电机的制作方法

本发明涉及一种电机，特别是发电机，电机具有定子、转子和热交换器，定子包括绕组端部，转子围绕转子轴线被可旋转地布置在定子中，其中热交换器经由冷却剂轴被流体连接到绕组端部，冷却剂轴被径向布置在绕组端部的外侧，至少部分大致沿着周向方向行进，并且在径向方向上由外表面限定，以使得绕组端部可以借助于通过热交换器和绕组端部的流体的连续流动被冷却。

背景技术：

1、一开始命名的类型的电机从现有技术广为人知。绕组端部的温度继续造成难以构造这种类型的机器的困难。绕组端部因此由于在该区域中发生的损耗而导致在操作期间通常剧烈升温，这就是为什么这种类型的机器通常被设计为外部通风的机器的原因，其中一个或更多个风机被布置在冷却流体的流动路径中，流动路径从热交换器通往绕组端部，并且经由不同的返回流动路径，例如通过叠片定子铁芯，返回到热交换器，以使得循环流可以在机器中被实现，其中冷却流体(通常是空气)吸收绕组端部处的热量并且在热交换器处释放它。

2、在这种类型的机器中，作为规则，热交换器被布置在定子的上部、下部或侧面区域中，作为旋转轴外部的规则，以使得沿着冷却流体的流动路径的单个的绕组端部区域与除了其他装置之外的热交换器和风机(一个或多个)间隔开，由此绕组端部在整个圆周上的均匀冷却是困难的，并且特别是可以对绝缘引起损害的热点经常出现。

技术实现思路

1、这通过本发明来解决。本发明的目的是指定一开始命名的类型的机器，在机器中，绕组端部的特别均匀的冷却能够实现。

2、根据本发明，该目的通过一开始命名的类型的电机来达成，在电机中，以分布式的方式沿着周向方向被布置的多个引导元件被提供在冷却剂轴中以便将冷却剂轴中的被定向在周向方向上的流体的流至少部分地重定向到朝向绕组端部的径向流中并且将流分布到绕组端部的多个区域。

3、在本发明的过程中，发现利用在每种情况下将冷却剂轴中的最初被定向在周向方向上的流至少部分地重定向到朝向绕组端部的径向流中的对应地布置的引导元件，对于绕组端部的单个的区域的空气的均匀分布能够实现，即使冷却剂轴的供应，作为规则，不对称地发生并且仅来自一侧，尤其是因为通常被实施为空气到水热交换器的热交换器通常被布置在叠片定子铁芯的下面。因此实现的是冷却流体还到达绕组端部的背离流入侧的一侧，冷却流体从流入侧进入冷却剂轴，并且所述侧也被冷却，特别是以便避免该区域中的热点的形成。

4、在这种类型的机器中，转子轴线通常被大致水平定向，或者机器被实施为卧式机器，但是转子轴线当然也可以被布置为与水平线成一角度，特别是垂直地布置。

5、返回流动路径可以例如行进穿过转子，特别是穿过叠片定子铁芯，冷却流体在绕组端部中的热量吸收之后可以经由返回流动路径流回到热交换器。

6、冷却流体因此通常形成在机器中在绕组端部和热交换器之间连续地循环的流，以便借助于冷却流体，将绕组端部区域的热损耗以及可能的叠片芯区域的热损耗从绕组端部输送到热交换器，并且经由热交换器输送出机器。

7、优选地提供的是引导元件被大致径向定向。通过使优选地被实施为板形的引导元件沿着径向方向定向，流入到冷却剂轴中的切向流入重定向到绕组端部的方向上的径向流的特别好的重定向可以被实现。

8、这里，术语径向方向和周向方向要从机器的转子的柱面坐标系的意义上来理解，其中周向方向对应于转子围绕转子轴线的可能的旋转方向。

9、流的通过引导元件被重定向到朝向绕组端部的径向流中的一部分因此在重定向之后具有比重定向之前更大的速度矢量，该速度矢量具有朝向转子轴线的更大的速度分量。从柱面坐标系的意义上来说，流的这个部分或对应的体积流量因此在重定向之后，在负径向方向上具有比重定向之前大的速度分量，并且在周向方向上或周向方向的反方向上具有比重定向之前小的速度分量幅值。

