CN1187708A - 气冷电机 - Google Patents

Abstract

气冷电机,其特征是位于绕组端部的定子绕组条(3,4)在圆环(5a,5b)的区域内与所述第一冷却通道(8)相连接;在第一冷却通道(8)的出口处,普通圆环(5a)与吸气室(32)之间借助于第一绝缘管(36)或绝缘软管连接在一起;在第一冷却通道(8)的出口处,散热圆环(5b)相互之间、以及由空心导线构成的连接环(20)之间具有连接管(11),其中的连接环(20)作为空心导线构成第二冷却通道(9);连接环(20)的第二冷却通道(9)和吸气室(32)之间借助于第二绝缘管(31)或绝缘软管相连接。

Description

气冷电机

本发明涉及一种气冷电机，包括安装在定子矽钢片芯体线槽中的定子绕组，其主要组成部分包括由两个在线槽中重叠排列、相互绝缘的绕组分段组成的定子绕组条，该定子绕组条的位于定子矽钢片芯体外面的绕组端部通过圆环和连接环相互连接形成绕组，其中的圆环包括多个普通圆环和多个散热圆环，还包括一个用于产生穿过电机的冷却气流的风扇，并且所述冷却气流的一个支流是通过设置在圆环内部的第一冷却通道引导的。

这一发明是以EP 0159091 B1等公开的已有技术为基础作出的。

带有间接冷却的定子绕组的电机，前集电弓及其相连的所谓连接环或在绕组端部的相位耦合件是通过风扇输送的冷却气体的一个支流进行冷却的。在以极限功率运转的电机中，前集电弓和相位耦合件由于高热而有损坏的危险。当对位于绕组线槽内的绕组进行专门冷却时，留在线槽外的绕组部分不仅会因通过电流而发热，而且也通过绕组端部的磁场受到了加热。

带有直接冷却式定子绕组的旋转电机，其绕组是由实心和空心的绕组分段组成的，有些型号电机的绕组甚至只是由空心导线组成。通过空心导线流经定子条全长的冷却介质也能使绕组端部的绕组条得到足够的冷却。连接环或相位耦合件同样采用空心导线制成并由冷却介质进行强制冷却。

在单向送气的气冷电机中，特别是当电机长度较大时，冷却效果不够好。为了提高冷却效果，在EP-039243B1中建议，由实心绕组分段组成的绕组条要带有敷设在侧面的金属冷却管/冷却通道或者在两个绕组分段组合之间敷设金属冷却管/冷却通道。冷却管/冷却通道相互之间以及绕组分段之间相互绝缘并设置在主绝缘层之内。供气来自电机的两端和电机的中央。给电机中央供气是通过在主绝缘层中的开口和定子绕组的矽钢片芯体的辐射通道进行的。受热后的冷却气体通过在定子绕组矽钢片芯体端部区内的主绝缘的开口和通过定子绕组矽钢片芯体的辐射通道离开冷却通道。

带有附加通道的定子绕组条的构造和将类似通道敷设到条中的结构减小了线槽填充系数。作为冷却气流进出口的模制件，其绝大部分都嵌在主绝缘之中，因而增加了绕组条的生产成本。而且装置在绕组端部的连接环也没有得到冷却。

EP-0519091B1中公开了一种气冷电机，其中仅对这种气冷电机的用于电气和机械连接的金属圆环进行冷却，金属圆环带有一个罩，除了一个或几个基本沿轴向露在外面的通道外，该罩把的圆环完全围护起来。这些通道对着定子矽钢片芯体的方向敞开。一个沿径向设置的隔板把绕组端部的腔室分隔成电机风扇的吸气室。该罩在隔板侧面的端头有一个开口，开口与上述讲到的通道自由连通，由这个开口引出一柔性导管直接进入风扇吸气室中。由于吸气室和绕组端部线槽室之间存在的压力差，由风扇送出的冷却介质的一个支流就可通过所述通道，对圆环进行冷却，同时对最外部的绕组条端部进行冷却。这种结构的不足之处是，冷却圆环所使用的冷却介质已经在流经绕组端部的前集电弓时被加热，也就是说，冷却效果是有限的。

