冷却装置、绕组总成、发电机以及风力发电机组的制作方法

本申请涉及电机散热的技术领域，具体涉及一种冷却装置、绕组总成、发电机以及风力发电机组。

背景技术：

电机在运行过程中产生的损耗大部分会转换为热量，使得发电机温度升高，如果热量不能有效持续传导和散出到电机之外，电机温度会超过最高容许的工作温度，导致电机的使用寿命将迅速缩短，严重时电机将被烧坏。为了保证电机能够安全工作，必须及时地对电机进行冷却。

现有的电机的冷却方式主要有空冷、液冷和蒸发冷却，然而应用上述冷却方式的电机还存在如下不足之处：

1、对于采用空冷的电机，外界空气中混杂的灰尘和盐雾等杂质会进入电机内部，容易损坏发电机。而且，为了提高冷却效果需要增加送风量，增大通风管道，不利于电机的低功耗和紧凑型设计方向的优化。

2、对于采用液冷的电机，当冷却液体是水时，由于水不绝缘，一旦泄露，会造成电机短路，且水中的防冻剂容易腐蚀电机；当冷却液体是油时，一旦泄露会造成环境污染。

3、蒸发冷却分为浸泡式冷却和管道内冷，对于采用浸泡式冷却的电机，由于定子或转子需要全部或部分浸没于冷却工质中，对冷却工质的需求量较大，导致成本增加，经济性差。

对于采用管道内冷的电机，绕组需要采用空心导线，电机工作时，绕组产生的热量直接由空心导线的中空冷却通道内流动的蒸发冷却工质及时带走。然而绕组是由导线缠绕曲折盘旋而成的，使得空心导线呈卷曲状态，且存在突变的弯曲部，这导致冷却工质在空心导管内的流动不顺畅，空心导线各处冷却工质的流量不均匀，在冷却工质流经突变的弯曲部时会形成涡旋，造成局部水头损失，最终导致电机的散热不均匀，局部温度过高，形成安全隐患。

综上所述，采用现有的冷却方式的发电机存在结构不紧凑且安全可靠性差等缺陷。

技术实现要素：

本申请针对现有技术的缺点，提出一种冷却装置、绕组总成、发电机以及风力发电机组，用以解决采用现有的冷却方式的发电机存在结构不紧凑或安全可靠性差等问题。

第一方面，本申请提供了一种冷却装置，用于安装在设置有绕组的铁芯上，包括：冷凝器和多个冷却管；冷凝器和冷却管内容纳有冷却工质，冷凝器的进口端、出口端，分别与冷却管的两端连通；多个冷却管分别用于沿铁芯的轴向设置在铁芯的多个绕组槽内，并与绕组槽内的绕组贴合。

第二方面，本申请实施例提供了一种绕组总成，包括铁芯，多个绕组，以及本申请实施例第一方面提供的一种冷却装置；多个绕组分别设置在铁芯的多个绕组槽内，多个冷却管分别沿轴向设置在铁芯的多个绕组槽内，并与绕组槽内的绕组贴合。

第三方面，本申请实施例提供了一种发电机，包括本申请实施例第二方面提供的绕组总成。

第四方面，本申请实施例提供了一种风力发电机组，包括本申请实施例第三方面提供的发电机。

与现有技术相比，本申请具备如下有益技术效果：

在本申请实施例提供的冷却装置中，冷却管设置在绕组槽内可以与绕组贴合，且并未明显增加铁芯本身的尺寸，保证了电机结构的紧凑性。

另外，冷却管内液态的冷却工质吸收绕组的热量后变为汽态并流回至冷凝器，冷凝器吸收汽态的冷却工质的热量后，汽态的冷却工质转换为液态的冷却工质再次流入冷却管内。上述过程循环进行，将电机的热量带走，实现对电机的散热。相比于空冷和液冷的散热方式，本申请实施例提供的冷却装置利用冷却工质的蒸发冷却进行散热，提高了电机的安全性和环保性。

而且，由于冷却管设置在绕组之外，与绕组是两个独立的部件，冷却管的形状不完全受绕组形状的限制，设计冷却管的形状时可以避免出现突变的弯曲部，一方面可以保证冷却工质在冷却管内流动的顺畅性，保证冷却管内各处冷却工质的流量均匀，另一方面可以避免冷却工质在冷却管内形成涡旋，进而避免出现局部水头损失，保证电机的散热的安全可靠性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的一种绕组总成的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的第一类冷却管的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的图2的左视图；

