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)明涉及電機的冷卻裝置。 在優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明中涉及完全被外殼或殼體包圍的大型電機。
背景技術：
電機需要冷卻以散發(fā)熱量，該熱量在電機運行期間由歐姆電阻、由鐵磁滯等產生。
通過從電機內部到其表面的熱傳遞可以冷卻小型電機。這對大型機器而言是不可 能的，大型電機顯示單位額定功率和單位熱量生成具有相對小的表面。 當電機安裝于室內且處于干燥環(huán)境中時，可以在沒有外殼的情況下運行電機，因 此，利用經(jīng)過電機的環(huán)境空氣的循環(huán)來實現(xiàn)冷卻。 但是當電機安裝于惡劣的條件下，例如用于海上的風力渦輪機中的發(fā)電機，該電 機需要完全被包圍，因此，不允許環(huán)境空氣循環(huán)經(jīng)過電機。對于該應用，則需要專門的冷卻 系統(tǒng)。 —種很常見的冷卻方法是在電機內部循環(huán)空氣或其他氣體介質，而冷卻介質由熱
交換器保持冷卻。該冷卻方法的不利之處在于需要大型的氣體_空氣熱交換器或氣體_水
熱交換器。此外，需要相當大的額外功率以便在電機內部循環(huán)冷卻介質。 顯示具有定子和轉子的發(fā)電機的另一種冷卻方法，是在定子的第一側面上循環(huán)液
體。該待冷卻的第一側面與氣隙相反，該氣隙位于定子和轉子之間。定子顯示具有多個堆
疊的層壓板，層壓板承載定子線圈的金屬繞組，因此通過傳導，熱量從金屬繞組通過層壓板
被傳遞給冷卻介質。 由于層壓板的中等導熱系數(shù)，該冷卻方法在定子的繞組和冷卻介質之間存在相當 大的溫度梯度。因此很難保持低于所要求的最大值的預定繞組溫度。 此外，該冷卻方法不像空氣冷卻一樣有效，因為線圈的繞組頭部和轉子本身不是 以同樣的方式冷卻。 另一種冷卻方法是將用于冷卻目的液體或者氣體引入層壓板的槽內，而這些槽用 于承載金屬繞組。為了引入冷卻介質，采用中空的陶瓷冷卻管，然而該陶瓷冷卻管很昂貴且 難于處理。 問題在于對繞組頭部和轉子依然沒有直接冷卻作用。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供改良的用于冷卻電機的裝置。 該目的由權利要求1的特征解決。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式在后續(xù)權利要求中描 述。 用于冷卻電機的本發(fā)明裝置包括電機的轉子和定子，而氣隙位于轉子和定子之 間。該電機包括空氣冷卻裝置，其在電機內部循環(huán)空氣。
電機包括液體冷卻裝置，其在電機內部循環(huán)冷卻液體。該空氣冷卻裝置和液體冷卻裝置通過空氣_液體熱交換器連接，該熱交換器用于通過冷卻液體從電機向外傳送熱 依照本發(fā)明，借助于液體介質冷卻定子，此外空氣被用于定子的繞組頭部以及轉 子的冷卻。 依照本發(fā)明的冷卻裝置具有很多優(yōu)點。
利用液體冷卻裝置，定子被有效冷卻。 定子的繞組頭部以及轉子本身由另外的單獨回路冷卻，因此，補償了上述定子缺 少直接冷卻的缺陷。 依照現(xiàn)有技術的狀態(tài)，按照上面所討論的系統(tǒng)，定子的繞組頭部以及轉子的空氣 冷卻需要較少量的空氣以用于冷卻目的。因此減少了很大比例的通風損失，通常減少1/3。
在優(yōu)選實施方式中，定子以及繞組頭部和/或轉子的冷卻被分別調整，因此避免 了冷卻的不均衡。 因為空氣直接用于在電機內部冷卻，避免了大量的外部空氣管線。因此可以保持 電機完全被包圍。 在優(yōu)選實施方式中，相同的冷卻劑循環(huán)經(jīng)過內部散熱器和定子(并聯(lián)或者串聯(lián))， 因此，可獲得簡單裝置。
