JP2010110204A

JP2010110204A - 電気機器を冷却するための装置

Info

Publication number: JP2010110204A
Application number: JP2009243081A
Authority: JP
Inventors: Uffe Eriksen; エリクセンウッフェ; Henrik Stiesdal; スティースダルヘンリク
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2010-05-13
Also published as: US20100102650A1; CA2683458A1; CN101728904A; EP2182612A1

Abstract

【課題】本発明の課題は電気機器のための冷却装置を改善することである。
【解決手段】この課題は、電気機器を冷却するための装置であって、前記電気機器は、該電気機器の動作中に熱を発生する要素（ＬＰ）を有し、前記要素（ＬＰ）は、要素構造を支持する少なくとも１つの固定装置（ＦＡ）を有する形式の装置において、前記固定装置（ＦＡ）は、前記要素（ＬＰ）から熱を放散する冷却液（ＣＦ）を運搬するために中空となっていることを特徴とする装置によって解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機器を冷却するための装置に関する。

本発明は、有利な実施形態において、外殻またはハウジングによって完全に取り囲まれた電気機器の冷却に関する。

電気機器は、動作中にオーム性抵抗や鉄ヒステリシス等によって発生する熱を放散するために冷却する必要がある。

小型の電気機器は"表面冷却（surface cooled）"することができる。しかし大型の機器は、電力定格および発熱に対して相対的に小さな表面を有しているので、この方法は大型の機器のためには機能しない。

電気機器は、標準的な乾燥した雰囲気中の室内条件下に設置する場合にはハウジングによって取り囲む必要がないので、機器を通過する周囲空気の循環によって冷却することが可能である。

しかしながら、例えば沿岸にある風力タービンのジェネレータのように厳しい状況下に設置する場合には、電気機器を完全に取り囲む必要があり、周囲空気は機器を通って循環することはできない。

したがって専用の冷却システムが必須である。

非常によく知られた冷却方法は、電気機器内部において空気または別のガス媒体を循環させることである。この空気または別のガス媒体は、例えば熱交換機を用いて低温に保たれる。

この冷却方法の欠点は、大型のガス-空気式熱交換機（gas-to-air heat exchanger）または大型のガス-水式熱交換機（gas-to-water heat exchanger）が必要となることである。さらに、冷却媒体を循環させるためには莫大な電力が必要である。

ジェネレータのための別の非常によく知られた冷却方法は、ジェネレータのスタータの第１側において冷却液を循環させることである。この第1側は、ステータとロータとの間のエアギャップに面していない。ステータは、磁界を形成するために多数のステータコイルを有する積層板である。コイルは、金属巻線によって形成される。したがって金属巻線にて発生する熱は、伝導によって該金属巻線から積層体を通って冷却媒体へと移動する。

この冷却方法の欠点は、ステータ積層板と、冷却液のフローのために使用されるチャネルとの間の良好な熱接触を保証するのが困難なことである。

特に、ステータ積層板と冷却構造との間の熱膨脹における相違により、ある温度レベルにおいて、ステータ積層板と冷却液チャネルとの間に小さなエアギャップが生じる可能性がある。空気の絶縁性は良好なので、このような小さなエアギャップは冷却効率のためには有害である。

その上、ステータ積層板の幾何学形状および頑強性を支持および維持するための通常の構造の他に、金属製チャネルのようなどっしりとした冷却構造が必要となるので、典型的には、空気式冷却される機器の重量よりも、液体式冷却される機器の重量の方が増大してしまう。

本発明の課題は、上に述べたような電気機器のための冷却装置を改善することである。

この課題は、請求項１記載の電気機器を冷却するための装置であって、前記電気機器は、該電気機器の動作中に熱を発生する要素（ＬＰ）を有し、前記要素（ＬＰ）は、要素構造を支持する少なくとも１つの固定装置（ＦＡ）を有する形式の装置において、前記固定装置（ＦＡ）は、前記要素（ＬＰ）から熱を放散する冷却液（ＣＦ）を運搬するために中空となっていることを特徴とする装置によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明の冷却装置は電気機器から構成されており、該電気機器は、動作中に熱を発生する要素（ＬＰ）を有する。この要素（ＬＰ）は、要素構造を支持するための少なくとも１つの固定装置（ＦＡ）を有する。固定装置（ＦＡ）は冷却流体（ＣＦ）を運搬するために中空となっており、この冷却流体によって前記要素（ＬＰ）から熱を放散できる。

本発明によれば、固定装置が兼用される。すなわちこれらの固定装置は一方では構造を支持し、他方では冷却チャネルとして使用されるのである。

本発明のステップは、冷却チャネルと支持構造とを組み合わせることにあり、これによって重量の低減と良好な熱接触とを同時に保証することができる。

図１は、本発明によるジェネレータのための冷却装置を図示しており、この冷却装置は、例えば沿岸の風力タービン内にて使用される。

以下、図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。

このようなジェネレータは、ジェネレータの構成要素に対する厳しい周囲条件の影響を回避するために、通常は外殻またはハウジングによって完全に取り囲まれており、例えば風力タービンのナセルの中に設けられている。

