專(zhuān)利名稱(chēng)：用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子冷卻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其中該轉(zhuǎn)子具有基底通道用于冷 卻布置在轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體，其中該轉(zhuǎn)子這樣構(gòu)造，使冷卻介質(zhì)在運(yùn)行時(shí)可 以流動(dòng)通過(guò)所述轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
對(duì)于電機(jī)要理解為發(fā)電機(jī)或者電動(dòng)機(jī)。本申報(bào)優(yōu)選涉及發(fā)電機(jī)，其 中本發(fā)明也可以應(yīng)用在其它的電力機(jī)器上。用于地區(qū)性能量供應(yīng)的發(fā)電
機(jī)具有幾百M(fèi)VA的功率容量。發(fā)電機(jī)基本上具有轉(zhuǎn)子和圍繞轉(zhuǎn)子布置 的定子。轉(zhuǎn)子和定子都具有電流通過(guò)其流動(dòng)的導(dǎo)體。該電流是相對(duì)較高 的并且造成導(dǎo)體的強(qiáng)烈發(fā)熱。因此導(dǎo)體，特別是在轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)體必須被 冷卻。對(duì)此基本上應(yīng)用或者使用兩種冷卻介質(zhì)。例如可以使用氬氣或者 水作為冷卻介質(zhì)。
在轉(zhuǎn)子中的電導(dǎo)體被嵌入所謂的槽中，此時(shí)在電導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子基體之 間形成一種基底通道。這種基底通道根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)成具有恒定的橫 截面的通道。
為了冷卻，冷卻介質(zhì)被在一端通過(guò)基底通道引入，其中基底通道一 般具有朝著導(dǎo)體的方向的徑向通道。冷卻介質(zhì)首先流動(dòng)通過(guò)所述基底通 道，并且接著通過(guò)徑向通道向要冷卻的導(dǎo)體流動(dòng)。由于一種通過(guò)所謂的 伯努利方程描述的物理效應(yīng)，在基底通道的入口處的冷卻介質(zhì)的速度和 壓力與在基底通道中在轉(zhuǎn)子的中間的冷卻介質(zhì)的壓力和速度是不同的。 在轉(zhuǎn)子端面上，由于在基底通道中的高的流動(dòng)速度使到徑向通道中的分 流困難。由此導(dǎo)致冷卻介質(zhì)在轉(zhuǎn)子端面上到徑向通道中的差的繼續(xù)傳 輸。相反在發(fā)電機(jī)中間，可以實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)到徑向通道中的相對(duì)好的繼 續(xù)傳輸，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子中間的流動(dòng)速度相對(duì)較小。由此在軸向方向上的冷 卻功率是不同的。轉(zhuǎn)子端面比轉(zhuǎn)子中間被相對(duì)較差地冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
3在這種情況下本發(fā)明開(kāi)始著手，它的任務(wù)是，提供一種電力機(jī)器的 轉(zhuǎn)子冷卻，其中該轉(zhuǎn)子可以在軸向方向上均勻地冷卻。
該任務(wù)通過(guò)一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子解決，其中該轉(zhuǎn)子具有帶基底通道 橫截面的基底通道用于冷卻布置在轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體，其中該轉(zhuǎn)子這樣構(gòu) 造，使冷卻介質(zhì)在運(yùn)行時(shí)可以流動(dòng)通過(guò)所述轉(zhuǎn)子，其中所述基底通道橫 截面收縮。
本發(fā)明此外從這種觀點(diǎn)出發(fā)，即必須使得在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有高的 流動(dòng)速度的位置處的冷卻介質(zhì)變慢。高的流動(dòng)速度意味著，較少的冷卻 介質(zhì)進(jìn)入到徑向通道中。因此本發(fā)明從這種觀點(diǎn)出發(fā)，按照伯努利方程，
