定子裝置的製作方法

2023-05-11 04:26:06 1

專利名稱：定子裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於電機的定子裝置，包括具有設置多個定子槽的定子軛的定子，其中每一個定子槽容納至少一組定子繞組和至少一個形狀為管道狀的導管的冷卻裝置。
背景技術：
已知的是，諸如具有定子裝置和轉子的發電機等的電機的操作相應地伴隨有熱損耗或銅損耗，該定子裝置包括具有設置多個定子槽的定子軛的定子，其中每一個定子槽容納至少一組定子繞組，該轉子可相對於定子旋轉。為了避免可能導致效率降低或者甚至損害或減少壽命(尤其是電機的絕緣壽命)的熱度過高，通常為定子裝置提供冷卻裝置。
EP1499001A1公開了一種用於冷卻包括定子的電機的設備，其中在定子的圓周方向設置連續的凹槽。凹槽容納至少一個繞組並在定子的入口面展開。因此，至少一個在凹槽的縱向方向上延伸的冷卻管被設置在定子凹槽的每一個中。至少一個冷卻管位於接近氣隙的凹槽的入口部分。然而，已知的冷氣裝置的冷卻效率經常是不令人滿意的。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種具有改善的冷卻能力的定子裝置。這是通過已在開始描述的定子裝置來實現的，其中管道狀的導管被分成兩個或更多單獨的冷卻通道。本發明基於將形狀為管道狀的導管的冷卻裝置劃分成相應單獨的冷卻通道的結果。此方式下，冷卻裝置的冷卻能力能夠被提高，原因在於與現有技術中已知的管道狀的導管相比，本發明的管道狀的導管具有增加的熱交換表面。類似地，流經管道狀的導管或相應的冷卻通道的冷卻流體的流量被分別劃分成與管道狀的導管中的相應冷卻通道相對應的各個子流量。此方式下，管道狀的導管的橫截面包括由各自由相應冷卻通道的各個壁限定的相應的單獨冷卻腔。因此，在流經相應冷卻通道的冷卻流體的各個子流量之間的熱交換本質上被減少，這導致冷卻裝置整體的冷卻效率的提聞。冷卻裝置的改善的冷卻能力在這樣的冷卻裝置中被進一步實現，S卩，具有相應冷卻通道的管道狀的導管可被設置成儘可能地接近各個定子槽(即特別是成組定子繞組)中的熱源。因此，管道狀的導管的徑向位置可以不同，即，參考定子的中心軸線，管道狀的導管可在定子槽中佔據徑向內部(底部)或者外部(頂部)位置。還可將管道狀的導管設置在兩個或更多相鄰布置的成組定子繞組之間的中間位置。管道狀的導管中的相應冷卻通道的數量是至少兩個。然而，也可能有更多的數量，其中相應冷卻通道的數量主要取決於尺寸，特別是管道狀的導管的橫截面的尺寸，和相應冷卻通道的橫截面的尺寸。管道狀的導管優選包括對稱布置的冷卻通道。
在一個示例性實施例中，管道狀的導管包括四個對稱布置的冷卻通道。可以理解，參考定子的中心軸線，相應冷卻通道可布置在水平和/或豎直方向，即圓周和/或徑向方向。根據本發明的示例性實施例，管道狀的導管可包括，被布置成一行或多行且每一個在另一個之上的四個冷卻通道，其中每一行包括至少一個冷卻通道。此外，相應冷卻通道還可不均勻地分布，即，第一行可只包括一個冷卻通道，而第二行可包括三個冷卻通道。在管道狀的導管中任意變化的布置相應冷卻通道是可能的。由於管道狀的導管被分成相應冷卻通道，冷卻裝置的冷卻特性的單獨控制總體上是可能的。這是由於事實上，每一個相應冷卻通道的冷卻能力可通過優選的獨立連接到相應冷卻通道的相應冷卻系統被獨立地控制。換句話說，對於每一個冷卻通道，流經相應冷卻通道的冷卻流體的所有相應冷卻參數，像流速、壓力、溫度、成分等等，可以變化。 當然，本發明的定子裝置，S卩，相應定子槽包括大於一個的相應管道狀的導管是可能的。