電機的風機冷卻的製作方法

2023-09-16 03:54:50

專利名稱：電機的風機冷卻的製作方法
技術領域：
本發明涉及冷卻諸如水輪發電機之類的電機的結構，並且更具體地涉 及冷卻這種電機的能量效率。
背景技術：
電機包括由定子所包圍的具有高轉速的轉子，其通常由連接到該轉子 軸或由轉子軸驅動的風機冷卻。
轉子旋轉能量的一部分被消耗以加速通過該轉子的氣體。 一定量的氣 體需要通過轉子從而使其保持冷卻，然而任何過量氣體導致不必要的能量 消耗，以至減小電機的總體能量效率。
在電機的結構中，風機位於轉子的兩端，用於從轉子的兩端沿軸向吹 冷卻氣體。冷卻氣體的聚集隨後迫使其沿徑向穿過定子的冷卻槽。在另一 結構中，使用了單個風機，其中，吹或抽吸冷卻氣體以使其穿過轉子，其 中一部分冷卻氣體沿徑向從轉子流動到定子。在這兩個結構中，超過冷卻 轉子所需要的冷卻氣體均最初穿過轉子，而導致較低的電機能量效率。
DE 3905997公開了冷卻感應電機的線圈的另一結構，該結構包括在一 個感應電機結構中附著在定子線圈架而在另一感應電機結構中附著在轉子 線圈架上的封閉、光滑的柱形罩(cylinderjacket)。在每個可替代的形式中， 該柱形罩為該感應電機的線圈提供冷卻通道，其中風機可以專用於冷卻線 圈。
US 4346451公開了應用到凸極電機的另一冷卻結構。在該結構中，屏 障通過各個專用的風機提供的強制通風能夠分別冷卻轉子和定子。

發明內容
本發明意在提供一種提高利用風機冷卻電機的效率的裝置。 通過獨立權利要求的主題解決該問題。在從屬權利要求中給出有益實施例。
本發明基於如下主體思想分隔(partition)電機內的冷卻氣流來限制需 要通過轉子的氣體量。
本發明的另一目的是提供分別配置轉子和定子的冷卻氣體率的裝置。 因此，在本發明的一方面，提供一種用於電機的氣體冷卻結構，其中該電 機具有轉子、與該轉子同軸設置的定子和用於向該轉子和該定子提供冷卻 氣體的至少一個風機。在轉子和定子之間設置分隔體，並且其沿轉子的軸 向方向延伸以分離冷卻氣流。這樣，阻止冷卻氣體從轉子到定子的軸向流 動。其優勢在於僅冷卻轉子所需要的最少量氣體由轉子加速，從而提高了 電機效率。優選地，該分隔體設置在該轉子上，從而與該轉子協同旋轉 (co-rotational communication)。
分離冷卻通道的優勢還在於，可以分別配置冷卻氣流率以使冷卻風機 能量消耗最優化。因此，在本發明的一方面，風機設置在轉子一端，並且 具有用於冷卻轉子的內部風機和用於冷卻定子的外部風機。根據另一優選 方面，第二風機朝向轉子的另一端設置，並且也是具有用於冷卻轉子的內 部風機和用於冷卻定子的外部風機的兩個部分的風機。在另一方面，該第 二風機的內部部分支撐(support)外部風機。在另一方面，外部風機向定子吹
冷卻氣體。根據本發明的另一方面，優選地由第二風機的外部部分，封堵 朝向轉子的第二端的定子的冷卻氣流通道。
根據本發明的另一方面，分隔體還將內部風機或部分與外部風機或部 分分離。這樣減小兩個冷卻區域之間的冷卻氣體洩露。


