專利名稱：電機(jī)的風(fēng)機(jī)冷卻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻諸如水輪發(fā)電機(jī)之類的電機(jī)的結(jié)構(gòu)，并且更具體地涉 及冷卻這種電機(jī)的能量效率。
背景技術(shù)：
電機(jī)包括由定子所包圍的具有高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子，其通常由連接到該轉(zhuǎn)子 軸或由轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)冷卻。
轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)能量的一部分被消耗以加速通過(guò)該轉(zhuǎn)子的氣體。 一定量的氣 體需要通過(guò)轉(zhuǎn)子從而使其保持冷卻，然而任何過(guò)量氣體導(dǎo)致不必要的能量 消耗，以至減小電機(jī)的總體能量效率。
在電機(jī)的結(jié)構(gòu)中，風(fēng)機(jī)位于轉(zhuǎn)子的兩端，用于從轉(zhuǎn)子的兩端沿軸向吹 冷卻氣體。冷卻氣體的聚集隨后迫使其沿徑向穿過(guò)定子的冷卻槽。在另一 結(jié)構(gòu)中，使用了單個(gè)風(fēng)機(jī)，其中，吹或抽吸冷卻氣體以使其穿過(guò)轉(zhuǎn)子，其 中一部分冷卻氣體沿徑向從轉(zhuǎn)子流動(dòng)到定子。在這兩個(gè)結(jié)構(gòu)中，超過(guò)冷卻 轉(zhuǎn)子所需要的冷卻氣體均最初穿過(guò)轉(zhuǎn)子，而導(dǎo)致較低的電機(jī)能量效率。
DE 3905997公開(kāi)了冷卻感應(yīng)電機(jī)的線圈的另一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括在一 個(gè)感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)中附著在定子線圈架而在另一感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)中附著在轉(zhuǎn)子 線圈架上的封閉、光滑的柱形罩(cylinderjacket)。在每個(gè)可替代的形式中， 該柱形罩為該感應(yīng)電機(jī)的線圈提供冷卻通道，其中風(fēng)機(jī)可以專用于冷卻線 圈。
US 4346451公開(kāi)了應(yīng)用到凸極電機(jī)的另一冷卻結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，屏 障通過(guò)各個(gè)專用的風(fēng)機(jī)提供的強(qiáng)制通風(fēng)能夠分別冷卻轉(zhuǎn)子和定子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明意在提供一種提高利用風(fēng)機(jī)冷卻電機(jī)的效率的裝置。 通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題解決該問(wèn)題。在從屬權(quán)利要求中給出有益實(shí)施例。
本發(fā)明基于如下主體思想分隔(partition)電機(jī)內(nèi)的冷卻氣流來(lái)限制需 要通過(guò)轉(zhuǎn)子的氣體量。
本發(fā)明的另一目的是提供分別配置轉(zhuǎn)子和定子的冷卻氣體率的裝置。 因此，在本發(fā)明的一方面，提供一種用于電機(jī)的氣體冷卻結(jié)構(gòu)，其中該電 機(jī)具有轉(zhuǎn)子、與該轉(zhuǎn)子同軸設(shè)置的定子和用于向該轉(zhuǎn)子和該定子提供冷卻 氣體的至少一個(gè)風(fēng)機(jī)。在轉(zhuǎn)子和定子之間設(shè)置分隔體，并且其沿轉(zhuǎn)子的軸 向方向延伸以分離冷卻氣流。這樣，阻止冷卻氣體從轉(zhuǎn)子到定子的軸向流 動(dòng)。其優(yōu)勢(shì)在于僅冷卻轉(zhuǎn)子所需要的最少量氣體由轉(zhuǎn)子加速，從而提高了 電機(jī)效率。優(yōu)選地，該分隔體設(shè)置在該轉(zhuǎn)子上，從而與該轉(zhuǎn)子協(xié)同旋轉(zhuǎn) (co-rotational communication)。
