带有冷却装置的电机制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电机（２），其包括一个转子（３、９）和一个在机壳（８）内的定子（４），该电机有一个用于冷却机壳内部的一些部件的装置。该冷却装置在电机的至少一个端侧应当有一个闭合的管路系统（２０），它包括一个处于机壳外部的冷凝器（２１）、一个处于机壳内部的汽化器（２２）和在冷凝器与汽化器之间延伸的连接管（２３、２４），以及，在此系统（２０）内按温差环流效应实现冷却剂（ｋ↓［ｆ］、ｋ↓［ｇ］）的循环。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电机，其包括-一个可旋转地支承的转子和一个与之配属的在机壳内位置固定的定子，以及-一个用于冷却机壳内部一些部件的装置。由DE 4242123A1可知这样一种相应的电机。在所有功率等级但尤其大功率的电机中产生大量的热，为了提高电机效率和/或延长使用寿命，采取冷却技术方面的措施将热量散出。例如，对于大型电机，如发电机，已知用H2气冷却定子和转子(例如参见“Proceedingsof the American Power Conference”，Vol.39，Chicago 1977，255至269页)。在这里，H2气在一个封闭的外壳内循环。在这种情况下不仅需要复杂的密封措施，而且还应采取许多安全措施。此外，水冷式发电机也是标准的，其中水在通道内循环，通道主要通过所谓的定子线棒或定子铁芯延伸。在这种情况下需要使用泵。此外出自于防腐的原因必须使水具有一定的温度。除此之外还已知一些尤其功率小于300MVA的风冷式电机，如电动机，在这些电机中冷却通过比较大的空气流量进行。气流尤其可通过细小的通道网路流动(参见前言提及的DE 4242123A1或EP 0823370A1)。在这些类型的电机中，气流本身由于在通道内的摩擦损失导致不期望的生热。对于没有从外部供入流过电机的带电部件的冷却剂的封闭式电机实施外部通风，如在杂志“Drive and Control”(Heft 1，1992，10至12页)中介绍的那样，外部通风导致电机内不均匀的温度分布。在这种电机中，通常在非驱动侧轴承和定子绕组的绕组端部的热负荷低于其温度极限。反之，在驱动侧产生更高的温度，它们使驱动侧的轴承和驱动侧的绕组端部承受相应的热负荷。因此按先有技术对于此类电机通过附加的气流平衡两侧之间的温度差并由此保证更好地冷却。有一种可能性在于实施机壳的外部通风，机壳在其外侧设散热片，借助风扇产生轴向气流，风扇在非驱动侧的顶端处由轴驱动(见例如DE 2951859C2)。由此，尽管来自定子铁芯的热可以传输给通常直接围绕它们的外壳，但是由定子绕组的从定子铁芯端侧伸出的绕组端部区的排热是不充分的。因此人们认为不得不规定也在机壳内部设特殊的通道系统用于空气冷却转子和绕组端部(参见前言提及的DE 4242123A1)。此外，转子也产生导致温升的损耗，损耗中一部分通过导热经围绕转子的气隙首先传给定子，并从那里同样排给与定子连接的机壳和冷却它的气流。然而气隙在这里意味着是一个大的热阻。转子损耗的另一个部分经电机轴向外导出并加热轴的轴承。这部分导致明显缩短轴承使用寿命，因为平均的轴承温度过大或在通常环形的轴承里面部分与外面部分之间的温差过大。然而所述损耗的大部分，尤其在定子两侧伸入机壳内腔的绕组端部的部分，只能通过对流传给机壳的端侧。为了改善这种对流，转子可以在端侧设毛粒或翼，它们促使气流在机壳内部造成不确定的涡流。但是在这种情况下不允许过多的热传给机壳的端侧，因为在那里的轴承温度不允许超过预定的最高值。因此本专利技术的目的是将具有前言所述特征的电机设计为，可以用比较低的成本尤其还对至少一个产生热量的在端侧的绕组端部有效地冷却。按本专利技术此目的通过在权利要求1中说明的措施达到。据此，具有前言所述特征的电机冷却装置应在机壳的至少一个端侧含有一个闭合的管路系统，它有至少-一个处于机壳外部的冷凝器，-一个处于机壳内部的汽化器，以及-在冷凝器与汽化器之间延伸的连接管，以及在该管路系统内按温差环流效应实现冷却剂的循环。这种温差环流管路系统有至少一条闭合的管路，它在冷却装置的一个构成冷却源的冷区与电机要冷却的部件之间有落差地延伸。处于此管路系统中的冷却剂在也称为冷凝区的冷区内(再)凝结，以及从那里流入要冷却的电机部件区域内，即流入所谓的汽化区，在那里冷却剂通过吸收损耗热加热并与此同时通常汽化。