專利名稱：電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有定子、轉(zhuǎn)子和冷卻裝置的電機(jī)，其中所述定子包括至少部分裝納多個(gè)定子繞組的定子疊片，氣態(tài)冷卻介質(zhì)在所述冷卻裝置內(nèi)循環(huán)。
背景技術(shù)：
總體而言，由于競(jìng)爭(zhēng)壓力的原因，電機(jī)和發(fā)電機(jī)變得越發(fā)緊湊。這些機(jī)器越小，則它們將產(chǎn)生更大的熱密度?，F(xiàn)今，隨著功率電子學(xué)的發(fā)展，借助于變速驅(qū)動(dòng)單元來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這由于換流器供應(yīng)的諧波的原因而提出了附加熱源。當(dāng)這樣的機(jī)器在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)一步消極影響了冷卻性能。所有這些因素均導(dǎo)致了機(jī)器的溫度上升，這將顯著地影響其性能和預(yù)期壽命。在空氣冷卻的電機(jī)中并且特別是在風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中，最大的熱損失是由所謂的銅損造成的。必須去除過量的熱以便避免所謂的“熱點(diǎn)”或絕緣磨損。因此，通常通過鼓吹空氣使其通過端部繞組進(jìn)入空氣間隙內(nèi)以及通過位于定子內(nèi)的徑向管道來空冷定子疊片或定子堆?？商娲兀瑸榇四康?，公知的是借助于管子或中空銅股線來直接水冷定子。不過，現(xiàn)有方案沒有提供令人滿意的電機(jī)冷卻性能，特別是關(guān)于定子的冷卻性能。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)在于提供具有改進(jìn)冷卻能力，特別是關(guān)于定子的冷卻能力的電機(jī)。這是通過如上所述的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，其中冷卻裝置是沿定子疊片的周向方向設(shè)置的閉合冷卻通道并且定子疊片至少部分地形成為散熱片。本發(fā)明是基于如下構(gòu)思，S卩，使用至少一部分定子疊片作為散熱片，其是由定子疊片一體成形的散熱片并且足夠薄從而具有良好的散熱片特性。通過簡(jiǎn)單地延長(zhǎng)一些疊片板來產(chǎn)生散熱片，從而增加了定子疊片的表面，從而導(dǎo)致了改良的熱交換。優(yōu)選地，散熱片向內(nèi)徑向突出。散熱片的數(shù)量、尺寸和形狀是不受限的。散熱片吸出了電機(jī)使用期間產(chǎn)生的來自內(nèi)部定子疊片的熱量。因而，散熱片可以通過沿周向方向在定子疊片或定子堆下方鼓吹氣態(tài)冷卻介質(zhì)而被有效地使用，該氣態(tài)冷卻介質(zhì)優(yōu)選是空氣。此外，呈閉合冷卻通道或腔形狀的冷卻裝置全部沿定子疊片的周向長(zhǎng)度形成，即沿定子磁軛。氣態(tài)冷卻介質(zhì)被鼓吹通過冷卻通道，從而導(dǎo)致適當(dāng)且受控的氣體流動(dòng)。由于冷卻通道的閉合性，所以確保了可以容易地控制和/或監(jiān)測(cè)氣態(tài)冷卻介質(zhì)的所有相關(guān)參數(shù)。在通過冷卻通道循環(huán)時(shí)，氣態(tài)冷卻介質(zhì)由在散熱片內(nèi)積累的熱量來加熱，即散熱片將熱從定子耗散到氣態(tài)冷卻介質(zhì)。因此，熱量借助于散熱片有效地從定子傳遞到氣態(tài)冷卻介質(zhì)。因此，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于定子的適當(dāng)冷卻。優(yōu)選地，散熱片以環(huán)狀方式沿軸向方向周向設(shè)置。以此方式，在冷卻通道內(nèi)提供了氣態(tài)冷卻介質(zhì)的適當(dāng)且有效的循環(huán)。散熱片可以被看作是從定子疊片延伸出的相鄰設(shè)置的環(huán)。散熱片沿軸向方向可以均勻分布。除此之外，可能的是散熱片僅被置于定子的某些部
