专利名称：定子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电机的定子装置，包括具有设置多个定子槽的定子轭的定子，其中每一个定子槽容纳至少一组定子绕组和至少一个形状为管道状的导管的冷却装置。
背景技术：
已知的是，诸如具有定子装置和转子的发电机等的电机的操作相应地伴随有热损耗或铜损耗，该定子装置包括具有设置多个定子槽的定子轭的定子，其中每一个定子槽容纳至少一组定子绕组，该转子可相对于定子旋转。为了避免可能导致效率降低或者甚至损害或减少寿命(尤其是电机的绝缘寿命)的热度过高，通常为定子装置提供冷却装置。
EP1499001A1公开了一种用于冷却包括定子的电机的设备，其中在定子的圆周方向设置连续的凹槽。凹槽容纳至少一个绕组并在定子的入口面展开。因此，至少一个在凹槽的纵向方向上延伸的冷却管被设置在定子凹槽的每一个中。至少一个冷却管位于接近气隙的凹槽的入口部分。然而，已知的冷气装置的冷却效率经常是不令人满意的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有改善的冷却能力的定子装置。这是通过已在开始描述的定子装置来实现的，其中管道状的导管被分成两个或更多单独的冷却通道。本发明基于将形状为管道状的导管的冷却装置划分成相应单独的冷却通道的结果。此方式下，冷却装置的冷却能力能够被提高，原因在于与现有技术中已知的管道状的导管相比，本发明的管道状的导管具有增加的热交换表面。类似地，流经管道状的导管或相应的冷却通道的冷却流体的流量被分别划分成与管道状的导管中的相应冷却通道相对应的各个子流量。此方式下，管道状的导管的横截面包括由各自由相应冷却通道的各个壁限定的相应的单独冷却腔。因此，在流经相应冷却通道的冷却流体的各个子流量之间的热交换本质上被减少，这导致冷却装置整体的冷却效率的提闻。冷却装置的改善的冷却能力在这样的冷却装置中被进一步实现，S卩，具有相应冷却通道的管道状的导管可被设置成尽可能地接近各个定子槽(即特别是成组定子绕组)中的热源。因此，管道状的导管的径向位置可以不同，即，参考定子的中心轴线，管道状的导管可在定子槽中占据径向内部(底部)或者外部(顶部)位置。还可将管道状的导管设置在两个或更多相邻布置的成组定子绕组之间的中间位置。管道状的导管中的相应冷却通道的数量是至少两个。然而，也可能有更多的数量，其中相应冷却通道的数量主要取决于尺寸，特别是管道状的导管的横截面的尺寸，和相应冷却通道的横截面的尺寸。管道状的导管优选包括对称布置的冷却通道。
在一个示例性实施例中，管道状的导管包括四个对称布置的冷却通道。可以理解，参考定子的中心轴线，相应冷却通道可布置在水平和/或竖直方向，即圆周和/或径向方向。根据本发明的示例性实施例，管道状的导管可包括，被布置成一行或多行且每一个在另一个之上的四个冷却通道，其中每一行包括至少一个冷却通道。此外，相应冷却通道还可不均匀地分布，即，第一行可只包括一个冷却通道，而第二行可包括三个冷却通道。在管道状的导管中任意变化的布置相应冷却通道是可能的。由于管道状的导管被分成相应冷却通道，冷却装置的冷却特性的单独控制总体上是可能的。这是由于事实上，每一个相应冷却通道的冷却能力可通过优选的独立连接到相应冷却通道的相应冷却系统被独立地控制。换句话说，对于每一个冷却通道，流经相应冷却通道的冷却流体的所有相应冷却参数，像流速、压力、温度、成分等等，可以变化。 当然，本发明的定子装置，S卩，相应定子槽包括大于一个的相应管道状的导管是可能的。本发明的管道状的导管可被分配至至少一组具有给定电气相位的定子绕组。