CN1146099C - 气体冷却的电机 - Google Patents
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Abstract
在气体冷却的电机中，冷却气体流分别穿过设置在杆端圈环内的冷却通道并对绕组端上的线段杆进行直接冷却。结构为双平面的绕组杆的平面在圈环范围内被相互间隔开，形成一径向冷却通道。在散热圈环上冷却通道与管连接件连接，管连接件与环耦合件导电且流体耦接。绝缘管将环耦合件的冷却通道与电机风机的抽吸腔室连接，该腔室被一隔板与绕组端腔室分隔开，并且一壳体将加强冷却介质对冷却通道的径向流入。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体冷却的电机，该电机具有设置在定子矽钢片芯体槽内的定子绕组，该定子绕组主要由分别两个叠置在一个槽内的、由相互绝缘的绕组线段构成的定子绕组杆构成，该定子绕组杆在定子矽钢片芯体外部的绕组端部利用圈环和环耦合件相互电气连接成一绕组，其中圈环包含一定数量的标准圈环和一定数量的散热圈环，该电机上还具有一个用于产生穿过电机的冷却气体流的风机，其中该冷却气体流的分流流经在圈环内设置的第一冷却通道。
本发明以诸如EP-0519091 B1揭示的已有技术为基础。
背景技术
本带有间接冷却的定子绕组的电机中，端集电弓和与其连接的所谓的在绕组端部的环耦合件或相耦合件被由风机输送的冷却气体流的分流冷却。在极限功率电机中，端集电弓和相耦合件受到过热的威胁。在嵌入绕组槽内的绕组部分受到有目的的冷却的同时，那些位于外面的绕组部分不仅被电流，而且也被绕组端部腔室内的磁场加热。
在带有直接冷却的定子绕组的旋转的电机中，绕组由实心的和空心的绕组线段构成，在某些类型的电机中绕组线段甚至仅由空心导线构成。流经横跨定子杆总长度的空心导线的冷却介质其中也实现了对绕组端部的绕组杆的充分的冷却。环耦合件或相耦合件同样是空心导线结构的并被冷却介质强化冷却。
在空气冷却的电机和单侧馈送时，尤其在过长的电机中不再能实现充分的冷却效果。为了改进冷却效果，所以在EP-0392243 B1中建议，由实心的绕组线段构成的绕组杆备有侧面的或在两个绕组线段堆间的金属冷却管/冷却通道。冷却管/冷却通道相互和与绕组线段绝缘并且位于主绝缘中。由电机的两侧和电机的中部馈送冷却介质。在电机中部进行的冷却介质的馈送是通过在定子矽钢片芯体上的径向通道和在主绝缘中的孔实现的。被加热的冷却气体通过位于定子碳矽片芯体端区范围内的主绝缘中的孔和位于定子碳钢片芯体上的径向通道，离开冷却通道。
由于定子绕组杆配备有附加的通道并且这种通道设置在绕组杆内，这势必减少了槽填充系数。用于输入和导出冷却气体的并且绝大部分被嵌入主绝缘中的型件使绕组杆的制造成本过高。另外对设置在绕组端部的环耦合件的冷却未予考虑。
在EP-0519091 B1中记载了一种气体冷却的电机，其中仅对起着电气和机械连接的金属圈环进行冷却。在此处的圈环备有盖罩，该盖罩在留出一个或多个近似轴向伸展的通道时实际完全环绕圈环。这些通道在对着定子矽钢片芯体方向上是开放的。一个径向伸展的隔板将绕组端部腔室与电机风机的抽吸腔室分隔开。盖罩在其隔板侧端具有一个开孔，该开孔与所述通道自由连接。由此开孔有一软导管直接接入风机的抽吸腔室。由于在抽吸腔室与绕组端部腔室间的压差，一部分由风机输送的冷却介质流经所述通道并冷却圈环并且也对最外部的绕组杆端进行微量冷却。但不利的是，为对圈环进行冷却将使用冷却气体，而冷却气体在环流位于绕组端部的端集电弓对已被加热，故只能实现有限的冷却效果。
发明内容
