專利名稱：空冷的發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)的電機的領(lǐng)域。其涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的空冷的發(fā)電機。
背景技術(shù)：
對于空冷的發(fā)電機，所有 積累的以熱量形式的損耗經(jīng)由冷卻介質(zhì)、例如冷卻空氣被散發(fā)。在此，發(fā)電機的不同的表面用于將損耗通過對流傳遞到冷卻介質(zhì)(冷卻空氣)處。表面幾何形狀的匹配原則上改善該傳遞。冷卻的目的是不能使發(fā)電機元件的溫度在運行中上升超過設定的溫度。如果可改善發(fā)電機的損耗熱量(Verlustwjirme)的散發(fā),可期待發(fā)電機部件的更低的溫度,或者反過來可利用更小的冷卻空氣體積流量來達到發(fā)電機部件的相同的溫度，這引起更低的換氣損失(Ventilationsverlust)。對于一定的區(qū)，表面已優(yōu)化，例如通過冷卻片，其增大有效的表面。在該表面匹配(Oberflachenanpassung)的類型中，冷卻介質(zhì)的流動的方向比較重要。受結(jié)構(gòu)類型限制，但是不是發(fā)電機的所有冷卻表面可被最佳地流過。在一發(fā)電機中，如其例如在文件EP 740402 Al中所公開的那樣，這樣的冷卻表面典型地在轉(zhuǎn)子的極線圈(Polspule)的區(qū)域中發(fā)現(xiàn)。圖1在截段中顯示了這樣的發(fā)電機10的多個極11的透視性的圖示，極11借助于相應的極爪(Polklaue) 13被固定在未示出的轉(zhuǎn)子處。極11中的每個具有極線圈12。各個極11在周向上通過極間隙(PollUcke) 14彼此相分離。在空冷的機器中溫度計算的基礎(chǔ)是以下的物理公式:
4 = aA*AT
其中:
Q =熱流[W]
G =傳熱系數(shù)[W/m2K]
A =冷卻表面積[m2]
Δ7 =溫差[K]
必須被散發(fā)的損耗或損耗熱量流 通常已知。Af表示設計的目標值。因為Δ7表示冷卻介質(zhì)與待冷卻的體的冷卻表面之間的溫差并且冷卻介質(zhì)的溫度確定，可回推出待冷卻的體的溫度。傳熱系數(shù)和冷卻表面積保留，其可被影響。最簡單的冷卻幾何結(jié)構(gòu)是光滑的表面。該幾何結(jié)構(gòu)雖然獨立于流動方向，然而具有最小的可能的表面積。此外，每面積單位可散發(fā)的損耗僅一般地高。如果換成傳統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)以改善冷卻，例如在不同的實施方案(見圖4和圖5)中的冷卻片，則出現(xiàn)該問題，即流動受結(jié)構(gòu)限制不再對于幾何形狀“理想”并且因此不再具有對冷卻的所期望的效果。圖4以透視圖顯示了邊界面(Grenzflaeche) 17中的截段，邊界面17具有平行伸延的長形的肋片18，其通過深凹的間隙19彼此相分離。橫截面輪廓是直角曲折形。圖5以透視圖顯示了邊界面20中的截段，邊界面20具有平行伸延的長形的肋片21，其通過深凹的間隙22彼此相分離。橫截面輪廓是鋸齒形。如果這些邊界面17和20被用作冷卻表面，其中，肋片18和21作為冷卻片起作用，其效果強烈取決于在其上流動的冷卻介質(zhì)的流動方向。圖6和圖7顯示出，在冷卻片18和21的錯誤流動(橫向于冷卻片的流動方向)時可產(chǎn)生這樣的區(qū)域、即深凹的間隙19和22，在其中流動速度非常低或者存在再循環(huán)或死水(Totwasser),因為流動的主要部分在間隙上滑走(hinweggleiten)。在兩個情況中這意味著，在這些區(qū)中幾乎還不 發(fā)生冷卻介質(zhì)的物質(zhì)交換。在再循環(huán)的情況中雖然保留了一定的傳熱系數(shù)，然而兩個情況導致冷卻介質(zhì)的溫度的強烈增高。如果考慮上面所說明的用于計算熱傳遞的公式，則較小的溫差ΔΓ必然導致散發(fā)的熱量的強烈下降。這反過來意味著，表面溫度必須上升，以便能夠散發(fā)相同的熱量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是說明一種空冷的發(fā)電機，其避免所說明的缺點并且尤其特征在于，利用冷卻空氣的最小的體積流量來獲得從發(fā)電機的內(nèi)部的最大的熱量散發(fā)。該目的通過權(quán)利要求1的特征的總體來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電機(其為了散發(fā)損耗熱量被冷卻空氣流過，其中，冷卻空氣掃過作為冷卻表面起作用的邊界面并且在此從這些邊界面吸收熱量)特征在于，邊界面設有分散布置的、增大冷卻表面的局部的突起(Erhebung)。本發(fā)明的一設計方案特征在于,局部的突起在構(gòu)造樣式(Muster)時均勻地分布在冷卻表面上。尤其地，局部的突起可具有簡單的幾何體的形狀。根據(jù)一改進方案,局部的突起可具有圓錐或截頂圓錐(Kegelstumpf)的形狀。另一改進方案特征在于,局部的突起具有圓柱或直六面體(Quader)的形狀。