專利名稱：用于冷卻電機(jī)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于冷卻電機(jī)的裝置。 在優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及用于冷卻完全被外殼或殼體包圍的電機(jī)的裝置。
例如，該類電機(jī)可以是發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)置于風(fēng)力渦輪機(jī)的外罩內(nèi)。
背景技術(shù)：
電機(jī)顯示具有由金屬制成的堆疊層壓板的定子。層壓板由鐵片制成，例如由鐵片 沖壓而成。 圖3顯示典型層壓板LP的形狀，其為發(fā)電機(jī)定子的一部分。 層壓板LP的第一側(cè)面Sl對(duì)準(zhǔn)氣隙，該氣隙位于發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間。在該
第一側(cè)面Sl具有多個(gè)槽SL。例如，這些槽SL是從層壓板LP上沖壓出來的。 多個(gè)層壓板LP可以堆疊，因此槽SL相應(yīng)地將形成通道CH。通道CH用于承載定子
的電線圈的金屬繞組麗。 每個(gè)金屬繞組麗都由導(dǎo)體CON形成，導(dǎo)體CON被導(dǎo)體絕緣介質(zhì)CONI包圍。每個(gè) 槽SL都顯示具有槽隔離內(nèi)襯SIL以使該組金屬繞組麗絕緣。 每個(gè)槽SL顯示在其頂端具有凹陷處RC，凹陷處RC制成承載楔塊WDG。當(dāng)插入電
線圈的金屬繞組麗時(shí)，借助于楔塊WDG將金屬繞組麗保持就位。 當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，一定比例的輸入功率作為熱量損失了，因此電機(jī)需要冷卻。 該熱量的大部分產(chǎn)生在定子的金屬繞組麗處。為了確保金屬繞組的絕緣系統(tǒng)的
足夠壽命，繞組溫度決定了定子冷卻系統(tǒng)的規(guī)格。 已知利用各種不同的方法冷卻大型電機(jī)。 —種很常見的冷卻方法是在電機(jī)內(nèi)循環(huán)如空氣的氣體介質(zhì)。例如，該氣體介質(zhì)利 用熱交換器來保持冷卻。 該冷卻方法存在缺點(diǎn)，其需要大型的氣體-空氣熱交換器或氣體-水熱交換器。此 外，還需要相當(dāng)大的功率來循環(huán)冷卻介質(zhì)。 另一種很常見的冷卻方法是使液體冷卻劑在定子的側(cè)面循環(huán)，該側(cè)面不面向氣
隙。因此熱量通過穿過層壓板的傳導(dǎo)從一面的金屬繞組傳遞到另一面的冷卻介質(zhì)。 該冷卻方法導(dǎo)致這樣的缺點(diǎn)，即由于層壓鐵的中等導(dǎo)熱系數(shù)，在定子繞組和冷卻
介質(zhì)之間會(huì)存在相當(dāng)大的溫度梯度。因此很難保持繞組溫度低于所需要的最大值。 已知通過下面描述的液體或氣體冷卻來避免上述常見冷卻系統(tǒng)的缺點(diǎn)。 采用的一種方法是在線圈繞組中安裝空心銅棒作為導(dǎo)體，銅棒超出層壓板的通
道。這正好在熱量產(chǎn)生的地方提供冷卻。 缺陷在于該冷卻布置在線圈中需要很多的接合點(diǎn)-用于電連接以及用于冷卻介 質(zhì)入口和出口。因此，其通常僅僅只在非常大型的渦輪發(fā)電機(jī)中采用。 另一種方法是，在槽內(nèi)安裝冷卻管，插入線圈繞組之下或插入繞組的部分之間。如 果冷卻管采用金屬或其他導(dǎo)電材料制成，則由于冷卻管與線圈繞組受到同樣的電磁場的作用，也會(huì)在冷卻管中感應(yīng)出電壓。因此，絕緣管被用于槽冷卻，尤其由陶瓷制成的管。
