[發明專利]用于電機的轉子冷卻

有效

• 申請號: 200780033194.3
• 申請日: 2007-08-02
• 公開（公告）號: CN101512872A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: H·阿多爾夫;H·卡盧扎;O·米切爾森;J·賴諾爾德
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02K1/32
• 分類號: H02K1/32;H02K3/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曹 若

技術領域

本發明涉及一種用于電機的轉子，其中該轉子具有基底通道用于冷 卻布置在轉子上的導體，其中該轉子這樣構造，使冷卻介質在運行時可 以流動通過所述轉子。

背景技術

對于電機要理解為發電機或者電動機。本申報優選涉及發電機，其 中本發明也可以應用在其它的電力機器上。用于地區性能量供應的發電 機具有幾百MVA的功率容量。發電機基本上具有轉子和圍繞轉子布置 的定子。轉子和定子都具有電流通過其流動的導體。該電流是相對較高 的并且造成導體的強烈發熱。因此導體，特別是在轉子中的導體必須被 冷卻。對此基本上應用或者使用兩種冷卻介質。例如可以使用氫氣或者 水作為冷卻介質。

在轉子中的電導體被嵌入所謂的槽中，此時在電導體和轉子基體之 間形成一種基底通道。這種基底通道根據現有技術設計成具有恒定的橫 截面的通道。

為了冷卻，冷卻介質被在一端通過基底通道引入，其中基底通道一 般具有朝著導體的方向的徑向通道。冷卻介質首先流動通過所述基底通 道，并且接著通過徑向通道向要冷卻的導體流動。由于一種通過所謂的 伯努利方程描述的物理效應，在基底通道的入口處的冷卻介質的速度和 壓力與在基底通道中在轉子的中間的冷卻介質的壓力和速度是不同的。 在轉子端面上，由于在基底通道中的高的流動速度使到徑向通道中的分 流困難。由此導致冷卻介質在轉子端面上到徑向通道中的差的繼續傳 輸。相反在發電機中間，可以實現冷卻介質到徑向通道中的相對好的繼 續傳輸，因為在轉子中間的流動速度相對較小。由此在軸向方向上的冷 卻功率是不同的。轉子端面比轉子中間被相對較差地冷卻。

發明內容

在這種情況下本發明開始著手，它的任務是，提供一種電力機器的 轉子冷卻，其中該轉子可以在軸向方向上均勻地冷卻。

該任務通過一種用于電機的轉子解決，其中該轉子具有帶基底通道 橫截面的基底通道用于冷卻布置在轉子上的導體，其中該轉子這樣構 造，使冷卻介質在運行時可以流動通過所述轉子，其中所述基底通道橫 截面收縮。

本發明此外從這種觀點出發，即必須使得在根據現有技術具有高的 流動速度的位置處的冷卻介質變慢。高的流動速度意味著，較少的冷卻 介質進入到徑向通道中。因此本發明從這種觀點出發，按照伯努利方程， 在基底通道中可以使流動速度朝轉子中間收縮，其措施是基底通道橫截 面朝轉子中間收縮。由此在轉子端面上的流動速度收縮，從而更多冷卻 空氣可以通過徑向通道在轉子端面的區域中流動。由此在發電機端面和 發電機中間之間實現冷卻介質的流動速度的均勻化。

由此可以延長電力機器的壽命。

有利的改進方案在從屬權利要求中說明。

在一種有利的改進方案中，轉子具有徑向的冷卻孔，冷卻孔基本上 垂直于轉子的旋轉軸線構造。由此可以獲得冷卻介質的好的繼續傳輸可 能性，其中通過徑向的冷卻孔流過的冷卻介質被用于冷卻導體。

在一種有利的改進方案中，徑向的冷卻孔在流體技術上與基底通道 連接。

基底通道橫截面適宜地這樣構造，使它基本上朝轉子中間收縮。通 過伯努利方程描述的流動速度通過這種適宜的改進方案在轉子端面相 比朝轉子中間均勻，這導致改善了導體冷卻的結果。

在另一種有利的改進方案中，收縮的基底通道橫截面的最小橫截面 基本上位于轉子中間。由此可以均勻地冷卻基本上旋轉對稱而且朝轉子 中間鏡面對稱地構造的轉子。因此在轉子端面上的冷卻不具有較大的區 別，因為兩個轉子端面的流動曲線以及壓力曲線朝轉子中間基本上是相 同的。

在另一種有利的改進方案中，基底通道具有直線構造的界壁。由此 基底通道可以更簡單地制造。因此可以實現在轉子制造時費用下降。

在一種有利的改進方案中，基底通道的至少一個界壁構造成非直線 的。由此實現，冷卻介質的速度曲線通過基底通道的界壁的非直線的曲 線而改變或者匹配于冷卻要求。例如可能希望，在轉子中間需要冷卻介 質的非常高的速度。通過界壁的非直線的收縮，可以適宜地改變冷卻介 質在轉子中間的速度。

在另一種有利的改進方案中，至少一個界壁具有凸起的曲線。該凸 起的曲線具有此優點，即界壁沒有不穩定性，并且由此不出現流體技術 上產生的速度突變。通過凸起的曲線，仍然可以單獨地匹配于冷卻介質 的速度。界壁在這種情況下可以具有幾乎每種任意的凸起曲線的形狀。 例如界壁可以是圓弧的一部分或者拋物線的曲線。