本發明的管道狀的導管可被分配至至少一組具有給定電氣相位的定子繞組。換句話說，管道狀的導管可只分配至一組具有給定電氣相位的定子繞組，或者分別分配至至少兩組具有給定電氣相位的定子繞組。當然，管道狀的導管跟隨大於一組的定子繞組也是可能的。相應冷卻通道可具有相同的或(如果需要，成組的)不同的橫截面的形狀和/或面積和/或不同的長度。這同樣適用於相應冷卻通道的所有其它幾何特徵或結構特徵。此方式下，類似的或不同形狀的冷卻通道的任意實施例是可想像的。對於被分成四個相應冷卻通道的管道狀的導管的示例性實施例而言可能的是所有冷卻通道被相同地成形，S卩，具有相同的橫截面的形狀和面積。然而，還可能的是，四個冷卻通道被分成兩組，其中分配到各自組中的相應冷卻通道在橫截面的形狀和/或面積上有所不同，即，分配至第一組的冷卻通道具有第一橫截面的形狀和/或面積，而分配至第二組的冷卻通道具有第二橫截面的形狀和/或面積。當然，四個相應冷卻通道以3 I配置的劃分也是能想像的，其中三個冷卻通道被相同地成形為具有第一橫截面的形狀和/或面積，而剩餘的冷卻通道被成形為具有第二橫截面的形狀和/或面積。先前所述的內容同樣適用於冷卻通道的相應長度，以及具有任意數量的冷卻通道的管道狀的導管。能想像的是，管道狀的導管和/或至少一個冷卻通道具有矩形的橫截面。然而，其它橫截面的形狀也是可能的。還能想像的是，管道狀的導管和/或冷卻通道的橫截面的形狀在它們相應長度上不同。通常，至少兩個冷卻通道的橫截面適合於內包(enfold)至少兩個冷卻通道的管道狀的導管的橫截面。優選的是，至少兩個冷卻通道與管道狀的導管整體地製成。因此，管道狀的導管和相應冷卻通道的生產加工被高度集成化，原因在於冷卻通道可與管道狀的導管一起一步成型。當然，還能想像的是，至少兩個冷卻通道和管道狀的導管作為獨立的部件被提供。這種情況下，相應冷卻通道可以以適當的方式被插入和牢固地固定(即，焊接、膠接、支撐，等等)在管道狀的導管中。
考慮管道狀的導管的材料，當管道狀的導管包含鋁型材時是有利的。第一點，鋁包含良好的熱特性，即，具有相對較高的熱傳導係數，其帶來良好的冷卻性能。第二點，由於鋁是可擠壓的材料，因此管道狀的導管的生產加工，特別是對於管道狀的導管與相應冷卻通道一起的集成生產，是簡單和快速的。換句話說，管道狀的導管可以以稱為多孔擠壓加工(multi port extrusion process)的方式生產,這帶來大的內部表面面積,產生更有效的熱傳導性能。另外，諸如紊流器(turbulator)或類似物的表面結構也可集成在冷卻通道內。第三點，由於鋁顯示了可延展的材料性能，因此管道狀的導管可被容易地成型為不同直徑的形狀。因此，即使相當尖銳的彎曲半徑也可實現。第四點，鋁的應用使得管道狀的導管的結構更輕便，特別是與通常使用的銅相比。儘管鋁顯示了許多優點，但是在例外情況中，還可應用具有良好的熱特性的其它材料，即，特別是具有高的熱傳導性的材料。管道狀的導管和/或至少兩個冷卻通道的進口和出口可設置在定子軛的相同側面。此方式下，進口和出口都可容易地通達，這對將管道狀的導管連接到冷卻系統的情況提供了便利，冷卻系統例如冷卻進口和/或出口的歧管。此外，能夠更加容易地實施保養和維修。
明智地是，至少一個冷卻裝置的路線，至少部分地，特別是完全地跟隨至少一組定子繞組的路線。由於各組定子繞組的形狀和管道狀的導管的形狀基本上是相同的，在相應管道狀的導管和相應組的定子繞組之間的接觸區域可被增強，並且因此，可以提高冷卻性能。因此，為特別是相應定子繞組的端部的區域，即端部繞組或懸垂(overhand)繞組提供了充分的冷卻。使用優選為不導電的冷卻流體，特別是油，作為冷卻流體流過至少兩個冷卻通道。由於冷卻流體的電氣絕緣性能，所引發的高量級的電流可被避免。定子可分段成至少兩個適合構造定子的定子段。因此，定子可包括多個定子段，總體上有利於定子裝置的處理、運輸、保養和維護。此外，本發明還涉及包含如前所述的定子裝置的電機。電機優選地用作風力渦輪機，特別是直驅風力渦輪機的發電機。