10、优选地提供的是外表面至少部分被大致实施为相对于转子轴线的回转表面，特别是被实施为外圆柱形表面或外锥形表面。结果，流入到冷却剂轴中的大致径向流入可以特别有效的方式被重定向到部分在周向方向上行进的流中(通常是通过被布置在绕组端部的也可以被称为流入侧的一侧上的风机)，其中所述流也到达绕组端部的与流入侧相反的一侧，以便还使绕组端部的所述部分冷却。

11、因此，冷却流体的流经由冷却剂轴的外表面被重定向到大致切向地或沿着周向方向行进的流中，外表面相对于转子轴线旋转地对称，随之在周向方向上行进的所述流可以借助于引导元件在绕组端部的单个的区域中被重定向到径向流中，以便以尽可能均匀的方式使绕组端部冷却。在这种情境下，如果在绕组端部的位于与流入侧相对的区域中，单个的引导元件分别将在周向方向上行进的流的大致相等的部分重定向到径向方向上，以使得所述区域中的单个的引导元件对被定向在周向方向上的流的大致相等的部分进行重定向或者分别从被定向在周向方向上的流刮掉朝向内侧的大致相等的部分，则是特别有益的。

12、优选地提供的是引导元件被布置为距转子轴线大致相等的间隔。引导元件可以例如被实施为被布置在可以是发电机的壳体的一部分的风井中的引导板。然而，引导元件也可以是被连接到绕组端部的适合于至少部分将流重定向到朝向绕组端部的径向流中的元件，特别是连接塔。

13、已经证明有效的是10个到100个、特别是30个到60个引导元件以分布式的方式被布置在圆周上。结果，对于绕组端部(一个或更多个)的单个的部分的通常在机器中在热交换器(一个或更多个)和绕组端部(一个或更多个)之间循环的流体流动特别均匀的分布可以被实现。

14、作为规则，机器包括两个绕组端部，每个绕组端部都通过使用冷却流体被冷却。优选地提供的是冷却流体在通过绕组端部之后通过间隙被移动到定子的内部中，此后其通过叠片定子铁芯中的通风狭槽被径向向外移动，并且在过程中，吸收来自叠片定子铁芯的热量，随之冷却流体被移回到热交换器和风机，风机可以包括一个或更多个风机装置，特别是一个或更多个轴流风机或径流风机。冷却流体因此通常沿着周向流动路径从热交换器经由风机循环到绕组端部、定子，并且再次回到热交换器。

15、如果提供的是在机器中循环的每个冷却流体都被移动穿过绕组端部中的一个，以便特别好地使所述绕组端部冷却，则是特别优选的。这种类型的机器也被称为串行通风机器。

16、通常提供的是引导元件被布置为距外表面一间隔。流动流体因此通过外表面和引导元件之间的净流截面被输送到绕组端部的沿着流动路径更远离流入侧的区域，而流的一部分同时经由单个的引导元件被重定向到朝向绕组端部区域的径向方向上。因此，具有同时简单的构造设计的绕组端部的单个的部分的均匀通风能够实现，尤其是因为径向流到引导元件外侧的体积流量几乎不受引导元件的影响，并且引导元件的效果因此可以精确地受到限制。通过使用引导元件，在冷却剂轴中沿着周向方向被移动的体积流量的限定部分因此可以被刮掉并且以针对性的方式被径向向内重定向。

