CN103250332A - 具有同步发电机的风能设备以及缓慢转动的同步发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有同步发电机的风能设备，所述同步发电机具有用于产生电能的发电机定子和发电机转子。此外，风能设备具有用于冷却发电机转子（200）的液体冷却系统（300）。

Description

具有同步发电机的风能设备以及缓慢转动的同步发电机

技术领域

本发明涉及一种具有同步发电机的风能设备以及一种缓慢转动的同步发电机。

背景技术

多年以来已知例如爱纳康公司的具有他励同步发电机的风能设备。在此，风能设备的转子（吊舱的转动部分）可直接与同步发电机的转子连接并且驱动发电机的转子，以便由此产生电能。

在这期望的是，在此在不显著增大同步发电机的直径的情况下，提高同步发电机的额定功率。

DE102009050004A1说明一种具有转子、围绕转子的定子和水动冷却装置的发电机，所述水动冷却装置具有入水口、出水口以及在转子和定子中的用于输送冷却水的通道。水动冷却装置是发电机的唯一的冷却装置。

DE60029977T2说明一种具有转子和定子的风能设备。冷却单元用于引导冷却液穿过定子，以便因此将热量从发电机引出。

发明内容

所述目的通过根据权利要求1所述的风能设备以及通过根据权利要求8所述的同步发电机来实现。

因此，风能设备设有具有发电机定子和发电机转子的同步发电机。风能设备还具有用于冷却发电机转子的液体冷却系统。

根据本发明的一个方面，液体冷却系统具有在发电机转子中的至少一个冷却通道和至少一个热交换器。冷却液流过发电机转子中的至少一个冷却通道和至少一个热交换器。

根据本发明的另一个方面，液体冷却系统具有用于过滤冷却液的过滤单元、用于泵送冷却液通过冷却循环系统的泵单元和膨胀箱。

根据本发明的另一个方面，将液体冷却系统设置在风能设备的（气动的）转子中或设置在风能设备的（气动的）转子上。因此，整个液体冷却系统存在于风能设备的转动部分中。因此能够避免，在风能设备的转动部分和静止部分之间必须存在复杂的过渡机构。

根据本发明的另一个方面，液体冷却系统具有用于容纳过量冷却液的补偿箱，其中补偿箱位于风能设备的（气动的）转子中从而随其一起转动。

发电机转子具有极靴支承件，所述极靴支承件具有在极靴支承件的环周上分布地设置的多个极靴。极靴支承件还具有至少一个冷却通道，冷却液能够流过所述冷却通道，以便因此间接地冷却极靴。

至少一个冷却通道与冷却循环系统耦合，所述冷却循环系统在风能设备的转子的或旋转器罩的外侧上具有至少一个热交换器。此外，能够将热交换器集成在转子的或旋转器的罩中或集成在转子的或旋转器的罩上。

在冷却循环系统中能够设有补偿箱和/或集污器。冷却循环系统还具有用于泵送冷却液通过冷却循环系统的泵。冷却液例如能够是具有乙二醇成分的水。

根据本发明的同步发电机优选是他励同步发电机并且具有每分钟50转以内的转速，也就是缓慢转动的同步发电机。

根据本发明的一个方面，在冷却循环系统中设有用于过滤冷却液中的颗粒或污物的污物过滤器单元。所述过滤器构造成是可更换的，使得能够实现过滤器的清洁。

根据本发明的另一个方面，持续地驱动泵直至之前确定的工作持续时间。在这个之前确定的工作持续时间之后，能够在需要时驱动泵。在之前确定的工作持续时间之后，能够清洁或更换过滤器，使得能够确保将存在于冷却液中的颗粒或污物滤除。

本发明同样也涉及一种具有发电机定子、发电机转子和用于冷却发电机转子的液体冷却系统的、缓慢转动的同步发电机，其中将液体冷却系统设置在发电机转子中或设置在发电机转子上。因此，设有具有随发电机转子一起转动的液体冷却系统的缓慢转动的同步发电机。液体冷却系统能够具有热交换器和发电机转子中的冷却通道，其中冷却液流过至少一个热交换器和发电机转子中的冷却通道。

