专利名称：定子元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有轭和冷却装置的定子元件，轭包括多个叠层金属板和从轭的一侧径向突出的多个齿，冷却装置提供冷却介质沿轭流动的路径。
背景技术：
用于发电的象例如用在风力涡轮机中的电机包括定子和转子，转子相对于定子可旋转。在电机的操作中，例如在发电机的操作中，源自永磁铁或附连到转子的缠绕磁极的磁场感生电流，电流进入定子铁芯和线圈中，以产生电功率。因此，由于定子内电流的感生产生大量过量的热。因此，已知相应地给定子或定子元件提供冷却装置，通过空气流通提供定子的冷却，从定子径向突出的鳍的提供导致热交换或液体冷却的扩大表面，从而例如类似水的液体冷却介质通过与定子啮合的单独的冷却管传送。后一原理在涉及一种用于冷却风力涡轮发电机的方法和设备的美国2007/0024132中有描述。此外，另外过量的热通常当导体在不均勻的磁场中运动或替代地由于磁场的时变而产生的涡流产生。涡流产生与原始磁场相反的磁场，因此导致所称的涡流损耗。在大型风力涡轮机中，涡流损耗可能达到明显水平，发电机的效率通常降低。一种用于最小化风力涡轮机的定子中的所述涡流的方法在日本2001-54271A中公开，该公开涉及一种具有分裂为块的轭的无刷电动机，绝缘纸片被设置在块与块之间。然而，这些方法没有提供例如类似发电机的电机定子的足够冷却，特别是在高性能时段。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有改进的冷却能力的定子元件。这是通过如上所述的定子元件达到的，其中在冷却装置接触的区域中，轭至少部分地提供有电镀金属层。本发明的定子元件为一个完整的环形定子或适于构造环形定子的定子节段形式可能是有利的，由于热交换能力明显增强，本发明的定子元件提供更好的冷却性能。换言之，在轭和冷却装置之间建立改进的热交换，即冷却介质从轭传导过量的热，产生冷却装置和本发明的定子元件的更好的冷却性能。本发明基于使冷却装置最可能地靠近地接触轭的思想，从而不需要诸如单独的冷却管的附加冷却装置，不需要使用热传导膏来提高冷却管和轭等等之间的热接触。根据本发明，冷却介质基本与轭直接接触是可能的，从而电镀金属层在冷却介质和轭之间建立中间层。因此，为了确保冷却介质不会泄露到定子的轭中，即叠层金属板之间，特别是构造轭的钢板之间，轭至少部分地提供有电镀金属层。因此，电镀金属层作为密封层，给冷却装置加衬里，以便确保冷却介质，特别是例如类似水的液体冷却介质决不可能泄露到或接触
3轭的叠层金属板。以此方式，排除了由于电镀金属层造成的冷却介质和轭接触可能引起的侵蚀性或腐蚀性效应，电镀金属层对于冷却介质当然是非侵蚀性和非腐蚀性的。电镀金属层的厚度可以变化，但总是必须考虑到防泄露特性。优选地，冷却装置包括至少一个冷却槽和/或至少一个冷却腔。冷却槽和冷却腔已知是附连到轭的单独部件。相反，根据本发明，轭包括直接由轭的材料形成并且与轭分开的一个或多个冷却槽和/或冷却腔，即通过电镀金属层至少部分地给冷却槽和/或冷却腔加衬里的叠层金属板，从而确保冷却介质不会直接接触轭或进入轭的叠层金属板之间的微小空间中。冷却槽和/或冷却腔提供容纳冷却介质的足够体积，以便随时分别提供轭和定子元件的适当冷却。冷却槽和/或冷却腔的数目没有限制。因此，将冷却槽和/或冷却腔整体地构造于轭的内部是可能的。相应地，由于冷却槽和/或冷却腔是轭的整体构造的一部分，因此，轭可以完全包围冷却槽和/或冷却腔， 使轭到冷却槽和/或冷却腔之间产生大的热交换面积，因此产生改进的定子元件的冷却性质。在这种情况下，即如果冷却槽和/或冷却腔被整体地构造在轭的内部，则电镀金属层完全围绕冷却槽和/或冷却腔是有利的。