分離冷卻通道的優(yōu)勢(shì)還在于，可以分別配置冷卻氣流率以使冷卻風(fēng)機(jī) 能量消耗最優(yōu)化。因此，在本發(fā)明的一方面，風(fēng)機(jī)設(shè)置在轉(zhuǎn)子一端，并且 具有用于冷卻轉(zhuǎn)子的內(nèi)部風(fēng)機(jī)和用于冷卻定子的外部風(fēng)機(jī)。根據(jù)另一優(yōu)選 方面，第二風(fēng)機(jī)朝向轉(zhuǎn)子的另一端設(shè)置，并且也是具有用于冷卻轉(zhuǎn)子的內(nèi) 部風(fēng)機(jī)和用于冷卻定子的外部風(fēng)機(jī)的兩個(gè)部分的風(fēng)機(jī)。在另一方面，該第 二風(fēng)機(jī)的內(nèi)部部分支撐(support)外部風(fēng)機(jī)。在另一方面，外部風(fēng)機(jī)向定子吹
冷卻氣體。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，優(yōu)選地由第二風(fēng)機(jī)的外部部分，封堵 朝向轉(zhuǎn)子的第二端的定子的冷卻氣流通道。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，分隔體還將內(nèi)部風(fēng)機(jī)或部分與外部風(fēng)機(jī)或部 分分離。這樣減小兩個(gè)冷卻區(qū)域之間的冷卻氣體泄露。


在下文中，將通過(guò)示例參考附圖更完全地描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附
圖中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)的橫截面圖2是示出了分隔體和兩個(gè)部分風(fēng)機(jī)的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的橫截面 圖；并且
圖3是在轉(zhuǎn)子的任一端分隔的風(fēng)機(jī)將內(nèi)部冷卻氣體引向定子的本發(fā)明 另一優(yōu)選實(shí)施例的橫截面圖。在圖中使用的標(biāo)記
10風(fēng)機(jī)
11內(nèi)部風(fēng)機(jī)
12外部風(fēng)機(jī)
20轉(zhuǎn)子
30定子
31定子冷卻槽
40第二風(fēng)機(jī)
41形成第二風(fēng)機(jī)或外部部分支撐的內(nèi)部部分
42形成外部風(fēng)機(jī)或屏障的外部部分
50冷卻氣體
51穿過(guò)轉(zhuǎn)子的冷卻氣體
52穿過(guò)定子的冷卻氣體
60分隔體
61定子冷卻氣流通道屏障
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在整個(gè)說(shuō)明書中，相同的附 圖標(biāo)記用來(lái)指代相同的元件。在以下描述中，為了解釋的目的，陳述了許 多具體細(xì)節(jié)以獲得對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，顯而易見(jiàn)的是，不使用這 些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其他示例中，在方框圖中示出了已知的 結(jié)構(gòu)和設(shè)備，以便于描述本發(fā)明。
圖1示出了將風(fēng)機(jī)10、 40設(shè)置在轉(zhuǎn)子20的任一側(cè)的現(xiàn)有技術(shù)冷卻結(jié) 構(gòu)，其中風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻氣體進(jìn)入電機(jī)。冷卻氣流沒(méi)有分離并且從而冷卻轉(zhuǎn) 子20和定子30兩者。
如圖2所示，公開(kāi)了適用于示出了氣體冷卻轉(zhuǎn)子加的水輪發(fā)電機(jī)的本 發(fā)明的結(jié)構(gòu)，其中冷卻氣體被分隔體60分離開(kāi)以分別冷卻轉(zhuǎn)子20和定子 30。圖3示出了具有風(fēng)機(jī)設(shè)置在轉(zhuǎn)子20的任一端的分隔體60的另一冷卻 氣體實(shí)施例。在優(yōu)選實(shí)施例中，風(fēng)機(jī)設(shè)置在轉(zhuǎn)子20的一端。該風(fēng)機(jī)還可以是一個(gè)部 分風(fēng)機(jī)IO，優(yōu)選地，風(fēng)機(jī)是具有分別將冷卻氣體引向轉(zhuǎn)子20和定子30的 內(nèi)部徑向部分11和外部徑向部分12的兩個(gè)部分風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)10的兩個(gè)部分 的特征改善了氣流分離效果以及使到不同氣流通道的流率最優(yōu)化。