本发明涉及的思想是，通过液体冷却系统对转子和尤其是极靴进行间接冷却。

本发明的其它设计方案是从属权利要求的主题。

附图说明

在下文中参考附图详细阐明本发明的优点和实施例。

图1示出根据第一实施例的风能设备的示意剖面图，

图2示出根据第一实施例的风能设备的冷却系统的一部分的示意图，

图3示出根据第一实施例的风能设备的冷却系统的另一部段的示意图，

图4示出根据第二实施例的风能设备的吊舱的示意图，

图5示出根据第三实施例的风能设备的冷却系统的热交换器的示意图，

图6示出根据第三实施例的风能设备的发电机转子的示意图，

图7示出图6的转子的示意剖面图，

图8A示出根据第四实施例的风能设备的吊舱的示意图，

图8B示出图8A的吊舱的俯视图，

图9示出根据第四实施例的风能设备的吊舱的部分剖面图，

图10示出根据第四实施例的风能设备的吊舱的另一部分剖面图，

图11示出根据第四实施例的风能设备的吊舱的一个部段的示意图，

图12示出根据第四实施例的风能设备的吊舱的一部分的示意图，

图13示出用于根据第四实施例的吊舱的热交换器的立体图，

图14示出图13的热交换器的背侧的示意图，

图15示出根据第四实施例的热交换器的背侧的另一示意图，以及

图16示出根据第四实施例的热交换器的背侧的另一立体图。

具体实施方式

图1示出根据第一实施例的风能设备的示意图。风能设备具有（带有旋转器和旋转器罩或气动的转子）的吊舱100、发电机转子200和冷却系统300。发电机转子200设置在吊舱罩100内部。冷却系统300是具有冷却循环系统的液体冷却系统，冷却液在所述冷却循环系统中流动。所述冷却液例如能够是水和乙二醇的组合。冷却系统300具有至少一个热交换器310，所述热交换器能够设置在吊舱罩或旋转器罩100外部。对此替选地，能够将至少一个热交换器310集成在吊舱罩100中或集成在吊舱罩100上。冷却系统300还具有多个冷却管301、泵单元320、可选地具有膨胀箱330以及可选地具有过滤单元或集污单元340和在发电机转子200中的至少一个冷却通道340。

通过根据第一实施例的冷却系统和相关联的冷却循环系统，冷却液能够流过发电机转子200中的冷却通道340，从而能够冷却发电机转子200。通过热交换器310，能够又再冷却通过发电机转子而变热的冷却液。冷却系统300存在于风能设备的气动的转子或旋转器罩中或存在于风能设备的气动的转子或旋转器罩上，这就是说，冷却系统存在于风能设备的转动部分中或存在于风能设备的转动部分上。

图2示出根据第一实施例的冷却系统的第一部分。在此，在图2中设有泵单元320、补偿箱330、抗超压的安全阀302和可选地具有压力传感器303。泵单元320用于将冷却液泵送穿过冷却系统。在此，补偿箱330用于容纳过量的冷却液，因此冷却系统内部的压力不会超过预设数值。

图3示出根据第一实施例的冷却系统的第二部分。冷却系统具有冷却管301以及过滤单元或集污单元340。集污单元340构造成是可更换的。因此，在需要时能够更换或清洁过滤单元。

根据本发明的第一实施例，能够持续预设数量的工作小时（例如，300小时）地驱动泵单元320。持续地驱动泵直至达到所述工作小时。最晚在达到确定的工作持续时间之后，对过滤单元340进行更换或清洁。在更换或清洁过滤单元之后，仅在需要时驱动泵。因此，能够实现，在直到达到之前确定的工作持续时间的第一时间区间中，将颗粒和污物从冷却液清除。因为冷却系统是闭合的冷却系统，在更换或清洁过滤单元之后在冷却液中不会再存在其它的颗粒或其它的污物，使得能够仅在需要时激活泵。

图4示出根据第二实施例的风能设备的吊舱的示意图。在此，吊舱具有（带有旋转器罩的）气动的转子（转动部分）10和后面的、不转动的部分20。在气动的转子10上存在用于转子叶片31的连接件30。在转子10的外部设有至少一个热交换器310。根据第二实施例的所述热交换器310能够对应于根据第一实施例的热交换器310。根据第二实施例的热交换器310是用于冷却发电机转子的液体冷却系统的一部分。在此，根据第二实施例的冷却系统能够对应于根据第一实施例的冷却系统。

图5示出根据第三实施例的热交换器310的示意图。在此，根据第三实施例的热交换器310也能够用作第一或第二实施例中的热交换器。

热交换器310具有流入装置或流出装置311、第一管部段313、多个冷却管314以及第二管部段315，所述第二管部段与流出装置或流入装置312连接。在第一管部段313和第二管部段315之间设有多个冷却管314。在此，冷却液流过部段313、314以及流过多个冷却管314。

图6示出根据第三实施例的风能设备的同步发电机转子的示意横截面图。发电机转子200具有带有多个极靴220以及带有至少一个冷却通道230的极靴支承件210。冷却循环系统的冷却液能够在冷却通道230中流动，并且因此能够间接地冷却极靴220。所述冷却通道230能够是冷却系统的冷却通道340并且能够设为用于冷却发电机转子。

图7示出图6的转子的示意剖面图。发电机转子在极靴支承件210上具有多个极靴220。此外，发电机转子在极靴支承件210下方具有至少一个冷却通道230。所述冷却通道能够构造成一个冷却通道或多个冷却通道。

根据本发明的冷却液优选具有防冻保护，因此能够确保冷却液不冻结，即使停电和风能设备不能例如为了驱动泵而从电网得到电能时也如此。因此，通过将防冻剂加入冷却液，确保了冷却液在风能设备停止运转时也不冻结。

