CN102468697B - 用于发电机定子的磁帽元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于发电机定子的磁帽元件。具体地，提供了用于发电机特别是风力涡轮机发电机的定子系统（100）。该定子系统（100）包括：外壳元件（101），所述外壳元件（101）包括凹槽（102）；和用于封闭凹槽（102）的帽元件（103），使得用于引导凹槽（102）内的冷却流体的通道被形成。帽元件（103）包括磁性材料。

Description

用于发电机定子的磁帽元件

技术领域

本发明涉及用于发电机的定子系统，特别是用于风力涡轮机的发电机的定子系统。而且，本发明涉及用于制造发电机特别是风力涡轮机发电机的定子系统的方法。

背景技术

在风力涡轮机的发电机中，在将机械能转化为电能时，产生热量。例如因焦耳损失而在形成定子绕组的铜导线中产生热量。产生的热量必须被带走以免产生热斑和绝热磨损。

一般通过将空气吹进定子内部来冷却定子外壳和所附绕组。在定子外壳的轴向端部部分，这些绕组突出出来并形成半环。这些绕组的突出的半环形成定子绕组的端部绕组。通过将空气吹过（例如，转子与定子之间的气隙中的）绕组或者吹过定子外壳的径向延伸导管而冷却定子绕组。

将冷却管或中空铜绞线附接到定子外壳来提供液体冷却也是已知的。因此，附接到定子外壳的绕组的导线部分被冷却，但突出的端部绕组仅仅在较低效率的情况下被冷却，使得热斑可能在端部绕组处出现，并且可能导致定子绕组损坏。

冷却管被附接到沿着定子外壳的凹槽中。电磁通量可能被凹槽和所附接的冷却管中断或者受到消极影响。

发明内容

本发明的一个目的是要提供对定子系统的合适冷却。

该目的由用于发电机（特别是风力涡轮机的发电机）的定子系统以及用于制造发电机（特别是风力涡轮机的发电机）的定子系统的方法来实现。

根据本发明的第一方面，提出了一种发电机（特别是风力涡轮机的发电机）的定子系统。该定子系统包括具有凹槽的外壳元件和帽元件。该帽元件适用于封闭该凹槽，使得用于引导该凹槽内的冷却流体的通道被形成。该帽元件包括磁性材料。

根据进一步的示范性实施例，提出了一种制造发电机（特别是风力涡轮机的发电机）的定子系统的方法。根据该方法，在定子系统的外壳元件中形成凹槽。帽元件被安装到用于封闭该凹槽的外壳元件，使得用于引导该凹槽内的冷却流体的通道被形成。一种帽元件，包括：磁性材料。

该外壳元件形成发电机的定子的单独部分或整个外壳。如果该外壳元件仅仅是定子外壳的一部分，则多个外壳元件可以彼此附接以便形成定子外壳，即定子堆叠。该定子的这些外壳元件围绕发电机的转子的轴延伸。因此，这些外壳元件可以包括相对于该轴沿圆周方向的圆形或弧形延伸部。而且，这些外壳元件包括纵向方向，其中该纵向方向基本上平行于该轴的轴向方向。该外壳元件可以包括多个沿该轴向方向固定在一起的薄板，使得定子叠片被形成。该定子叠片形成该外壳元件。该外壳元件包括内表面和外表面，其中该内表面比该外表面在径向方向上更接近该轴。

定子的绕组通常附接到外壳元件的内表面或外表面。例如，这些绕组可以附接到形成在内表面或外表面且大致沿轴的轴向方向延伸的狭槽。

该凹槽可以沿该外壳元件的内表面或外表面形成。该槽可以沿围绕该轴的圆周方向或者沿该外壳元件的纵向方向（即沿相对于该轴的轴向方向）形成。

帽元件可安装到该外壳元件，用以封闭该凹槽。该帽元件的材料可以包括永磁特性或铁磁特性。该帽元件可以以这种方式安装到该凹槽，即该凹槽是不漏液体的，使得冷却流体的泄漏被阻止。因此，可以不需要另外的冷却管。另外或作为替代，该凹槽以冷却管可插入到该凹槽中的方式被形成。

由于设置了包括磁性材料的帽元件，沿该定子内表面或外表面的电磁通量不受或很少受冷却流体凹槽的影响。

该电磁通量可以从外壳元件沿该磁帽元件流动并且不会被形成在该外壳元件中的凹槽中断。因此，获得了合适的电磁通量，而这导致发电机的效率提高。

根据进一步的示范性实施例，该定子系统进一步包括位于该帽元件与该凹槽的内部体积之间的绝热层。该绝热层可以包括例如橡胶密封或毡垫层。该绝热层具有可以实现改善该帽元件与该冷却流体之间热接触的技术效果。特别地，可以减少通过该凹槽的开口的冷却液体的热损。而且，该凹槽可以被隔离，使得冷却流体的泄漏被阻止。

根据进一步的示范性实施例，该定子系统进一步包括树脂层。该树脂层覆盖该外壳元件和帽元件。通过在该帽元件中涂敷用于覆盖该外壳元件的树脂层，可以形成没有突出的均匀表面。

