CN101375487A - 气冷式电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气冷式电机(13)，尤其是一种气冷式发电机，其至少包括：转子(1)、定子(2)以及包围该定子的定子外壳(3)、以及端绕组空间(5)。在该情况下，在转子(1)和定子(2)中都提供了冷却气体的通路，其中，从转子(1)发出的冷却气体流(8)的至少一部分接触所述端绕组空间(5)，尤其是布置在其中的连接件(7)和/或者输出导体(7)。为了实现特别集中和受控的冷却，至少将连接件(7)和输出导体(7)布置在引导所述冷却气体流(8)的至少一个引导元件(14)的影响范围之内。
Description
技术领域
本发明涉及一种气冷式电机，尤其是一种气冷式发电机。本发明还涉及一种用于冷却这种电机的方法。
背景技术
形成为发电机的电机通常包括转子、定子、以及包围该定子的机壳。定子绕组线棒由彼此绝缘的线构成，这些线在沟槽中彼此上下排列，在该情况下是排列在定子主体中，具体而言是在叠片定子芯中，并且在其端面上，它们投射到端绕组空间中。在那里，将它们在径向上和周向上弯曲，并将它们的端部电气地且机械地连接到绕组。端绕组空间在该情况下容纳了定子端绕组以及连接件和输出导体。在采用非直接冷却式定子绕组的电机的情况下，将气体冷却介质，例如常规冷却空气，输入到转子轮毂区域中的转子中。其借助于在转子磁轭中的沟槽，在气隙中流出，以便接触到定子的基本上在径向上延伸的通道，从而实现冷却定子绕组的目的。冷却气体流的一部分流量在端绕组空间的方向上轴向偏转，并且用于冷却位于该处的部件，特别是连接件和输出导体。可替换地，该部分流量还可以由在端面上的、安装的转子上的通风装置提供，特别是通过风扇或者通过设置在端绕组区域中的外部风扇提供。特别是在现代的高功率单元的情况下，对于连接件和输出导体的可靠冷却代表了在这种情况中的更大的挑战。采用集中方式对绕组的嵌入到绕组沟槽中的部分进行冷却，而对于在端绕组空间终端中的暴露的绕组部分，特别是连接件和输出导体而言，则存在过热的风险。由于连接件和输出导体的位置就像端绕组的避风处一样，因此对于连接件和输出导体的范围限定的冷却是难以简单实现的。此外，在该区域中的冷却气体流的流速较低，并且冷却气体流分布不均匀，从而使得流参数总的来说难以简单控制。
此外，在端绕组暴露于通流期间的压力损耗和流偏转形成了要被冷却的下游部件的不均匀接触以及相对较低的流速，所造成的无可避免的后果是对于这些组件的局部上较差的冷却的风险。在该区域中的冷却气体流的体积流量理论上的可能增加不会显著改善该问题。
然而，在具有直接冷却式定子绕组的电机的情况下，由于流经中空导体的冷却气体对导体杆进行了充分冷却，因此不会发生上述问题。然而，用于这种对导体杆进行直接冷却的措施涉及较大成本。
发明内容
现在开始描述本发明。按照权利要求中提供的特征，本发明要解决的问题是：提供用于气冷式电机特别是气冷式发电机的一种冷却气体引导概念，其确保了对端绕组空间中的部件特别是连接件和输出导体的可靠冷却，同时，其能够以较低成本来构建和更新。
根据本发明，采用独立权利要求的主题来解决该问题。各个有利实施例则是从属权利要求的主题。
本发明基于以下整体概念：在气冷式电机中，在其端绕组区域中布置导流的引导装置，目的是建立范围限定的流动条件，以便能够以集中的方式将冷却气体馈送至具有过热风险的部件。作为其结果，现在以引导性及有目的的定向性的方式将先前不受控的冷却气体馈送至布置在端绕组空间中的部件，由此实现了对这些部件的可靠冷却，从而提高了这些部件的服务寿命。
有利的是，所述引导装置具有：在径向上位于所述连接件和所述输出导体外部的至少一个引导元件；以及在径向上位于所述连接件和所述输出导体内部的至少一个引导元件。这两个引导元件在形成冷却气体通路的情况下，彼此相隔一段距离布置，所述冷却气体通路使要被冷却的部件暴露于范围限定的流动条件，尤其是允许产生具有增大的速度的所述冷却气体流，作为其结果，能够确保对上述部件的可靠冷却。
在根据本发明的解决方案的一个有利延伸例中，所述引导元件在其背向定子外壳的端部，形成了用于冷却气体流的入口。在由这两个引导元件所形成的流动路径中建立清晰的流动条件，要求用于冷却气体的入口开口和出口开口的相应布置。由于由所述引导元件所形成的范围受限的入口，同时形成了范围受限的入口截面，并且由此实现了被精确产生的冷却气体流，或者对布置在端绕组空间中的部件的范围限定的且可靠的冷却。
