CN102761201B - 用于电机的冷却设置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电机的冷却设置。根据本发明，该电机包括定子。该定子包括堆叠的叠片。所述叠片形成至少两个叠片组。所述电机包括具有第一冷却流体的第一冷却循环。所述电机的所述定子包括具有第二冷却流体的第二冷却循环。热交换器是第二冷却循环的一部分并且被设置成连接所述第一冷却循环和所述第二冷却循环。因此热从所述第一冷却流体被传递到所述第二冷却流体。间隔元件被设置在所述两个叠片组之间。该间隔元件被制备成设定所述叠片组之间的预定距离，因此允许所述第一冷却流体在所述叠片组之间流动。所述热交换器设置是所述间隔元件的一体部分或者至少部分一体的部分。

Description

用于电机的冷却设置

技术领域

本发明涉及用于电机的冷却设置。

背景技术

电机的效率取决于机器中的损失。损失作为例如焦耳损失或铁损产生。损失作为热被释放。

在大型永磁体直接驱动发电机中，这些损失来自于定子导体内的铜损。损失导致了线圈中的高温并且特别是由空气围绕的绕组悬垂部分中的高温。

定子绕组温度必须保持较低以避免减少绝缘寿命，因此高效冷却系统是最重要的。

从现有技术可知，使用被引导通过绕组悬垂部分和空气间隙的空气来冷却绕组悬垂部分和空气间隙。

还公知的是使用液体来冷却电机。液体冷却是增加冷却能力的廉价方式，但是泄漏会导致机器中的电气问题。特别是风力涡轮发电机中的冷却必须是可靠且紧凑的。

从现有技术可知的是，通过在通过定子的叠片组的管道内引导冷却液体来冷却电机的叠片。

这些系统提供仅针对叠片组来优化的冷却。或者，已知系统仅被优化为冷却绕组悬垂部分和空气间隙。因此，冷却系统没有针对两个目的被优化并且因此不是高效的。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种冷却设置，其更有效且优化成冷却电机的绕组悬垂部分和叠片。

通过权利要求1的特征来实现这个目标。本发明的优选构造是从属权利要求的目标。

根据本发明，电机包括定子。定子包括堆叠的叠片。叠片形成至少两个叠片组。电机包括具有第一冷却流体的第一冷却循环。电机的定子包括具有第二冷却流体的第二冷却循环。热交换器是第二冷却循环的一部分并且被设置成连接第一冷却循环和第二冷却循环。因此，热从第一冷却流体传递到第二冷却流体。

间隔元件被设置在两个叠片组之间。间隔元件被制备成设定叠片组之间的预定距离，因此允许第一冷却流体在叠片组之间流动。热交换器设置是间隔元件的一体或至少部分一体的部分。

来自第一流体的热被传递到第二流体。第二流体在电机的叠片内循环。因此，不需要将第一流体（优选地是空气）引导出机器以便移除热。不再需要外部热交换器。

此外，相对于已知的现有技术，减少了第一流体（如空气）的循环路径的长度。因此，甚至减少了驱使第一流体通过机器所需的压力。因此，减少了所需部件的尺寸。

优选地，叠片包括被制备成支撑线圈绕组的间隙。绕组沿定子的纵向方向延伸过叠片组以便形成绕组悬垂部分。

优选地，热交换器设置包括多个热交换器元件。

优选地，热交换器元件包括用于第二流体的管道。因此，通过第二流体冷却热交换器元件。

优选地，热交换器元件的表面被扩大以提供增加的热传递，其中优选地使用翅片形扩大部分。因此，增加了从第一流体向第二流体的热传递。

优选地，每个叠片均包括至少一个开口。因此，在叠片组内形成连续管道。因此，第二流体在管道内流动并且冷却电机内的叠片组。

优选地，叠片组的管道被连接于热交换器元件内的管道。因此，第二流体被引导通过叠片组和热交换器元件。

优选地，导管被设置在叠片组的管道内和热交换器元件的管道内以便引导第二流体。因此，在不透流体的循环中引导第二流体。避免了电机内的电气问题。

优选地，多个叠片组被设置成使得它们形成定子的至少一段。该段由至少两个板支撑，所述至少两个板优选地是指状板。第二流体被引导通过板进入到叠片组内的管道或导管内。因此，不需要额外连接件、管道或歧管以将叠片内的管道或导管连接于第二流体的入口或出口。因此，甚至避免了未密封连接的问题和电气问题。第二流体不能泄漏到电机内。甚至避免了在机器内可能由于泄漏的冷却流体所导致的热学问题。

