專利名稱：用于冷卻電機的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于冷卻電機的裝置。 在優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明涉及用于冷卻完全被外殼或殼體包圍的電機的裝置。
例如，該類電機可以是發(fā)電機，發(fā)電機置于風力渦輪機的外罩內(nèi)。
背景技術：
電機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)電機定子的一部分。 層壓板LP的第一側面Sl對準氣隙，該氣隙位于發(fā)電機的定子和轉子之間。在該
第一側面Sl具有多個槽SL。例如，這些槽SL是從層壓板LP上沖壓出來的。 多個層壓板LP可以堆疊，因此槽SL相應地將形成通道CH。通道CH用于承載定子
的電線圈的金屬繞組麗。 每個金屬繞組麗都由導體CON形成，導體CON被導體絕緣介質(zhì)CONI包圍。每個 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。當插入電
線圈的金屬繞組麗時，借助于楔塊WDG將金屬繞組麗保持就位。 當電機工作時，一定比例的輸入功率作為熱量損失了，因此電機需要冷卻。 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。 —種很常見的冷卻方法是在電機內(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，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面循環(huán)，該側面不面向氣
隙。因此熱量通過穿過層壓板的傳導從一面的金屬繞組傳遞到另一面的冷卻介質(zhì)。 該冷卻方法導致這樣的缺點，即由于層壓鐵的中等導熱系數(shù)，在定子繞組和冷卻
介質(zhì)之間會存在相當大的溫度梯度。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。 采用的一種方法是在線圈繞組中安裝空心銅棒作為導體，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-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，也會在冷卻管中感應出電壓。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，導致高泄漏風險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為電機提供改良的冷卻裝置，該冷卻裝置便宜且可靠。 該目的由權利要求1的特征解決。 本發(fā)明的有益的實施方式是從屬權利要求的主題。 依照本發(fā)明，具有一種用于冷卻電機的裝置。在一個優(yōu)選實施方式中，該電機為風 力渦輪機的發(fā)電機。
電機包括轉子和定子，定子包括多個堆疊的層壓板。 每個層壓板顯示在第一側面上具有多個槽，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)。在附圖中更為詳細地描述了這種〃 z字形〃 。 由于該冷卻管的成形，一個槽或通道的冷卻管中的感應電壓被一個或多個相鄰的 其他槽或通道的冷卻管中感應的電壓中和。因此，冷卻管中感應的總電壓會降低或完全消 除。 因為此，所形成的冷卻系統(tǒng)便宜，可靠，對高溫不敏感并且易于在槽內(nèi)實現(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 的數(shù)量能保持最少。 另外，冷卻金屬管對長期材料_效應不敏感，因此冷卻管長時間保持其材料變量、 熱量傳導及穩(wěn)定性不變。


在下文中，借助于一些附圖將更為詳細地描述本發(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。
具體實施例方式圖1表示本發(fā)明的用于冷卻電機的裝置。 多個層壓板LP像所描述的一樣堆疊，而每個層壓板LP顯示具有多個槽SL。由于
堆疊，槽SL形成多個通道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)電機的內(nèi)部定子的一部分，例如，位于風力渦輪機的外罩
內(nèi)。因此發(fā)電機還顯示具有外部轉子(在此處未示出)。 在通道CH內(nèi)具有補充的冷卻管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)選實施方式中，水用作冷卻流體。 在優(yōu)選實施方式中，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沿一個方向被弓I導通過第一通道CH1并且沿相反的方向被弓I導返回通過第二 通道CH2。 在優(yōu)選實施方式中，第一通道CH1與第二通道CH2相鄰。 如果三個通道的多個冷卻管串聯(lián)連接，那么這些冷卻管中最終形成的感應電壓變 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 電或永磁激勵的同步電機的情形中出現(xiàn)在氣隙。 因此，該優(yōu)選實施方式最適合于普通的3-相定子和轉子繞組。
如果在氣_隙磁場中具有第三次諧波，則優(yōu)選實施方式是冷卻管通過每隔一個的 槽，它們之間的一個槽中沒有冷卻管。在該情況下，如果至少6個槽的多個冷卻管串聯(lián)連 接，則第三次諧波不會產(chǎn)生感應電壓。 應該注意到，這些附圖的描述僅僅是示例。因此根據(jù)感應電壓并根據(jù)電機或發(fā)電 機的性能，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 述對于每極每相一個槽的電機是有效的。對于每極每相不同數(shù)量的槽的電機，需要調(diào)整冷 卻管的布置以獲得感應電壓的最佳消除。 因此，在第一通道CH1內(nèi)，冷卻管CP將冷卻流體從上側引導向下側方向，而在第二 通道CH2內(nèi)，冷卻管CP將冷卻流體從下側引導返回向上側方向。 因此在優(yōu)選實施方式中，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U形彎。 轉子-磁體的磁場在冷卻管CP的各段中感應出電壓。由于該〃 z字形〃 方式，在 這些段中的感應電壓會彼此抵消，導致冷卻管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成發(fā)電機繞組的一部分，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的第一側面Sl對準氣隙，該氣隙位于發(fā)電機的定子和轉子之間。在該
第一側面Sl具有多個槽SL。例如這些槽SL是從層壓板LP上沖壓出來的。 多個層壓板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。 每個金屬繞組麗由導體C0N形成，導體CON被導體絕緣介質(zhì)CONI包圍。每個槽 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
插入電線圈的金屬繞組麗時，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。
權利要求
用于冷卻電機的裝置，其中-電機的定子包括多個堆疊的層壓板(LP)，而層壓板(LP)的一個側面上具有多個槽(SL)，-堆疊的層壓板(LP)的槽(SL)形成多個通道，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 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 工作時在金屬冷卻管(CP)處感應出的電壓。
6. 依照權利要求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)沿第一方向被引導通過 第一通道(CH1)，并且沿第二方向被引導返回通過第二通道(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 向被引導通過第一通道(CH1)，并沿第二方向被引導返回通過第二通道(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. 依照前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，電機是發(fā)電機。
10. 依照權利要求9所述的裝置，其特征在于，發(fā)電機位于風力渦輪機的外罩內(nèi)。
11. 依照權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)電機是外部轉子內(nèi)部定子的發(fā)電機。
12. 依照權利要求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)的一個側面(Sl)上，并且該側面(SI)對準氣隙，該氣隙位于發(fā)電機的定子和轉子之 間。
13. 依照前述任一權利要求所述的裝置，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的裝置。電機的定子包括多個堆疊的層壓板(LP)，而層壓板(LP)的一個側面上具有多個槽(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)先權日2008年10月28日
發(fā)明者A·莫爾, H·斯蒂斯達爾 申請人:西門子公司