分隔體 60同軸設(shè)置在轉(zhuǎn)子20和定子30的軸向平面之間，并且優(yōu)選地設(shè)置在轉(zhuǎn)子 20上以使其隨轉(zhuǎn)子20旋轉(zhuǎn)。分隔體60的目的是將來(lái)自風(fēng)機(jī)10的冷卻氣體 分離開(kāi)，以使從風(fēng)機(jī)內(nèi)部部分11產(chǎn)生的冷卻氣體的一部分專用于冷卻轉(zhuǎn)子 20，并且使從風(fēng)機(jī)的外部部分12產(chǎn)生的冷卻氣體的另一部分專用于冷卻定 子30。這是通過(guò)形成阻止冷卻氣流從轉(zhuǎn)子20徑向流到定子30的屏障的分 隔體60來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了進(jìn)一步提高兩個(gè)冷卻通道的密封性，分隔體60優(yōu) 選地分隔內(nèi)部和外部風(fēng)機(jī)部分。這樣，僅冷卻轉(zhuǎn)子20所需要的氣體被引向 轉(zhuǎn)子20，從而限制了能量損失。
風(fēng)機(jī)12的外部部分用于沿軸向引導(dǎo)在分隔體60和定子30之間形成的 空隙間的冷卻氣體。通過(guò)由在如圖3所示的轉(zhuǎn)子20的相對(duì)一端上設(shè)置的風(fēng) 機(jī)將氣體引向相反的方向、或者通過(guò)物理屏障61，來(lái)封堵氣流，從而將初 始軸向流動(dòng)方向變成徑向流動(dòng)方向。物理屏障61是設(shè)置在空隙的遠(yuǎn)端的平 板或金屬板。盡管可替代地是金屬板61可以設(shè)置在分隔體60上，但優(yōu)選 地是金屬板61設(shè)置在電機(jī)的固定部分上。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，如圖3所示，第二風(fēng)機(jī)40設(shè)置在相對(duì)于第一風(fēng) 機(jī)10的轉(zhuǎn)子20的一端。與第一風(fēng)機(jī)10類似，風(fēng)機(jī)40優(yōu)選地是具有內(nèi)部 41部分和外部部分42的兩個(gè)部分風(fēng)機(jī)。優(yōu)選地，通過(guò)在部分41和42之間 延伸，分隔體60將部分41和42分離開(kāi)，從而改善了密封隔離效果。這樣 分離的另一優(yōu)勢(shì)在于，第二風(fēng)機(jī)40的風(fēng)機(jī)部分41、 42可以具有相對(duì)的傾 斜度(pitch)。這樣，可以通過(guò)內(nèi)部部分41從轉(zhuǎn)子20抽出冷卻氣體，同時(shí)可 以通過(guò)外部部分42強(qiáng)制氣體以相對(duì)的方向進(jìn)入分隔體/定子空隙，以輔助冷 卻氣體沿徑向流經(jīng)定子冷卻槽31。而外部部分42可以直接設(shè)置在分隔體 60上而無(wú)需支撐，優(yōu)選地安裝內(nèi)部支撐部分41，其中內(nèi)部部分包括支撐體 或支撐風(fēng)機(jī)葉片(supportingfanblade)。風(fēng)機(jī)葉片是優(yōu)選的，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)?移動(dòng)氣體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了較小的拖曳。
盡管這里以被認(rèn)為是最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例的方式示出和描述了本發(fā)明，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)其進(jìn)行更改，這不限于本文所描述的細(xì)節(jié)， 本發(fā)明的范圍由涵蓋任何和所有等價(jià)裝置和設(shè)備的所附權(quán)利要求的總體范 圍來(lái)界定。
權(quán)利要求
1、一種電機(jī)的氣體冷卻結(jié)構(gòu)，其中所述電機(jī)包括轉(zhuǎn)子；定子，其與所述轉(zhuǎn)子同軸設(shè)置；至少一個(gè)風(fēng)機(jī)，其用于向所述轉(zhuǎn)子和所述定子提供冷卻氣體，以及分隔體，其設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間并沿所述轉(zhuǎn)子的完整軸向長(zhǎng)度延伸，以分離冷卻氣流，從而阻止冷卻氣體從所述轉(zhuǎn)子向所述定子的徑向流動(dòng)，其中所述分隔體設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子上，從而與所述轉(zhuǎn)子協(xié)同旋轉(zhuǎn)，以及所述分隔體還將