(57)【要約】【課題】電気機械に用いられる、減じられた寸法を有する冷却装置を提供することである。【解決手段】電気機械の冷却に用いられる装置であって、電気機械が、回転子と固定子とを有していて、該回転子と固定子との間に空気ギャップが設けられており、回転子および固定子が、回転子および固定子の冷却のための空気を循環させるための構成を有しており、回転子および固定子が、シェルにより取り囲まれており、シェルが、高温の空気を回転子および固定子から熱交換器に流すように形成されており、かつシェルが、冷却目的のために、低温の空気を熱交換器から回転子および固定子に戻すように形成されている形式のものにおいて、シェルが、複数の角隅部を有していて、高温の空気が熱交換器に案内される前に、各角隅部が高温の空気を収集するために使用される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械の冷却に用いられる装置であって、
−電気機械（Ｇ）が、回転子（Ｒ）と固定子（Ｓ）とを有していて、該回転子（Ｒ）と固定子（Ｓ）との間に空気ギャップ（ＡＧ）が設けられており、
−回転子（Ｒ）および固定子（Ｓ）が、回転子（Ｒ）および固定子（Ｓ）の冷却のための空気を循環させるための構成（Ｉ，Ｏ，ＡＳ）を有しており、
−回転子（Ｒ）および固定子（Ｓ）が、シェル（Ｓ）により取り囲まれており、
−シェル（Ｓ）が、高温の空気を回転子（Ｒ）および固定子（Ｓ）から熱交換器（ＨＸ）に流すように形成されており、かつシェル（Ｓ）が、冷却目的のために、低温の空気を熱交換器（ＨＸ）から回転子（Ｒ）および固定子（Ｓ）に戻すように形成されている形式のものにおいて、
シェル（Ｓ）が、複数の角隅部（Ｃ）を有していて、各角隅部（Ｃ）は、高温の空気が熱交換器（ＨＸ）に案内される前に、高温の空気を収集するために使用されることを特徴とする、電気機械の冷却に用いられる装置。
【請求項２】
シェル（Ｓ）が、矩形に形成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
熱交換器（ＨＸ）が、シェル（Ｓ）の外側に設置されている、請求項１記載の装置。
【請求項４】
熱交換器（ＨＸ）が、前記角隅部（Ｃ）の内側に設置されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項５】
シェル（Ｓ）の専用の角隅部（Ｃ）が、直接に熱交換器（ＨＸ）に接続されているので、高温の空気が、角隅部（Ｃ）から吸い出されて、通路なしに直接に熱交換器（ＨＸ）に案内される、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
空気案内プレート（ＡＧＰ）が、高温の空気を熱交換器（ＨＸ）に案内するために、角隅部（Ｃ）の内側に設置されている、請求項１記載の装置。
【請求項７】
空気案内プレート（ＡＧＰ）が、固定子（Ｓ）の全長にわたって延びている、請求項６記載の装置。
【請求項８】
固定子（Ｓ）が、複数の積層プレート（Ｌ）を有しており、該積層プレート（Ｌ）が、複数のスロットを有しており、該スロットが、固定子（Ｓ）のコイルの金属の巻線（Ｃ）を支持するために使用されている、請求項１記載の装置。
【請求項９】
固定子（Ｓ）が、外側固定子として配置されているのに対して、回転子（Ｒ）が、電気機械（Ｇ）の内側回転子（Ｒ）として配置されている、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
固定子コイルが、固定子コイルの巻線ヘッド（ＷＨ）を形成するために、積層プレート（Ｌ）のスロットから突出している、請求項８または９記載の装置。
【請求項１１】
熱交換器（ＨＸ）が、気−気の熱交換器か、または気−液の熱交換器である、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
ファン（Ｆ）が、空気冷却回路内の圧力損失を克服するために、気−液の熱交換器に接続されている、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
回転子（Ｒ）および固定子（Ｓ）の、空気循環をさせるために使用される構成（Ｉ，Ｏ，ＡＳ）が、空気ギャップ（ＡＧ）と、固定子コイルの巻線ヘッド（６）とを通って空気を循環させるように形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
電気機械が、風力タービンのナセル内に設置された発電機（Ｇ）である、請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械の冷却に用いられる装置であって、電気機械が、回転子と固定子とを有していて、該回転子と固定子との間に空気ギャップが設けられており、回転子および固定子が、回転子および固定子の冷却のための空気を循環させるための構成を有しており、回転子および固定子が、シェルにより取り囲まれており、シェルが、高温の空気を回転子および固定子から熱交換器に流すように形成されており、かつシェルが、冷却目的のために、低温の空気を熱交換器から回転子および固定子に戻すように形成されている形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械は、該電気機械の運転中にオーム抵抗や鉄のヒステリシス等によって発生させられる熱を放散するために、冷却を必要とする。
