[发明专利]用于冷却高极性的转子的冷却设备

说明书

本发明涉及一种用于冷却电机的能围绕旋转轴线旋转支承的转子的冷却设备，其中，转子由中央的转子轴承载并且包括处于转子轴内部的用于容纳冷却剂的空腔。

由现有技术已知电机，它们配设有用于冷却旋转的电线圈绕组的冷却设备。尤其是具有超导转子绕组的电机通常配有冷却设备，其中，在中央转子轴内部的冷却剂，如液氮、液氦或者液氖可以按照热虹吸原理循环并且由此从转子中排出热量。通过这些冷却系统可以将超导线圈绕组、尤其是超导的旋转的励磁绕组冷却到处于超导体的转变温度以下的运行温度并且保持在所述运行温度。

在这些已知的冷却设备中，转子轴的端部区域通常用于从固定的散热设备将液化的冷却剂例如通过伸入转子轴中的固定的冷却剂管馈送到转子轴的内部空间中。从转子轴的内部空间出发，冷却剂可以通过单独的径向管路到达线圈绕组的径向更靠外的位置。这种冷却设备例如由EP 2 603 968 A1已知。

这些已知的冷却设备优选适用于冷却只具有较少数量的线圈绕组的电机。而对于具有较多数量的线圈绕组的高极性的电机，将本身的径向冷却剂管路用于每个线圈绕组会导致非常高的设备耗费。出于此原因，对于例如用于风力发电机或者水力发电机中的高极性电机，建议备选的冷却方案。这种备选的冷却设备在EP 2 521 252 A1中描述。在此，冷却设备具有多个与转子共同旋转的冷却头。需要从线圈绕组排走的热量通过热管路排出到实心的、与冷却头热学连接的铜元件中。由此完全避免了冷却剂馈送到转子轴中并且冷却剂分布在径向靠外的位置中。然而，这种冷却方案的缺点是，敏感和较重的冷却头必须设计用于较高的旋转速度。另一缺点在于，通过用于线圈散热的实心铜元件产生相对较高的共同旋转的附加质量。

因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于冷却电机的转子的避免前述缺点的冷却设备。尤其应提供一种冷却设备，其中避免在转子上布置共同旋转的冷却头。此外，冷却设备应具有相对较小的重量并且具有尽可能少数量的径向冷却剂管路。冷却设备应尤其适用于高极性电机的转子。本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种具有这种冷却设备的转子或者电机。

该技术问题按本发明通过具有权利要求1所述特征的冷却设备以及具有权利要求14所述特征的转子和具有权利要求15所述特征的电机解决。

按照本发明的冷却设备设计用于冷却电机的能围绕旋转轴线旋转支承的转子，其中，转子由中央的转子轴承载并且包括处于转子轴内部的用于容纳冷却剂的空腔。冷却设备具有至少一个从空腔径向向外延伸的第一冷却剂管路和通过第一冷却剂管路与空腔连接的环形的第一分配器管路。

按照本发明的冷却设备的主要优点在于，通过环形的分配器管路实现了这种可能性，即也能以简单的方式有效地冷却具有较多数量的电线圈的转子。由转子轴的空腔、径向冷却剂管路和环形的分配器管路组成的管路系统实现了液态或者气态的冷却剂朝向需要被冷却的转子区域的循环。通过将环形的分配器管路用于冷却剂，有利地不需要将单独的径向冷却剂输入管路用于每个线圈绕组。与传统的具有实心铜元件的高极性电机的转子相比，通过使用液态或者气态的冷却剂可以减小冷却设备的重量。

冷却剂可以例如在轴向较远的区域内馈送到转子轴中。在此，冷却剂在封闭的循环中循环，其中，在转子中蒸发的冷却剂可以在静态地布置于转子外部的冷却头上再次冷凝。因为由此不需要共同旋转的冷却头，所以可以相对已知的高极性转子简化结构并且提高冷却头的使用寿命以及维护间隔。

即使线圈数量较多，冷却剂通过环形的分配器管路的分配也能允许对布置在转子上的电线圈进行均匀的冷却。相对于具有用于每个线圈的单独径向冷却剂管路的实施形式可以明显降低复杂度、重量和材料耗费。

按照本发明的转子配备有按照本发明的冷却设备。按照本发明的电机具有按照本发明的转子，所述转子具有这种按照本发明的冷却设备。按照本发明的转子和按照本发明的电机的优点与冷却设备的所述优点类似。

本发明的有利的设计方案和扩展设计由权利要求1的从属权利要求得出。在此，冷却设备的特征可以有利地与转子和电机的特征相结合。

所述环形的第一分配器管路可以作为封闭的环形管路围绕旋转轴线同心地布置。在这种实施形式中，以简单的方式实现了冷却剂朝向转子的所有方位角位置的运输。在此，不同的方位角位置理解为在转子的旋转方向上的不同角位置。环形的第一分配器管路为此尤其可以设计为圆形的环形管路。