本发明的任务在于提出一种本说明书引言部分中所述方式的电机，对其定子绕组端部和位于绕组端部腔室内的、与该定子绕组端连接的环耦合件可采用简单的手段充分进行冷却。
依照本发明，该任务的解决方案是：
—在绕组端部的定子绕组杆仅在圈环范围内备有所述的第一冷却通道，其中这些第一冷却通道基本径向伸展，
—散热圈环在第一冷却通道的顺流侧，在其本身与作为空心导线的环耦合件间具有管连接件，其中以带有第二冷却通道的空心导线实现环耦合件，所述第二冷却通道与散热圈环的第一冷却通道自由连接，
一环耦合件的第二冷却通道与一通过一隔板与绕组端腔室分隔开的腔室利用绝缘管或绝缘软管相连接，
—在隔板和圈环的端侧间备有一用于加强透流穿过标准圈环的第一冷却通道的壳体。
本发明的优点在于，通过径向的所有圈环范围内的第一冷却通道利用冷却气体流实现了对绕组杆端充分的冷却，其中在圈环上的第一冷却通道与空心导线结构的环耦合件的第二冷却通道直接连接。该第二冷却通道利用绝缘软管或管与一被隔板与绕组端腔室分隔开的腔室相连接，从而与散热圈环配合可实现对环耦合件的强化冷却。如果在所有圈环的端侧以恒定不变的与圈环的间隔，旨在实现隔板上的空气流的导向，设置一个壳体，从而实现空气被强制强化地流经第一冷却通道，尤其是有益的。
在一优选的实施方式中，定子绕组杆是双平面杆，其杆平面在绕组端范围内分别利用一个楔形嵌件相同互间隔开，从而在绕组杆端形成径向第一冷却通道。对绕组杆端起着固定作用的圈环由连接件构成，这些连接件在第一冷却通道范围内同样是相互间隔的。这些圈环被绝缘罩环围，这些绝缘罩对于第一冷却通道分别具有一个入口孔和一个出口孔。
如果冷却气体流由径向外部向径向内部流经绕组端并从而流经绕组杆端的圈环，则尤其是有益的。
该解决方案的构思基础尤其在于，实现惯用定义的激活部分中的冷却，即间接冷却，并且对位于面端区外的绕组杆端和在绕组端的环耦合件一起用强制冷却进行直接冷却。
下面将对照附图对本发明的实施例及因此实现的优点做进一步的说明。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例。图中示出：
图1气体冷却的电机的定子绕组端展开断面图；
图2沿图1D-D线的定子绕组端上的绕组杆端的截面；
图3沿图2C-C线的绕组杆端的纵剖面；
图4沿图2A-A或B-B线的散热圈环的纵剖面以及与散热圈环连接的环耦合件和用于空气导向的壳体；
图5沿图2E-E线的标准圈环的纵剖面以及用于空气导向的壳体；
图6环耦合件展开断面。
具体实施方式
在附图1中示出气体冷却的电机的定子绕组端展开的断面简图。在定子矽钢片芯体2的每个定子槽1内分别有一下杆3和一上杆4相互叠置。出于简明起见，在图1中仅绘入了两个下杆和两个上杆。通常分别有一下杆3和一上杆4来自不同的槽1，利用电绝缘圈环5相互电气和机械连接并采用此方式被共同连接成一个绕组。所有由定子矽钢片芯体2引出的下杆和上杆连同圈环5共同构成定子绕组端。下杆和上杆由许多相互电绝缘的绕组线段6构成，这些绕组线段被分配在两个相邻的绕组线段堆上，被一个共同的主绝缘7环围，该主绝缘一直延伸到圈环5(参见图2和3)。而且还揭示了这样一种定子绕组杆是双平面杆。电机在此程度上是已知的。
结合图3所示，杆端以及圈环5a、5b的结构如下所述：各个绕组线段6构成叠置在一起的两个绕组线段堆，从而对于下杆3及上杆4形成一双平面杆。在杆端方向，绕组线段堆利用楔形嵌件15相互留有一定间隔，从而在某杆端上的杆平面之间形成冷却通道8。环绕杆端的圈环5a、5b环包L形金属连接件14，该金属连接件用于固定杆端。在此处通过焊接绕组线段6相互并且绕组线段与L形连接件14电气和机械连接在一起，其中连接件14在短脚的面端侧与冷却通道8同心为冷却介质流提供一个开孔。由L形连接件14构成的圈环5a、5b被一个绝缘盖罩16a、16b、16c环围，其中绝缘盖罩16a、16b、16c与圈环5之间的中间腔室填满填充材料17。