整体而言，本发明的优点在于，现在以集中的方式引导冷却气体流，由此，在连接件和输出导体的区域中产生了清晰的流动条件和增大的流速。
根据本发明的机械的其他重要特征和优点来自于从属权利要求、附图、和参考附图的相关附图描述。
附图说明
本发明的优选实施例在附图中表现，并且在以下描述中进行更为详细的解释，其中，类似的名称指代相同、或相似、或功能相同的部件。
在该情况下，在附图中，在各种情况下示意性地示出：
图1示出了采用了根据本发明的改进型冷却气体引导概念的电机在端绕组区域中的详细视图；以及
图2示出了经过根据现有技术的电机的横截面视图，在该电机中能够应用图1的根据本发明的概念。
具体实施方式
对应于图2，电机13，特别是指发电机，具有转子1和包围转子1的定子2，其中，定子2包括定子主体，特别是指叠片定子芯，其由彼此之间相隔一段距离的多个主体部分构成，特别是指多个叠片芯部分，与转子磁轭类似，该定子主体由多个分割部分构成，特别是指多个叠片，并且在相邻叠片芯部分之间具有径向延伸的冷却沟槽。叠片定子芯由定子支撑结构包围，该定子支撑结构一侧支撑在基座(未示出)上，另一侧连接到承载托座，该托座吸收了来自承载的垂直力和水平力，并将它们传导到该支撑结构中。
此外，电机13具有带有端绕组盖4的端绕组空间5，其中，在端绕组空间5中布置了部件7，特别是指连接件7和输出导体7。为了冷却在端绕组空间5中的这些部件7，在轴方向上偏转冷却气体流8，特别是来自转子1的冷却气体流的一部分流量8，并且在定子2的端面方向上将其导向到端绕组6。在此，该(部分)冷却气体流8再次在径向方向上偏转，并首先流经端绕组6，以便随后流过连接件7和输出导体7，连接件7和输出导体7布置为在径向上位于更外侧。继续进行流动，经由定子外壳3中的开口12将该冷却气体排出或吸出，并且根据冷却类型，将其转向到电机13或者馈送至冷却器。为了避免在端绕组6暴露于通流时出现压力损耗和流偏转，至少将连接件7和输出导体7布置在至少一个引导装置14的影响范围之内，所述引导装置4引导冷却气体流8并具有在径向上位于部件7外侧的至少一个引导元件10以及在径向上位于部件7内侧的引导元件9，其中，压力损耗和流偏转会导致对要冷却的下游部件7的不均匀接触以及相对较低的流速，并带来无可避免的后果：即，对这些部件7的至少局部较差冷却的风险。在此情况下，优选地，这两个引导元件9，10以两个壁的形式形成，这两个壁彼此相距一段距离，并且在圆周方向上以环形方式延伸，并且共同构成用于(部分)冷却气体流8的通道形的通风管道。
在其面向定子外壳3的端部，引导元件9，10采用机械方式连接到该外壳。在此情况下，采用使径向上位于内侧的引导元件9和径向上位于外侧的引导元件10能够完全包围部件7(特别是指连接件7和输出导体7)的方式，将径向上位于内侧的引导元件9和径向上位于外侧的引导元件10布置在定子外壳3上，优选地，基本上垂直于定子外壳3，并且彼此平行。由于连接件7布置在多重不同平面中，在该情况下是水平平面，因此在所选择的示例性实施例中，有5个平面彼此上下叠置，并且引导元件9，10具有相应调节的轴向延伸，以便完全包围连接件7和输出导体7。通常，在该情况下，引导元件9，10能够具有不同的轴向延伸，具体而言，径向上位于内侧的引导元件9能具有比径向上位于外侧的引导元件10小的轴向延伸。
在这两个引导元件9，10背向定子外壳3的端部，形成了用于冷却气体流8的入口。在该情况下，根据图1，围绕部件7形成的通路在顶部打开。
这种设计防止了气体冷却介质对连接件7和输出导体7的不受控或者不均匀的接触。当在径向方向上流经端绕组6之后，首先防止冷却气体流8以直接且不受控的方式接触到部件7上。在该情况下，内侧引导元件9引起了沿着其表面到其背向定子2的自由端的冷却气体流8的径向偏转。由于主要压力比率，在该处发生了到引导元件9，10所形成的通路中的流偏转。由于在引导元件9，10之间的有限可用流截面11，发生了冷却气体流的集中和加速，这导致用冷却气体以强烈且受控的方式接触部件7。因此，排除了采用低速冷却气体流对位于端绕组6的避风处的连接件7和输出导体7进行不受控接触的情况。