换句话说，管道状的导管可只分配至一组具有给定电气相位的定子绕组，或者分别分配至至少两组具有给定电气相位的定子绕组。当然，管道状的导管跟随大于一组的定子绕组也是可能的。相应冷却通道可具有相同的或(如果需要，成组的)不同的横截面的形状和/或面积和/或不同的长度。这同样适用于相应冷却通道的所有其它几何特征或结构特征。此方式下，类似的或不同形状的冷却通道的任意实施例是可想象的。对于被分成四个相应冷却通道的管道状的导管的示例性实施例而言可能的是所有冷却通道被相同地成形，S卩，具有相同的横截面的形状和面积。然而，还可能的是，四个冷却通道被分成两组，其中分配到各自组中的相应冷却通道在横截面的形状和/或面积上有所不同，即，分配至第一组的冷却通道具有第一横截面的形状和/或面积，而分配至第二组的冷却通道具有第二横截面的形状和/或面积。当然，四个相应冷却通道以3 I配置的划分也是能想象的，其中三个冷却通道被相同地成形为具有第一横截面的形状和/或面积，而剩余的冷却通道被成形为具有第二横截面的形状和/或面积。先前所述的内容同样适用于冷却通道的相应长度，以及具有任意数量的冷却通道的管道状的导管。能想象的是，管道状的导管和/或至少一个冷却通道具有矩形的横截面。然而，其它横截面的形状也是可能的。还能想象的是，管道状的导管和/或冷却通道的横截面的形状在它们相应长度上不同。通常，至少两个冷却通道的横截面适合于内包(enfold)至少两个冷却通道的管道状的导管的横截面。优选的是，至少两个冷却通道与管道状的导管整体地制成。因此，管道状的导管和相应冷却通道的生产加工被高度集成化，原因在于冷却通道可与管道状的导管一起一步成型。当然，还能想象的是，至少两个冷却通道和管道状的导管作为独立的部件被提供。这种情况下，相应冷却通道可以以适当的方式被插入和牢固地固定(即，焊接、胶接、支撑，等等)在管道状的导管中。
考虑管道状的导管的材料，当管道状的导管包含铝型材时是有利的。第一点，铝包含良好的热特性，即，具有相对较高的热传导系数，其带来良好的冷却性能。第二点，由于铝是可挤压的材料，因此管道状的导管的生产加工，特别是对于管道状的导管与相应冷却通道一起的集成生产，是简单和快速的。换句话说，管道状的导管可以以称为多孔挤压加工(multi port extrusion process)的方式生产,这带来大的内部表面面积,产生更有效的热传导性能。另外，诸如紊流器(turbulator)或类似物的表面结构也可集成在冷却通道内。第三点，由于铝显示了可延展的材料性能，因此管道状的导管可被容易地成型为不同直径的形状。因此，即使相当尖锐的弯曲半径也可实现。第四点，铝的应用使得管道状的导管的结构更轻便，特别是与通常使用的铜相比。尽管铝显示了许多优点，但是在例外情况中，还可应用具有良好的热特性的其它材料，即，特别是具有高的热传导性的材料。管道状的导管和/或至少两个冷却通道的进口和出口可设置在定子轭的相同侧面。此方式下，进口和出口都可容易地通达，这对将管道状的导管连接到冷却系统的情况提供了便利，冷却系统例如冷却进口和/或出口的歧管。此外，能够更加容易地实施保养和维修。
明智地是，至少一个冷却装置的路线，至少部分地，特别是完全地跟随至少一组定子绕组的路线。由于各组定子绕组的形状和管道状的导管的形状基本上是相同的，在相应管道状的导管和相应组的定子绕组之间的接触区域可被增强，并且因此，可以提高冷却性能。因此，为特别是相应定子绕组的端部的区域，即端部绕组或悬垂(overhand)绕组提供了充分的冷却。使用优选为不导电的冷却流体，特别是油，作为冷却流体流过至少两个冷却通道。由于冷却流体的电气绝缘性能，所引发的高量级的电流可被避免。定子可分段成至少两个适合构造定子的定子段。因此，定子可包括多个定子段，总体上有利于定子装置的处理、运输、保养和维护。此外，本发明还涉及包含如前所述的定子装置的电机。电机优选地用作风力涡轮机，特别是直驱风力涡轮机的发电机。