下面，參考附圖具體地描述本發明，其中圖I表示根據本發明的示例性實施例的定子裝置的原理剖面圖；圖2表示圖I中的定子裝置的縱向剖面圖；圖3表示根據本發明的示例性實施例的管道狀的導管的原理頂視圖；和圖4-圖6表示了根據本發明的示例性實施例的管道狀的導管的原理剖面圖。
具體實施例方式圖I表示根據本發明的示例性實施例的定子裝置I的原理剖面圖。定子裝置I是發電機形式的電機(未不出)的一部分。發電機優選地是直驅風力潤輪機(未不出)的一部分。定子裝置I包括定子2，定子2具有定子軛3，該定子軛具有多個徑向延伸的定子槽4。定子槽4沿著定子軛3周向地布置。每一個定子槽4容納至少一組由多個帶狀定子繞組6組成的定子繞組5。另外，每一個定子槽4容納形狀為管道狀的導管7的冷卻裝置。管道狀的導管7可放置在定子槽4中的頂部、底部或中間的位置。各組定子繞組5和管道狀的導管7都被套管狀的絕緣層8包裹，絕緣層8由電絕緣材料製成。在已知的方式中，通過楔形帽9接合在定子軛3的相應溝槽部分10中來使定子槽4封閉(完整)。楔形帽9可徑向地移出和推回原位。如圖I所示，管道狀的導管7被分成四個單獨的、對稱設置的、矩形的冷卻通道11。因此，由於管道狀的導管7優選的由鋁型材製造，因此管道狀的導管7和相應冷卻通道11
可一體構造。在此情況下，優選的是管道狀的導管7在定子槽4的頂部位置，原因在於管道狀的導管7的路線可跟隨(遵循)至少一組定子繞組5的路線，甚至貫穿端部繞組或懸垂繞組12(參考圖2)的區域。在管道狀的導管7跟隨相應組的定子繞組5的全部長度的情況下， 通常位於端部繞組12的區域中的熱點被減少。本發明的包括相應冷卻通道11和鋁型材一起的管道狀的導管7的多通道設計允許調整本發明的管道狀的導管7的機械屬性接近於已知的由銅製造的管道狀的導管的機械屬性。因此，當成形本發明的管道狀的導管7時，使用用於銅基的管道狀的導管的相同的彎曲工具是切實可行的，這帶來了生產時間和成本的減少。因為成組定子繞組5和管道狀的導管7被安置在絕緣層8中，本發明的管道狀的導管7在各個定子槽4中的安裝是簡單和快速的，定子槽4被帽9封閉並施加真空壓力，即，定子槽4充滿了真空壓力。在此方式下，在管道狀的導管7和成組定子繞組5之間的任意氣隙層被消除，以便進一步增強冷卻效果。圖2表示了圖I中的本發明的定子裝置I的縱向剖面圖。正如已提到的，圖2表示了管道狀的導管7完整地跟隨成組定子繞組5的路線和取向，甚至在各個端部繞組12的區域也是如此，即，由於管道狀的導管7和各個成組定子繞組5之間的增強的接觸表面，管道狀的導管7顯示了和端部繞組12相同的彎曲半徑，這帶來了改善的冷卻能力。正如圖2進一步所示的，管道狀的導管7的和/或至少兩個冷卻通道11的進口 15和出口 16被布置在定子軛3的同一側面，這使得能夠分別容易地通達進口 15和/或出口16。而且，管道狀的導管7通過相應連接件，例如柔性軟管14，連接到冷卻岐管13。因此，相應軟管14與冷卻裝置的進口 15和出口 16的連接可通過相應O形環17或類似物建立。圖3表示了根據本發明的示例性實施例的管道狀的導管7的原理頂視圖。圖3表示了示例性幾何形狀的，即，旋繞形狀的管道狀的導管7，其表明了根據定子繞組6的相應彎曲半徑實現管道狀的導管7的相應彎曲半徑的能力。