【０００３】
この機器が、室内の乾燥した雰囲気中に設置されている場合、機器をハウジングなしで運転させることが可能であり、したがって冷却は、周辺の空気が機器を通って循環することにより達成される。
【０００４】
しかし、たとえば洋上の風力タービンで使用されている発電機のように、厳しい条件の下に機器が設置されている場合、周辺の空気が機器を通って循環することができないように、この電気機械は完全に取り囲まれている必要がある。この用途のために、専用の冷却方法が要求される。
【０００５】
極めて一般的な１つの冷却方法は、空気または別のガス状媒体を電気機械の内側で循環させることである。この空気または別のガス状の媒体は、熱交換器によって低温に保たれている。この冷却方法は、気−気または気−液の、大きな熱交換器を要求するという欠点を有している。
【０００６】
たとえば、風力タービンのナセル内に組み付けられた発電機は、該発電機から熱を除去するために、巨大な空気冷却システムを必要とする。この種の空気冷却システムは、発電機から高温の空気を吸い出し、この高温の空気を空気冷却器に送るために使用される巨大な通路を有している。
【０００７】
これらの通路は、発電機と空気冷却器とを支持するナセルの大きな寸法にも繋がる。
【０００８】
この大きな寸法によって、ナセルの重い重量と、搬送問題と、予定された位置の近傍への巨大な構成部分の組付けに関する問題とが生じる。
【０００９】
図４、図５および図６は、従来技術による発電機の冷却システムを示している。
【００１０】
好適な実施形態では、発電機が、風力タービンのナセル内に位置している。
【００１１】
典型的な発電機Ｇは、互いの間に空気ギャップＡＧを有する、いわゆる外側固定子Ｓと、いわゆる内側回転子Ｒとを有している。
【００１２】
回転子Ｒと固定子Ｓとは、軸受けＢを介して結合されている。この軸受けＢにより、回転子Ｒは固定子Ｓに対して回転することができる。
【００１３】
回転子Ｒが複数の永久磁石Ｍを支持しているのに対して、固定子Ｓは、複数のコイル巻線Ｃを有している。これらのコイル巻線Ｃは、積み重ねられた積層プレートＬの、矩形に形成されたスロット内に設置されている。
【００１４】
積層プレートＬが金属の薄いシートから製作されているので、積み重ねられた積層プレートＬは２つの端部プレートによって固定され、安定させられている。
【００１５】
一方または両方の端部プレートは、矩形に形成された複数の開口部Ｏを有している。これらの開口部Ｏは、以下に説明するように、冷却目的のために使用される。
【００１６】
冷却に用いられる空気は、発電機Ｇを通って案内され、熱交換器ＨＸを用いて冷却される。熱交換器は、発電機Ｇの外側に設置されていて、気−気の熱交換器、または気−液の熱交換器として形成され得る。
【００１７】
熱交換器ＨＸが気−液の熱交換器である場合、ファンＦは、以下に説明する冷却回路内の圧力損失を克服するために使用される。
【００１８】
熱の大部分は、コイル巻線Ｃの内側および固定子Ｓの巻線ヘッドＷＨにおいて発生させられるので、空気は、複数の空気スリットＡＳを通って発電機Ｇのこの部分を通過する。
【００１９】
空気は、端部プレートの開口部Ｉを通って循環し、空気ギャップＡＧに両側から流入する。この空気ギャップＡＧから、冷却空気は積層プレートの空気スリットＡＳを流過する。次いで冷却空気は開口部Ｏを通って発電機Ｇから流出し、この高温の空気は、シェルＳＨに結合されたマニホールドＭＡによって集められる。シェルＳＨは、回転子Ｒと固定子Ｓとを取り囲んでいる。
【００２０】
このマニホールドＭＡから、空気は熱交換器ＨＸに案内され、ファンＦと、吸気開口部Ｉとを介して発電機Ｇ内へ戻される。
【００２１】
高温の空気が複数の開口部Ｏを通って固定子Ｓの端部プレートから出るので、マニホールドＭＡは、この高温の空気が熱交換器ＨＸに送られる前に、高温の空気を集めなければならない。このマニホールドＭＡは、形状と使用される接続技術とに関して複雑なので、発電機ＧとマニホールドＭＡとの全長が増大される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式の電気機械を改良して、電気機械に用いられる、減じられた寸法を有する冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この課題を解決するために、本発明では、シェルが、複数の角隅部を有していて、各角隅部は、高温の空気が熱交換器に案内される前に、高温の空気を収集するために使用されるようにした。本発明の好適な実施形態は請求項２以下に記載されている。
【発明の効果】
【００２４】