根据进一步的示范性实施例，该外壳元件包括第一三维轮廓，而该帽元件包括第二三维轮廓。第二三维轮廓以这样的方式与第一三维轮廓的互补，即使得该帽元件可滑动地连接到第一三维轮廓，用以将该帽元件安装到该外壳元件。

特别地，根据进一步的示范性实施例，该外壳单元的第一三维轮廓包括导向槽口，其中该帽元件的第二三维轮廓包括边缘部分，其中该导向槽口以这样的方式形成，即该帽元件的边缘部分（例如具有突出）可滑动地插入到导向槽口中，用以将该帽元件安装到该外壳元件。

为了提供更坚固的连接，帽元件的边缘部分包括楔形剖面（例如，V形突出），并且导向槽口包括（互补的）V形剖面（凹部），其中V形剖面与根据示范性实施例的帽元件的边缘部分的楔形剖面相符。

在另一示范性实施例中，该V形剖面（凹部）可以形成在该帽元件中，并且边缘部分，其可以是突出或导轨，可以形成在该凹槽的侧壁中。

因此，通过使得帽元件可滑动插入到该外壳元件中的上述连接，可以实现定子系统的合适制造方法。该帽元件可以简单滑到外壳元件的凹槽部分，以便实现容易且快速地安装该帽元件。而且，通过碾磨第一三维轮廓得到外壳元件的凹槽，可以实现对现有定子外壳元件的改装，使得对帽元件的改装是可能的。

根据进一步的示范性实施例，该凹槽呈矩形。该凹槽包括开口侧和外壳元件内的三个或更多与冷却流体相接触的平坦表面，使得可以实现改善冷却元件与外壳元件中的热量之间的传热。

在进一步的示范性实施例中，该凹槽包括剖面（轮廓），该剖面（轮廓）适配于可插入冷却管的剖面。特别地，该冷却管可以具有矩形形状或圆形形状（即横截面）。因此，如果该凹槽的剖面适配于冷却管的剖面，该冷却管与外壳元件之间的接触面积被增大，使得可以实现改善冷却流体与外壳元件之间的传热。

根据该方法的进一步的实施例，绝热层（例如，包括毡垫材料）被插在该帽元件与该凹槽的内部体积之间。

根据进一步的示范性实施例，通过树脂浸渍工艺浸渍该外壳元件和该帽元件。通过应用树脂浸渍工艺，将包括例如帽元件、外壳元件和/或绝热层的定子系统浸入树脂浴中，使得例如在固化之后可以制造均匀的组件。特别地，该绝热层可以由毡垫形成。当应用树脂浸渍工艺时，毡垫浸泡在一些树脂中并膨胀。因此，毡垫可以充当弹簧，其将该帽元件挤压向外壳元件。另外或者作为替代，用树脂浸泡的毡垫元件充当弹簧并且挤压该帽元件离开凹槽内的冷却管，使得该帽元件的第二三维轮廓被挤压向第一三维轮廓。因此，充当弹簧的毡垫增强了该帽元件与该外壳元件之间的连接，并且还将该冷却管紧紧压进凹槽，使得还实现了对冷却管的固定。

必须注意的是，已经对于不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，对于装置类型权利要求，已经描述了一些实施例，而对于方法类型权利要求描述了另一些实施例。然而，根据上文和后文的描述，本领域技术人员将认识到，除非另行说明，除了属于同一类型主题的特征可任意结合外，与不同主题相关的特征之间也可任意结合，特别是装置类型权利要求的特征与方法类型权利要求的特征之间可任意结合，应认为这些结合已被本申请公开。

附图说明

以上限定的方面以及本发明的其他方面由于下文将要描述的实施例的例子而容易明白，并且参照实施例的例子被说明。下面将参照实施例的例子更详细地描述本发明，但本发明并不限于此。

图1示出了根据本发明的示范性实施例的包括磁帽元件的外壳元件的三维视图；以及

图2示出了根据本发明的示范性实施例的包括帽元件的外壳元件的详细视图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。注意，在不同附图中，为类似或相同的元件提供了相同的附图标记。

图1示出发电机特别是涉及风力涡轮机的发电机的定子系统100。定子系统100包括外壳元件101，外壳元件101包括凹槽102。而且，定子系统100包括帽元件103，用于封闭凹槽102，使得用于引导凹槽102内的冷却流体的通道被形成。该帽元件103包括磁性材料。

在图1中，详细示出了右外壳元件101，包括凹槽103和狭槽104。以简化方式示出了左外壳元件101，虽然左外壳元件101也可以包括右外壳元件101的特征。定子系统100的绕组可被插入和附接到狭槽104。为了冷却狭槽104和插入的定子绕组，凹槽103被形成为靠近狭槽104。

如图1所示，外壳元件101包括相对于发电机的轴105的径向方向的内表面和外表面。在图1的示范性实施例中，凹槽103被形成到内表面并且狭槽104被形成到外壳元件101的外表面。狭槽104和凹槽103沿外壳元件101的纵向方向，其中该纵向方向基本上平行于轴105的轴向方向。