所述或每個(gè)風(fēng)機(jī)分隔和分離成內(nèi)部風(fēng)機(jī)和外部風(fēng)機(jī)，上述分隔和分離的步驟是通過(guò)所述分隔體在所述內(nèi)部風(fēng)機(jī)和所述外部風(fēng)機(jī)之間延伸而實(shí)現(xiàn)的，其中所述內(nèi)部風(fēng)機(jī)位于所述分隔體和所述轉(zhuǎn)子之間，將所述內(nèi)部風(fēng)機(jī)配置為產(chǎn)生專用于冷卻所述轉(zhuǎn)子的冷卻氣體；并且所述外部風(fēng)機(jī)位于所述分隔體和所述定子之間，將所述外部風(fēng)機(jī)配置為產(chǎn)生專用于所述定子的冷卻氣體。
2、 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中所述風(fēng)機(jī)是朝向所述轉(zhuǎn)子的第一末 端設(shè)置的第一風(fēng)機(jī)，所述第一風(fēng)機(jī)包括用于冷卻所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部第一風(fēng)機(jī) 和用于冷卻所述定子的外部第一風(fēng)機(jī)。
3、 如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中朝向所述轉(zhuǎn)子的第二末端設(shè)置第二 風(fēng)機(jī)，所述第二風(fēng)機(jī)包括用于冷卻所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)部第二風(fēng)機(jī)和用于冷卻所 述定子的外部第二風(fēng)機(jī)。
4、 如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中在所述轉(zhuǎn)子的第二末端設(shè)置第二風(fēng) 機(jī)，所述第二風(fēng)機(jī)包括用于冷卻所述定子的外部第二風(fēng)機(jī)和用于支撐所述 第二外部風(fēng)機(jī)的內(nèi)部第二部分。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的結(jié)構(gòu)，其中將所述外部第一風(fēng)機(jī)和所述外 部第二風(fēng)機(jī)配置為向所述定子吹冷卻氣體。
6、 如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中封堵朝向所述轉(zhuǎn)子的第二末端的所 述定子的冷卻氣流通道。
7、 如權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)，其中在所述轉(zhuǎn)子的第二末端設(shè)置第二風(fēng) 機(jī)，所述第二風(fēng)機(jī)具有用于封堵到所述定子的所述冷卻氣流通道的外部部 分。
全文摘要
本發(fā)明提供了冷卻電機(jī)的氣體冷卻結(jié)構(gòu)，其中所述電機(jī)具有轉(zhuǎn)子(20)；與所述轉(zhuǎn)子(20)同軸設(shè)置的定子(30)；和向所述轉(zhuǎn)子(20)和所述定子(30)提供冷卻氣體的至少一個(gè)風(fēng)機(jī)(10、40)。設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(20)和所述定子(30)之間的分隔體(60)沿所述轉(zhuǎn)子(20)的軸向長(zhǎng)度延伸，從而分離冷卻氣流并且因此阻止冷卻氣體從所述轉(zhuǎn)子(20)到所述定子(30)的軸向流動(dòng)。這樣，僅冷卻所述轉(zhuǎn)子所需要的冷卻氣流暴露于所述轉(zhuǎn)子(20)，從而消除由高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子(20)導(dǎo)致的對(duì)不必要的過(guò)量冷卻氣體加速造成的能量損失。所述分隔體(60)還使用有兩個(gè)部分的冷卻風(fēng)機(jī)(10，40)，每個(gè)具有內(nèi)部部分(11、41)和外部部分(12、42)，其中內(nèi)部風(fēng)機(jī)部分(11、41)具有與外部風(fēng)機(jī)部分(12、42)相對(duì)的片葉傾斜度。
文檔編號(hào)H02K9/02GK101521436SQ20091012661
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者R·齊克爾曼 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司