在下文中，將通過示例參考附圖更完全地描述本發明的實施例，在附
圖中
圖1是現有技術電機冷卻結構的橫截面圖2是示出了分隔體和兩個部分風機的本發明的優選實施例的橫截面 圖；並且
圖3是在轉子的任一端分隔的風機將內部冷卻氣體引向定子的本發明 另一優選實施例的橫截面圖。在圖中使用的標記
10風機
11內部風機
12外部風機
20轉子
30定子
31定子冷卻槽
40第二風機
41形成第二風機或外部部分支撐的內部部分
42形成外部風機或屏障的外部部分
50冷卻氣體
51穿過轉子的冷卻氣體
52穿過定子的冷卻氣體
60分隔體
61定子冷卻氣流通道屏障
具體實施例方式
下面參考附圖描述本發明的優選實施例，在整個說明書中，相同的附 圖標記用來指代相同的元件。在以下描述中，為了解釋的目的，陳述了許 多具體細節以獲得對本發明的透徹理解。然而，顯而易見的是，不使用這 些具體細節也可以實現本發明。在其他示例中，在方框圖中示出了已知的 結構和設備，以便於描述本發明。
圖1示出了將風機10、 40設置在轉子20的任一側的現有技術冷卻結 構，其中風機強制冷卻氣體進入電機。冷卻氣流沒有分離並且從而冷卻轉 子20和定子30兩者。
如圖2所示，公開了適用於示出了氣體冷卻轉子加的水輪發電機的本 發明的結構，其中冷卻氣體被分隔體60分離開以分別冷卻轉子20和定子 30。圖3示出了具有風機設置在轉子20的任一端的分隔體60的另一冷卻 氣體實施例。在優選實施例中，風機設置在轉子20的一端。該風機還可以是一個部 分風機IO，優選地，風機是具有分別將冷卻氣體引向轉子20和定子30的 內部徑向部分11和外部徑向部分12的兩個部分風機。風機10的兩個部分 的特徵改善了氣流分離效果以及使到不同氣流通道的流率最優化。分隔體 60同軸設置在轉子20和定子30的軸向平面之間，並且優選地設置在轉子 20上以使其隨轉子20旋轉。分隔體60的目的是將來自風機10的冷卻氣體 分離開，以使從風機內部部分11產生的冷卻氣體的一部分專用於冷卻轉子 20，並且使從風機的外部部分12產生的冷卻氣體的另一部分專用於冷卻定 子30。這是通過形成阻止冷卻氣流從轉子20徑向流到定子30的屏障的分 隔體60來實現的。為了進一步提高兩個冷卻通道的密封性，分隔體60優 選地分隔內部和外部風機部分。這樣，僅冷卻轉子20所需要的氣體被引向 轉子20，從而限制了能量損失。
風機12的外部部分用於沿軸向引導在分隔體60和定子30之間形成的 空隙間的冷卻氣體。通過由在如圖3所示的轉子20的相對一端上設置的風 機將氣體引向相反的方向、或者通過物理屏障61，來封堵氣流，從而將初 始軸向流動方向變成徑向流動方向。物理屏障61是設置在空隙的遠端的平 板或金屬板。儘管可替代地是金屬板61可以設置在分隔體60上，但優選 地是金屬板61設置在電機的固定部分上。
在另一優選實施例中，如圖3所示，第二風機40設置在相對於第一風 機10的轉子20的一端。與第一風機10類似，風機40優選地是具有內部 41部分和外部部分42的兩個部分風機。優選地，通過在部分41和42之間 延伸，分隔體60將部分41和42分離開，從而改善了密封隔離效果。這樣 分離的另一優勢在於，第二風機40的風機部分41、 42可以具有相對的傾 斜度(pitch)。這樣，可以通過內部部分41從轉子20抽出冷卻氣體，同時可 以通過外部部分42強制氣體以相對的方向進入分隔體/定子空隙，以輔助冷 卻氣體沿徑向流經定子冷卻槽31。而外部部分42可以直接設置在分隔體 60上而無需支撐，優選地安裝內部支撐部分41，其中內部部分包括支撐體 或支撐風機葉片(supportingfanblade)。風機葉片是優選的，這是因為它們在 移動氣體環境中實現了較小的拖曳。
儘管這裡以被認為是最實用和優選的實施例的方式示出和描述了本發明，但在本發明的範圍內可以對其進行更改，這不限於本文所描述的細節， 本發明的範圍由涵蓋任何和所有等價裝置和設備的所附權利要求的總體範 圍來界定。
權利要求
1、一種電機的氣體冷卻結構，其中所述電機包括轉子；定子，其與所述轉子同軸設置；至少一個風機，其用於向所述轉子和所述定子提供冷卻氣體，以及分隔體，其設置在所述轉子和所述定子之間並沿所述轉子的完整軸向長度延伸，以分離冷卻氣流，從而阻止冷卻氣體從所述轉子向所述定子的徑向流動，其中所述分隔體設置在所述轉子上，從而與所述轉子協同旋轉，以及所述分隔體還將所述或每個風機分隔和分離成內部風機和外部風機，上述分隔和分離的步驟是通過所述分隔體在所述內部風機和所述外部風機之間延伸而實現的，其中所述內部風機位於所述分隔體和所述轉子之間，將所述內部風機配置為產生專用於冷卻所述轉子的冷卻氣體；並且所述外部風機位於所述分隔體和所述定子之間，將所述外部風機配置為產生專用於所述定子的冷卻氣體。
2、 如權利要求l所述的結構，其中所述風機是朝向所述轉子的第一末 端設置的第一風機，所述第一風機包括用於冷卻所述轉子的內部第一風機 和用於冷卻所述定子的外部第一風機。
3、 如權利要求2所述的結構，其中朝向所述轉子的第二末端設置第二 風機，所述第二風機包括用於冷卻所述轉子的內部第二風機和用於冷卻所 述定子的外部第二風機。
4、 如權利要求2所述的結構，其中在所述轉子的第二末端設置第二風 機，所述第二風機包括用於冷卻所述定子的外部第二風機和用於支撐所述 第二外部風機的內部第二部分。
5、 如權利要求3或4所述的結構，其中將所述外部第一風機和所述外 部第二風機配置為向所述定子吹冷卻氣體。
6、 如權利要求2所述的結構，其中封堵朝向所述轉子的第二末端的所 述定子的冷卻氣流通道。
7、 如權利要求6所述的結構，其中在所述轉子的第二末端設置第二風 機，所述第二風機具有用於封堵到所述定子的所述冷卻氣流通道的外部部 分。
全文摘要
本發明提供了冷卻電機的氣體冷卻結構，其中所述電機具有轉子(20)；與所述轉子(20)同軸設置的定子(30)；和向所述轉子(20)和所述定子(30)提供冷卻氣體的至少一個風機(10、40)。設置在所述轉子(20)和所述定子(30)之間的分隔體(60)沿所述轉子(20)的軸向長度延伸，從而分離冷卻氣流並且因此阻止冷卻氣體從所述轉子(20)到所述定子(30)的軸向流動。這樣，僅冷卻所述轉子所需要的冷卻氣流暴露於所述轉子(20)，從而消除由高速旋轉轉子(20)導致的對不必要的過量冷卻氣體加速造成的能量損失。所述分隔體(60)還使用有兩個部分的冷卻風機(10，40)，每個具有內部部分(11、41)和外部部分(12、42)，其中內部風機部分(11、41)具有與外部風機部分(12、42)相對的片葉傾斜度。
文檔編號H02K9/02GK101521436SQ20091012661
公開日2009年9月2日 申請日期2009年2月27日 優先權日2008年2月27日
發明者R·齊克爾曼 申請人:阿爾斯通技術有限公司