图4是本申请实施例提供的第二类冷却管的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的图4的左视图；

图6是本申请实施例提供的铁芯与绕组的装配示意图；

图7是本申请实施例提供的图6的A向剖视图的一部分；

图8是本申请实施例提供的图7的B向剖视图的一部分，且示出了铁芯、绕组和冷却管的位置关系；

图9是图8的C处的局部放大图；

图中：

1-冷凝器；2-冷却管；21-第一类冷却管；22-第二类冷却管；

3-第一环形管；4-第二环形管；5-接头；6-第一导管；7-第二导管；

100-绕组；200-铁芯；201-绕组槽；300-温度传感器。

具体实施方式

下面详细描述本发明，本发明的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本发明的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

应当说明的是，本申请提供的冷却装置是安装在电机上，电机的铁芯200一般呈圆柱状，文中所述的径向、轴向和周向钧是以电机的铁芯200作为参考标准。

本申请提供了一种冷却装置，用于安装在设置有绕组100的铁芯200上，如图1至图8所示，包括：冷凝器1和多个冷却管2。冷凝器1和冷却管2内容纳有冷却工质，冷凝器1的进口端、出口端，分别与冷却管2的两端连通。多个冷却管2分别用于沿铁芯的轴向设置在铁芯200的多个绕组槽201内，并与绕组槽201内的绕组100贴合。

应当说明的是，绕组槽201可以是铁芯200中多个层叠的冲片的齿槽形成的通槽，铁芯200上的绕组槽201用于安装绕组100。冷却管2设置在绕组槽201内可以与绕组100贴合，且并未明显增加铁芯200本身的尺寸，保证了电机结构的紧凑性。

冷却管2内液态的冷却工质吸收绕组100的热量后变为汽态并流回至冷凝器1，冷凝器1吸收汽态的冷却工质的热量后，汽态的冷却工质转换为液态的冷却工质再次流入冷却管2内。上述过程循环进行，将电机的热量带走，实现对电机的散热。相比于空冷和液冷的散热方式，本申请实施例提供的冷却装置利用冷却工质的蒸发冷却进行散热，提高了电机的安全性和环保性。

由于冷却管2设置在绕组100之外，与绕组100是两个独立的部件，冷却管2的形状不完全受绕组100形状的限制，设计冷却管2的形状时可以避免出现突变的弯曲部，一方面可以保证冷却工质在冷却管2内流动的顺畅性，保证冷却管2内各处冷却工质的流量均匀，另一方面可以避免冷却工质在冷却管2内形成涡旋，进而避免出现局部水头损失，保证电机的散热的安全可靠性。本领域的技术人员可以理解，水头损失是指水流在运动过程中单位质量液体的机械能的损失。

应当说明的是，图6是绕组100和铁芯200垂直于铁芯200的轴向的装配投影视图，且仅示出了铁芯200和绕组100的一部分；图6和图7中未示出本申请实施例提供的冷却装置。

可选地，在本申请提供的冷却装置中，冷却管2的轴向尺寸与绕组100的轴向直线部分的尺寸相等。

以图2或图4为例，冷却管2的轴向尺寸可以是图2或图4中的尺寸a。当冷却管2的轴向尺寸与绕组100的轴向直线部分的尺寸相等时，一方面，冷却管2轴向的两个端部，可以分别与绕组100的轴向直线部分的两个边界对齐，尽可能地增加冷却管2和绕组100的接触面积，提高散热效率。另一方面，冷却管2可以设计为长直管，且沿轴向与绕组100的轴向直线部分贴合即可，不必与绕组100的弯曲部分贴合，避免冷却管2出现突变的弯曲部。

可选地，在本申请提供的冷却装置中，多个冷却管2中包括第一类冷却管21，第一类冷却管21的径向尺寸与绕组100的径向尺寸相等。

以图2为例，第一类冷却管21的径向尺寸可以是图2中的尺寸c。当第一类冷却管21的径向尺寸与绕组100的径向尺寸相等时，如图8所示，第一类冷却管21径向的两个端部，可以分别与绕组100的周向侧面的两个沿径向相对的边缘对齐，尽可能地增加冷却管2和绕组100的接触面积，提高散热效率。

可选地，在本申请提供的冷却装置中，多个冷却管2中包括第二类冷却管22，对于沿径向间隔地设置在同一个绕组槽201内的两层绕组100，第二类冷却管22的径向尺寸与两层绕组100之间的径向间隙的径向尺寸相等。

以图4为例，第二类冷却管22的径向尺寸可以是图4中的尺寸d。如图8和图9所示，当第二类冷却管22的径向尺寸与两层绕组100之间的径向间隙的径向尺寸相等时，第二类冷却管22可以设置在同一个绕组槽201中的两层绕组100之间的径向间隙内，且第二类冷却管22径向的两个端部，分别与两层绕组100的沿径向相对的底面贴合，第二类冷却管22与绕组100接触可以提高传热效果，提高散热效率。

可选地，在本申请提供的冷却装置中还包括第一环形管3和第二环形管4。冷凝器1的进口端通过第一环形管3与冷却管2的一端连通，冷凝器1的出口端通过第二环形管4与冷却管2的另一端连通。