電気機械を冷却するための、本発明による装置は、回転子と固定子とを有しており、この回転子と固定子との間には、空気ギャップが設けられている。回転子および固定子は、回転子および固定子の冷却のための空気を循環させるための構成を有している。
【００２５】
回転子および固定子は、外側シェルにより取り囲まれている。シェルは、高温の空気を回転子および固定子から熱交換器に流すように形成されており、かつシェルは、冷却のために、低温の空気を熱交換器から回転子および固定子に戻すように形成されている。シェルは複数の角隅部を有しており、各角隅部は、高温の空気が熱交換器に案内される前に、高温の空気を収集するために使用される。
【００２６】
好適な実施形態では、シェルは、矩形に形成された輪郭を有していて、したがって４つの角隅部が生ぜしめられる。これらの角隅部は、上述のように空気を収集するために使用され得る。
【００２７】
本発明によれば、発電機の外側部分は矩形に形成されていて、発電機のシェルとして使用される。このシェルは、好適な実施形態ではプレートとして形成されている。
【００２８】
したがって発電機のハウジング／シェルの構造内に複数の角隅部が生ぜしめられる。
【００２９】
矩形に形成されたシェルは、発電機から出た高温の空気が、生ぜしめられた角隅部において集合させられるという効果を導く。高温の空気は、角隅部から直接に吸い出されてよく、（上述のような）巨大な通路を必要とすることなしに、直接、熱交換器へ案内される。こうして、上述のような空気冷却器の長さが減じられる。
【００３０】
電気機械が、風力タービンのナセル内に設置された発電機である場合、ナセルの長さを減じることも可能である。
【００３１】
ナセルの長さが一定に保たれなければならない場合、ナセル内に、風力タービンの他の構成部分のために使用されるための付加的な作業場所を得ることも可能である。
【００３２】
以下に本発明の実施例を図面に付き詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による発電機の一部を示す図である。
【図２Ａ】本発明の好適な１実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の好適な１実施形態を示す図である。
【図３】本発明の３次元図を示す図である。
【図４】従来技術による発電機の冷却システムを示す図である。
【図５】従来技術による発電機の冷却システムを示す図である。
【図６】従来技術による発電機の冷却システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、本発明による発電機の一部を原理図で示している。
【００３５】
図４につき上記で説明したように、発電機Ｇは、内側の回転子Ｒと外側の固定子Ｓとを有している（図１には詳細に図示していない）。
【００３６】
回転子Ｒが、複数の磁石Ｍを支持しているのに対して、固定子Ｓは、積層プレートＬにより支持されたコイル巻線Ｃを有している。
【００３７】
発電機Ｇの外側部分は、矩形に形成されているので、発電機Ｇの矩形の外側シェルＳが形成されている。
【００３８】
これによって、発電機Ｇのシェル形の構造内に複数の角隅部Ｃが生ぜしめられる。
【００３９】
図４につき上記で説明したように、発電機Ｇを循環して排出される高温の空気は、収集されて角隅部Ｃに集合させられる。
【００４０】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の好適な実施例を示している。
【００４１】
熱交換器ＨＸが角隅部Ｃ内に設置されているので、高温の空気が、開口部Ｏを介して外側シェルＳから出る前に、この熱交換器ＨＸを通過する。
【００４２】
熱交換器ＨＸを角隅部Ｃ内に配置転換することによって、より多くのスペースが節約される。
【００４３】
２つの空気案内プレートＡＧＰは、高温の空気を熱交換器ＨＸに案内するために使用される。
【００４４】
図２Ｂに示すように、熱交換器ＨＸと空気案内プレートＡＧＰとは、固定子の全長にわたって延びていてよい。
【００４５】
図３は、本発明を３次元図で示す図である。
【００４６】
図１および図２を参照して、外側シェルＳに生ぜしめられた各角隅部に、１つの開口部Ｏが設けられている。
【００４７】
矩形の外側シェルＳによって、高温の空気が直接に角隅部から吸い出されて、（上述の巨大な通路を必要とすることなく）外部の熱交換器（ここでは図示せず）に直接に案内されることが可能である。
【００４８】
外側シェルＳは、冷却空気を戻すために使用される１つの開口部Ｉを有している。
【００４９】
こうして、空気冷却システムと発電機との全長が減じられる。
【図１】
2010110203.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
2010110203.tif 000007
【図５】
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【図６】
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