17、如果引导元件距外表面具有不同的间隔，特别是连续缩小的间隔，其中引导元件在流动方向上在距热交换器的距离增大的情况下，距外表面的间隔更小，则是有益的。外表面和被布置在冷却剂轴中的引导元件之间的净流截面因此在流动方向上在距热交换器的距离增大的情况下减小，也就是，优选地从一个引导元件到下一个引导元件减小大致相等的幅值，例如，沿着冷却剂轴中的流动方向从一个引导元件到下一个引导元件在径向方向上减小1mm到20mm。在结构上，这可以例如通过在流动方向上在距热交换器的距离增大的情况下在径向方向上延伸得更远的引导元件来实现，引导元件可以被实施例如具有在轴向方向上大致恒定的截面。

18、优选地，引导元件在轴向方向上大致在与绕组端部的长度和/或冷却剂轴的轴向长度相对应的长度上延伸。

19、例如，引导元件可以被实施为板形的，特别是大致立方体形状的，并且窄侧可以大致沿着径向方向并且平行于转子轴线延伸，以使得引导元件的具有最大表面积的表面被大致垂直于周向方向定向以便生成流的特别有效的重定向。

20、通过使用被实施为在径向方向上具有不同长度的引导元件，绕组端部在绕组端部的圆周上的特别均匀的冷却以结构简单的方式被实现，尤其是因为在每个引导元件处，大致相等的体积流量被刮掉，或者被径向向内朝向绕组端部重定向。特别是，从而防止由于上游引导元件造成的遮蔽效应，被布置在上游引导元件后面的下游引导元件不生成径向方向上的体积流量的重定向，或者仅生成径向方向上的体积流量的不充分的重定向。

21、如果提供的是外表面和引导元件之间的净流截面在流动方向上在距热交换器的距离增大的情况下，至少在一些区域中从一个引导元件到下一个引导元件连续地减小，则是特别优选的。如果在垂直于转子轴线的截面中，冷却剂轴至少在一些区域中被实施为大致环形的，也就是说，外表面与转子轴线的间隔基本上是恒定的(这可以是优选地)，则沿着流动方向的外表面和引导元件之间的对应地越来越小的间隔可以通过在流动方向上在距热交换器的距离增大的情况下在径向方向上具有更大的延伸的引导元件来实现，以使得在距转子轴线的间隔大致相等的情况下，所述引导元件在流动方向上在距热交换器的距离增大的情况下径向向外进一步伸出到冷却剂轴中。因此，在距热交换器的距离增大的情况下，引导元件优选地径向向外进一步延伸，或者延伸到冷却剂轴中，以使得沿着流动方向的净流截面变得更小。

22、作为具有不同长度的引导元件的替换或补充，在流动方向上在距热交换器一距离处减小的净流截面当然也可以通过冷却剂轴的沿着流动方向减小的截面来实现，特别是用至少在一些区域中被实施为大致螺旋形的冷却剂轴来实现。

23、通过使用净流截面的大小、或引导元件和外表面之间的间隔，因此很容易实现将基本上被定向在周向方向上的输入流划分为第一部分和第二部分，其中第一部分在径向方向上被向内重定向，以便使被分配给各自的引导元件的绕组端部区域冷却，并且其中流的第二部分被定向在周向方向上，以便使位于流动方向上下游的绕组端部区域冷却。

24、应理解的是，对于冷却剂轴和引导元件的特定的构造实施方案，数值计算方法也可以被用于流动模拟。

25、引导元件原则上可以以任何期望的方式被实施。为了实现构造简单的且同时机械稳定的设计，如果引导元件被实施为板形的，则已经证明是有效的。引导元件可以由以固定的方式被连接到冷却剂轴和/或以固定的方式被连接到绕组端部的元件形成，特别是由被连接到绕组端部的改进的连接塔形成，或者由被布置在冷却剂轴中(例如与壳体的形成冷却剂轴的一部分被焊接或螺纹连接到一起)的引导板形成。