根據(jù)一特別優(yōu)選的改進方案，局部的突起具有棱椎或棱臺(Pyramidenstumpf)的形狀。通過其使流動的冷卻介質(zhì)從待冷卻的表面偏轉(zhuǎn)離開并且以該方式垂直于流動方向促進冷卻劑的混勻，裝備有棱椎形的或類似棱椎形的突起的表面不僅促進流經(jīng)的冷卻介質(zhì)的渦流，而且此外防止或減小熱邊界層在靠近壁的區(qū)域中的構(gòu)造。本發(fā)明的另一設計方案特征在于，發(fā)電機包括帶有多個極的轉(zhuǎn)子，極彼此間通過極間隙相分離并且其相應設有極線圈，并且設有局部的突起的冷卻表面布置在極間隙區(qū)中。本發(fā)明的另一設計方案特征在于，發(fā)電機包括帶有多個極的轉(zhuǎn)子，極彼此間通過極間隙相分離并且相應設有極線圈，并且設有局部的突起的冷卻表面布置在極線圈的背后通風(Hinterliiftung)的區(qū)域中。


接下來根據(jù)實施例結(jié)合附圖來詳細闡述本發(fā)明。其中:
圖1以透視圖顯示了帶有多個極(其借助于流過的冷卻空氣被冷卻)的發(fā)電機轉(zhuǎn)子的截段；
圖2顯示了根據(jù)圖1的轉(zhuǎn)子的對于冷卻重要的極間隙；
圖3顯示了用于極間隙的背后通風的對于冷卻重要的入口 ；
圖4以透視圖顯示了帶有平行的冷卻片和曲折形的矩形的橫截面輪廓的邊界面的截
面；
圖5以透視圖顯示了帶有平行的冷卻片和鋸齒形的橫截面結(jié)構(gòu)的邊界面中的截段；
圖6顯示了根據(jù)圖4的邊界面的錯誤流動的效果；
圖7顯示了根據(jù)圖5的邊界面的錯誤流動的效果；
圖8以透視圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的帶有以棱椎(其具有矩形的基面)的形式的局部的突起的適合作為冷卻表面的邊界面中的截段；
圖9以不同的子圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的以簡單的幾何體的形式的局部的突起的其它類型。
具體實施例方式對于基于本發(fā)明的冷卻表面幾何構(gòu)造，考慮以下方面:一方面在待冷卻的表面附近在持續(xù)的物質(zhì)交換的情況下達到盡可能高的傳熱系數(shù)。另一方面，獲得冷卻表面的增大。除了這三個正面點之外，冷卻效果應盡可能獨立于流動情況。通過冷卻表面設有局部的突起，其在冷卻表面上分布成使得很大程度上獨立于在其上流動的冷卻空氣的流動方向在冷卻表面與冷卻空氣之間實現(xiàn)均勻地高的熱傳遞，來實現(xiàn)所有這些。在圖8中以透視圖復述了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的帶有以棱椎24的形式的局部的突起和相應的間隙的適合作為冷卻表面的邊界面中的截段，棱椎24帶有矩形的(例如正方形的)基面。各個棱椎24的大小(基面和高度)和形狀以及各個棱椎24的數(shù)目和密度或彼此間的定位(間隙的位置)在此可在寬的界限中與待冷卻的區(qū)域中的冷卻需求和空間關(guān)系相匹配，以獲得最佳的結(jié)果。然而棱椎形絕不限于使用帶有四角形的平面圖的棱椎或棱臺。當然還可使用帶有三角形或四角形基面的棱椎形的體。也不必強制地是規(guī)則的棱椎，這意味著，不必棱椎或棱臺的所有側(cè)棱等長。通過表面幾何構(gòu)造以所提及的類型的改變，回避了帶有非常低的流動速度的區(qū)域。因為如從圖8可見，各個棱椎24通過其規(guī)則的、設有間隙的布置幾乎完全被繞流，這導致在邊界面或者說冷卻表面23的區(qū)域中的提高的渦流。由此一方面引起良好的傳熱系數(shù)α且另一方面引起冷卻介質(zhì)在表面處的顯著改善的混勻。因此避免冷卻介質(zhì)在其處可過度
強烈地加熱的部位。此外，由于提高的傳熱系數(shù)和變大的冷卻表面，散發(fā)的損耗熱量量J
在相等的冷卻表面溫度下增加。反過來表達，表面溫度在相同的待散發(fā)的損耗下減小。此外，棱椎結(jié)構(gòu)的顯著的優(yōu)點在于另一效果。相對于另外成形的局部的突起，棱椎結(jié)構(gòu)如其在圖8中示例性地所復述的那樣不僅提高可供使用的傳熱面積和流動的冷卻介質(zhì)的渦流，而且此外其還促進在冷卻介質(zhì)的靠近壁的和遠離壁的層之間的物質(zhì)交換，即有助于其垂直于流動方向的混勻。通過冷卻介質(zhì)流向棱椎形的體(24，26，29)的側(cè)面，使其從待冷卻的壁偏轉(zhuǎn)離開。其產(chǎn)生指離待冷卻的表面的流動分量，新鮮的冷卻的介質(zhì)跟隨其被引到壁處。以該方式阻礙或避免構(gòu)造熱邊界層。不同于在側(cè)向上被流過的肋片(見圖7)，在根據(jù)本發(fā)明的棱椎形的體中不構(gòu)造有死水。為了能夠充分利用該優(yōu)點，根據(jù)一有利的實施方式，三角或四角形的棱椎形的突起是優(yōu)選的且其布置成使得側(cè)面垂直于主流動方向取向。至今的實施方案涉及以棱椎24的形式的局部的突起。然而在本發(fā)明的范圍中完全可能使用其它幾何構(gòu)造。在此，根據(jù)圖9，例如考慮圓錐25(圖9a)或截頂圓錐。帶有三角形的基面的棱椎26以及帶有削平的尖部的棱臺29在圖9b和9e中示出。另一方面，立方體，圓柱27 (圖9c)、直六面體28 (圖9d)和其它的棱柱可有利地被視為用于冷卻表面幾何構(gòu)造的基礎(chǔ)元件，其中，然而在這些情況中不出現(xiàn)棱椎形的表面結(jié)構(gòu)的之前所闡述的附加優(yōu)點、即減少構(gòu)造熱邊界層。本發(fā)明的優(yōu)選的應用領(lǐng)域主要是根據(jù)圖2例如在一個或多個極線圈表面或極體表面處的發(fā)電機10的極間隙區(qū)15且根據(jù)圖3是極線圈12的背后通風。附圖標記清單 10發(fā)電機(空冷)
