[發明專利]具有改善的冷卻的旋轉機械

在審

• 申請號: 201410711014.4
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN104682591A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: S.鮑梅斯特;S.A.弗魯蒂格
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通再生能源技術公司
• 主分類號: H02K1/22
• 分類號: H02K1/22;H02K9/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;肖日松

技術領域

本公開涉及用于旋轉機械的轉子。更具體地，本發明涉及旋轉機械的包括轉子磁極的構件。

本公開大體涉及旋轉機械的改善的冷卻構造。

背景技術

現有技術電能轉換依靠三相電力網，其利用處于50Hz或60Hz頻率和范圍從數百伏特到數十萬伏的電壓水平的交流電流(AC)。旋轉機械能到電能的轉換且反之分別通過發電機和通過馬達來完成。這些旋轉機械可分成異步和同步裝置。

馬達和發電機包括定子和轉子。機械的轉子在定子的定子孔內旋轉。具有凸極的同步機械典型地通過轉子磁極生成磁場，該轉子磁極包括磁極芯，該磁極芯具有卷繞其的轉子繞組。轉子磁極的數量和定子磁場的頻率限定了旋轉機械的每分鐘轉數(rpm)。轉子繞組的電阻導致其中的電阻損耗。總體上，在設計期間需要考慮這些損耗，且轉子需要冷卻。用于轉子的冷卻機構典型地依靠諸如水、氫或空氣的冷卻流體。本公開關注空氣冷卻轉子。然而，本公開的教導也適用于其他類型的機械。

在空氣冷卻機械中，為熱的形式的損耗必須通過對流來遠離轉子傳遞。通過對流的冷卻效果取決于空氣流量(單位時間的體積)、冷卻劑的溫度、和傳熱系數。在某些機械中，對需要冷卻的所有區域供給冷卻空氣可具有挑戰性。

如果轉子內側的區域未得到充分冷卻，則機械可在該區域中局部地過熱。

一般而言，通過對流的傳熱由以下公式確定：

Q?=?α?·?A?·?ΔT

其中：

Q指示單位時間的熱流量[W];

α指示傳熱系數[W/m2.?K]；

A指示可用于冷卻的表面[m²]；并且

ΔT指示固體和流體溫度之間的溫差[K]。

可通過改變下列參數來影響通過對流的傳熱：

1.?傳熱系數α取決于冷卻劑流體的流動特性(湍流)和散熱表面的特性(粗糙度)。

2.?溫差ΔT作為在散熱表面與吸收為熱的形式的損耗的冷卻劑流體的溫度之間的差異來計算。通過降低冷卻劑流體的溫度，散熱表面的溫度也將下降。典型地，流體的溫度可通過增加單位時間的冷卻劑體積通量來降低。備選地，入口處的冷卻劑溫度可下降。

3.?可添加冷卻翅片以增大散熱表面A。

常規設計最有效地利用這些參數，以試圖實現最優結果。當設計者沒有選擇時，其可增加附加的冷卻表面以降低溫度。該技術還稱為轉子線圈的后通風，且典型地應用于凸極機械。轉子線圈的后通風意思是指轉子線圈的后部部件形成冷卻回路的主動部件。然而，該措施很少應用，因為其涉及重大的設計變化，且尤其是機械的冷卻構思的較大變化。此外，轉子線圈的后通風經常與機械的其他機械要求沖突，尤其是由于必須提供用于冷卻空氣的附加管路。那些附加的管路易于損害機械的機械完整性。

因此，應當理解，優化這些參數可能是困難的，因為它們有時與其他設計參數沖突。增加體積流量例如對傳熱系數具有積極影響，但另一方面，更大的體積流量產生了更多的通風損耗。除了該沖突以外，幾乎不可能改善機械的某些區域中的熱狀況。例如，因為空氣路徑基本阻塞，所以在兩個磁極線圈支承件之間增加冷卻空氣量是非常困難的。如果此種狀況發生，則有時改變冷卻方案是一個機會。一種可能性是例如通常稱為“背冷(back?cooling)”的方案。在該情形下，通過在轉子繞組與磁極體之間產生附加的空氣路徑來增加冷卻表面。缺點是在該區域中存在灰塵積聚(從而增加短路的風險)和轉子磁極芯弱化的危險。

本公開目的是滿足上述需要且克服上述困難。

發明內容

根據優選實施例，本發明的目的是用于具有改善的冷卻系統的旋轉機械的轉子磁極。

與上述后通風不同，本文所提出的解決方案不將冷卻劑流體引導到要求冷卻的部件。而是，從轉子磁極中的損耗而生成的熱被傳遞到具有用于建立熱交換的有利特性的部件。

該目的通過根據獨立權利要求1的構件并且通過根據權利要求13的轉子實現。

本發明的另一目的是提供用于發電的旋轉機械，其中，改善了通過傳導的傳熱。因此，本發明的旋轉機械不會達到可損害其各種部件的溫度峰值。

因此，根據各種優選實施例，根據本發明的旋轉機械要求更少的冷卻劑流體，且因此產生更低的通風損耗。

由于旋轉機械的部件的更低溫度，故旋轉機械的使用壽命因此增加。

附圖說明

通過結合附圖參考以下詳細描述，本發明的前述目的和許多附帶優勢將變得更好了解，因而它們更容易理解，在附圖中：

圖1是根據現有技術的旋轉機械100的截面的二維示意圖；