下面，参考附图具体地描述本发明，其中图I表示根据本发明的示例性实施例的定子装置的原理剖面图；图2表示图I中的定子装置的纵向剖面图；图3表示根据本发明的示例性实施例的管道状的导管的原理顶视图；和图4-图6表示了根据本发明的示例性实施例的管道状的导管的原理剖面图。
具体实施例方式图I表示根据本发明的示例性实施例的定子装置I的原理剖面图。定子装置I是发电机形式的电机(未不出)的一部分。发电机优选地是直驱风力润轮机(未不出)的一部分。定子装置I包括定子2，定子2具有定子轭3，该定子轭具有多个径向延伸的定子槽4。定子槽4沿着定子轭3周向地布置。每一个定子槽4容纳至少一组由多个带状定子绕组6组成的定子绕组5。另外，每一个定子槽4容纳形状为管道状的导管7的冷却装置。管道状的导管7可放置在定子槽4中的顶部、底部或中间的位置。各组定子绕组5和管道状的导管7都被套管状的绝缘层8包裹，绝缘层8由电绝缘材料制成。在已知的方式中，通过楔形帽9接合在定子轭3的相应沟槽部分10中来使定子槽4封闭(完整)。楔形帽9可径向地移出和推回原位。如图I所示，管道状的导管7被分成四个单独的、对称设置的、矩形的冷却通道11。因此，由于管道状的导管7优选的由铝型材制造，因此管道状的导管7和相应冷却通道11
可一体构造。在此情况下，优选的是管道状的导管7在定子槽4的顶部位置，原因在于管道状的导管7的路线可跟随(遵循)至少一组定子绕组5的路线，甚至贯穿端部绕组或悬垂绕组12(参考图2)的区域。在管道状的导管7跟随相应组的定子绕组5的全部长度的情况下， 通常位于端部绕组12的区域中的热点被减少。本发明的包括相应冷却通道11和铝型材一起的管道状的导管7的多通道设计允许调整本发明的管道状的导管7的机械属性接近于已知的由铜制造的管道状的导管的机械属性。因此，当成形本发明的管道状的导管7时，使用用于铜基的管道状的导管的相同的弯曲工具是切实可行的，这带来了生产时间和成本的减少。因为成组定子绕组5和管道状的导管7被安置在绝缘层8中，本发明的管道状的导管7在各个定子槽4中的安装是简单和快速的，定子槽4被帽9封闭并施加真空压力，即，定子槽4充满了真空压力。在此方式下，在管道状的导管7和成组定子绕组5之间的任意气隙层被消除，以便进一步增强冷却效果。图2表示了图I中的本发明的定子装置I的纵向剖面图。正如已提到的，图2表示了管道状的导管7完整地跟随成组定子绕组5的路线和取向，甚至在各个端部绕组12的区域也是如此，即，由于管道状的导管7和各个成组定子绕组5之间的增强的接触表面，管道状的导管7显示了和端部绕组12相同的弯曲半径，这带来了改善的冷却能力。正如图2进一步所示的，管道状的导管7的和/或至少两个冷却通道11的进口 15和出口 16被布置在定子轭3的同一侧面，这使得能够分别容易地通达进口 15和/或出口16。而且，管道状的导管7通过相应连接件，例如柔性软管14，连接到冷却岐管13。因此，相应软管14与冷却装置的进口 15和出口 16的连接可通过相应O形环17或类似物建立。图3表示了根据本发明的示例性实施例的管道状的导管7的原理顶视图。图3表示了示例性几何形状的，即，旋绕形状的管道状的导管7，其表明了根据定子绕组6的相应弯曲半径实现管道状的导管7的相应弯曲半径的能力。此外，管道状的导管7可快速和容易地连接到相应软管14并进一步连接到相应冷却歧管13。图4-6表示了根据本发明的示例性实施例的管道状的导管7的原理剖面图。