以这种方式，防泄露衬里由电镀金属层构造， 形成轭和相应地在冷却槽或冷却腔中循环的冷却介质之间的屏障。另外或可替代地，冷却槽和/或冷却腔设置成直接与轭接触是可能的。因此，冷却装置不设置于轭内部，而是配置成产生冷却槽和/或冷却腔和轭之间的至少部分直接接触，仍提供轭和冷却槽和/或冷却腔之间的良好充分的热交换。本发明的该替代方式在定子元件的壁厚薄的情况下是可取的，由此整体地构造的冷却装置会相应减小轭或定子元件的机械特性。在这种情况下，即如果冷却槽和/或冷却腔被设置成与轭直接接触，优选电镀金属层设置在冷却槽和/或冷却腔与轭的接触区中。因此，冷却槽和/或冷却腔只是部分电镀的，从而通过电镀金属层仍然在轭和冷却槽和/或冷却腔之间的界面区中建立防泄露衬里。通常，一个或多个冷却装置提供于轭内部并进一步直接接触轭是可能的，即部分在轭的外部或者只在轭的内部或者只直接与轭接触。在任何情况下，冷却装置可以包括冷却冷却槽和冷却腔两者，或者分别只包括冷却槽，或者只包括冷却腔。当冷却槽和/或冷却腔以曲折型形状延伸是有利的。曲折型形状允许冷却槽和/ 或冷却腔通过轭有最可能长的路径，导致不管定子元件如何进一步相应增强热交换或冷却特性。这两者，即冷却槽和/或冷却腔可以排列成曲折型方式，从而另外单独的连接元件， 具体关于曲折型形状的冷却腔可能在曲流的转弯处是有用的。通常，本发明的定子元件具有创建特殊形状或设计的冷却路径的可能性，这用传统的冷却管等等来获得是不可行的或者至少是难以获得的。第一冷却槽和/或第一冷却腔与至少一个另一冷却槽和/或至少一个另一冷却腔和/或供应冷却介质的至少一个冷却单元通过连接设置，具体是软管连通，这是可行的。以这种方式，冷却槽和/或冷却腔的串联和/或并联连接是可行的。因此，例如多个冷却槽可以串联连接，由此冷却槽的第一部分可以有与供应冷却介质例如类似水的外部冷却单元连接的入口，另外的冷却槽或曲折型形状的冷却槽的转弯处可以具有同样与外部冷却单元连接的出口。当然，每个冷却槽单独连接到冷却单元也是可以的。这同样适用于形式为冷却腔的冷却装置。由此，有利于借助适当的软管建立冷却槽和/或冷却腔彼此之间的连接以及冷却槽和/或冷却腔至冷却单元的连接。电镀金属层通过物理和/或化学沉积提供，具体是物理或化学气相沉积和/或电镀或机械喷镀是有利的。所有可能的沉积方法允许均勻的防泄露金属膜沉积在由叠层金属板组成的轭的表面上。以这种方式，叠层金属板之间的微小空间是防泄露密封的或带衬里的。通常，所有可能的用于沉积金属膜的沉积方法，类似基于真空的溅镀或其它物理或化学气相沉积方法也是可适用的。因此，电镀或电沉积由于提供在衬底上沉积均勻膜或层的可靠方式，所以是特别优选的。通常，离子金属是由电子供应的，以在轭上形成沉积金属的非离子本征层，即具体是冷却槽和/或冷却腔。这是通过涉及包含离子金属的电解液的电化学系统完成的。原电池是通过相应可以是轭或者叠层金属板的阳极和阴极构成的，其中通过电化学工艺供应电子以在轭的表面上和/或根据需要在冷却槽和/或冷却腔与轭的接触区域中只在轭的部分电镀区的表面上产生沉积金属膜。通过电沉积，由于轭被浸入到电解液中，可以给所有区域提供均勻的金属层，使得电解液可以接触待敷涂的所有相关轭部分。通常，对于沉积的或电镀的金属没有任何限制，可以使用每种可行的金属。不过， 优选电镀金属层具有与轭的叠层金属板相同或相似的热膨胀系数。以这种方式，不存在不同热引起的材料膨胀的风险或这种风险降低，即由于加热轭，在轭和电镀金属层之间有不同的体积变化，导致热引起的应力变形，这很可能导致电镀金属层的意料不到的去除或损坏。这同样适用于所有因热而变化的材料参数，诸如热阻或其它，从而相对低的热阻由于确保了适当的热交换能力，因而通常是有利的。金属层可以由与轭的叠层金属板相同的材料制成。以这种方式，轭和电镀金属层之间的机械和热性质基本是相同的，因为只有因厚度而变的量提供材料性质的差异。