CN105580250A - 用于电机的冷却设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电机的冷却设备，所述冷却设备具有至少一个封闭的毛细管(6)，在所述毛细管之内存在冷却流体(13，14)并且所述毛细管引入到电机的叠片组(1)的留空部(5)中，使得毛细管(6)导热地与叠片组(1)连接并且部分地从叠片组(1)中伸出，使得毛细管(6)具有设置在叠片组(1)之外的冷端(7)和设置在叠片组(1)之内的热端(7)，其中冷却流体(13，14)和毛细管(6)的用冷却流体(13，14)填充的填充度被选择为，使得在电机运行时热量从叠片组(1)到毛细管(6)中的引入(17)引起冷却流体(13，14)的蒸发，并且毛细管(6)的冷端(8)是可冷却的，使得在蒸发时产生的蒸汽(14)冷凝并且引入(17)到毛细管(6)中的热量是可从毛细管中导出(18)的。

Description

用于电机的冷却设备
技术领域
本发明涉及一种用于电机的冷却设备和一种具有冷却设备的电机。
背景技术
在电机、例如马达或发电机中，电能被转换为旋转能量或旋转能量被转换为电能。电机具有转子和定子，其中定子具有叠片组，电导线装入所述叠片组中并且构成为绕组。为了将导线相对于彼此电绝缘，相对于环境电绝缘并且相对于叠片组电绝缘，电导线由主绝缘部包封。在电机运行时，导线由于在其中流动的电流而加热。通过热传导也将在导线中释放的热量传递到主绝缘部和叠片组上。
因为在超过最大允许温度之后出现主绝缘部的热分解，所以需要将电机的温度限制到最大允许温度上。在继续分解之后会造成穿过主绝缘部的电击穿，这导致电机的使用寿命的缩短。为了禁止超过最大允许温度，通常在叠片组中设有冷却通道，在电机运行时气体、例如空气或氢气流过所述冷却通道，以便冷却叠片组。然而不利的是，由此仅能够以小的热流密度将热量从叠片组中导出。电机可借以来运行的最大功率通过可从叠片组中导出的热量来限制。
发明内容
本发明的目的是，实现一种用于电机的冷却设备和一种具有冷却设备的电机，其中借助于冷却设备可将高的热流密度从叠片组中导出。
用于电机的根据本发明的冷却设备具有至少一个封闭的毛细管，在所述毛细管之内存在冷却流体并且所述毛细管引入到电机的叠片组的留空部中，使得毛细管导热地与叠片组连接并且部分地从叠片组中伸出，以至于毛细管具有设置在叠片组之外的冷端和设置在叠片组之内的热端，其中冷却流体、冷却流体的热动力的状态点和毛细管的用冷却流体填充的填充度被选择为，使得在电机运行时热量从叠片组到毛细管中的引入引起冷却流体的蒸发，并且毛细管的冷端是可冷却的，使得在蒸发时产生的蒸汽冷凝，并且能够引入到毛细管中的热量是从毛细管中导出的。
毛细管的用冷却流体填充的填充度被选择为，使得毛细管中的冷却流体的摩尔体积基本上是临界的摩尔体积。由此冷却流体在尽可能宽的压强范围上不仅以液态形式而且以气态形式存在，使得冷却设备也在尽可能宽的压强范围中运转。
在借助于根据本发明的冷却设备将热量从叠片组中导出时，充分利用冷却流体的蒸发焓和冷凝焓。由此，与将热量传递到气体上的常规的冷却装置相比，热量能够以明显更高的热流密度从叠片组中导出。由此，在叠片组的长度给定时能够以更高的功率运行电机。也可行的是，在电机的功率给定时叠片组更短地构成。也可行的是，给现有的电机加装根据本发明的冷却设备，使得现有的电机能够以更高的功率运行。
优选的是，冷却流体和毛细管的材料被选择为，使得在毛细管和冷却流体之间的附着力大于冷却流体的凝聚力，以及毛细管构成为薄至，使得在电机运行时与重力的影响无关地构成毛细管中的冷却流体的循环流，其中所述循环流构成为，使得在毛细管的内侧上形成由基本上从冷端移动到热端的液体构成的膜，并且蒸汽以由所述膜包围的方式基本上从热端移动到冷端。由此有利地保证，循环流与毛细管的取向无关地设置。因此，冷端能够设置在热端的水平平面上方、下方或同一水平平面中。循环流有利地具有高的质量流，由此热流密度是高的，热量能够以高的热流密度从叠片组中导出。
毛细管的内直径优选为1mm至5mm。在直径较小时不可行的是，在毛细管的横截面中同时存在由液体构成的相以及由蒸汽构成的相。在直径较大时毛细作用不足以在毛细管的竖直取向，其中冷端设置在热端下方时，使液体克服重力向上运动。