本发明的任务是提供一种上述类型的电机，此种电机定子绕组的端部、在绕组端部线槽中的与定子绕组端部相连接的连接环都可用简单的方式进行充分的冷却。

根据本发明，这一任务的解决方案是，位于绕组端部的定子绕组条只是在圆环的区域内与所述第一冷却通道相连接，并且所述第一冷却通道基本上是沿径向布置的；在第一冷却通道的出口处，普通圆环与吸气室之间借助于第一绝缘管或绝缘软管连接在一起，所述吸气室是通过隔板将绕组端部室隔开而形成的；在第一冷却通道的出口处，散热圆环相互之间、以及由空心导线构成的连接环之间具有连接管，其中的连接环作为空心导线构成第二冷却通道，该第二冷却通道和散热圆环的第一冷却通道之间为自由连接；连接环的第二冷却通道和吸气室之间借助于第二绝缘管或绝缘软管相连接，所述的吸气室是由隔板分隔绕组端部室形成的。

这一发明的优点是，通过所有圆环区域内的径向第一冷却通道实现了冷却气流对绕组条端部的充分冷却。为此，普通圆环内的第一冷却通道与吸气室之间借助于第一绝缘管或绝缘软管连接在一起，所述吸气室是通过隔板将绕组端部室隔开而形成的。散热圆环的第一冷却通道与作为空心导线引出的连接环的第二冷却通道直接连通。第二冷却通道同样借助于绝缘导管或绝缘管与一个从绕组端部腔室开始的通过隔板隔开的吸气室相连接。这样，便可对散热圆环以及连接环进行强化冷却。

在一个优选的实施例中，定子绕组条是一个双平面绕组条，绕组条的平面在绕组端部区内各自借助于一个楔形隔离件相互隔开，从而在绕组端部形成了径向第一冷却通道。固定绕组条终端的圆环是由连接件组成的，连接件在第一冷却通道区内也同样相互隔开。所述圆环被绝缘罩围护，绝缘罩上均为第一冷却通道留有开口。

一种有利的结构是，冷却气流在绕组端部沿径向从外向内内流动，并且流过绕组条端部的圆环。

该解决方案特别是建立在以下构思之上，按传统方式对有效部分进行间接冷却，而对绕组端面区以外的绕组条端部和绕组端部内的连接环要组合起来进行直接冷却。

下面对照附图对本发明的实施例以及使用优点作进一步的说明。

附图表示的是本发明的实施例，其中：

图1所示的是气冷电机定子绕组端部的展开局部视图；

图2所示的是沿图1的剖面线DD，通过定子绕组端部的绕组条端头的横截面图；

图3所示的是沿图2的剖面线CC，通过一个绕组条端部的纵截面图；

图4所示的是沿图2的剖面线AA或BB，通过散热圆环的纵截面图，其中带有与散热圆环相连接的连接环和一个用于进气的外罩；

图5所示的是沿图2的剖面线EE，通过一个普通圆环的纵截面图；

图6所示的是连接环局部展开视图。

附图中的图1是将气冷电机定子绕组端部展开的简化局部视图。在每个定子矽钢片芯体2的定子线槽1中，各有一个下绕组条3和一个上绕组条4，两者重叠排列。为了表示清楚，在图1中只标出了两个下绕组条3和两个上绕组条4。在通常情况下，来自各线槽1的一个下绕组条3和一个上绕组条4通过电绝缘圆环5实现机械和电气上的相互连接，并且以此方式相互连接，构成整个绕组。所有从定子矽钢片芯体2引出的下绕组条和上绕组条以及圆环5构成了定子绕组端部。下绕组条和上绕组条是由多个相互电绝缘的绕组分段6组成的，该绕组分段6分成两个并列放置的绕组组件，它们由一个共同的主绝缘7围绕，主绝缘一直延伸到圆环5处，见图2和图3所示。这种结构的定子绕组条是公知的，也称为双平面绕组条。所以上述类型的电机也是公知的电机。