借助于一些附圖將更詳細的描述本發(fā)明，其中 圖1示出了作為電機的發(fā)電機，發(fā)電機依照本發(fā)明被冷卻， 圖2示出了參照圖1的發(fā)電機的第一細節(jié)，以及 圖3示出了參照圖1和圖2的發(fā)電機的第二細節(jié)。
具體實施例方式
圖1以剖視圖示出了發(fā)電機G，而該發(fā)電機G依照本發(fā)明被冷卻。
發(fā)電機G包括外部轉子1和內部定子2。內部定子2經(jīng)由軸承3與轉子1連接。
轉子1裝有多個磁體4，因此磁體4部分位于氣隙AG內。氣隙AG位于定子2和轉 子1之間。 定子1包括多個堆疊的層壓板5，而層壓板5顯示具有多個槽，后面更詳細的示出 這些槽。層壓板5的槽承載定子線圈的金屬繞組-后面被更詳細的示出。
定子線圈的一部分超出堆疊的層壓板5的槽，形成定子線圈的繞組頭部6。
層壓板5由兩個端板15固定。 風扇7用于空氣冷卻，而風扇7與定子2連接。風扇7循環(huán)空氣通過氣隙AG，并通 過發(fā)電機G內部的繞組頭部6，而空氣循環(huán)如圖所示的沿著線路w發(fā)生。
空氣-液體熱交換器8與風扇7連接用于冷卻目的。 熱交換器8與冷卻液體入口 9和冷卻液體出口 10連接，冷卻液體入口 9和冷卻液 體出口 10用來傳送〃 較冷的〃 冷卻液體到熱交換器8，并且從熱交換器8移走〃 較熱的〃 冷卻液體以便將熱量從空氣_液體熱交換器8運送到發(fā)電機G的外側。
多個中空管11與層壓板5熱接觸。
在優(yōu)選實施方式中，中空管11由金屬制成。這些管11的第一端與冷卻液體入口 9連接，而管11的第二端與冷卻液體出口 10連接，因此形成冷卻回路以用于液體冷卻。
風扇7循環(huán)冷卻空氣以使轉子1和繞組頭部6冷卻下來，并在一定程度上(很小) 將層壓板5冷卻下來。 借助于熱交換器8，熱量從空氣冷卻系統(tǒng)隨后被傳遞到周圍，為了該目的，熱交換 器8與冷卻液體入口 9和冷卻液體出口 10連接。 因此，冷卻液體的冷卻容量的主要部分用于冷卻金屬繞組，該金屬繞組位于槽內。 —方面的空氣冷卻與另一方面的液體冷卻結合。 圖2示出了沿著參照圖1的發(fā)電機G的剖面線A-A的第一細節(jié)。 定子2具有層壓板5，而層壓板5顯示具有多個槽5a。 在定子2和轉子1之間是氣隙AG，而轉子1顯示具有多個固定在轉子1上的磁體 4。 用于液體冷卻的中空管11與發(fā)電機G的層壓板5成熱接觸連接。
圖3顯示參照圖1和圖2的發(fā)電機G的第二細節(jié)。 層壓板5的槽5a用于承載定子線圈的金屬繞組14(未詳細示出)。層壓板5的第
一側面面向氣隙AG，層壓板5的第二側面與層壓板5熱連接以用于冷卻目的。 第二側面定位與第一側面相反并且經(jīng)由焊接部13與中空管11連接。因此焊接部
13用于熱連接。 在該中空管11的內部，冷卻流體布置成循環(huán)往來熱交換器8。
中空管11經(jīng)由焊接部13與定子2的層壓板5直接熱接觸。 所描述的冷卻系統(tǒng)在中空管11與層壓板5的第二側面之間具有焊接連接，在本發(fā) 明的優(yōu)選實施方式中，中空管11位于層壓板5的第二側面。 在另一優(yōu)選實施方式中，可以由層壓板5包圍中空管11，因此中空管ll形成層壓 板5的集成部分。 在另一優(yōu)選實施方式中，可以將中空管ll與金屬繞組14或者槽5a集成或者結合 上述實施方式。 在優(yōu)選實施方式中，僅發(fā)電機G的〃 內部空氣〃 在內部循環(huán)，因此可以完全封裝 發(fā)電機G。僅采用液體冷卻將熱量從發(fā)電機G向外移走。
權利要求
用于冷卻電機的裝置，其中-電機包括轉子(1)和定子(2)，而氣隙(AG)位于轉子(1)和定子(2)之間，-電機(G)包括空氣冷卻裝置(7)，空氣冷卻裝置在電機(G)內部循環(huán)空氣，-電機(G)包括在電機(G)內部循環(huán)冷卻液體(12)的液體冷卻裝置(8，9，10，11，12)，以及-空氣冷卻裝置(7)和液體冷卻裝置(8，9，10，11，12)由空氣-液體熱交換器(8)連接，該熱交換器(8)用于通過冷卻液體從電機(G)向外傳送熱量。