冷却设备优选具有液体冷却装置，尤其水冷却装置，借助于所述液体冷却装置可以冷却毛细管的冷端。优选的是，冷却设备具有散热片，借助于所述散热片可以冷却毛细管的冷端。在此优选的是，散热片是气冷式的。借助于液体冷却装置和/或散热片有利地保证，蒸汽在冷端的区域中冷凝并且将在冷凝中释放的冷凝焓从毛细管中导出。
优选地，叠片组具有沿环周方向并排设置的槽，电导线引入到所述槽中，并且毛细管的热端设置在两个相邻的槽之间。因为待从叠片组中导出的热量尤其在电导线中释放，所以两个相邻的槽之间的区域是叠片组的最热的区域。通过将毛细管的热端设置在该区域中的方式，可以有利地借助于根据本发明的冷却设备冷却叠片组的最热的区域。
冷却流体优选是水，醇，尤其甲醇、乙醇、丙醇和/或丁醇，和/或烷，尤其丙烷、丁烷、戊烷、己烷和/或庚烷。所提到的物质是有利的，因为所述物质提供大的两相区，这意味着，所述物质在大的压强范围和温度范围上不仅以液态形式而且以气态形式存在。水和醇尤其是有利的，因为其具有大的蒸发焓。在此适用的是，借助于较大的蒸发焓，热量能够以较大的热流密度从叠片组中导出。
优选的是，设有多个毛细管，所述毛细管在叠片组上以在环周上并且沿着轴向方向均匀分布的方式设置。由此有利地实现，整个叠片组是可均匀地冷却的。
根据本发明的电机具有根据本发明的冷却设备。优选的是，电机是电发电机。替选地，优选的是，电机是电动马达。
附图说明
在下文中，根据所附的示意图详细阐述本发明。附图示出：
图1示出叠片组与冷却设备的视图；
图2示出贯穿毛细管的剖面；以及
图3示出冷却流体的-图表。
具体实施方式
如从图1中所看到的那样，电机具有环形的叠片组1，其中在图1中仅示出叠片组1的局部。在叠片组1的径向内侧3上引入沿着环周方向并排的并且基本上轴向延伸的槽4。电导线引入到槽4中，其中电导线由主绝缘部包封，使得电导线相对于叠片组1电绝缘。留空部5设置到叠片组1中，所述留空部从两个相邻的槽4之间的区域延伸直至叠片组1的径向外侧2。
分别将毛细管6引入到留空部5中的每一个中。在此，毛细管6导热地与叠片组1接触。为了提高热导率，例如能够在叠片组1和毛细管6之间引入导热膏。如从图2中所得知的那样，毛细管6具有柱形的管，所述管的两端是封闭的，以至于毛细管6是封闭的，使得没有流体能够进入毛细管6中或从毛细管中离开。毛细管6比留空部5更长，使得引入留空部5中的所述毛细管具有冷端8和热端7，所述冷端设置在叠片组1之外，所述热端设置在叠片组1之内。在此，热端7设置在两个相邻的槽4之间。
在电机运行时，冷端8是可冷却的，其中在图1中示出冷却的两个不同的实施方式。在第一实施方式中，冷端8由罩9包围，冷却流体输入管路10和冷却流体输出管路11连接到所述罩上。冷却液体、尤其水经由冷却流体输入管路10导入到罩9中，在那里冷却流体吸收毛细管6的热量。在罩9中变热的液体经由冷却流体输出管路11从罩9中导出。在第二实施方式中，冷端8由散热片12包围。散热片12例如能够借助于空气流冷却。
如从图2中所看到的那样，毛细管6填充有冷却流体，其中在电机运行时冷却流体的循环流在毛细管之内构成。为此，冷却流体和毛细管6的用冷却流体填充的填充度被选择为，使得在电机运行时冷却流体同时作为液体13以及作为蒸汽14存在。通过毛细作用，液体13贴靠在毛细管6的内侧20上。由此，液体13形成基本上柱形的环。蒸汽14位于该柱形的环的内部中，由此在液体13和蒸汽14之间构成基本上柱形的相界15。从叠片组1到毛细管6中的热量引入17引起液体13的蒸发。由于毛细作用，蒸发的液体通过后补充的液体替代，由此产生液体从冷端8到热端7的流动方向16。蒸汽14在冷端8上冷凝，由此得出蒸汽14的从热端7到冷端8的流动方向16。通过冷端8的冷却进行离开毛细管6的散热18。