在基底通道中可以使流動(dòng)速度朝轉(zhuǎn)子中間收縮，其措施是基底通道橫截 面朝轉(zhuǎn)子中間收縮。由此在轉(zhuǎn)子端面上的流動(dòng)速度收縮，從而更多冷卻
空氣可以通過(guò)徑向通道在轉(zhuǎn)子端面的區(qū)域中流動(dòng)。由此在發(fā)電機(jī)端面和 發(fā)電^/L中間之間實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)的流動(dòng)速度的均勻化。
由此可以延長(zhǎng)電力機(jī)器的壽命。
有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中說(shuō)明。
在一種有利的改進(jìn)方案中，轉(zhuǎn)子具有徑向的冷卻孔，冷卻孔基本上 垂直于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線構(gòu)造。由此可以獲得冷卻介質(zhì)的好的繼續(xù)傳輸可 能性，其中通過(guò)徑向的冷卻孔流過(guò)的冷卻介質(zhì)被用于冷卻導(dǎo)體。
在一種有利的改進(jìn)方案中，徑向的冷卻孔在流體技術(shù)上與基底通道 連接。
基底通道橫截面適宜地這樣構(gòu)造，使它基本上朝轉(zhuǎn)子中間收縮。通 過(guò)伯努利方程描述的流動(dòng)速度通過(guò)這種適宜的改進(jìn)方案在轉(zhuǎn)子端面相 比朝轉(zhuǎn)子中間均勻，這導(dǎo)致改善了導(dǎo)體冷卻的結(jié)果。
在另 一種有利的改進(jìn)方案中，收縮的基底通道橫截面的最小橫截面 基本上位于轉(zhuǎn)子中間。由此可以均勻地冷卻基本上旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)而且朝轉(zhuǎn)子 中間鏡面對(duì)稱(chēng)地構(gòu)造的轉(zhuǎn)子。因此在轉(zhuǎn)子端面上的冷卻不具有較大的區(qū) 別，因?yàn)閮蓚€(gè)轉(zhuǎn)子端面的流動(dòng)曲線以及壓力曲線朝轉(zhuǎn)子中間基本上是相 同的。
在另一種有利的改進(jìn)方案中，基底通道具有直線構(gòu)造的界壁。由此 基底通道可以更簡(jiǎn)單地制造。因此可以實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)子制造時(shí)費(fèi)用下降。
在一種有利的改進(jìn)方案中，基底通道的至少一個(gè)界壁構(gòu)造成非直線 的。由此實(shí)現(xiàn)，冷卻介質(zhì)的速度曲線通過(guò)基底通道的界壁的非直線的曲
4線而改變或者匹配于冷卻要求。例如可能希望，在轉(zhuǎn)子中間需要冷卻介 質(zhì)的非常高的速度。通過(guò)界壁的非直線的收縮，可以適宜地改變冷卻介 質(zhì)在轉(zhuǎn)子中間的速度。
在另一種有利的改進(jìn)方案中，至少一個(gè)界壁具有凸起的曲線。該凸 起的曲線具有此優(yōu)點(diǎn)，即界壁沒(méi)有不穩(wěn)定性，并且由此不出現(xiàn)流體技術(shù) 上產(chǎn)生的速度突變。通過(guò)凸起的曲線，仍然可以單獨(dú)地匹配于冷卻介質(zhì) 的速度。界壁在這種情況下可以具有幾乎每種任意的凸起曲線的形狀。 例如界壁可以是圓弧的 一部分或者拋物線的曲線。
在另一種有利的改進(jìn)方案中，基底通道具有基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線 構(gòu)造的基底通道分界底面。
在另 一種有利的改進(jìn)方案中，基底通道具有位于基底通道分界底面 對(duì)面的、傾斜于基底通道分界底面布置的基底通道分界頂面。這意味著， 一個(gè)表面平行于旋轉(zhuǎn)軸線構(gòu)造，并且位于該表面對(duì)面的表面傾斜于它延 伸。由此可以更快并由此更成本經(jīng)濟(jì)地制造轉(zhuǎn)子。
在另 一種有利的改進(jìn)方案中，基本上位于轉(zhuǎn)子中間的基底通道橫截
面的大小在轉(zhuǎn)子端部的基底通道橫截面的大小的30%和50%之間。根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)的研究已經(jīng)表明，基底通道的橫截面在這兩個(gè)值之間的收縮具有 特別好的冷卻效果。


本發(fā)明的實(shí)施例接下來(lái)借助

。該附圖不應(yīng)該決定性地描述 實(shí)施例，相反用于說(shuō)明的附圖以示意的和/或略微失真的方式實(shí)行。對(duì)于 在附圖中可直接獲得的教導(dǎo)的補(bǔ)充，請(qǐng)參考相應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)。附圖詳細(xì) 示出