3分，即具有基本圓形的定子的某些部段。優(yōu)選地，閉合冷卻通道被徑向置于定子疊片內(nèi)部。冷卻通道可以用作散熱片的殼體裝置并且可以穩(wěn)固地附連到定子或任意其它安裝裝置。閉合冷卻通道可以由例如塑料材料制成。同樣可能的是，冷卻通道軸向延伸從而包括定子繞組的端部。因而，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于定子繞組的端部(即端部繞組)的適當(dāng)冷卻。定子繞組的端部通常幾乎不暴露，其由空氣圍繞， 這會(huì)導(dǎo)致在定子的這個(gè)區(qū)域內(nèi)的成問題的熱積累。通過使得冷卻通道延伸以便包括定子繞組的端部，可以避免局部“熱點(diǎn)”的不良產(chǎn)生。在如下情況下具有附加優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)提供通過定子繞組端部的氣體循環(huán)的氣體循環(huán)裝置被置于冷卻通道的軸向延伸部分內(nèi)從而允許氣態(tài)介質(zhì)循環(huán)通過定子繞組的端部。因此，借助于氣體循環(huán)裝置提供了優(yōu)選地通過定子繞組的所有端部的受控且更有效的氣體流動(dòng)，也就是說氣體流動(dòng)循環(huán)被協(xié)調(diào)地引導(dǎo)通過定子繞組的端部并且/或者通過定子的任意其他相關(guān)部分。氣體循環(huán)裝置是能夠?qū)饬饕龑?dǎo)到某些理想位置的特定成形部件。因此， 避免或至少減少了定子繞組的端部?jī)?nèi)的熱積累，而這種熱積累會(huì)負(fù)面地影響整個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，至少一個(gè)內(nèi)部熱交換器被置于冷卻通道內(nèi)。內(nèi)部熱交換器從被加熱的氣態(tài)冷卻介質(zhì)移除熱量，從而確保隨著氣態(tài)冷卻介質(zhì)循環(huán)通過散熱片，以循環(huán)方式相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)電機(jī)或定子的冷卻。因此，氣態(tài)冷卻介質(zhì)升溫，即相應(yīng)地冷卻散熱片和定子，并且最終向內(nèi)部熱交換器耗散熱量，此后氣態(tài)冷卻介質(zhì)本身被冷卻并且再次準(zhǔn)備循環(huán)通過散熱片，以便可以重新開始冷卻循環(huán)。可能的是，在閉合冷卻通道內(nèi)可以分布多個(gè)內(nèi)部熱交換器。內(nèi)部熱交換器可以是在熱交換方面具有高效率的水/空氣熱交換器。水/空氣熱交換器以公知方式工作，從而被加熱的氣體將其熱能耗散到在熱交換器內(nèi)部循環(huán)的液體冷卻介質(zhì)。因而，當(dāng)氣體被冷卻時(shí)在熱交換器內(nèi)部的液體冷卻介質(zhì)被加熱。應(yīng)該理解的是也可以使用其他類型的熱交換器。優(yōu)選地是，至少一個(gè)風(fēng)扇被分配到內(nèi)部熱交換器。通常由控制單元控制的風(fēng)扇使得氣態(tài)冷卻介質(zhì)循環(huán)通過閉合冷卻通道。依賴于風(fēng)扇速度，可以調(diào)節(jié)各種氣體流動(dòng)形式。此外，風(fēng)扇速度可以根據(jù)外部情況而變化，從而在相對(duì)較冷環(huán)境中風(fēng)扇將在較低轉(zhuǎn)速下工作， 而在相對(duì)較暖環(huán)境中風(fēng)扇將在較高轉(zhuǎn)速下工作。如果需要，可以提供多個(gè)風(fēng)扇。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)部熱交換器被熱聯(lián)接到外部熱交換器。因此，在內(nèi)部熱交換器內(nèi)積累的熱量被耗散到一個(gè)或更多個(gè)外部熱交換器，從而將熱量最終釋放到電機(jī)的環(huán)境。以此方式，確保了內(nèi)部熱交換器總是準(zhǔn)備好從氣態(tài)冷卻介質(zhì)吸收熱量并且不會(huì)有過熱的危險(xiǎn)或者相應(yīng)地不會(huì)有至少降低其效率或冷卻效率比率的危險(xiǎn)。外部熱交換器可以是無源冷卻器，其實(shí)質(zhì)上沒有功率消耗。外部熱交換器因此可以暴露于環(huán)境并且例如由風(fēng)來冷卻。本發(fā)明的電機(jī)優(yōu)選地配備有被置于定子外部的轉(zhuǎn)子。如上所述，氣態(tài)冷卻介質(zhì)優(yōu)選地是空氣。當(dāng)然也可以使用其他類型的氣體，特別是具有較好冷卻特性，即傳熱特性的氣體。


在下文中，參考附圖具體描述了本發(fā)明，附圖中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的創(chuàng)造性電機(jī)的定子的原理性細(xì)節(jié)剖視圖； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電機(jī)的定子的原理性細(xì)節(jié)軸向視圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電機(jī)的內(nèi)部和外部熱交換器的原理性細(xì)節(jié)圖；以及