如图1所示，凹槽102被附接到外壳元件101的内表面的帽元件103封闭。

图2示出定子系统100的更详细的视图。凹槽102被形成到外壳元件101。冷却流体可以在凹槽102内流动。特别地，冷却管201可以附接到冷却流体流过的凹槽102。凹槽102可以包括适配（符合）于冷却管201的剖面（横截面）的剖面，以便在外壳元件101与冷却管之间形成较大的接触区域，这使得更好的热对流（即热交换）成为可能。

为了改善冷却管201与外壳元件101之间的热连接，可以将树脂202喷射在冷却管201周围。

另外，在帽元件103与冷却管201之间或者在帽元件103与凹槽102的内部体积之间，可以插入诸如（例如由天然纤维或塑料制成的）毡垫的绝热层203。因此，可以用绝热层203生成防水凹槽102。而且，如果绝热层203包括毡垫，该毡垫可以用通过树脂浸渍工艺注入的树脂进行浸泡，使得绝热层203的毡垫增大其尺寸，并且将冷却管201挤压进外壳元件101，并且可以实现该冷却管更好地固定到凹槽102的并且实现更好的传热。

另外，如果绝热层203的毡垫通过浸泡树脂而增大其尺寸，则帽元件103被压成第一三维轮廓，使得帽元件103到外壳元件101的固定也可被改善。

外壳元件101的第一三维轮廓205例如可以形成诸如V形槽口的导向槽口。帽元件103可以包括第二三维轮廓206，其可以特别在帽元件103的边缘部分形成与外壳元件101的导向槽口相配合楔形剖面。因此，可以生成帽元件103与外壳元件101之间的可滑动连接，以便帽元件103可以容易地安装到外壳元件101。为了固定帽元件103以防止相对外壳元件101进一步滑动，绝热层203的浸泡过树脂的毡垫，其例如充当弹簧，可以插在帽元件103与该外壳元件和/或冷却管201之间。

作为抛光层，树脂层204可以覆盖外壳元件101和帽元件103，以便实现均匀的表面。

应该注意的是，术语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且标示不定冠词的“一”并不排除多个。此外，可以结合那些参考不同实施例描述的元件。应该注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (11)

1.用于发电机的定子系统（100），所述定子系统（100）包括：

外壳元件（101），所述外壳元件（101）包括凹槽（102），

帽元件（103），用于封闭所述凹槽（102），使得用于引导所述凹槽（102）内的冷却流体的通道被形成，和

绝热层（203），其位于所述帽元件（103）与所述凹槽（102）的内部体积之间，

其中所述帽元件（103）包括磁性材料，

其中所述外壳元件（101）包括第一三维轮廓，

其中所述帽元件（103）包括第二三维轮廓，并且

其中第二三维轮廓以这样的方式与第一三维轮廓互补，即使得所述帽元件（103）可滑动地连接到所述第一三维轮廓，以便将所述帽元件（103）固定到所述外壳元件（101）。

2.根据权利要求1所述的定子系统（100），进一步包括：

树脂层（204），

其中所述树脂层（204）覆盖所述外壳元件（101）和所述帽元件（103）。

3.根据权利要求1所述的定子系统（100），

其中所述外壳元件（101）的第一三维轮廓包括导向槽口，

其中所述帽元件（103）的第二三维轮廓包括边缘部分，

其中所述导向槽口以这样的方式形成，即所述帽元件（103）的边缘部分可滑动地插入所述导向槽口，以便将所述帽元件（103）固定到所述外壳元件（101）。

4.根据权利要求3所述的定子系统（100），

其中所述帽元件（103）的边缘部分包括楔形剖面，

其中所述导向槽口包括V形剖面，并且

其中所述V形剖面与所述帽元件（103）的边缘部分的楔形剖面相符。

5.根据权利要求1至4之一所述的定子系统（100），

其中所述槽（102）呈矩形。

6.根据权利要求1至4之一所述的定子系统（100），

其中所述槽（102）包括剖面，其适配于可插入凹槽（102）的冷却管（201）的剖面。

7.根据权利要求1所述的定子系统（100），其中所述定子系统（100）是用于风力涡轮机的发电机的定子系统。

8.用于制造发电机的定子系统（100）的方法，所述方法包括：

在定子系统（100）的外壳元件（101）中形成凹槽（102），以及

将帽元件（103）安装到外壳元件（101），用以封闭凹槽（102），使得用于引导凹槽（102）内的冷却流体的通道被形成，其中所述帽元件（103）包括磁性材料。

9.根据权利要求8所述的方法，

在所述帽元件（103）与所述凹槽（102）的内部体积之间插入绝热层（203）。

10.根据权利要求8或9所述的方法，

采用树脂浸渍工艺浸渍所述帽元件（101）和所述帽元件（103）。

11.根据权利要求8所述的定子系统（100），其中所述定子系统（100）是用于风力涡轮机的发电机的定子系统。