各个冷却管2内液态的冷却工质吸收绕组100的热量后变为汽态并汇集在第一环形管3内，通过第一环形管3流回至冷凝器1；冷凝器1吸收汽态的冷却工质的热量后，汽态的冷却工质转换为液态的冷却工质通过第二环形管4流入各个冷却管2内。

可选地，在本申请提供的冷却装置中，冷凝器1的进口端、出口端，分别连接在第一环形管3和第二环形管4的顶部。

以图1为例，冷凝器1的进口端通过第一导管6与第一环形管3的顶部连接，冷凝器1的出口端通过第二导管7与第二环形管4的顶部连接。每个冷却管2的两端通过接头5，分别与第一环形管3和第二环形管4连接。将冷却装置安装在铁芯200上时，冷凝器1位于铁芯200的上方，因此冷凝器1的进口端、出口端，分别连接在第一环形管3和第二环形管4的顶部，冷却管2内液态冷却工质吸热变为汽态冷却工质后，密度减小且易膨胀上升，汽态冷却工质可以自然地汇聚到第一环形管3的顶部，通过第一导管6返回至冷凝器1；冷凝器1内汽态冷却工质放热变为液态冷却工质后，可以在自身重力的作用下通过第二导管7流动至第二环形管4的顶部，再从第二环形管4的顶部沿第二环形管4自然地流入各个冷却管2内。因此，本申请实施例提供的冷却装置不需要额外设置循环泵等动力装置来驱动冷却工质流动，显著地降低了成本。

另外，液态冷却工质的汽化量与电机的温度正相关，即电机的温度越高，液态冷却工质的汽化量越大(即单位体积或质量的液态冷却工质中有更多的冷却工质变为汽态)。电机的温度升高时，液态冷却工质的汽化量的增加，冷却管2中的汽态的冷却工质的汽化量随之增加，单位时间内可以带走更多的热量。上述过程可以自动调节电机的温度，使得电机的温度近似恒定。因此，本申请实施例提供的冷却装置也不需要额外设置压力调节或流量调节装置，进一步降低了成本。

应当说明的是，第一导管6、第二导管7、第一环形管3、第二环形管4、接头5以及冷却管2均应该绝缘。以冷却管2为例，冷却管2可以由绝缘材料制成，也可以是外表面覆盖一层绝缘材料的金属管。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种绕组总成，如图1至图8所示，包括铁芯200、多个绕组100，以及本申请实施例提供的一种冷却装置。多个绕组100分别设置在铁芯200的多个绕组槽201内。多个冷却管2分别沿轴向设置在铁芯200的多个绕组槽201内，并与绕组槽201内的绕组100贴合。

应当说明的是，绕组100的轴向直线部分可以指绕组100设置在绕组槽201内的部分。

本领域的技术人员可以理解，一个环形的绕组100设置在两个绕组槽201内，也就是说，对于一个环形的绕组100，一部分设置在一个绕组槽201内，一部分设置在另一个绕组槽201内。同一个绕组槽201内可以仅设置一个绕组100，也可以设置两个或两个以上的绕组100，以图8为例，同一个绕组槽201内可以沿径向设置上下两层绕组100。绕组100设置在绕组槽201内时，绕组100与绕组槽201的侧壁之间留有缝隙，或者同一个绕组槽201内上下相邻的绕组100之间留有缝隙，冷却管2可以设置在上述缝隙内，可见在本申请实施例提供的绕组总成中，冷却管2充分利用了绕组总成中原有的空间，未明显增加铁芯200本身的尺寸，保证了绕组总成结构的紧凑性。

多个冷却管2分别沿轴向设置在铁芯200的多个绕组槽201内，并与绕组槽201内的绕组100贴合，冷却管2内液态的冷却工质吸收绕组100的热量后变为汽态为发电机散热。应当说明的是，同一个绕组槽201内冷却管2的数量可以根据实际需要而定，可以仅设置一个冷却管2或设置多个冷却管2。当然，冷却管2可以尽可能地占满缝隙的空间，以增加冷却管2内冷却工质的流量，以及增加冷却管2与绕组100的接触面积面，进而增加散热效率。

可选地，在本申请实施例提供的绕组总成中，冷却管2轴向的两个端部，分别与绕组100的轴向直线部分的两个边界对齐，较大程度地增加了冷却管2和绕组100的接触面积，增加冷却管2内冷却工质的流量，提高散热效率。而且，冷却管2可以设计为长直管，且沿轴向与绕组100的轴向直线部分贴合即可，不必与绕组100的弯曲部分贴合，避免冷却管2出现突变的弯曲部。