在这里标准圈环5a与所谓的散热圈环5b间是有区别的。这样在一个由四个L形连接件14构成的标准圈环5a中每一个下杆3和一个上杆4拼合成杆端并被一绝缘罩16a环围。其中绝缘罩16a在其下杆侧具有一冷却通道8的入口孔18并且在其上杆侧具有冷却通道8的出口孔19。用13表示冷却气体的流向。
对采用穿流带有标准圈环5a的杆端实现最佳冷却重要的是冷却气体径向输入。在实施例中选定的是冷却气体由绕组端外圆周向绕组端内圆周的流向13。
对散热圈环5b上的杆端实现的冷却程度与对标准圈环5a上的杆端实现的冷却相同。散热圈环5b提供了与环围绕组端外圆周的环耦合件或相耦合件20的电气连接(参见图4)，其中该环耦合件与(图中未示出的)发电机端子导电连接。依照本发明，散热圈环5b分别围绕一杆端，即一上杆4的杆端或一下杆3的杆端安装。在上杆端或下杆端上的散热圈环5b的基本结构当然是相同的，这就是为什么在图4中仅示出沿图2示出的切线AA和BB的切面的原因。因此在下面有关在散热圈环5b上的冷却装置的结构，仅以上标端4上的配置为例加以说明。
如上所述，采用楔形嵌件15间隔开的杆平面在散热圈环5b上被L形连接件14夹固，在此情况时被两个L形连接件夹固。散热圈环5b在L形连接件14的短脚上通过金属连接件12与管子连接件11进行导电和就穿过散热圈环5b的导流通道8而言的连接。散热圈环5b及管子连接件11的端部被一绝缘盖罩16c封装，该盖罩在绕组端内圆上具有一个冷却气体入口孔18。如图4所示，管子连接件10通向一个从径向外部环围绕组端的环耦合件20。尽管每个环耦合件20都配备有这样的接头，但出于简明的考虑，将管子连接件20的导电和导流连接分开进行表述。环耦合件20具有一个矩形结构并且是带有一个冷却通道9的空心导体。杆平面5b的冷却通道8与管子连接件11的冷却通道10和与环耦合件20的冷却通道9顺序自由连接。每个环耦合件20被一密封盖罩23闭合，其中冷却通道9通过密封盖罩23和螺旋连接件21接入绝缘管31。绝缘管31的另一端同样利用螺旋连接件固定在隔板33上。如图6中环耦合件20的展开图所示，绝缘管31在绕组端腔室30内将环耦合件20的冷却通道9与低压腔室32，例如(未示出的)电机风机的抽吸腔室连接，由一径向伸展的隔板33将该腔室与绕组端腔室30分隔开。就与未示出的发电机端子的导电连接而言是由实心导线22承担的。当然绝缘管31也可以是绝缘软管，并且优选由聚四氟乙烯制成。因此散热圈环5b的冷却通道8与电机风机的抽吸腔室32处于自由连接状态，从而保证了对散热圈环5b和环耦合件20的强化冷却。
由于在抽吸腔室32和绕组端腔室30间的压差，由电机风机输送的冷却气体的分流，如图4中箭头13所示，穿流过冷却通道8，然后流经管子连接件11的冷却通道10，再然后流经环耦合件20的冷却通道9并通过绝缘管31离开环耦合件20进入电机风机的抽吸腔室32。
在图5纵剖面图中举例示出的标准圈环5a直至与环耦合件20的连接，其结构都基本相同。绝缘罩盖16a封包下杆3和上杆4的杆端，其中同样留有一径向冷却通道8。为实现有针对性的流入该冷却通道13内在绝缘盖罩16a的面端侧对面设置有一个壳体34。该壳体34在整个绕组端腔室内成环状设置在所有绝缘盖罩16a、16b、16c的面端侧的相邻处(参见图4)，从而在绝缘罩盖16a、b、c与壳体34间形成受限的导流通道并因此强化促使冷却介质流从绕组端腔室30径向外侧向径向内侧顺流向13通过冷却通道8。壳体34被螺旋件固定在内环35和外环36上，这些环件35、36同时也起着支承电机中的绕组端的作用。为实现对标准圈环5a的最佳冷却，一方面充分利用了绕组端腔室内径向外侧与径向内侧间冷却介质的压差，其中的壳体34方式的导流辅助手段将冷却介质流13导向，径向穿过冷却通道8。