2. 依照權利要求1所述的裝置，其特征在于 _定子(2)包括多個層壓板(5)，以及-層壓板(5)包括多個槽(5a)，該多個槽(5a)用于承載定子(2)線圈的金屬繞組(14)。
3. 依照權利要求1或2所述的裝置，其特征在于定子(2)布置作為內部定子，而轉子 (1)布置作為電機(G)的外部轉子。
4. 依照權利要求2或3所述的裝置，其特征在于定子線圈超出層壓板(5)的槽(5a) 以形成定子線圈的繞組頭部(6)。
5. 依照權利要求1所述的裝置，其特征在于空氣冷卻裝置(7)包括風扇。
6. 依照前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于空氣冷卻裝置(7)布置成使空氣 循環(huán)通過氣隙(AG)并通過定子線圈的繞組頭部(6)。
7. 依照權利要求1所述的裝置，其特征在于空氣_液體熱交換器(8)與冷卻液體入 口 (9)和冷卻液體出口 (10)連接，該冷卻液體入口 (9)和冷卻液體出口 (10)用于將冷卻 液體輸送給熱交換器(8)并從該熱交換器(8)輸走冷卻液體以移走熱量。
8. 依照前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于-液體冷卻裝置(8，9，10，11，12)包括中空管(ll)，中空管(11)用于將冷卻液體輸送 給空氣_液體熱交換器(8)并從該空氣_液體熱交換器(8)輸走冷卻液體，以及-中空管(11)的端部與冷卻液體入口 (9)和冷卻液體出口 (10)連接以形成液體冷卻裝置。
9. 依照前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于-層壓板(5)的第一側面包括層壓板(5)的槽(5a)，層壓板(5)的第一側面面向氣隙 (AG)，以及-層壓板(5)的第二側面與液體冷卻裝置(11)熱連接，該第二側面與層壓板(5)的第 一側面相反。
10. 依照權利要求9所述的裝置，其特征在于熱連接形成為焊接連接。
11. 依照權利要求8所述的裝置，其特征在于中空管(11)形成層壓板(5)的集成部分。
12. 依照權利要求8所述的裝置，其特征在于-中空管(11)形成定子線圈(2)的金屬繞組(14)的集成部分，和/或 -中空管(11)形成層壓板(5)的槽(5a)的集成部分。
13. 依照權利要求8所述的裝置，其特征在于中空管(11)由金屬或陶瓷制成。
14. 依照權利要求l所述的裝置，其特征在于電機是發(fā)電機(G)，發(fā)電機(G)位于風力 渦輪機的外罩內。
15.依照權利要求1所述的裝置，其特征在于電機(G)完全被外殼封裝，因此僅在電機(G)內的空氣被循環(huán)以用于空氣冷卻目的。
全文摘要
本發(fā)明涉及冷卻電機的裝置。用于冷卻電機的本發(fā)明裝置包括電機的轉子(1)和定子(2)，而氣隙(AG)位于轉子(1)和定子(2)之間。電機(G)包括空氣冷卻裝置(7)，該冷卻裝置在電機(G)內部循環(huán)空氣。電機(G)包括液體冷卻裝置(8，9，10，11，12)，液體冷卻裝置在電機(G)內部循環(huán)冷卻液體(12)?？諝饫鋮s裝置(7)與液體冷卻裝置(8，9，10，11，12)通過空氣-液體熱交換器(8)連接，熱交換器(8)用于通過冷卻液體從電機(G)向外傳送熱量。
文檔編號H02K9/02GK101728899SQ20091020813
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J·B·尼爾森, J·K·布思, S·岡德托夫特, U·埃里克森 申請人:西門子公司