下面对照图3，对与圆环5a、5b相连的绕组条端部的结构描述如下：每个绕组分段6相重叠放置，组成两个绕组分段组件，从而使下绕组条3和上绕组条4组成一个双平面绕组条。借助于楔形隔离件15的作用，绕组分段的组件相互隔开通向组件条的终端，并在组件条平面之间的每一个组件条端部形成冷却通道8。组件条端部周围的圆环5a、5b包括L形状的金属连接件14，金属连接件容纳绕组条的平面。绕组分段16在绕组条的终端相互之间和通过焊接方式与L形状的连接件14实现电气和机械上的连接，其中连接件14在其短边的端面和冷却通道8连通，使冷却介质能够穿过一个开口。由L形状的连接件14组成的圆环5a、5b被绝缘罩16a、16b、16c包围，其中绝缘罩16a、16b、16c和圆环5之间的空隙用隔离件17隔开。

上述结构中的普通圆环5a和所谓散热圆环5b是不同的。在一个由4个L形状的连接件14组成的普通圆环5a中，每个下绕组条3和一个上绕组条4的终端相连接并用一个绝缘罩16a围封起来。其中绝缘罩16a在下绕组条上留有一个进气口18，在上绕组条上留有一个进气口19，用于连通冷却通道8。冷却气流的流动方向用13标出。利用普通圆环5a产生的径向冷却气体流使得绕组条端部达到最佳冷却效果是至关重要的。在该实施例中，冷却气流的方向13要选择从绕组端部外圆周向绕组端部内圆围的方式，这样可使新鲜的冷却气流直接进入冷却通道8中。普通圆环的冷却通道直接与接头34连接，接头的终端通过螺旋连接35a与绝缘管36相连接。绝缘管36如图5所示，与图中没有描述的电机风扇的吸气室32相连接，这样，就能使在第一冷却通道87中已加热的冷却气流直接通过绝缘管36引向图中没有描述的散热器。绝缘管36用焊接35b的方法与把绕组端部空间30和吸气室32相分离的隔板33固定。

散热圆环5b里的绕组条终端的冷却方法与在普通圆环5a里的绕组条终端的冷却基本相似。散热圆环5b与围绕在绕组端部外圆周的连接环或相位耦合件20之间有电气连接，见图4所示。连接环与图中没有画出的发电机接线端子之间有电气连接。按照本发明所述，散热圆环5b要安装在一个绕组条的终端，即安装在上绕组条4的终端或下绕组条3的终端。散热圆环5b在上绕组条终端或下绕组条终端的安装方法原则上是一致的。因此，在图4中仅仅是对图3中的AA和BB的截面进行了描述。在散热圆环5b处的冷却结构也可如下所述缩减成上绕组条终端4处的冷却结构。

如上所述，通过楔形件15隔开的绕组条平面与由L形状的连接件14组成的一个散热圆环5b相连。在L形状的连接件14的短边上，散热圆环5b通过金属连接件12和连接管11实现电气连接，并且通过散热圆环5b与气流通道8相连接。散热圆环5b和连接管11的终端由绝缘罩16c包起来，绝缘罩在绕组端部内圆处有一个用于冷却气流的进气口18。连接管11通向位于绕组端部外围的辐射连接环20，如图4所示。图中为了更一目了然地进行描述，对连接环20的电气连接件和气流通道的连接件是分别表示的，但是在实际中每一个连接环20都与所有的连接件相连。连接环20有一个直角形截面并作为空心导线与冷却通道9相连。在串联线路中，绕组条平面5b的冷却通道8与连接管11的冷却通道10以及连接环的冷却通道9自由连接。每个连接环20与一个封罩23相连接，并且冷却通道9通过封罩23和一个螺旋连接件21汇入一个绝缘管31。绝缘管31在其另一端同样借助于螺旋连接件21和隔板33固定。如图5所示，连接环20是按展开图表示的，环绕绕组端部腔室30的绝缘管31和带有负压室31的连接环20的冷却通道9相连接，负压室比如是在此没有标出的电机风扇吸气室。吸气室是通过沿径向布置的隔板33隔开的。为了与没有标出的发电机接线端子相连接，设置了实心的引出线22。