此外，管道狀的導管7可快速和容易地連接到相應軟管14並進一步連接到相應冷卻歧管13。圖4-6表示了根據本發明的示例性實施例的管道狀的導管7的原理剖面圖。圖4-6中所示的實施例清楚的描述了具有不同橫截面和/或尺寸的任意成形管道狀的導管7和冷卻通道11的可能性。根據圖4中所示的實施例，管道狀的導管7和相應冷卻通道11都包括矩形的橫截面。冷卻通道11被設置成豎直布置的行，其中第一較低行包括第一冷卻通道，其延伸覆蓋管道狀的導管7的幾乎整個長度,而第二行包括兩個並列排列的相應冷卻通道11。圖5表示了仍然具有矩形的橫截面的管道狀的導管7的實施例。相應冷卻通道11具有不同的幾何橫截面，即，布置在上部行的相應冷卻通道11包含三角形橫截面，而布置在下部行的相應冷卻通道11包含圓形或方形的橫截面。圖6表示了具有圓形橫截面的管道狀的導管7。相應冷卻通道11也包含圓形的橫截面，而相應冷卻通道11的橫截面面積可不同，即，外部的冷卻通道11比內部的冷卻通道11包含更小的橫截面面積。通常地，優選的是，各個管道狀的導管7的橫截面面積以最大可能的程度分成相應冷卻通道11，原因在於這導致改善的熱交換並因此導致管道狀的導管7的更好的冷卻性倉泛。正如早先提到的，非導電或低電導率的冷卻劑，諸如油等，在相應冷卻通道11中流動。 進一步可能的是，定子2被分段成適合構建定子2的至少兩個定子段(未示出)。
權利要求
1.一種用於電機的定子裝置(I)，包括定子(2)，該定子具有定子軛(3)，該定子軛具有多個定子槽(4)，每一個定子槽(4)容納至少一組定子繞組(5)和至少一個管道狀的導管(7)形狀的冷卻裝置，其中管道狀的導管(7)被分成兩個或多個單獨的冷卻通道(11)。
2.根據權利要求I所述的定子裝置，其中相應冷卻通道(11)具有相同的，或者如果需要成組的，不同的橫截面的形狀和/或面積和/或不同的長度。
3.根據權利要求I或2所述的定子裝置，其中至少兩個冷卻通道(11)與管道狀的導管(7)被一體地構建。
4.根據前述權利要求所述的定子裝置，其中管道狀的導管(7)由鋁型材構建。
5.根據前述權利要求中任一項所述的定子裝置，其中冷卻通道(11)被對稱地布置。
6.根據前述權利要求中任一項所述的定子裝置，其中管道狀的導管(7)和/或至少個冷卻通道(11)具有矩形的橫截面。
7.根據前述權利要求中任一項所述的定子裝置，其中管道狀的導管(7)和/或至少兩個通道(11)的進口(15)和出口(16)被布置在定子軛(3)的同一側面。
8.根據前述權利要求中任一項所述的定子裝置，其中管道狀的導管(7)連接到冷卻岐管(13)ο
9.根據前述權利要求中任一項所述的定子裝置，其中至少一個管道狀的導管(7)的路線至少部分地，特別是全部地，跟隨至少一組定子繞組(5)的路線。
10.根據前述權利要求中任一項所述的定子裝置，其中定子(2)被分段成適合構建定子(2)的至少兩個定子段。
11.一種電機，特別是用於風力渦輪機的發電機，包括根據前述權利要求中任一項所述的定子裝置(I)。
全文摘要
本發明涉及用於電機的定子裝置(1)，包括具有定子軛(3)的定子(2)，所述定子軛具有多個定子槽(4)，每一個定子槽(4)容納至少一組定子繞組(5)和至少一個管道狀的導管(7)形狀的冷卻裝置，其中管道狀的導管(7)被分成兩個或多個單獨的冷卻通道(11)。
文檔編號H02K1/20GK102780289SQ20121020242
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月11日 優先權日2011年5月12日
發明者H·施蒂斯達爾, J·勒貝納雷, S·岡德託夫特 申請人:西門子公司