优选地，铸造指状板。因此，在板的生产期间，用于引导第二流体的结构性装置能够被一体形成到指状板内。这些装置能够是用于连接第二流体的入口和出口、连接叠片组的管道或导管的装置或者用于将第二流体从入口分配到管道或导管的通道。因此，需要将较少的连接件和导管安装到指状板。因此，减少了未密封连接的风险。

优选地，使用不透流体接头或密封件将指状板连接到叠片。因此，该连接是不透流体的。

优选地，第二流体是液体。因此，由于能够使用具有大热容量的液体，所以改善了热传递。

更优选地，液体被选择成使其呈现特定的电绝缘特性。因此，如果第二流体的冷却回路中会发生泄漏的话，则不会导致电气问题，例如短路。

更优选地，液体是油。

优选地，第一流体是气体。因此，气体循环不需要完全不透流体的引导装置。甚至在泄漏的情况下也不会发生电气问题。

优选地，电机包括转子和定子且在转子和定子之间存在空气间隙。在定子的端部处存在绕组悬垂部分。第一冷却循环被设置成将气体引导通过绕组悬垂部分、通过空气间隙并且沿着热交换器元件引导。因此，气体冷却绕组悬垂部分以及转子和定子邻近空气间隙的表面。热能通过经过热交换器元件的气体被传递到第二冷却循环。因此，绕组悬垂部分以及空气间隙的转子和定子侧被气体冷却并且气体被热交换器冷却。

优选地，气体由风扇移动。优选地，风扇也被定位成靠近叠片组和热交换器。因此，气体的循环较短，并且减少了驱使空气通过空气间隙所需的压力。

优选地，电机是发电机。

优选地，电机是风力涡轮发电机。

更优选地，电机是风力涡轮发电机，更优选地，发电机是用于直接驱动风力涡轮机的发电机。

优选地，冷却设置被用作电机的冷却系统，优选地是风力涡轮发电机的冷却系统。

更优选地，冷却设置被用于直接驱动风力涡轮机中。

优选地，转子装备有永磁体，并且永磁体由流动通过空气间隙的第一流体冷却。

附图说明

借助于附图更加具体地示出了本发明。附图示出优选构造并且不限制本发明的范围；

图1是通过发电机的纵向截面图；

图2是通过叠片堆的截面图；

图3是通过定子的一个端部的细节的纵截面图；

图4是从空气间隙观察的定子的表面的视图；

图5是通过绕组和叠片的开口内的一个气-油热交换器元件的截面图；

图6是一个热交换器元件的立体图。

具体实施方式

图1示出了通过发电机的纵向截面，该发电机具有带永磁体7的转子6和带叠片组4的定子1。在定子的两个端部处可看到绕组悬垂部分3。气流10被引导通过绕组悬垂部分3、通过转子和定子之间的空气间隙、通过叠片中的空间（在此气-油热交换器8是间隔件的一体部分）、通过被安装成在间隔件处与空气间隙相对的风扇11、以及通过空气引导件12向外到绕组悬垂部分。油流20被引导通过油入口导管21、通过指状板22、通过叠片4内的冷却管道24、通过叠片4内的空间中的气-油热交换器8、通过指状板和油出口导管而离开定子。

当空气经过绕组悬垂部分并且向内通过空气间隙时，其冷却绕组悬垂部分和空气间隙且同时其升温，其中绕组和叠片的表面处于空气间隙的第一侧内而磁体在空气间隙的第二侧上。之后，热空气经过热交换器，被流动通过叠片和热交换器内的管道的油冷却。被冷却的空气经过风扇，该风扇驱使空气通过空气引导件向外再次到达绕组悬垂部分。热被热油传输出发电机。

图2示出了通过叠片堆的截面。叠片4提供了定子齿5和齿之间保持定子绕组的间隙。在齿和间隙下方是开口，所述开口被制备成用作油管道24或用于容纳冷却流体的导管的空间。

图3示出了通过定子的一个端部的细节的纵截面，其中指状板22被连接到叠片堆。油入口管道21被连接到指状板22以允许冷却液体流入指状板22内。指状板22具有被制备成允许冷却液体流动到叠片4内的油冷管道24内的管道。通过使用接头或密封件23将指状板22连接到叠片4以便提供主要是不透流体的连接。