绝缘管31和36当然也可使用绝缘软管，它们是用四氟乙烯材料做成的。普通圆环5a和散热圆环5b与电机风扇的吸气室32自由连接，这样就保证了圆环5a、5b和连接环20的强化冷却。

由于吸气室32和绕组端部室内气压的差别，由电机风扇输送的冷却气流的一个支流(在图4中用箭头13表示)会流经冷却通道8，然后经连接管11的冷却通道10，再经绝缘管31流入电机风扇的吸气室32。

当然，冷却气流的流动过程也可以按相反的方向进行，如果将配置改变一下，冷却气流沿径向内部供给，最后沿径向向外通过冷却通道8流出。

根据本发明的构造，带有位于绕组条终端的径向冷却通道8的圆环5a5b与用于连接环20的冷却通道9相结合，为以极限功率运转的电机的绕组端部区域内的所有通电部分提供了一种理想的、相比较而言也是简单的冷却装置。

Claims (6)

1.气冷电机，包括安装在定子矽钢片芯体(2)的线槽(1)中的定子绕组，其主要组成部分包括由两个在线槽(1)中重叠排列、相互绝缘的绕组分段(6)组成的定子绕组条(3，4)，该定子绕组条的位于定子矽钢片芯体(2)外面的绕组端部通过圆环(5a，5b)和连接环(20)相互连接形成绕组，其中的圆环(5a，5b)包括多个普通圆环(5a)和多个散热圆环(5b)，还包括一个用于产生穿过电机的冷却气流的风扇，并且所述冷却气流的一个支流是通过设置在圆环(5a，5b)内部的第一冷却通道(8)引导的，本发明的特征是，

-位于绕组端部的定子绕组条(3，4)只是在圆环(5a，5b)的区域内与所述第一冷却通道(8)相连接，并且所述第一冷却通道(8)基本上是沿径向布置的；

-在第一冷却通道(8)的出口处，普通圆环(5a)与吸气室(32)之间借助于第一绝缘管(36)或绝缘软管连接在一起，所述吸气室是通过隔板(33)将绕组端部室(30)隔开而形成的；

-在第一冷却通道(8)的出口处，散热圆环(5b)相互之间、以及由空心导线构成的连接环(20)之间具有连接管(11)，其中的连接环(20)作为空心导线构成第二冷却通道(9)，该第二冷却通道和散热圆环(5b)的第一冷却通道(8)之间为自由连接；

-连接环(20)的第二冷却通道(9)和吸气室(32)之间借助于第二绝缘管(31)或绝缘软管相连接，所述的吸气室是由隔板(33)分隔绕组端部室(30)形成的。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征是，定子绕组条(3，4)是作为双平面绕组条构成的，其处在绕组端部区域内的绕组条平面各自通过一个楔形隔离件(15)相互隔开，从而在绕组条端形成辐射状的第一冷却通道(8)。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征是，圆环(5a，5b)是由金属连接件(14)构成的，所述金属连接件在第一冷却通道(8)的区域内相互隔开。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征是，用于绕组端部冷却的冷却气流的支流大致沿径向(13)流通。

5.根据权利要求1所述的电机，其特征是，圆环(5a，5b)是由绝缘罩(16a，16b，16c)围绕的，所述绝缘罩具有用于第一冷却通道(8)的进气口(18)。

6.根据权利要求1所述的电机，其特征是，通过隔板(33)将绕组端部室(30)隔离而形成的吸气室(32)是电机风扇的吸气室。

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