這正好在接近熱量產(chǎn)生的地方提供冷卻，但是絕緣管或陶瓷管非常昂貴，并且它 們不能彎曲，因此需要很多的接合點(diǎn)，導(dǎo)致高泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為電機(jī)提供改良的冷卻裝置，該冷卻裝置便宜且可靠。 該目的由權(quán)利要求1的特征解決。 本發(fā)明的有益的實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的主題。 依照本發(fā)明，具有一種用于冷卻電機(jī)的裝置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，該電機(jī)為風(fēng) 力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。
電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，定子包括多個(gè)堆疊的層壓板。 每個(gè)層壓板顯示在第一側(cè)面上具有多個(gè)槽，因此，由于堆疊的層壓板，這些槽形成 通道，這些通道用于承載定子的電線圈的金屬繞組。 用于冷卻目的的金屬管被插入到通道內(nèi)，以將繞組的溫度冷卻下來。 在優(yōu)選實(shí)施方式中，用于冷卻的金屬管以所謂〃 z字形〃 方式安裝在由槽形成的
通道內(nèi)。在附圖中更為詳細(xì)地描述了這種〃 z字形〃 。 由于該冷卻管的成形，一個(gè)槽或通道的冷卻管中的感應(yīng)電壓被一個(gè)或多個(gè)相鄰的 其他槽或通道的冷卻管中感應(yīng)的電壓中和。因此，冷卻管中感應(yīng)的總電壓會(huì)降低或完全消 除。 因?yàn)榇耍纬傻睦鋮s系統(tǒng)便宜，可靠，對(duì)高溫不敏感并且易于在槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
并且，由于金屬管通常能彎曲，單條的管能彎曲通過大量槽或通道，因此，接合點(diǎn) 的數(shù)量能保持最少。 另外，冷卻金屬管對(duì)長期材料_效應(yīng)不敏感，因此冷卻管長時(shí)間保持其材料變量、 熱量傳導(dǎo)及穩(wěn)定性不變。


在下文中，借助于一些附圖將更為詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中
圖1以三維方式顯示本發(fā)明的冷卻裝置，
圖2以二維方式顯示本發(fā)明的冷卻裝置連同層壓板，以及
圖3顯示如上所述的典型層壓板。
具體實(shí)施例方式圖1表示本發(fā)明的用于冷卻電機(jī)的裝置。 多個(gè)層壓板LP像所描述的一樣堆疊，而每個(gè)層壓板LP顯示具有多個(gè)槽SL。由于
堆疊，槽SL形成多個(gè)通道CH，這些通道用于承載定子線圈的金屬繞組麗。 堆疊的層壓板LP是發(fā)電機(jī)的內(nèi)部定子的一部分，例如，位于風(fēng)力渦輪機(jī)的外罩
內(nèi)。因此發(fā)電機(jī)還顯示具有外部轉(zhuǎn)子(在此處未示出)。 在通道CH內(nèi)具有補(bǔ)充的冷卻管CP，其為中空的且由金屬制成。 在該冷卻管CP內(nèi)具有冷卻流體，以將熱量從金屬繞組麗傳送走并且將熱量從層壓板LP傳送走。 在優(yōu)選實(shí)施方式中，水用作冷卻流體。 在優(yōu)選實(shí)施方式中，冷卻管CP以所謂的〃 z字形〃 方式安裝。該〃 z字形〃 意味 著冷卻管CP沿一個(gè)方向被弓I導(dǎo)通過第一通道CH1并且沿相反的方向被弓I導(dǎo)返回通過第二 通道CH2。 在優(yōu)選實(shí)施方式中，第一通道CH1與第二通道CH2相鄰。 如果三個(gè)通道的多個(gè)冷卻管串聯(lián)連接，那么這些冷卻管中最終形成的感應(yīng)電壓變 為零。 該裝置最適合于在氣_隙磁場中沒有 〃 第三次諧波 〃 的情況。第三次諧波通常在 電或永磁激勵(lì)的同步電機(jī)的情形中出現(xiàn)在氣隙。 因此，該優(yōu)選實(shí)施方式最適合于普通的3-相定子和轉(zhuǎn)子繞組。