26、还可以提供的是引导元件可以被可拆卸地附连和到位地固定在冷却剂轴中的不同的位置上，特别是可以被旋转或枢转，以便能够在现场容易地执行精细调节。

27、已经表明如果至少一些引导元件在限定外表面和引导元件之间的净流截面的端部包括倒圆的边缘，优选地在输出侧上，则绕组端部的特别均匀的且有效的冷却可以被实现。以这种方式，输出侧上的湍流(其将负面地影响重定向)被减小或者被避免。例如，引导元件可以被实施为板，并且在输出侧的径向外边缘(也就是说，位于下游的一侧)处，可以包括具有0.5mm到10mm的半径的倒圆。

28、特别是在发电机的连接侧上，可以提供的是引导元件由以固定的方式被连接到绕组端部的元件形成，特别是由连接塔形成。在由绝缘材料组成的连接塔中，电气连接在绕组端部中的定子的单个的电导体之间被生成，特别是在发电机的被称为连接侧的一侧上，以使得所述连接塔按规律的间隔被定位在绕组端部的圆周上，并且因此同时适合于用作引导元件。

29、为了这个目的，连接塔可以包括被大致定向在径向方向上的板形元件，或者可以由因此延伸到冷却剂轴中的被对应地定向的元件形成。

30、根据本发明的机器原则上也可以在没有外部通风的情况下被实施，因为流仅通过转子的旋转被生成。然而，优选地提供的是风机、特别是轴流风机或径流风机被提供，利用风机，流体、特别是空气的流可以在机器中从热交换器被生成、通过冷却剂轴到达绕组端部并且返回到热交换器。风机可以被实施来例如实现在2000pa的压力差和1.2kg/m3的空气密度下每秒6m3的体积流量，但是特定的实施方案当然取决于机器的构造设计。

31、通常，在可以被实施为发动机或发电机的旋转电机的情况下，例如，两个绕组端部被提供在定子上，其中原则上，单独的风机或用于增大压力的其他装置、以及可能地还有单独的热交换器当然也可以被提供用于每个绕组端部。然而，优选地提供的是定子包括两个绕组端部，并且每个绕组端部经由单独的流动路径被连接到风机和热交换器。结果，简单的设计和冗余度可以容易被实现，尤其是因为风机和热交换器可以例如分别包括两个或三个单独的风机和热交换器，其中即使是在风机或热交换器发生故障的情况下，充分的冷却也可以被确保。

32、为了实现对于绕组端部的单个的区域的体积流量的特别均匀的划分，优选地设想单独的流动路径被提供用于绕组端部的上部区域和绕组端部的下部区域。通常，绕组端部的上部区域在距热交换器的更大的距离处，或者从热交换器到绕组端部的上部区域的流动路径长于从热交换器到绕组端部的下部区域的流动路径，以使得均匀的分布可以经由对应地分开的流动路径来实现，例如，因为与将热交换器连接到绕组端部的上部区域的流动路径的截面相比，将热交换器连接到绕组端部的下部区域的流动路径的截面更小，并且对应的压力损耗因此更大。通过可以包括一个或更多个风机装置(诸如轴流风机)的风机分离体积流量可以例如借助于位于风机下游的区域中的单独的元件来发生。

33、另外，左手部分体积流量和右手部分体积流量的划分可以例如也仍然是合宜的，特别是对于绕组端部的上部区域，或者对于绕组端部的距流入侧更远的区域。

34、此外，体积流量划分为用于单个的绕组端部的单独的部分(也就是说，划分为用于机器的连接侧上的绕组端部的一个部分和用于机器的非连接侧上的绕组端部的一个部分)优选地发生，以使得通过风机被移动的或者机器中的冷却流体的体积流量通常被划分为四个部分体积流量，利用这四个部分体积流量，两个绕组端部每个都单独地在顶部和底部被通风，其中这四个部分体积流量然后可以经由定子中的通风狭槽、通过气隙被移回到热交换器和风机。特别是如果还存在用于绕组端部的左手区域和绕组端部的右手区域的部分体积流量的划分，则多于四个的部分体积流量的划分当然也可以是合宜的，例如，划分为六个或八个部分体积流量。