在图3中示出冷却流体的图表。在横坐标22上标出的是冷却流体的摩尔体积而在纵坐标23上标出的是冷却流体的压强p。在图3中用阴影示出的是两相区24，在所述两相区之内冷却流体不仅作为液体13而且作为蒸汽14存在。关于两相区24朝向较小的摩尔体积，冷却流体作为液体13存在，关于两相区24朝向较大的摩尔体积，冷却流体作为蒸汽14存在。两相区24的最大值是临界点25。所示出的是：伸展穿过两相区24的第一等温线26、穿过临界点25的第二等温线27和与临界等温线相比具有更高的温度的第三等温线28。为了能够进行冷却流体的蒸发和冷凝，在电机运行时冷却流体必须位于两相区之内。据此，填充度被选择为，使得为此得出在图表中竖直伸展的等容线，所述等容线与两相区24相交。在此优选的是，与临界点25相交的临界等容线被选择为，使得冷却流体位于两相区24中的尽可能宽的压强范围上。
尽管本发明的细节通过优选的实施例详细说明和描述，但是本发明不受限于所公开的实例并且本领域技术人员能够从中推导出其他变型形式，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于电机的冷却设备，
所述冷却设备具有至少一个封闭的毛细管(6)，在所述毛细管之内存在冷却流体(13，14)并且所述毛细管引入到所述电机的叠片组(1)的留空部(5)中，使得所述毛细管(6)导热地与所述叠片组(1)连接并且部分地从所述叠片组(1)中伸出，以至于所述毛细管(6)具有设置在所述叠片组(1)之外的冷端(7)和设置在所述叠片组(1)之内的热端(7)，
其中所述冷却流体(13，14)和所述毛细管(6)的用所述冷却流体(13，14)填充的填充度被选择为，使得在所述电机运行时热量从所述叠片组(1)到所述毛细管(6)中的引入(17)引起所述冷却流体(13，14)的蒸发，并且所述毛细管(6)的所述冷端(8)能冷却为，使得在蒸发时产生的蒸汽(14)冷凝并且引入(17)到所述毛细管(6)中的热量是能够从所述毛细管中导出(18)的，
其中所述毛细管(6)的用所述冷却流体(13，14)填充的填充度被选择为，使得所述毛细管(6)中的所述冷却流体(13，14)的摩尔体积基本上是临界的摩尔体积。
2.根据权利要求1所述的冷却设备，
其中所述冷却流体(13，14)和所述毛细管(6)的材料被选择为，使得所述毛细管(6)和所述冷却流体(13，14)之间的附着力大于所述冷却流体(13，14)的凝聚力，
以及所述毛细管(6)构成为薄至使得在所述电机运行时与重力的影响无关地构成所述毛细管(6)中的所述冷却流体(13，14)的循环流，其中所述循环流构成为，使得在所述毛细管(6)的内侧(20)上形成由基本上从所述冷端(8)移动到所述热端(7)的液体(13)构成的膜，并且所述蒸汽(14)以由所述膜包围的方式基本上从所述热端(7)移动到所述冷端(8)。
3.根据权利要求2所述的冷却设备，
其中所述毛细管(6)的内直径(19)为1mm至5mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却设备，
其中所述冷却设备具有液体冷却装置，尤其水冷却装置，借助于所述液体冷却装置能够冷却所述毛细管(6)的所述冷端(8)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却设备，
其中所述冷却设备具有散热片(12)，借助于所述散热片能够冷却所述毛细管(6)的所述冷端(8)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却设备，
其中所述叠片组(1)具有沿着环周方向并排设置的槽(4)，电导线引入到所述槽中，并且所述毛细管(6)的所述热端(7)设置在两个相邻的槽(4)之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的冷却设备，
其中所述冷却流体(13，14)是水，醇，尤其甲醇、乙醇、丙醇和/或丁醇，和/或烷，尤其丙烷、丁烷、戊烷、己烷和/或庚烷。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的冷却设备，
其中设有多个毛细管(6)，所述毛细管在所述叠片组(1)上以在环周上并且沿着轴向方向均匀分布的方式设置。
9.一种具有根据权利要求1至8中任一项所述的冷却设备的电机。
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