圖1是發(fā)電機(jī)的透視圖。
圖2是轉(zhuǎn)子的一部分的透視圖。
圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子的橫截面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的橫截面圖。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的一種替代的實(shí)施方式。
發(fā)明實(shí)施方式在圖1中可以看出一種發(fā)電機(jī)1的透視圖。發(fā)電機(jī)1要看作一種電 機(jī)的實(shí)施例。電機(jī)的另一個(gè)例子可以是電動(dòng)機(jī)。發(fā)電才幾l基本上具有兩
個(gè)構(gòu)件。轉(zhuǎn)子2繞著旋轉(zhuǎn)軸線3可轉(zhuǎn)動(dòng)地布置。轉(zhuǎn)子2具有多個(gè)沿軸向 取向的導(dǎo)體4。電導(dǎo)體4通過(guò)未進(jìn)一步示出的勵(lì)磁電流輸入裝置接入勵(lì) 磁電流。由此產(chǎn)生圍繞轉(zhuǎn)子2的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子2通過(guò)未示出的蒸汽輪機(jī)或 者燃?xì)廨啓C(jī)置于轉(zhuǎn)動(dòng)中。轉(zhuǎn)動(dòng)頻率在這里一般處于50或者60Hz。
圍繞轉(zhuǎn)子2布置有定子5，它具有定子繞組6。在定子繞組6中通 過(guò)轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)感應(yīng)出電壓，電壓接著輸送到高壓電網(wǎng)中。在導(dǎo) 體4中流動(dòng)的勵(lì)磁電流相對(duì)較高，這樣由此產(chǎn)生的熱量必須通過(guò)冷卻減 少。
在圖2中可以看出定子2在透視圖中的截面。轉(zhuǎn)子2具有多個(gè)并排 布置的槽7。在這些槽中布置有在圖2中未進(jìn)一步示出的導(dǎo)體，勵(lì)磁電 流流動(dòng)通過(guò)該導(dǎo)體。槽7縱向構(gòu)造并且一般從轉(zhuǎn)子端面到位于對(duì)面的， 在圖2中不能看出的轉(zhuǎn)子端面具有保持相同的橫截面。導(dǎo)體4具有和槽 7相同的寬度。導(dǎo)體4的高度小于槽7的高度16。由此在導(dǎo)體4和基底 通道分界底面10之間產(chǎn)生基底通道9。
在基底通道分界底面10和導(dǎo)體4的下表面之間一般裝有分界機(jī)構(gòu) 11。該分界機(jī)構(gòu)11可以由銅構(gòu)成。在分界機(jī)構(gòu)11中構(gòu)造有徑向通道12。 徑向通道12在流體技術(shù)上與基底通道9連接，徑向通道12可以說(shuō)具有 此任務(wù)，即將流動(dòng)通過(guò)基底通道9的流動(dòng)介質(zhì)引導(dǎo)到要冷卻的導(dǎo)體4。 根據(jù)所需冷卻功率的情況，必須使徑向通道12的數(shù)量相匹配。
在圖3中可以看出橫截面圖中的轉(zhuǎn)子。根據(jù)圖3的轉(zhuǎn)子是按照現(xiàn)有 技術(shù)構(gòu)造的。
基底通道9在這種情況下，如在圖3中所示，通過(guò)基底通道分界底 面IO和分界機(jī)構(gòu)11確定。在運(yùn)行時(shí)，通過(guò)基底通道9流過(guò)冷卻介質(zhì)， 例如水或者氫氣。分界機(jī)構(gòu)11在這種情況下平行于基底通道分界底面 10構(gòu)造。
在圖4中示出了 一種根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子2的橫截面圖。按照?qǐng)D4的 轉(zhuǎn)子構(gòu)造帶有基底通道9,它構(gòu)造用于冷卻布置在轉(zhuǎn)子2上的導(dǎo)體4, 其中冷卻介質(zhì)在運(yùn)行時(shí)可以流動(dòng)通過(guò)該基底通道9,其中該基底通道才黃 截面收縮。冷卻通道橫截面在這種情況下從端面8朝轉(zhuǎn)子中間13收縮。 轉(zhuǎn)子2在此具有徑向通道12,徑向通道12基本上垂直于轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)軸線3構(gòu)造。
徑向通道12在流體技術(shù)上與基底通道9連接。
