專利名稱：發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括一定子和一轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)，其中，所述定子具有一布置在所述定子的槽中的繞組系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)具有復(fù)數(shù)個(gè)熱管。
背景技術(shù)：
發(fā)電機(jī)配有空氣冷卻系統(tǒng)或液體冷卻系統(tǒng)，以便將產(chǎn)生于定子疊片組和/或轉(zhuǎn)子疊片組以及繞組系統(tǒng)的熱損失導(dǎo)散。發(fā)電機(jī)的這部分熱損失主要產(chǎn)生于鐵損和渦流損耗。 為了進(jìn)一步改善發(fā)電機(jī)的熱傳遞，發(fā)電機(jī)上設(shè)有熱管。
為此，US 3 801 843提出了在發(fā)電機(jī)的疊片組或槽內(nèi)設(shè)置熱管的多種布置方案。
熱管主要由真空密閉且內(nèi)表面具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的管件構(gòu)成。由于存在真空，送入的工作液體(水或醇)以飽和蒸氣的形式位于毛細(xì)結(jié)構(gòu)中。在此情況下，熱管內(nèi)部通過(guò)蒸發(fā)和冷凝實(shí)現(xiàn)熱傳遞。當(dāng)熱能傳遞至熱管的某個(gè)位置時(shí)(蒸發(fā)區(qū))，工作液體就會(huì)在吸收這部分能量后蒸發(fā)。隨后，蒸氣沿溫度梯度流動(dòng)并在熱管溫度較低的位置上釋放能量而凝結(jié) (冷凝區(qū))。冷凝液在毛細(xì)力和重力作用下回到蒸發(fā)區(qū)。
熱管以管件(特別是圓形管件)形式制成，但也可以是矩形的扁平熱管。將蒸發(fā)區(qū)布置在冷凝區(qū)下方較為有利。如果采用相反的布置方式，也就是蒸發(fā)區(qū)在上冷凝區(qū)在下， 毛細(xì)力就必須能克服重力。
JP 10174371 A公開過(guò)一種用熱管冷卻端部繞組的發(fā)電機(jī)。
轉(zhuǎn)子發(fā)熱往往會(huì)影響封閉式風(fēng)冷發(fā)電機(jī)的冷卻效果。由于發(fā)電機(jī)的防護(hù)等級(jí)要求其采用封閉式結(jié)構(gòu)，因而必須通過(guò)保護(hù)管或諸如此類的元件才能將轉(zhuǎn)子的熱量傳遞給冷卻空氣。此時(shí)，只有通過(guò)對(duì)流才能將轉(zhuǎn)子的熱損失傳遞到保護(hù)管上，繞組系統(tǒng)特別是端部繞組同樣如此。保護(hù)管安裝在支承管上且由冷卻空氣從外部冷卻。這就會(huì)帶來(lái)以下問(wèn)題。保護(hù)管內(nèi)側(cè)與環(huán)繞保護(hù)管的冷卻空氣之間溫差相對(duì)較大。
在此情況下，下列因素會(huì)對(duì)傳熱造成影響保護(hù)管內(nèi)外兩側(cè)的空氣流速，空氣量， 傳熱面積以及上述兩個(gè)區(qū)之間的材料熱導(dǎo)率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是在具有空氣冷卻裝置的封閉式電機(jī)上對(duì)轉(zhuǎn)子的散熱和定子的繞組系統(tǒng)散熱加以改進(jìn)而不改變?cè)摪l(fā)電機(jī)的基本設(shè)計(jì)原理。
本發(fā)明用來(lái)達(dá)成上述目的的解決方案是一種具有一定子和一轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)，其中，至少所述定子具有一布置于該定子的槽中的繞組系統(tǒng)，所述繞組系統(tǒng)在所述定子的端面形成復(fù)數(shù)個(gè)端部繞組，且通過(guò)復(fù)數(shù)個(gè)熱管在所述定子的端面實(shí)現(xiàn)大體沿徑向的熱傳遞。
通過(guò)在一封閉式發(fā)電機(jī)的定子端面大體沿徑向布置復(fù)數(shù)個(gè)熱管，仍可確保該發(fā)電機(jī)具有例如為IP55的防護(hù)等級(jí)。同時(shí)，通過(guò)這些布置在定子端面的熱管能夠?qū)崿F(xiàn)從保護(hù)管內(nèi)側(cè)向外的有效散熱。在此情況下，轉(zhuǎn)子及定子繞組系統(tǒng)的熱損失、疊片組的鐵損以及端部繞組的損耗會(huì)被熱管的蒸發(fā)區(qū)吸收并通過(guò)保護(hù)管向外傳遞至冷凝區(qū)。這就能夠在不影響發(fā)電機(jī)防護(hù)等級(jí)的情況下降低發(fā)電機(jī)的內(nèi)外溫差。