本実施例におけるジェネレータは、インナーステータおよびアウターロータを有しており、これらの間には空気を備えるギャップがある。

ここでは部分的にのみ図示されたインナーステータＩＳは、金属製の多数の積層板ＬＰからなる。

積層板ＬＰは、第1側Ｓ１において多数のスロットＳＬを有しており、スロットＳＬは、第1側Ｓ１にて多数のチャネルを形成している。

スロットＳＬの中には、金属巻線ＭＷが設けられており、該金属巻線は、インナーステータＩＳの電気的コイルを形成するために使用される。ここで図示されているのは、スロットＳＬ１つにつき１つの金属巻線を備えるいわゆる"単相巻線"である。

金属巻線ＭＷの隣にエアギャップが設けられており、ここでは図示しないアウターロータは、インナーロータＩＳの金属巻線ＭＷと相互作用する。

積層板ＬＰの第２側Ｓ２には多数の固定装置ＦＡが設けられており、これらの固定装置は、積層板ＬＰの構造およびステータＩＳの構造を支持するために使用される。

固定装置ＦＡは、該固定装置ＦＡ内に導かれる冷却流体ＣＦが循環できるように接続されている。

有利な実施形態においては、冷却流体ＣＦとして水が使用され、この水はグリコールと共に使用することができる。

発生した熱は固定装置ＦＡによってステータＩＳから放散されるので、この接続された固定装置ＦＡは冷却システムの一部である。

有利な実施形態においては、熱は、冷却流体ＣＦによって周囲へと伝達され、そこで液体-空気式熱交換器（liquid-to-air heat-exchanger）によって冷却される。

有利な実施形態においては、固定装置ＦＡは金属管から形成される。これにより、冷却システムおよび支持構造の長期的な頑強性が可能となる。

積層板ＬＰは、両端において指板ＦＰにより加圧される。これらの指板ＦＰは金属管に固定されており、これらは共同で、積層板ＬＰとともに組み込まれた支持構造を形成している。

金属管の空洞は冷却チャネルを形成している。機器の動作中は、前記冷却流体は管を通って流れるように構成されている。

有利な実施形態においては、固定装置ＦＡは接着剤または溶接によって積層板ＬＰと接合されており、積層板ＬＰから冷却システムへの熱移動に影響を与え得る、構造間の小さなエアギャップも回避される。

本発明の装置は、以下の利点を有する。
・冷却チャネルとステータ積層板との間の直接の熱移動接触が持続的に維持されることによって、効率の良い冷却が保証される；
・冷却チャネルは支持体としての役割も担うので、空気式冷却される機器と比較した際の重量増加を回避することができる；
・本発明の冷却システムは、他の公知の液体式冷却システムよりも、簡単かつ頑強かつ低コストで製造することができる。

Claims

電気機器を冷却するための装置であって、
前記電気機器は、該電気機器の動作中に熱を発生する要素（ＬＰ）を有し、
前記要素（ＬＰ）は、要素構造を支持する少なくとも１つの固定装置（ＦＡ）を有する
形式の装置において、
前記固定装置（ＦＡ）は、前記要素（ＬＰ）から熱を放散する冷却液（ＣＦ）を運搬するために中空となっている、
ことを特徴とする装置。
前記冷却液（ＣＦ）は水である、
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
前記電気機器は、該電気機器の構成要素に対する厳しい周囲条件の影響を回避するために、外殻またはハウジングによって完全に取り囲まれている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の装置。
多数の前記固定装置（ＦＡ）は、該固定装置（ＦＡ）内の前記冷却液（ＣＦ）が循環できるように接続されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の装置。
前記固定装置（ＦＡ）は、冷却システムの一部を形成している、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の装置。
前記固定装置（ＦＡ）は、前記冷却液（ＣＦ）で満たされた金属管である、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の装置。
前記固定装置（ＦＡ）は、接着剤または溶接によって前記要素（ＬＰ）と接合されている、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の装置。
前記電気機器はジェネレータである、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の装置。
前記ジェネレータは、風力タービンのナセルの中に設けられている、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の装置。
前記ジェネレータは、多数の積層板（ＬＰ）を有するステータ（ＩＳ）を含み、
前記積層板（ＬＰ）は前記ジェネレータのロータと相互作用するために第１側（Ｓ１）にて多数のステータコイルを備えており、
前記積層板（ＬＰ）は要素として熱を発生し、
前記固定装置（ＦＡ）は、前記ステータコイルを有する前記第１側（Ｓ１）とは反対側の第２側（Ｓ２）に設けられている、
ことを特徴とする請求項８または９のいずれか一項記載の装置。