如果在氣_隙磁場中具有第三次諧波，則優(yōu)選實(shí)施方式是冷卻管通過每隔一個(gè)的 槽，它們之間的一個(gè)槽中沒有冷卻管。在該情況下，如果至少6個(gè)槽的多個(gè)冷卻管串聯(lián)連 接，則第三次諧波不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。 應(yīng)該注意到，這些附圖的描述僅僅是示例。因此根據(jù)感應(yīng)電壓并根據(jù)電機(jī)或發(fā)電 機(jī)的性能，還可以調(diào)節(jié)冷卻管在專門的槽或通道中的位置以及它們的方位。特別地，上述描 述對(duì)于每極每相一個(gè)槽的電機(jī)是有效的。對(duì)于每極每相不同數(shù)量的槽的電機(jī)，需要調(diào)整冷 卻管的布置以獲得感應(yīng)電壓的最佳消除。 因此，在第一通道CH1內(nèi)，冷卻管CP將冷卻流體從上側(cè)引導(dǎo)向下側(cè)方向，而在第二 通道CH2內(nèi)，冷卻管CP將冷卻流體從下側(cè)引導(dǎo)返回向上側(cè)方向。 因此在優(yōu)選實(shí)施方式中，冷卻管CP成形為U形彎。冷卻管CP是連續(xù)的金屬管并 且顯示具有多個(gè)U形彎。 轉(zhuǎn)子-磁體的磁場在冷卻管CP的各段中感應(yīng)出電壓。由于該〃 z字形〃 方式，在 這些段中的感應(yīng)電壓會(huì)彼此抵消，導(dǎo)致冷卻管CP的末端之間的最小電壓差。因此可避免末 端之間的高電壓值。 在優(yōu)選實(shí)施方式中，定子顯示具有并聯(lián)連接的一些冷卻管CP。 必須注意，由金屬制成的冷卻管不構(gòu)成發(fā)電機(jī)繞組的一部分，并因此不提供用于 激活作用的功率輸出。 圖2顯示本發(fā)明的冷卻裝置以及層壓板LP。 層壓板LP的第一側(cè)面Sl對(duì)準(zhǔn)氣隙，該氣隙位于發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間。在該
第一側(cè)面Sl具有多個(gè)槽SL。例如這些槽SL是從層壓板LP上沖壓出來的。 多個(gè)層壓板LP是堆疊的，因此這些槽SL形成通道CH。通道CH用于承載定子的電
線圈的金屬繞組麗。 每個(gè)金屬繞組麗由導(dǎo)體C0N形成，導(dǎo)體CON被導(dǎo)體絕緣介質(zhì)CONI包圍。每個(gè)槽 SL顯示具有槽隔離內(nèi)襯SIL以使該組金屬繞組麗絕緣。 每個(gè)槽SL顯示為在其頂端具有凹陷處RC，凹陷處RC制成用于承載楔塊WDG。當(dāng)
插入電線圈的金屬繞組麗時(shí)，借助于楔塊WDG將金屬繞組麗保持就位。 依照本發(fā)明，槽SL簡單延伸具有第一延伸部分EXT1，其具有與槽SL本身相同的寬度。
或者槽SL延伸具有第二延伸部分EXT2，該第二延伸部分EXT2的寬度11小于槽 SL本身的寬度。這形成可作為線圈的金屬繞組麗的承載部的凹陷拐角RECC。在優(yōu)選實(shí)施 方式中，第二延伸部分EXT2可深于其寬度11。 延伸部分EXT1，EXT2可裝配矩形的金屬管12或方形的金屬管13或圓形的金屬管 14。 如果金屬管為圓形，則其利于插入熱傳遞元件15以允許更好的熱-傳輸。在該情 況下，例如，熱傳遞元件15優(yōu)選地由擠制鋁材制成。
權(quán)利要求
用于冷卻電機(jī)的裝置，其中-電機(jī)的定子包括多個(gè)堆疊的層壓板(LP)，而層壓板(LP)的一個(gè)側(cè)面上具有多個(gè)槽(SL)，-堆疊的層壓板(LP)的槽(SL)形成多個(gè)通道，用于承載定子的電線圈的金屬繞組(MW)，其特征在于，在至少一個(gè)通道(CH)內(nèi)具有金屬冷卻管(CP)，用于冷卻層壓板(LP)。
2. 依照權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述冷卻管(CP)充滿冷卻介質(zhì)，形成冷卻 系統(tǒng)的一部分。
3. 依照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述冷卻管(CP)充滿液體冷卻介質(zhì)。
4. 依照權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述液體冷卻介質(zhì)是水，或者是添加有防 凍劑或油的水。
