CN102447322B - 发电机，特别是用于风力涡轮机的发电机 - Google Patents

Abstract

一种发电机（1），特别是用于风力涡轮机的发电机，包括：转子（2），其具有多个沿圆周布置的磁体（3）；定子（4），其具有叠片（5）和导体；以及用于冷却所述定子（4）的装置，由此，所述冷却装置包括冷却管（7），所述冷却管沿所述定子叠片（5）布置并且填充有冷却剂。

Description

发电机，特别是用于风力涡轮机的发电机

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是用于风力涡轮机的发电机，其包括具有多个沿圆周布置的磁体的转子、具有叠片和导体的定子以及用于冷却该定子的装置。

背景技术

这样的发电机是风力涡轮机的组件，其装备有转子轴，该转子轴是在转子相对于定子运动过程中产生电的发电机的一部分。该定子包括叠片和导体，该转子包括多个永磁体或带电磁体，以便在转子转动时产生电压。

在发电机中，存在主要来源于电磁损（焦耳损、铁损、铜损、……）的热损耗。大量的热量被释放，这些热量必须被带走以避免热斑。在永磁发电机中，这些损耗主要来源于定子导体中的铜损，从而导致绕圈中的高温，特别是导致空气所包围的端部绕组中的高温。定子绕组的温度必须保持得足够低以避免缩短绝缘寿命，因此，高效的冷却系统是至关重要的。可以通过从热源到冷却剂的热阻来评估冷却系统的效率，作为替代，可以评估泵或风扇所需的功率。

在常规的用于风力涡轮机的发电机中，叠片由经过端部绕组、定子与转子之间的空气间隙以及定子和/或转子中的径向导管的循环空气来冷却。使用插在槽或中空铜铰线中的液体冷却管也是可能的。进一步地，已经提出的是，使用直接浸在油中并通过自然对流冷却的高功率变压器。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种冷却效率高的发电机，特别是用于风力涡轮机的发电机。

根据本发明，此目的在以上限定的发电机中实现，因为冷却装置包括沿定子叠片布置并且充有冷却剂的冷却管。

本发明基于这样的构思，即可以利用冷却管来达到效率很高的冷却，这些冷却管能够使定子绕组保持在足够低的温度下，以避免缩短绝缘寿命。

优选地，这些冷却管与发电机轴平行。相应地，可以使用大量的冷却管，由此，这些冷却管沿定子的圆周方向布置在定子叠片中。

当冷却管通过定子叠片两侧的端部绕组时，可以实现甚至更好的冷却效果。因此，冷却管可以经过定子叠片的一侧的端部绕组、定子叠片以及定子叠片的另一侧的端部绕组。

根据本发明的发电机的进一步发展，端部绕组可以嵌于灌封材料中。端部绕组间隙填充有灌封材料并且冷却管通过端部绕组，以便由端部绕组释放出的热量可以被冷却剂带走。

在本发明的发电机中，优选的是，冷却管包括位于端部绕组区域中的歧管。大部分冷却管布置在定子叠片的内部，在端部绕组区域中提供包括歧管的“延长部”。

根据本发明的发电机，多条冷却管可以串联或关联连接。可以将沿定子的圆周布置的所有冷却管并联连接，该实施例仅仅需要少量的连接器。然而，其它实施例也是可能的，其中多个冷却管串联连接，进一步地，串联连接和关联连接的结合也是可以想象到的。

优选地，本发明的发电机的冷却管可以包括入口和出口。泵或风扇可以连接到入口和出口，以便冷却剂可以被抽吸通过这些冷却管。正常地，这些冷却管是容易制造的直平行管，这些冷却管贯穿定子叠片、压力盘和端部绕组。因此，可以以相对低的成本制造本发明的发电机。

当从出口到入口冷却管的内横截面缩小时，可以达到甚至更高的冷却效率。当使用具有变化直径的冷却管时，冷却系统可以以低流率进行工作，而没有存在温度分布不均匀的缺点。当冷却管的内横截面缩小时，传热系数增大，从而保持沿整个冷却管绕组温度不变。

根据本发明发电机的进一步改进，冷却管可在内部包括非浸湿表面，其从入口到出口增大。使用非浸湿表面使得使用具有不变外直径和不同的内直径的冷却管成为可能。有利的是，仅仅需要一个用于在定子叠片中产生孔的冲孔工具，进一步地，可以使用在内部具有不同浸湿表面的冷却管来控制传热量。