11極
12極線圈
13極爪
14極間隙
15極間隙區(qū)
16背后通風入口
17，20，23邊界面(冷卻表面)
18，21肋片
19，22間隙(深凹)
24棱椎(帶有矩形的基面)
25圓錐
26棱椎(帶有三角形的基面)
27圓柱 28直六面體 29棱臺。
權(quán)利要求
1.一種空冷的發(fā)電機(10)，其為了散發(fā)損耗熱量被冷卻空氣流過，其中，所述冷卻空氣掃過作為冷卻表面起作用的邊界面(23)并且在此從所述邊界面(23)吸收熱量，其特征在于，所述邊界面(23)設有分散布置的、增大所述冷卻表面的局部的突起(24-29)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于，所述局部的突起(24-29)在構(gòu)造樣式時均勻地在所述冷卻表面(23)上分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電機，其特征在于，所述局部的突起具有簡單的幾何體的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電機，其特征在于，所述局部的突起具有棱椎(24，26)或棱臺(29)的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電機，其特征在于，所述棱椎(24，26)或棱臺(29)具有四角形的基面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電機，其特征在于，所述棱椎(24，26)或棱臺(29)具有矩形的基面。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電機，其特征在于，所述棱椎(24，26)或棱臺(29)具有三角形的基面、尤其構(gòu)造為四面體。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電機，其特征在于，所述棱椎(24，26)或所述棱臺(29)的被流過的側(cè)面橫向于冷卻介質(zhì)的主流動方向取向。
9.根據(jù)權(quán)利要求6和8所述的發(fā)電機，其特征在于，所述棱椎(24，26)或所述棱臺(29)的較長的側(cè)棱橫向于冷卻介質(zhì)的主流動方向布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電機，其特征在于，所述局部的突起具有圓錐(25)或截頂圓錐的形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電機，其特征在于，所述局部的突起具有圓柱(27)或直六面體(28)的形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的發(fā)電機，其特征在于，所述發(fā)電機(10)包括帶有多個極(11)的轉(zhuǎn)子，所述極(11)彼此間通過極間隙(14)相分離并且相應設有極線圈(12)，并且設有所述局部的突起(24-29)的所述冷卻表面布置在極間隙區(qū)(15)中、例如在一個或多個極線圈表面或極體表面處。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的發(fā)電機，其特征在于，所述發(fā)電機(10)包括帶有多個極(11)的轉(zhuǎn)子，所述極(11)彼此間通過極間隙(14)相分離并且相應設有極線圈(12)，并且設有所述局部的突起(24-29)的所述冷卻表面布置在所述極線圈(12)的背后通風(16)的區(qū)域中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空冷的發(fā)電機，其為了散發(fā)損耗熱量被冷卻空氣流過，其中，冷卻空氣掃過作為冷卻表面起作用的邊界面(23)并且在此從這些邊界面(23)吸收熱量。熱傳遞在冷卻空氣消耗最小的情況下由此被最大化，即邊界面(23)設有分散布置的、增大冷卻表面和傳熱系數(shù)的局部的突起(24)。尤其地，以棱椎形或棱臺形的體(24,26,29)的設計的局部的突起是優(yōu)選的。
文檔編號H02K9/02GK103109442SQ201180045514
公開日2013年5月15日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者S.鮑梅斯特, S.A.弗魯?shù)俑? B.約爾丹 申請人:法國阿爾斯通水力股份公司