此外，本發(fā)明無(wú)需對(duì)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何實(shí)質(zhì)上的修改，因?yàn)橹恍枰诒Ｗo(hù)管上設(shè)置尺寸大體與所述熱管的截面相符的孔口。熱管數(shù)目視保護(hù)管中孔口的數(shù)目而定。
所述保護(hù)管有利地同樣是導(dǎo)熱材料，這樣可以進(jìn)一步從保護(hù)管所封閉的區(qū)域中向外散熱，從而增強(qiáng)所述熱管的冷卻效果。
在所述發(fā)電機(jī)的下部區(qū)域，所述熱管需要用毛細(xì)力來(lái)克服重力，這會(huì)降低冷卻效果，可以通過(guò)增加這一區(qū)域的熱管數(shù)量來(lái)達(dá)到與發(fā)電機(jī)上部區(qū)域相同的冷卻效果。
作為替代方案，可以在所述保護(hù)管的徑向底側(cè)，即需要毛細(xì)力克服重力的區(qū)域，設(shè)置專門的熱管并利用這些熱管的毛細(xì)結(jié)構(gòu)達(dá)到同樣有效的傳熱效果。
至少所述蒸發(fā)區(qū)和/或所述冷凝區(qū)上有利地設(shè)有編結(jié)物，該編結(jié)物增大了蒸發(fā)區(qū)和冷凝區(qū)的表面。所述編結(jié)物有利地實(shí)施為金屬編結(jié)物，特別是金屬絲編結(jié)物，所述編結(jié)物進(jìn)一步增強(qiáng)傳熱效果且其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還能使流經(jīng)蒸發(fā)區(qū)或冷凝區(qū)的氣流形成渦流。
這些布置在所述熱管的末端部分的編結(jié)物使環(huán)繞這些末端部分的氣流形成渦流。 這種渦流的特征在于，流體粒子往往進(jìn)行三維的、看似隨機(jī)的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。這就極大地有助于冷卻劑(例如氣流)的吸熱以及將熱管的熱量釋放到冷卻劑中。
這些編結(jié)物特定而言是卷繞而成且與所述熱管熱耦合的金屬絲。這些編結(jié)物內(nèi)的網(wǎng)眼形狀可自由選擇，但必須保證氣流能夠穿過(guò)編結(jié)物。
所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子可實(shí)施為具有相應(yīng)鼠籠的鼠籠式轉(zhuǎn)子，其中，特別是轉(zhuǎn)子端面的短路環(huán)具有復(fù)數(shù)個(gè)葉片狀結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)在保護(hù)管內(nèi)部形成空氣循環(huán)，這就加劇了空氣渦流從而有助于熱量在保護(hù)管內(nèi)部均勻分布。
根據(jù)另一有利實(shí)施方案，所述轉(zhuǎn)子中設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)軸向槽隙，使得不僅所述端面上形成空氣循環(huán)，而且這些沿軸向延伸的槽隙還在轉(zhuǎn)子的整個(gè)軸向長(zhǎng)度上引起空氣循環(huán)，這樣就能使轉(zhuǎn)子的兩個(gè)端面之間也實(shí)現(xiàn)溫度均衡。
借此還能將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子鐵損有利地傳遞至所述發(fā)電機(jī)的端面部分。
根據(jù)另一有利實(shí)施方案，至少部分熱管的蒸發(fā)區(qū)或冷凝區(qū)及其編結(jié)物分別與定子疊片組或轉(zhuǎn)子疊片組中的冷卻通道軸向?qū)?zhǔn)，通過(guò)這種方式，特別是通過(guò)在這一區(qū)域內(nèi)實(shí)施強(qiáng)制軸向冷卻，可進(jìn)一步增強(qiáng)吸熱或散熱效果，從而提高整個(gè)冷卻設(shè)備的效率。
內(nèi)冷卻循環(huán)也可將至少在這個(gè)區(qū)域內(nèi)有利地具有散熱片的端蓋包括在內(nèi)，以便通過(guò)空氣循環(huán)和所述熱管將端蓋上的熱量傳遞到周圍空氣中。


下面通過(guò)附圖所示的實(shí)施例原理圖對(duì)本發(fā)明及其有利實(shí)施方案予以進(jìn)一步說(shuō)明， 其中 圖1、圖5為一發(fā)電機(jī)的截面圖； 圖2、圖4為一發(fā)電機(jī)的縱向局部剖視圖；以及 圖3為一熱管。
具體實(shí)施例方式圖1為一發(fā)電機(jī)1的截面圖，該發(fā)電機(jī)包括一外殼，保護(hù)管14通過(guò)支承件17支承在該外殼上。為清楚起見，圖中未示出繞組系統(tǒng)4及轉(zhuǎn)子3。