图4-6中所示的实施例清楚的描述了具有不同横截面和/或尺寸的任意成形管道状的导管7和冷却通道11的可能性。根据图4中所示的实施例，管道状的导管7和相应冷却通道11都包括矩形的横截面。冷却通道11被设置成竖直布置的行，其中第一较低行包括第一冷却通道，其延伸覆盖管道状的导管7的几乎整个长度,而第二行包括两个并列排列的相应冷却通道11。图5表示了仍然具有矩形的横截面的管道状的导管7的实施例。相应冷却通道11具有不同的几何横截面，即，布置在上部行的相应冷却通道11包含三角形横截面，而布置在下部行的相应冷却通道11包含圆形或方形的横截面。图6表示了具有圆形横截面的管道状的导管7。相应冷却通道11也包含圆形的横截面，而相应冷却通道11的横截面面积可不同，即，外部的冷却通道11比内部的冷却通道11包含更小的横截面面积。通常地，优选的是，各个管道状的导管7的横截面面积以最大可能的程度分成相应冷却通道11，原因在于这导致改善的热交换并因此导致管道状的导管7的更好的冷却性倉泛。正如早先提到的，非导电或低电导率的冷却剂，诸如油等，在相应冷却通道11中流动。 进一步可能的是，定子2被分段成适合构建定子2的至少两个定子段(未示出)。
权利要求
1.一种用于电机的定子装置(I)，包括定子(2)，该定子具有定子轭(3)，该定子轭具有多个定子槽(4)，每一个定子槽(4)容纳至少一组定子绕组(5)和至少一个管道状的导管(7)形状的冷却装置，其中管道状的导管(7)被分成两个或多个单独的冷却通道(11)。
2.根据权利要求I所述的定子装置，其中相应冷却通道(11)具有相同的，或者如果需要成组的，不同的横截面的形状和/或面积和/或不同的长度。
3.根据权利要求I或2所述的定子装置，其中至少两个冷却通道(11)与管道状的导管(7)被一体地构建。
4.根据前述权利要求所述的定子装置，其中管道状的导管(7)由铝型材构建。
5.根据前述权利要求中任一项所述的定子装置，其中冷却通道(11)被对称地布置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的定子装置，其中管道状的导管(7)和/或至少个冷却通道(11)具有矩形的横截面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的定子装置，其中管道状的导管(7)和/或至少两个通道(11)的进口(15)和出口(16)被布置在定子轭(3)的同一侧面。
8.根据前述权利要求中任一项所述的定子装置，其中管道状的导管(7)连接到冷却岐管(13)ο
9.根据前述权利要求中任一项所述的定子装置，其中至少一个管道状的导管(7)的路线至少部分地，特别是全部地，跟随至少一组定子绕组(5)的路线。
10.根据前述权利要求中任一项所述的定子装置，其中定子(2)被分段成适合构建定子(2)的至少两个定子段。
11.一种电机，特别是用于风力涡轮机的发电机，包括根据前述权利要求中任一项所述的定子装置(I)。
全文摘要
本发明涉及用于电机的定子装置(1)，包括具有定子轭(3)的定子(2)，所述定子轭具有多个定子槽(4)，每一个定子槽(4)容纳至少一组定子绕组(5)和至少一个管道状的导管(7)形状的冷却装置，其中管道状的导管(7)被分成两个或多个单独的冷却通道(11)。
文档编号H02K1/20GK102780289SQ20121020242
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月11日 优先权日2011年5月12日
发明者H·施蒂斯达尔, J·勒贝纳雷, S·冈德托夫特 申请人:西门子公司