因此， 轭的材料，即叠层金属板的材料在加热或冷却时基本上表现出相同的机械性质。在本发明的另一实施例中，冷却装置被设置在与齿相对的定子元件的一侧。因此， 本发明的冷却装置可以在定子的轭区域中构造，这里感生的磁场相对低，即只感生很少的涡流。以这种方式，通过当然是导电的电镀金属层降低了轭内出现的电流连接。定子元件可以是象包括相对于静止的定子旋转的转子的已知电机中使用的一个完整的环形定子。同样，定子元件可以是形式为圆的一个节段并在与相应的定子节段组装时适于构造环形定子的定子节段。包括多个定子节段的分段定子在例如运输、组装和/或维修时是有利的，因为与一个完整的定子环相比，待处理的各部分明显更小。此外，本发明涉及一种电机，其具有转子和定子或包括如上描述在组装时适于构造环形定子的多个定子节段的分段定子。
在下文中，参照附图详细描述本发明，其中
图1显示根据本发明的第一实施例的发明的定子元件的原理切面图；和。图2显示根据本发明的第二实施例的发明的定子元件的原理切面图。
具体实施例方式图1显示根据本发明的第一实施例的本发明定子元件1的原理切面图。定子元件 1的形式为圆的一个节段，因此代表当连接到另一相应的定子元件1时适于构造环形定子的定子节段。同样，定子元件1可以是一个完整的环形定子(参照图2)。定子元件1是用于产生功率的电机，象例如用在大型风力涡轮机中的发电机的一部分。定子元件1具有由多个叠层钢板3构成的轭2。定子齿4从轭2径向突出，用于以已知方式容纳定子绕组(未显示)。定子元件1包括形式为整体地构造于轭2内部的多个冷却槽5的冷却装置，由此电镀金属层6完全围绕每一冷却槽5，以便提供冷却槽5的衬里，确保冷却介质，特别是水不可能接触轭2，即不可能进入叠层钢板3之间的微小空间，不会对叠层钢板3造成侵蚀性、 腐蚀性或其它损坏影响。电镀金属层6基本具有与构造轭2的叠层钢板3相同或相似的特性，特别是在热膨胀系数方面。而且，电镀金属层6表现出良好的热传导性质，即具有例如低的热阻。电镀金属层6可以由例如铜或者基于铜的合金制成。电镀金属层6由电化学工艺即电镀产生，造成均勻密度的金属膜沉积在根据本发明由轭2的叠层钢板3表示的导电表面上。冷却槽5构成轭2内的冷却路径，由于冷却槽5沿轭2以曲折型形状延伸。通常， 本发明的定子元件1包含在轭2内部产生替代或特别设计的冷却路径的可能性，这对于用单独的冷却装置诸如冷却管等等来实现是不可行的或者至少是非常麻烦、困难的。如可以看出的，本发明的定子元件1基本提供在冷却装置即冷却槽5中流动的冷却介质与轭2的直接接触，轭2在电机的操作过程中由例如感应效应加热。将冷却槽5整体地构造在轭2的内部，本发明的定子元件1不需要任何如冷却管等等的附加的单独冷却装置。相应地，不需要使用热传导冷却膏。冷却槽5设置在与定子齿4相对的轭2的一侧上。以此方式，叠层钢板3的电流连接(galvanic connection)又可以在轭2内产生涡流，该电流连接不会明显造成加热轭 2，因为在轭2的此区域中，磁场由于与容纳定子绕组的定子齿4的距离，通常是低的。只有相对弱的涡流可能因为电镀金属层6由叠层钢板3的电流连接感生。此外，定子元件1即冷却槽5通过软管8连接到供应冷却介质特别是水的外部冷却单元7。冷却单元7包括控制冷却介质的所有与冷却相关的像例如温度、压力和流速的参数的控制单元9。图2显示根据本发明的第二实施例的发明的定子元件1的原理切面图。与根据图 1的实施例的基本不同涉及冷却装置，它不像图1中描述的构造成冷却槽，而是构造成冷却腔10，冷却腔10设置成与轭2的背面直接接触。因此，电镀金属层6只设置在冷却腔10与轭2的接触区中。换言之，此实施例包括相应地部分电镀冷却腔10或轭2，以便确保在它们与轭2的接触区域中的冷却腔10的防泄露衬里。