5. 依照前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述冷卻管(CP)是顯示具有多個(gè) U形彎的連續(xù)的金屬管，這些冷卻管布置在槽(SL)或通道(CH)內(nèi)，以降低或者最小化電機(jī) 工作時(shí)在金屬冷卻管(CP)處感應(yīng)出的電壓。
6. 依照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述冷卻管(CP)位于第一和第二通道 (CH1，CH2)內(nèi)，第一和第二通道(CH1，CH2)直接相鄰，因此冷卻介質(zhì)沿第一方向被引導(dǎo)通過 第一通道(CH1)，并且沿第二方向被引導(dǎo)返回通過第二通道(CH2)，而第一方向與第二方向 相反。
7. 依照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述冷卻管(CP)位于第一和第二通道 (CH1，CH2)內(nèi)，在第一和第二通道之間具有沒有冷卻管的第三通道，因此冷卻介質(zhì)沿第一方 向被引導(dǎo)通過第一通道(CH1)，并沿第二方向被引導(dǎo)返回通過第二通道(CH2)，而第一方向 與第二方向相反。
8. 依照前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述通道用于承載雙層繞組的兩 個(gè)金屬繞組(麗1，麗2)，而冷卻管(CP)位于金屬繞組之間。
9. 依照前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，電機(jī)是發(fā)電機(jī)。
10. 依照權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，發(fā)電機(jī)位于風(fēng)力渦輪機(jī)的外罩內(nèi)。
11. 依照權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)是外部轉(zhuǎn)子內(nèi)部定子的發(fā)電機(jī)。
12. 依照權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述層壓板(LP)的槽(SL)位于層壓-板 (LP)的一個(gè)側(cè)面(Sl)上，并且該側(cè)面(SI)對(duì)準(zhǔn)氣隙，該氣隙位于發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之 間。
13. 依照前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述槽(SL)顯示具有用于承載 冷卻管(CP)的延伸部分(EXT1，EXT2)。
14. 依照權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述延伸部分(EXT2)的寬度(11)小于 槽(SL)本身的寬度，以形成作為承載部的凹陷拐角(RECC)。
15. 依照前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，冷卻管的橫斷面是矩形或方形或 圓形。
16. 依照前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，位于槽(SL)或者通道(CH)內(nèi)的冷卻管(CP)被另外的熱傳遞元件(15)包圍'
全文摘要
本發(fā)明涉及用于冷卻電機(jī)的裝置。電機(jī)的定子包括多個(gè)堆疊的層壓板(LP)，而層壓板(LP)的一個(gè)側(cè)面上具有多個(gè)槽(SL)。堆疊的層壓板(LP)的槽(SL)形成通道(CH)，以承載定子的電線圈的金屬-繞組(MW)。在至少一個(gè)通道(CH)內(nèi)具有僅用于層壓板(LP)的冷卻目的的金屬冷卻管(CP)。
文檔編號(hào)H02K9/00GK101728897SQ200910208140
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月28日
發(fā)明者A·莫爾, H·斯蒂斯達(dá)爾 申請人:西門子公司