可选地，在本申请实施例提供的绕组总成中，多个冷却管2包括第一类冷却管21，第一类冷却管21与绕组100的周向侧面贴合。可选地，第一类冷却管21径向的两个端部，分别与绕组100的周向侧面的两个沿径向相对的边缘对齐，较大程度地增加了冷却管2和绕组100的接触面积，增加冷却管2内冷却工质的流量，提高散热效率。

以图2、图3和图8为例，绕组100在绕组槽201内的部分垂直于轴向的截面为矩形，第一类冷却管21垂直于轴向的截面为矩形框。例如，如图2所示，第一类冷却管21的轴向尺寸a与绕组100的轴向直线部分的尺寸相等。如图2所示，第一类冷却管21的径向尺寸c与绕组100的轴向直线部分的径向长度相等。也就是说，第一类冷却管21的一个侧面，与绕组100直线部分的一个侧面完全重合。如图3所示，一个绕组100的两侧可以分别设置一个第一类冷却管21，第一类冷却管21的周向尺寸k，小于或等于绕组100与绕组槽201的侧壁之间周向间隙的宽度。图3中m是指第一类冷却管21的壁厚。

可选地，在本申请实施例提供的绕组总成中，绕组槽201中沿径向间隔地设置有两层绕组100。多个冷却管2包括第二类冷却管22，第二类冷却管22设置在同一个绕组槽201中的两层绕组100之间的径向间隙内，且第二类冷却管22径向的两个端部，分别与两层绕组100的沿径向相对的底面贴合。第二类冷却管22与绕组100接触可以提高传热效果，提高散热效率。以图4和图8为例，第二类冷却管22的径向尺寸d，与同一个绕组槽201中的两层绕组100之间径向间隙的宽度相等，使得第二类冷却管22径向相对的两个底面分别与两个绕组100的底面贴合。

可选地，在本申请实施例提供的绕组总成中，同一个绕组槽201中的两层绕组100之间的径向间隙内，设置有温度传感器300。第二类冷却管22的周向尺寸，小于温度传感器300与绕组100之间的沿周向的最小距离，第二类冷却管22周向的两个端部都在径向间隙内。

以图4、图5、图8和图9为例，第二类冷却管22垂直于轴向的截面为矩形框。例如，如图4所示，第二类冷却管22的轴向尺寸a与绕组100的轴向直线部分的尺寸相等，如图4所示，第二类冷却管22的径向尺寸d与同一个绕组槽201中的两层绕组100之间径向间隙的宽度相等。如图5所示，第二类冷却管22的周向尺寸e，小于温度传感器300与绕组100之间的沿周向的最小距离，即第二类冷却管22的周向侧面不超出绕组100的对应的周向侧面。图5中m是指第一类冷却管21的壁厚。

可选地，在本申请实施例提供的绕组总成中，冷凝器1设置在铁芯200的上方。在本申请实施例提供的绕组总成中，冷凝器1的位置高于铁芯200，由于冷却管2设置在铁芯200的多个绕组槽201内，因此冷凝器1的位置高于每个冷却管2的位置，冷凝器1的进口端、出口端，可以分别连接在第一环形管3和第二环形管4的顶部，冷却管2内汽态冷却工质可以自然地向上返回至冷凝器1中，冷凝器1内液态冷却工质可以自然地向下流入冷却管2内。

可选地，在本申请实施例提供的绕组总成中，第一环形管3和第二环形管4，分别设置在铁芯200轴向的两端。

第一环形管3和第二环形管4的形状与铁芯200端部的形状相适配，避免占用过多的空间，保证了绕组总成结构的紧凑性。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种发电机，包括本申请实施例提供的绕组总成。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种风力发电机组，包括本申请实施例提供的发电机。

应用本申请的实施例，至少可以实现如下技术效果：

在本申请实施例提供的冷却装置中，冷却管设置在绕组槽内可以与绕组贴合，且并未明显增加铁芯本身的尺寸，保证了电机结构的紧凑性。

另外，冷却管内液态的冷却工质吸收绕组的热量后变为汽态并流回至冷凝器，冷凝器吸收汽态的冷却工质的热量后，汽态的冷却工质转换为液态的冷却工质再次流入冷却管内。上述过程循环进行，将电机的热量带走，实现对电机的散热。相比于空冷和液冷的散热方式，本申请实施例提供的冷却装置利用冷却工质的蒸发冷却进行散热，提高了电机的安全性和环保性。

而且，由于冷却管设置在绕组之外，与绕组是两个独立的部件，冷却管的形状不完全受绕组形状的限制，设计冷却管的形状时可以避免出现突变的弯曲部，一方面可以保证冷却工质在冷却管内流动的顺畅性，保证冷却管内各处冷却工质的流量均匀，另一方面可以避免冷却工质在冷却管内形成涡旋，进而避免出现局部水头损失，保证电机的散热的安全可靠性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。