在该情况下，带有自由端的引导元件9，10的设计非常简单，并且构建和/或者更新便宜。然而，其并不是必须的。可替换地，借助于在引导元件9，10之间的入口11中的适当的结构手段，也能够适宜地实现对要由(部分)冷却气体流8冷却的部件7的最佳接触。因此，可以设想，如上所示，形成具有不同长度的即具有不同轴向延伸的引导元件9，10，其中，例如，径向上位于内侧的引导元件9被形成为较短。还可以设想，在引导元件9，10的该区域中，布置流引导装置，例如导流叶片，以便采用所希望的方式来影响流入的冷却气体流8的方向，或者其在流截面11上的质量流分布。这尤其能够实现均匀的，或者如果需要的话也可以是有目的的非均匀的流入冷却气体，其中，能够连续地实现对要冷却的部件7的最佳接触。
通常，径向上位于外侧的引导元件10，至少在多个部分中，能够形成端绕组盖4的外侧壁。进一步如图1所示，这两个引导元件9，10的面向定子外壳3的端部以固定方式连接到定子外壳3，其中，能够通过定子外壳3中的开口12抽出冷却气体流8。
因此，借助于根据本发明的机械13，可以产生范围精确受限的冷却气体流，因此，能够实现对部件7，特别是连接件7和/或者输出导体7，的按照需求的冷却，由此，特别是能够延长机械13的服务寿命。
附图标记列表
1 转子 2 定子 3 定子外壳
4 端绕组盖 5 端绕组空间 6 端绕组
7 部件、连接器、输出导体 8 局部流/冷却气体流
9 径向上位于内侧的引导元件 10 径向上位于外侧的引导元件
11 入口/流入截面 12 定子外壳3中的冷却气体抽出开口
13 电机 14 引导装置
Claims (12)
1.一种气冷式电机(13)，尤其是一种气冷式发电机，
其至少包括：转子(1)；定子(2)，其具有包围该定子的定子外壳(3)；以及端绕组空间(4)，
其中，在所述转子(1)和所述定子(2)中都提供了冷却气体的通路，
其中，所述转子(1)发出的或者由通风装置产生的冷却气体流(8)的至少一部分接触所述端绕组空间(5)，尤其是端绕组(6)、连接件(7)和/或输出导体(7)，并且
其中，至少将所述连接件(7)和所述输出导体(7)布置在用于引导所述冷却气体流(8)的至少一个引导元件(14)的影响范围之内。
2.如权利要求1所述的气冷式电机，其特征在于，
所述引导装置(14)具有在径向上位于所述连接件(7)和所述输出导体(7)外侧的至少一个引导元件(10，9)、以及在径向上位于所述连接件(7)和所述输出导体(7)内侧的至少一个引导元件(10，9)。
3.如权利要求2所述的气冷式电机，其特征在于，
所述引导元件(9，10)被形成为彼此相隔一段距离的两个壁的形式，并且在周向方向上以环形形式延伸。
4.如权利要求2或3所述的气冷式电机，其特征在于，
所述引导元件(9，10)以机械方式连接到所述定子外壳(3)。
5.如权利要求2到4中任一项所述的气冷式电机，其特征在于，
所述引导元件(9，10)在其背向所述定子外壳(3)的端部，形成所述冷却气体流(8)的入口(11)。
6.如权利要求2到5中任一项所述的气冷式电机，其特征在于，
所述引导元件(9，10)具有不同的轴向延伸。
7.如权利要求6所述的气冷式电机，其特征在于，
所述在径向上位于内侧的引导元件(9)的轴向延伸比所述在径向上位于外侧的引导元件(10)的轴向延伸小。
8.如权利要求2到7中任一项所述的气冷式电机，其特征在于，
至少一个引导元件(9，10)在其背向所述定子外壳(3)的端部具有流引导装置。
9.如权利要求2到8中任一项所述的气冷式电机，其特征在于，
所述在径向上位于外侧的引导元件(10)至少在多个部分中形成端绕组盖(4)的外侧壁。
10.一种方法，用于冷却如权利要求1到9中任一项所述的电机(13)，尤其是气冷式发电机，其中，冷却气体流(8)的至少一部分被引导到在径向上位于内侧的引导元件和径向上位于外侧的引导元件(9，10)之间的端绕组空间(5)的区域中，并且在该过程中对其进行加速，从而能够用增大速度的、集中的冷却气体流(8)来接触布置在所述端绕组空间(5)中的部件(7)，尤其是连接件(7)和/或者输出导体(7)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，
所述冷却气体流(8)在端绕组空间(5)的区域中被偏转，并在轴向方向上流向所述定子外壳(3)、所述连接件(7)和/或者输出导体(7)。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，
通过在所述定子外壳(3)中的开口(12)抽取所述冷却气体流(8)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110525 Termination date: 20120116 |