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的創(chuàng)造性電機(jī)的氣體循環(huán)裝置的原理性細(xì)節(jié)圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電機(jī)的定子1的原理性細(xì)節(jié)圖，從而在本發(fā)明視圖中實(shí)質(zhì)上僅示出了相關(guān)部件，即定子1包括裝納定子繞組的定子疊片2或定子堆，僅可以看到定子繞組的端部，即端部繞組3。定子1包括閉合冷卻通道4形式的冷卻裝置，例如空氣的氣態(tài)冷卻介質(zhì)循環(huán)通過該閉合冷卻通道4。冷卻通道4徑向設(shè)置在定子疊片 2的內(nèi)部?？梢钥闯龆ㄗ盈B片2被部分地形成為徑向向內(nèi)突出的散熱片5，這是可能的，因?yàn)槎ㄗ盈B片2足夠薄以呈現(xiàn)良好的散熱片特性。因此，顯著地相應(yīng)增加了定子1的且定子疊片2的熱交換表面。散熱片5以環(huán)狀方式沿定子1的軸向方向周向地相鄰設(shè)置，從而圖1中僅可以看到環(huán)的上部。因此，使用周向的空氣流動(dòng)來冷卻定子1并且定子疊片2被用作散熱片5。與傳統(tǒng)由空氣冷卻的電機(jī)相比，由于從冷卻通道流向空氣間隙的冷卻流動(dòng)的原因并且由于空氣管道的原因，從而避免了大的壓降。冷卻通道4軸向延伸從而包括定子1的端部繞組3。因此，防止了在這個(gè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生局部“熱點(diǎn)”，因?yàn)榻柚谘h(huán)通過端部繞組3的空氣確保了對(duì)于端部繞組3的適當(dāng)冷卻。如從圖2可以看出的，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電機(jī)的定子2的原理性細(xì)節(jié)軸向視圖，示例性的兩個(gè)內(nèi)部熱交換器6，即具有被分配的風(fēng)扇7的水/空氣熱交換器被相對(duì)地置于冷卻通道4內(nèi)。內(nèi)部熱交換器6被連接到冷卻劑液體供應(yīng)管線8、9， 從而管線8向內(nèi)部熱交換器6提供冷的冷卻劑，并且管線9引導(dǎo)來自內(nèi)部熱交換器6的被加熱冷卻劑。冷卻劑或冷卻液體可以例如是水。風(fēng)扇7提供在冷卻通道4內(nèi)的適當(dāng)空氣循環(huán)，例如沿逆時(shí)針方向的空氣循環(huán)。風(fēng)扇7的旋轉(zhuǎn)由控制單元(未示出)控制。由于借助于散熱片5顯著增加了定子疊片2的熱交換表面，所以可以使用較小的空氣流動(dòng)，從而風(fēng)扇動(dòng)力可以被減小。如明確示出的，轉(zhuǎn)子14被置于定子1外部。以冷卻循環(huán)的方式提供對(duì)于定子1的冷卻，因?yàn)樵跉鈶B(tài)冷卻介質(zhì)在冷卻通道4內(nèi)循環(huán)且循環(huán)通過散熱片5時(shí)，在散熱片5的表面上發(fā)生熱交換，從而散熱片5將熱量傳遞到氣態(tài)冷卻介質(zhì)，而該氣態(tài)冷卻介質(zhì)因而升溫。隨著氣態(tài)冷卻介質(zhì)借助于風(fēng)扇7在冷卻通道 4內(nèi)穩(wěn)定循環(huán)，被加熱的氣態(tài)冷卻介質(zhì)被傳輸?shù)絻?nèi)部熱交換器6，從而熱量被耗散到熱交換器6內(nèi)部的冷卻劑，從而冷卻氣態(tài)冷卻介質(zhì)。如圖3所示，內(nèi)部熱交換器6借助于管線8、9被熱聯(lián)接到外部熱交換器10。外部熱交換器10適于通過管線8向內(nèi)部熱交換器6供應(yīng)冷的冷卻劑從而準(zhǔn)備好從循環(huán)通過冷卻通道4的氣體流動(dòng)中吸收熱量。因此，當(dāng)冷卻劑以循環(huán)方式在內(nèi)部熱交換器6和外部熱交換器10之間行進(jìn)時(shí)，外部熱交換器10必須提供對(duì)于通過管線9供應(yīng)自內(nèi)部熱交換器6 的熱冷卻劑的冷卻。外部熱交換器10是無源冷卻器。因此，通過例如使用風(fēng)來實(shí)現(xiàn)借助于外部熱交換器10對(duì)被加熱冷卻劑的冷卻，從而風(fēng)沿外部熱交換器10的表面流動(dòng)，如箭頭11 所示。