当然如果变更配置方式使冷却气体输送给径向内侧并且接着向径向外侧穿过冷却通道8，则也可以实现反向流体循环。
依照本发明，圈环5a、5b在杆端上配备径向的冷却通道8，结合环耦合件20的冷却通道9和一个设置在圈环5a、5b面端侧相邻处的壳体34，可保证为限制功率电机的绕组端范围内的所有导电器件实现最佳的和相对简单的冷却配置。
附图标记对照表
1 2上的槽
2 定子矽钢片芯体
3 下杆
4 上杆
5 圈环
5a 标准圈环
5b 散热圈环
6 绕组线段
7 主绝缘
8、9、10 冷却通道
11 管连接件
12 连接件
13 冷却介质流向
14 L形连接件
15 楔形嵌件
16、16a、b、c 绝缘盖罩
17 填充材料
18 入口孔
19 出口孔
20 环耦合件/相耦合件
21 螺接件
22 导出管
23 密封罩盖
30 绕组端腔室
31 绝缘管或绝缘软管
32 电机风机抽吸腔室
33 30和32间的隔板
34 壳体
35 内环
36 外环
Claims (5)
1、气体冷却的电机，具有设置在定子矽钢片芯体(2)槽(1)内的定子绕组，该定子绕组包括分别叠置在一个槽(1)内的并由相互绝缘的绕组线段(6)构成的两个定子绕组杆(3、4)，该定子绕组杆在定子矽钢片芯体(2)外部的绕组端上利用圈环(5a、5b)和环耦合件(20)相互电气连接成一个绕组，其中圈环(5a、5b)包含有一定数量的标准圈环(5a)和一定数量的散热圈环(5b)，该电机还具有一个用于产生穿过电机的冷却气体流的风机，其中该冷却气体流的一个分流流经设置在圈环(5a、5b)内的第一冷却通道(8)，其特征在于：
—在绕组端上的定子绕组杆仅在圈环(5a、5b)范围内备有所述的第一冷却通道(8)，其中这些第一冷却通道(8)基本径向伸展，
—散热圈环(5b)在第一冷却通道(8)的顺流侧的其本身与作为空心导线的环耦合件(20)间具有管连接件(11)，其中以带有第二冷却通道(9)的空心导线实现环耦合件(20)，所述第二冷却通道与散热圈环(5b)的第一冷却通道(8)自由连接，
—环耦合件(20)的第二冷却通道(9)利用绝缘管(31)或绝缘软管与一由一隔板(33)与绕组端腔室(30)分隔开的腔室(32)相连接，
—在隔板(33)和圈环(5a、5b)的面端侧间备有一个用于加强透流穿过标准圈环(5a)的第一冷却通道(8)的壳体(34)。
2、依照权利要求1所述的电机，其特征在于：定子绕组杆(34)为双平面杆结构，其杆平面在绕组端范围内分别用一楔形嵌件(15)相互间隔，从而在杆端形成径向第一冷却通道(8)。
3、依照权利要求2所述的电机，其特征在于：圈环(5a、5b)由金属连接件(14)构成，这些连接件在第一冷却通道(8)范围内相互间隔。
4、依照权利要求1所述的电机，其特征在于：由绝缘盖罩(16a、16b、16c)对圈环(5a、5b)环包，绝缘盖罩具有第一冷却通道(8)的入口孔和/或出口孔(18、19)。
5、依照权利要求1所述的电机，其特征在于：壳体(34)成环状与圈环(5a、5b)的面端侧保持恒定间隔加以设置，其中形成圈环(5a、5b)面端侧与壳体(34)间限界的流体通道。
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