大多如此汽化的冷却剂接着在管路系统内部重新流回冷凝区的范围内。因此，冷却剂的这种相应的循环基于所谓的“温差环流效应”按一种包括沸腾和汽化的自然循环进行。所述的温差环流管路系统充填普通的冷却剂。这种以液体-蒸汽混合物形式存在的冷却剂是饱和的，亦即在管路系统中的压力由管路系统与之热接触的最低温度确定，也就是说在这里取决于在冷凝器内将吸收的热量排出时的温度。若电机的损耗热传给汽化器，则冷却剂立即蒸发，因为它处于沸腾状态。在这里的前提条件是，冷凝器处于比汽化器低的温度水平。由此引发一个循环运动，它基于冷却剂蒸汽与液体之间的密度差仅通过重力维持。为此要求将冷凝器布置在汽化器之上或至少与之等高。按本专利技术将此已知的原则应用在电机至少一个在端侧的部分的冷却中，优选地应用在定子绕组至少一个在那里的绕组端部上。通过使用这种温差环流管路系统，其中通过冷却剂经过相变的内部热传递，保证有非常高效的热导率，可以使损耗热在一定程度上直接从在机壳内部相关的热源，向外排给冷却空气或另一个冷却源，例如水，它在船用电动机中可以是海水。在这种情况下可有利地不必克服更大的热阻，如机壳壁或气隙。与之相关联的是有利地减小了另一些电机构件例如轴承的热负荷。冷却装置的温差环流部分没有运动部件，因而可免维护和自调节。与单纯空气冷却的电机相比，通过借助温差环流将部分热直接在损耗热的形成地散去，可以减少空气容积流量。由此还达到降低通过气流造成的生热，从而可以进一步减小空气容积。因此得到更高的电机效率，并且如果在同样的效率水平时不打算提高功率，便可以相应地节省生产成本，尤其在定子绕组和叠片铁芯方面。除此之外，减少空气容积流量导致减少噪声的发生。本专利技术电机的有利设计包含在从属权利要求中。例如可在两个端侧机壳内部各设一温差环流管路系统，以便借助其汽化器保证基本上均匀地冷却尤其定子绕组部分的绕组端部和/或轴的轴承。取代之，也可以在两个端侧机壳内部设属于一个公共的温差环流管路系统的一个汽化器。相应的温差环流管路系统的特征在于其部件数量较少。有利地，汽化器和/或冷凝器采取措施增大传热表面。以此方式保证在汽化器处通过对流良好导热。相应的措施尤其可以是散热片或冷却盘管。按一项有利的实施形式，汽化器可与定子绕组至少一个端侧的绕组端部导热连接。以此方式可使在各自绕组端部产生的热直接排给温差环流管路系统内的冷却剂，无需担忧不可允许地加热其他机器部件，尤其配设的各轴承。汽化器也可以有利地组合在机壳的一个端侧机壳盖内或与机壳盖另外导热连接。因为机壳盖通常与轴承导热连接，从而可轻易地防止轴承不可允许地加热。除此之外，电机的冷却装置有附加的用于空气冷却的流动路径。在这里尤其规定借助气流对机壳进行外部冷却，气流由在端侧的风扇造成。除了通过电机本身自通风外，当然也可以实施外来风冷。特别有利的是可在此气流中设温差环流管路系统的至少一个冷凝器。按本专利技术的电机其他有利的设计可由上面没有论及的从属权利要求得出。下面借助附图更进一步说明按本专利技术的电机优选的实施例。附图分别示意表示附图说明图1表示在电机的机壳内部组合有两个温差环流管路系统的电机；图2表示此温差环流管路系统另一个视图；图3表示另一种在两侧有两个温差环流管路系统的电机；图4表示另一种两侧只有一个温差环流管路系统的电机；图5表示按图4的电机其温差环流管路系统的另一种实施形式；图6表示另一种有一个组合在其机壳盖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机，它具有　　　　－一个可旋转地支承的转子和一个与之相配置的在机壳内位置固定的定子，以及　　　　－一个用于冷却机壳内部的一些部件的装置，其特征为：该冷却装置在机壳（８）至少一个端侧包括一个闭合的管路系统（２０、３０、３０Ａ、４０、４５、５３、５４），该管路系统具有至少一个处于机壳外部的冷凝器（２１、３１、４３、４６）和至少一个处于机壳内部的汽化器（２２、２２Ａ、２２Ｂ、３２、３２Ａ、３２Ｂ、５１、５２），以及在冷凝器与汽化器之间延伸的连接管（２３、２４、３３、３４），并且在该管路系统内按温差环流效应实现一冷却剂（ｋ↓［ｆ］、ｋ↓［ｇ］）的循环。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩德格罗莫尔，迈克尔汉德沃克，奥拉夫克里格，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]