保護(hù)管14將電性敏感部件(例如帶端部繞組的繞組系統(tǒng)4和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子3)包圍， 這一點(diǎn)在圖2中較為清楚。在此情況下，產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子3和繞組系統(tǒng)4的熱量必須通過(guò)保護(hù)管14才能向外導(dǎo)散。根據(jù)本發(fā)明，這種散熱通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)在外殼的四角上沿徑向布置多個(gè)熱管5，在本實(shí)施例中為四個(gè)熱管5，這些熱管5無(wú)論在其蒸發(fā)區(qū)19的末端部分還是在其冷凝區(qū)7的末端部分都具有編結(jié)物8。這些編結(jié)物8增大了吸熱面積或散熱面積，此外還可以使其周圍的氣流形成渦流從而進(jìn)一步增強(qiáng)散熱或吸熱效果。
其中，冷凝區(qū)7有利地與定子2的疊片組15的設(shè)計(jì)為軸向冷卻通道的槽隙11軸向?qū)?zhǔn)。定子2的疊片組15的這個(gè)軸向通風(fēng)結(jié)構(gòu)在增強(qiáng)散熱效果的同時(shí)還進(jìn)一步增強(qiáng)了冷凝區(qū)7的編結(jié)物8上的通流程度。
保護(hù)管14從定子2的疊片組15延伸至端蓋12，從而形成一封閉氣腔。這就使得繞組系統(tǒng)4對(duì)外封閉從而達(dá)到必要的防護(hù)等級(jí)。在這個(gè)封閉氣腔內(nèi)部進(jìn)行主要由附加風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)制對(duì)流，如果是鼠籠式轉(zhuǎn)子，就由短路環(huán)上的風(fēng)扇葉片驅(qū)動(dòng)。在此過(guò)程中，空氣進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)并以環(huán)流或穿流方式流經(jīng)端部繞組、端蓋及蒸發(fā)區(qū)的編結(jié)物8。通過(guò)這種方式在這個(gè)區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻吸熱，并使保護(hù)管內(nèi)部各區(qū)域與保護(hù)管外部之間的溫差大幅降低。
用以固定軸承18的端蓋12有利地具有復(fù)數(shù)個(gè)散熱片21，它們也參與保護(hù)管14內(nèi)部和/或冷卻流16內(nèi)部的冷卻循環(huán)。如圖4所示，轉(zhuǎn)子3同樣可具有軸向冷卻通道22，借此可在保護(hù)管14的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)從發(fā)電機(jī)的一個(gè)端面到另一端面的冷卻循環(huán)。
通過(guò)以上方式能夠獲得一種發(fā)電機(jī)1，該發(fā)電機(jī)雖采用封閉式結(jié)構(gòu)但冷卻效率很高，并且相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)而言結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。
具體而言就是只需在保護(hù)管14內(nèi)部以規(guī)定距離布置復(fù)數(shù)個(gè)熱管5。這些熱管5布置在保護(hù)管14的相應(yīng)孔口中，但為能保持例如IP55的防護(hù)等級(jí)，還需用灌封材料對(duì)布置有熱管5的孔口實(shí)施密封處理。
圖5為熱管5采用軸線水平定向的一種布置方式的截面圖，根據(jù)本發(fā)明，采用這種布置方式時(shí)，熱管5的毛細(xì)力必須克服重力，這樣會(huì)降低冷卻效率。
為避免出現(xiàn)這種情況，需要在下部區(qū)域內(nèi)增加熱管5的數(shù)量以及/或者采用具有合適毛細(xì)結(jié)構(gòu)的熱管5。
圖3示出一熱管5，其末端部分分別設(shè)有蒸發(fā)區(qū)19和冷凝區(qū)7。這些區(qū)域都具有編結(jié)物8，以便在增大傳熱面積的同時(shí)使穿過(guò)編結(jié)物8的空氣形成渦流，從而提高吸熱或散熱效率。這些編結(jié)物8與熱管5的末端部分熱耦合，以便將熱量傳遞給這個(gè)蒸發(fā)區(qū)19或?qū)⒗淠齾^(qū)7的熱量傳遞給編結(jié)物8。
綜上所述，本發(fā)明提供一種以簡(jiǎn)單方式實(shí)現(xiàn)有效冷卻的封閉式發(fā)電機(jī)1，具體解決方案為在繞組、端部繞組和轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵組件周圍設(shè)置保護(hù)管14，該保護(hù)管具有復(fù)數(shù)個(gè)孔口，其中安裝有復(fù)數(shù)個(gè)大體沿徑向布置且包含有編結(jié)物8的熱管5。