即，电镀金属层6设置于关于图2的冷却腔10的上部区域中。仍然在轭2和冷却腔10之间提供最大热交换，导致从轭2最大限度地移去过多热量。此实施例代表附加轭2的背面安装的通过例如由现有技术已知的热传导膏传导热的单独的封闭冷却设备的一种替代方式。冷却腔10包括入口和出口，由此软管8建立冷却腔10的串联连接。通常，冷却装置即冷却腔10相应地可以串联、并联或以其任何组合来连接。再着，至少一个冷却腔10连接到外部冷却单元7。即使没有显示，也可以想像根据图1和图2的实施例中描述的原理的组合，即冷却槽5和/或冷却腔10可以构造在轭2的内部，且另一冷却槽5和/或冷却腔10可以设置在与轭2的接触区中。本定子元件1适合用在所有的转子-定子配置中，即用在外转子-内定子配置以及内转子-外定子配置中。
权利要求
1.一种定子元件(1)，其具有轭(2)和冷却装置，所述轭(2)包括多个叠层金属板(3) 和从所述轭(2)的一侧径向突出的多个齿(4)，所述冷却装置提供了让冷却介质沿所述轭 (2)流动的路径，其中所述轭(2)在被所述冷却装置接触的区域中至少部分地提供有电镀金属层(6)。
2.根据权利要求1所述的定子元件，其中所述冷却装置包括至少一个冷却槽(5)和/ 或至少一个冷却腔(10)。
3.根据权利要求2所述的定子元件，其中所述冷却槽(5)和/或所述冷却腔(10)整体地构造在所述轭(2 )的内部，和/或布置成与所述轭(2 )直接接触。
4.根据权利要求2或3之一所述的定子元件，其中如果所述冷却槽(5)和/或所述冷却腔(10)被整体地构造在所述轭(2)的内部，则电镀金属层(6)完全围绕所述冷却槽(5) 和/或所述冷却腔(10)。
5.根据权利要求2-4所述的定子元件，其中如果所述冷却槽(5)和/或所述冷却腔 (10)设置成与所述轭(2)直接接触，则电镀金属层(6)设置在所述冷却槽(5)和/或所述冷却腔(10)与所述轭(2)的接触区中。
6.根据权利要求2-5所述的定子元件，其中所述冷却槽(5)和/或所述冷却腔(10)以曲折型形状延伸。
7.根据权利要求2-6之一所述的定子元件，其中第一冷却槽和/或第一冷却腔与至少一个另一冷却槽和/或至少一个另一冷却腔和/或供应冷却介质的至少一个冷却单元(7) 通过连接设置特别是软管(8 )连通。
8.根据前述权利要求之一所述的定子元件，其中所述电镀金属层(6)是通过物理和/ 或化学沉积，特别是物理或化学气相沉积和/或电镀或机械喷镀提供的。
9.根据前述权利要求之一所述的定子元件，其中所述电镀金属层(6)具有与所述轭 (2)的叠层金属板(3)相同或相似的热膨胀系数。
10.根据前述权利要求之一所述的定子元件，其中所述电镀金属层(3)是由与所述轭 (2)的所述叠层金属板(3)相同的材料制成的。
11.根据前述权利要求之一所述的定子元件，其中所述冷却装置被设置在所述定子元件(1)与所述齿(4)相对的一侧。
12.根据前述权利要求之一所述的定子元件，其中所述定子元件(1)是一个完整的环形定子。
13.根据权利要求1-11之一所述的定子元件，其中所述定子元件(1)是适于在组装时构造环形定子的定子节段。
14.一种电机，其具有转子和根据前述权利要求之一所述的定子。
全文摘要
一种具有轭(2)和冷却装置的定子元件(1)，轭(2)包括多个叠层金属板(3)和从轭(2)的一侧径向突出的多个齿(4)，冷却装置提供冷却介质沿轭(2)流动的路径，其中在被冷却装置接触的区域中，轭(2)至少部分地提供有电镀金属层(6)。
文档编号H02K1/12GK102280948SQ20111015557
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月10日 优先权日2010年6月11日
发明者K. 佩德森 C. 申请人:西门子公司