此外，本发明涉及风力涡轮机。

本发明的风力涡轮机包括如上所述的发电机。

附图说明

当考虑到下列优选实施例的描述时，将会更好地理解本发明及其基本原理。附图中：

图1是本发明发电机在示意性剖视图中的细节；

图2是本发明发电机的多个平行冷却管的示意图。

图3是本发明发电机的冷却管的入口和出口的剖视图。

具体实施方式

图1示出在剖视图中的发电机1的细节。发电机1包括：转子2，包括布置在圆周方向上的多个磁体3。

定子4包括：定子叠片5，在定子叠片5的两侧具有端部绕组6。

当呈圆形形状的转子2绕定子4旋转时，在定子叠片5的绕组中产生电流。在转子2运动过程中存在热损耗，使得定子叠片5评受热。为了散热，在定子叠片5内装备有多个冷却管7。大量的冷却管7沿定子4的圆周方向平行布置。在图1的实施例中，所有冷却管7并联连接，泵（未示出）用于输送冷却剂通过冷却管7。

每个冷却管7包括入口8和出口9，箭头指示流动方向。在入口8和出口9的区域中，在每一侧提供了歧管10，以便冷却剂通过歧管、冷却管7在定子叠片5内的直的部分以及在另一侧的歧管从该入口流到出口9。端部绕组6嵌于灌封材料11中。

通过冷却管7被抽吸的冷却剂带走定子叠片5和端部绕组6中的热损耗。

所有冷却管7是容易制造的简单的直平行管。仅仅需要一个冲孔工具以在定子叠片中产生孔。冷却管7贯穿定子叠片5、压力盘12和端部绕组6。

图2是示意图并且示出多个与入口8和出口9连接的平行冷却管7。为了通过冷却管7的平行管路带走一定量的热，如图2所示，可选择冷却剂的高流率和低的温度升高，或者冷却剂的低流率和高的温度升高。第二解决方案将要求较低的泵功率，这是因为泵功率与压降和流率成比例，而压降与流体速度的平方成比例，但是它将以发电机的温度很不均匀而告终。作为例子，在冷却管7的出口9处的端部绕组可以比入口8的端部绕组热15ºC。温度的这种不均匀分布因这样的事实而进一步加剧，即当电阻随着温度而升高时，铜损随着温度而增大。为了使这个冷却系统在低流率下工作而没有这个缺点，冷却管7的内表面被成形为使得从入口8到出口9冷却管7的内表面缩小。这样，当从入口处的冷侧接近出口9处的热侧时，冷却剂的局部速度加快。传热系数被增大，由此，沿整个冷却管系统或者至少在预定的范围内，定子叠片的绕组的温度保持不变。

一般而言，由于下列技术特征，从冷却剂（冷却介质）到热源的热阻可以从入口到出口逐渐减小：缩短冷却管与绕组之间的距离，缩小冷却管内表面，缩小外直径，缩小冷却管内部表面，增大冷却管内的非浸湿表面。

最后一个提议是最实用的，因为其防止根据每个叠片薄板在轴向上的位置针对每个叠片薄板使用不同的冲孔工具。因此，优选的是，所有叠片在相同外直径的情况下被冲孔，仅仅内直径是变化的。

图3示出具有变化直径的冷却管的例子。在图3的左手边，示出了冷却管7在入口8处的横截面，在图3的右手边，示出了冷却管7在出口9处的横截面。

冷却管7被分成两个隔间14、15，它们填充有冷却剂13。内部障壁16将隔间14与隔间15分隔开。在该实施例中，在入口8附近内横截面几乎没有因内障壁16而缩小，然而，在出口9附近的内横截面由于在内部障壁16的中央的圆形截面17而包括较大的非浸湿表面，其显著减小了隔间14、15的横截面。因此，在出口9附近的流体速度与在入口8处的流体速度相比较快。冷却剂13的较快速度导致较高的导热率，使得实现了沿冷却管7的均匀温度。

Claims (7)

1.一种发电机（1），包括：转子（2），其具有多个沿圆周布置的磁体（3）；定子（4），其具有定子叠片（5）和导体；以及用于冷却所述定子（4）的装置，所述发电机的特征在于，所述装置包括冷却管（7），其沿所述定子叠片（5）布置并填充有冷却剂以便冷却所述定子（4），所述冷却管（7）包括入口（8）和出口（9），所述冷却管（7）的外直径是不变的，并且所述冷却管（7）的内横截面从入口（8）到出口（9）缩小，其中，冷却管（7）穿过所述定子叠片（5）两侧的端部绕组（6），所述冷却管（7）包括位于所述端部绕组（6）的区域中的歧管（10）。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述发电机（1）是用于风力涡轮机的发电机。

3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述冷却管（7）与发电机轴平行。

4.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述端部绕组（6）嵌于灌封材料（11）中。

5.根据先前权利要求任一项所述的发电机，其特征在于，多条冷却管（7）串联连接或并联连接。

6.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述冷却管（7）在内部包括从入口（8）到出口（9）增大的非浸湿表面。

7.一种风力涡轮机，包括如权利要求1至6中任一项所述的发电机。