在定子2的端面6上，保護(hù)管14視情況連同端蓋12和軸體一起分別為端部繞組或繞組系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)子3等組件提供保護(hù)，以免其受到灰塵和水等環(huán)境因素的影響。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電機(jī)(1)，包括一定子( 和一轉(zhuǎn)子(3)，其中，至少所述定子( 具有一布置在所述定子( 的槽中的繞組系統(tǒng)G)，所述繞組系統(tǒng)在所述定子( 的端面形成復(fù)數(shù)個(gè)端部繞組，且通過(guò)復(fù)數(shù)個(gè)熱管( 在所述定子O)的端面(6)實(shí)現(xiàn)一大體沿徑向的熱傳遞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)(1)，其特征在于，所述熱管( 在一蒸發(fā)區(qū)(19)和/或一冷凝區(qū)(7)的末端部分具有一編結(jié)物(8)，特別是一金屬絲編結(jié)物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電機(jī)(1)，其特征在于，所述蒸發(fā)區(qū)(19)布置在所述發(fā)電機(jī)(1)的一封閉式冷卻循環(huán)內(nèi)部，特別是一空氣冷卻循環(huán)O)內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電機(jī)(1)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子C3)和至少一個(gè)布置在所述定子O)的端面(6)的端部繞組(10)位于所述冷卻循環(huán)(9)中。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)(1)，其特征在于，所述定子⑵的端面(6)設(shè)有至少一個(gè)端蓋(12)，其中，所述端蓋(12)配有復(fù)數(shù)個(gè)散熱片(21)，所述散熱片參與所述封閉式冷卻循環(huán)(9)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)(1)，其特征在于，所述定子O)的端面(6)各設(shè)有一個(gè)保護(hù)管(14)，所述保護(hù)管從所述定子O)的疊片組(15)延伸至所述端蓋(12)并被復(fù)數(shù)個(gè)熱管(5)貫穿，使得所述蒸發(fā)區(qū)(19)位于所述保護(hù)管(14)的徑向內(nèi)部，所述冷凝區(qū)(7)位于所述保護(hù)管(14)的徑向外部。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)(1)，其特征在于，所述定子( 具有復(fù)數(shù)個(gè)沿軸向延伸的槽隙(11)，特別是冷卻通道，其中，所述熱管 (5)的冷凝區(qū)(7)的編結(jié)物⑶與所述槽隙軸向?qū)?zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電機(jī)(1)，其特征在于，經(jīng)由所述定子⑵的槽隙(11)強(qiáng)制或自然產(chǎn)生冷卻空氣(16)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)或多項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)(1)，其特征在于，所述編結(jié)物(8)由一導(dǎo)熱材料，特別是金屬構(gòu)成。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)或多項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)(1)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)(1)具有一封閉式結(jié)構(gòu)，特別是符合IP陽(yáng)要求的封閉式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括一定子(2)和一轉(zhuǎn)子(3)的發(fā)電機(jī)(1)，其中，至少所述定子(2)具有一布置在所述定子(2)的槽中的繞組系統(tǒng)(4)，且通過(guò)復(fù)數(shù)個(gè)熱管(5)在所述定子(2)的端面(6)實(shí)現(xiàn)一大體沿徑向的熱傳遞。
文檔編號(hào)H02K5/10GK102187549SQ200980141678
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者伊爾卡·阿夫?yàn)鯛栃?申請(qǐng)人:西門子公司