图4示出了从空气间隙观察的定子1的表面。绕组2位于叠片的齿5之间。在两组叠片之间存在空间，其中允许空气在两堆叠片之间从空气间隙流动到定子内到达风扇。绕组2继续通过该空间从一堆叠片到达另一堆叠片。在绕组之间，叠片内的空间提供了从空气间隙通过定子的开口。间隔件位于这些开口中。气-油热交换器的热交换器元件是这些空间的一体部分。从空气间隙的侧面观察，具有气-油热交换器元件的间隔件是H形的，从而在两端处提供压力板，在此处其接触叠片和压力板之间的热交换器元件的翅片9。空气从定子的两端沿空气间隙流动并且流经通过叠片内的开口的气-油热交换器元件8所提供的开口。

图5示出了通过绕组2和叠片的开口内的一个气-油热交换器元件8的截面。气流10从空气间隙进入开口。空气沿翅片流动通过所提供的开口并且围绕管道24流动，其中油流动通过该管道24。沿热交换器元件的表面流动的空气加热热交换器元件并且因而失去热能。由流动通过管道24的油来冷却热交换器元件。

图6示出了一个热交换器元件8的立体图。气流10沿元件8的翅片9并围绕元件8的圆形端部流动，该圆形端部提供冷却油管道以便允许油流20通过热交换器元件8。示出了在热交换器元件的一端上的一个压力板。第二压力板没有被示出。

Claims (15)

1.一种用于电机的冷却装置，

-其中该电机包括定子（1），

-其中该定子（1）包括堆叠的叠片（4），

-其中所述叠片（4）形成至少两个叠片组，

-其中所述电机包括具有第一冷却流体的第一冷却循环（10），

-其中所述电机的所述定子包括具有第二冷却流体的第二冷却循环（20），

-其中热交换器装置的热交换器元件（8）被设置成连接所述第一冷却循环（10）和所述第二冷却循环（20）以便将热从所述第一冷却流体传递到所述第二冷却流体，

-其中间隔元件被设置在所述两个叠片组之间，其被制备成设定所述叠片组之间的预定距离，因此允许所述第一冷却流体在所述叠片组之间流动，

-其中所述热交换器装置是所述间隔元件的一体部分，

-其中所述热交换器元件（8）包括用于所述第二冷却流体的管道（24），

-其中所述叠片（4）包括至少一个开口，因此在所述叠片组内形成连续管道（24），

其特征在于，

-其中所述叠片组的管道（24）与所述热交换器元件（8）内的管道（24）连接，因此所述第二冷却流体在一个共同的连续管道（24）中被连续地引导通过所述叠片组（4）和所述热交换器元件（8）。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，

-其中所述叠片（4）包括间隙，

-其中所述间隙被制备成支撑线圈（2）的绕组，

-其中所述绕组沿所述定子的纵向方向延伸过所述叠片组以便形成绕组悬垂部分（3）。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中所述热交换器装置包括多个热交换器元件（8）。

4.根据权利要求1所述的冷却装置，其中所述热交换器元件的表面被扩大以提供增加的热传递。

5.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中导管被设置在所述叠片组（4）的管道（24）内和所述热交换器元件（8）的管道内以便引导所述第二冷却流体。

6.根据权利要求1或2所述的冷却装置，

-其中多个叠片组（4）被设置成使得它们形成所述定子（1）的至少一段，

-其中该段由至少两个板支撑，并且

-其中所述第二冷却流体被引导通过所述板进入所述叠片组（4）内的管道（24）内。

7.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中所述第二冷却流体是液体。

8.根据权利要求2所述的冷却装置，其中所述第一冷却流体是气体。

9.根据权利要求8所述的冷却装置，

-其中所述电机包括转子（6）和定子（1）且在所述转子（6）和所述定子（1）之间有空气间隙，

-其中所述第一冷却循环（10）被设置成将所述气体引导通过所述绕组悬垂部分（3）、通过所述空气间隙并且沿所述热交换器元件（8）引导，其中所述气体冷却所述绕组悬垂部分（3）以及所述转子（6）和所述定子（1）与所述空气间隙相邻的表面，并且通过经过所述热交换器元件（8）将热能传递到所述第二冷却循环（20）。

10.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中所述电机是发电机。

11.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中所述电机是风力涡轮发电机。

12.根据权利要求4所述的冷却装置，其中使用翅片形扩大部分（9）。

13.根据权利要求6所述的冷却装置，其中所述板是指状板（22）。

14.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置作为电机的冷却系统的使用。

15.根据权利要求14所述的使用，其中所述电机是风力涡轮发电机。