压器(10a)流向所述通道(6a)的所述第二端部部段(7b)。

5.根据权利要求3或4所述的冷却设备(1)，

其中所述排出机构设计为，使得在冷却运行中在所述通道(6a)的所述第二端部部段(7b)上的静压比在所述蓄压器(10a)中的静压更小。

6.根据上述权利要求中任一项所述的冷却设备，

其中所述冲击冷却板能够安装在至少一个所述定子装置叠片(2b)的端部部段上。

7.根据上述权利要求中任一项所述的冷却设备(1)，所述冷却设备还包括：

-能用冷却剂穿流的多个第二通道(6b)，所述第二通道在第一端部(7a)上与第二蓄压器(10b)连接，并且在第二端部部段(7b)上终止在第二冲击冷却板(8b)中和/或终止在至少一个定子装置绕组头(2c)的通道中。

8.根据权利要求7所述的冷却设备(1)，

其中所述第二通道(6b)中的至少一个选择组在各个所述定子装置叠片(2a)之间伸展和/或所述第二通道(6b)中的至少一个选择组伸展到所述定子装置叠片的开口中。

9.根据权利要求7或8所述的冷却设备，

其中所述第二通道(6b)的至少一个第二选择组至少部段地在所述定子装置绕组头(2c)的通道中伸展。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的冷却设备，

其中所述第二冲击冷却板(8b)能够安装在所述定子装置叠片(2b)的第二端部部段(7b)上。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的冷却设备(1)，

其中所述第二蓄压器(10b)包含冷却剂，只要在所述第二通道(6b)的所述第二端部部段(7b)上存在比在所述第二蓄压器(10b)中更小的静压，所述冷却剂就从所述第二蓄压器(10b)流向所述第二通道(6b)的所述第二端部部段(7b)。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的冷却设备(1)，

其中设有第二排出机构，所述第二排出机构设计为，使得在冷却运行中在所述第二通道(6b)的所述第二端部部段(7b)上的静压比在所述第二蓄压器中的静压更小。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的冷却设备(1)，

其中在环周方向上第一通道(6a)和第二通道在所述定子(2)之内、尤其在定子叠片(2b)之间交替。

14.一种包括转子(4)和定子(2)的电机(100)，所述定子具有至少一个定子绕组(2a)，所述定子绕组具有至少一个定子叠片(2b)和至少一个定子绕组头(2c)；

其中所述电机(100)包括根据权利要求1至13中任一项所述的冷却设备(1)。

15.根据权利要求14所述的电机(100)，

其中所述电机(100)是发电机和/或电动机。