因此，外部熱交換器10不必須被置于靠近電機(jī)，因?yàn)橥獠繜峤粨Q器10和內(nèi)部熱交換器6之間的距離可以由管線8、9橋接。 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的創(chuàng)造性電機(jī)的氣體循環(huán)裝置12的原理性細(xì)節(jié)圖。氣體循環(huán)裝置12被置于冷卻通道4的軸向延伸部分內(nèi)。由于氣體循環(huán)裝置12 的原因，空氣或任意其他氣態(tài)冷卻介質(zhì)由于氣體循環(huán)裝置12的特定形狀而如箭頭13所示被引導(dǎo)通過端部繞組3。因此，在端部繞組3的區(qū)域內(nèi)提供被協(xié)調(diào)的氣流從而導(dǎo)致對(duì)于端部繞組3的適當(dāng)冷卻，而端部繞組3公知地通常由于熱積累而有過熱危險(xiǎn)。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，其具有包括定子疊片的定子、轉(zhuǎn)子和冷卻裝置，所述定子疊片至少部分地裝納多個(gè)定子繞組，氣態(tài)冷卻介質(zhì)在所述冷卻裝置內(nèi)循環(huán)，其中所述冷卻裝置是沿所述定子疊片(2)的周向方向設(shè)置的閉合冷卻通道(4)并且所述定子疊片(2)至少部分地被形成為散熱片(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中所述散熱片(5)徑向向內(nèi)突出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其中所述散熱器(5)以環(huán)狀方式沿軸向方向被周向地設(shè)置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中所述閉合冷卻通道(4)被徑向置于所述定子疊片(2)內(nèi)部。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中所述冷卻通道(4)徑向延伸從而包括所述定子繞組的端部(3 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)，其中提供通過所述定子繞組的所述端部(3)的氣體循環(huán)的氣體循環(huán)裝置(12)被置于所述冷卻通道(4)的軸向延伸部分內(nèi)，從而允許所述氣態(tài)冷卻介質(zhì)循環(huán)通過所述定子繞組的所述端部(3 )。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中至少一個(gè)內(nèi)部熱交換器(6)被置于所述冷卻通道(4)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其中至少一個(gè)風(fēng)扇(7)被分配給所述內(nèi)部熱交換器(6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電機(jī)，其中所述內(nèi)部熱交換器(6)被熱聯(lián)接到外部熱交換器(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)，其中所述外部熱交換器(10)是無源冷卻器。
11.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中所述內(nèi)部熱交換器(6)是水/空氣熱交換器。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子(14)被置于所述定子(1)的外部。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中所述氣態(tài)冷卻介質(zhì)是空氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及電機(jī)，其具有包括定子疊片的定子、轉(zhuǎn)子和冷卻裝置，所述定子疊片至少部分裝納多個(gè)定子繞組，氣態(tài)冷卻介質(zhì)在所述冷卻裝置內(nèi)循環(huán)，其中所述冷卻裝置是沿所述定子疊片(2)的周向方向設(shè)置的閉合冷卻通道(4)并且所述定子疊片(2)至少部分地被形成為散熱片(5)。
文檔編號(hào)H02K9/08GK102237759SQ20111010858
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者勒貝納雷 J. 申請(qǐng)人:西門子公司