基底通道橫截面基本上在轉(zhuǎn)子中間13處具有最小橫截面。通過(guò)直 線的界壁14和直線構(gòu)造的分界機(jī)構(gòu)11構(gòu)成的基底通道的實(shí)施方式在加 工技術(shù)上是容易制造的。
在圖5中在一種替代的實(shí)施方式中示出了一種轉(zhuǎn)子2，它的界壁14 不是直線延伸的。界壁14在這種情況下可以具有凸起的曲線?；淄?道9可以具有基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線3構(gòu)造的基底通道分界底面10?；?底通道分界面14可以相對(duì)基底通道分界底面IO傾斜地構(gòu)造?；淄ǖ?橫截面在轉(zhuǎn)子中間的尺寸大小值處于在轉(zhuǎn)子端部15上的基底通道橫截 面的大小的30 %和50 %之間。
權(quán)利要求
1. 用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子(2)，其中該轉(zhuǎn)子(2)具有帶基底通道橫截面的基底通道(19)用于冷卻布置在轉(zhuǎn)子(2)上的導(dǎo)體，其中所述轉(zhuǎn)子這樣構(gòu)造，使冷卻介質(zhì)在運(yùn)行時(shí)能夠流動(dòng)通過(guò)該轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述基底通道橫截面收縮。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子(2),其中所述轉(zhuǎn)子(2)具有徑向 的冷卻孔(12)，該冷卻孔基本上垂直于轉(zhuǎn)子(2)的旋轉(zhuǎn)軸線(3)構(gòu) 造。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子(2),其中所述徑向的冷卻孔(12) 在流體技術(shù)上與基底通道(9)連接。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子(2),其中所述基底通 道橫截面基本上朝轉(zhuǎn)子中間(13)收縮。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子(2),其中所述基底通道橫截面基 本上在轉(zhuǎn)子中間(13)具有最小的橫截面。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子(2),其中所述基底通 道(9 )具有直線構(gòu)造的界壁(14 )。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其中所述基底通道 (2)的至少一個(gè)界壁構(gòu)造成非直線的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)子(2),其中至少一個(gè)界壁具有凸起 的曲線。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子(2),其中所述基底通 道(9 )具有基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線(3 )構(gòu)造的基底通道分界底面(10 )。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子(2),其中所述基底通道(9)具 有位于基底通道分界底面(10)對(duì)面的、傾斜于該基底通道分界底面(10) 布置的基底通道分界頂面(19)。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子(2),其中基本上位于 轉(zhuǎn)子中間(13)的基底通道橫截面的大小在轉(zhuǎn)子端部(15)上的基底通 道才黃截面的大小的30 %和50 %之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子(2)，其中在該轉(zhuǎn)子(2)中布置有基底通道(9)，冷卻介質(zhì)在運(yùn)行時(shí)流動(dòng)通過(guò)所述基底通道并且通過(guò)徑向通道(12)冷卻導(dǎo)體(4)。所述基底通道(9)在此根據(jù)本發(fā)明這樣構(gòu)造，使基底通道橫截面朝轉(zhuǎn)子(2)的中間收縮。
文檔編號(hào)H02K1/32GK101512872SQ200780033194
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月6日
發(fā)明者H·卡盧扎, H·阿多爾夫, J·賴(lài)諾爾德, O·米切爾森 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司