根据本发明的同步发电机的转速位于每分钟0和50转之间的范围中，并且尤其位于每分钟0和20转之间的范围中。

通过设置用于冷却发电机转子、尤其冷却极靴的液体冷却系统，能够提高馈送到转子线圈中的励磁电流。在没有根据本发明的液体冷却系统和没有极靴的与之相关联的间接冷却的情况下，极靴在励磁电流提高的情况下变热，从而可能出现极靴的损坏。因此，借助于根据本发明的液体冷却系统确保，基于间接冷却来充分冷却极靴，并且不超过之前确定的温度阈值。

图8A示出根据第四实施例的风能设备的吊舱的示意图。根据第四实施例的吊舱具有不转动的部分20以及转动的转子10。在转子10上设有用于转子叶片的连接件30。此外，在转子10上设有至少一个热交换器310a。热交换器310a集成到旋转器罩或转子10的外壳中。根据第四实施例的热交换器能够与根据第一、第二或第三实施例的冷却系统一同使用。

图8B示出图8A的吊舱的俯视图。热交换器310a匹配于转子10的外部构造或形状，或者所述热交换器被集成到旋转器罩或转子10的外壳中，也就是说，热交换器构造成弯曲的。

图9示出根据第四实施例的风能设备的吊舱的部分剖面图。热交换器310a集成到旋转器罩或转子10的外壳中，也就是说，热交换器构造成弯曲的或圆弧形的。

图10示出根据第四实施例的风能设备的吊舱的另一部分剖面图。在图10中也可观察到，热交换器310a集成到转子的外罩中或集成到转子的外罩上。在此，可选地，热交换器310a的一部分能够伸出超过旋转器罩或转子外壳。热交换器310a能够在内侧由支撑板或支撑接片来加固。热交换器310a能够由组合的（例如，焊接的）多个模块组成。

图11示出热交换器310a的示意图。热交换器310a具有带有多个通道310d的基本单元310b。在基本单元310b上设有多个冷却肋片310c。在此，冷却肋片沿转子的旋转轴线的方向定向。对此替选地，冷却肋片也例如能够相对于旋转轴线成30°角地定向。

图12示出根据第四实施例的热交换器的立体图，热交换器310a具有多个平行设置的冷却肋片310c。所述冷却肋片310c能够伸出超过转子10的外壳。在风能设备工作时，风沿着冷却肋片310c掠过并且用于冷却所述冷却肋片310c。根据第四实施例，热交换器310a构造成是圆弧形的，因此所述热交换器匹配于转子的外壳。热交换器310a能够由例如焊接在一起的多个热交换模块组成。在此，焊缝优选平行于转子的旋转轴线地设置。

图13示出根据第四实施例的热交换器的立体剖面图，热交换器具有例如带有两个通道310b的基本单元310b。在基本单元310b上设有多个冷却肋片310c。冷却肋片310c在安装状态下优选平行于转子的旋转轴线地定向。对此替选地，冷却肋片310c的纵轴线和转子的旋转轴线之间能够存在角度。所述角度例如能够是30°。在基本单元的下侧上设有第一孔或开口310f和第二孔或开口310g。通道310d构造成，使得冷却液能够流过通道，其中冷却液将其热量释放给冷却肋片310c，并且冷却液因此被冷却。第一孔310f例如能够用于将待冷却的冷却液引入到通道中。第二孔310g能够用于使已冷却的冷却剂能够流出。

图14示出热交换器的背侧的示意立体图，在图14中示出热交换器310a的背侧。此外，示出第一孔310f和第二孔310g。根据图14的示例，在第一孔310f和第二孔310g之间存在曲折形的通道，冷却剂或冷却液能够流过所述通道。待冷却的冷却剂或待冷却的冷却液通过第一孔310f引入，并且流过通道310d。在流过通道时，冷却液能够释放热量到热交换器，其中将热量此外通过冷却肋片310c释放到周围空气。随后，已冷却的冷却液能够再次流过第二孔310g。

图15示出根据第四实施例的热交换器的背侧的另一示意图。根据第四实施例的热交换器310a能够由例如在图13中示出的多个模块构造。在此，例如将模块焊接在一起。在热交换器的内侧上还能够设有支撑板或支撑接片310e。在图15中设有三个支撑板，使得支撑板形成两个通道310i、310j。此外，第一通道310i和第二通道310j能够用于输送待冷却的冷却液（第一通道310i）和将已冷却的冷却液通过第二通道310j输出。在此，第一通道310i构造成使得第一孔310f位于所述第一通道的区域中。第二通道310i构造成使得孔310g位于所述第二通道的区域中。

图16示出根据第四实施例的热交换器的背侧的另一立体图。根据图14的立体图是图15中所示的热交换器的另一视图。特别地，在图16中示出支撑接片310i，所述支撑接片构成分别具有第一开口310f和第二开口310g的第一通道310i和第二通道310j。第一通道和第二通道能够分别通过盖板310h关闭，使得能够构成封闭的通道并且待冷却的冷却液能够流入到第一通道310i中并且已冷却的冷却液能够从第二通道310j流出。根据本发明的冷却肋片能够具有（例如铣出的）凹部。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.风能设备，具有

同步发电机，所述同步发电机具有发电机定子和发电机转子（200），以及

液体冷却系统（300），所述液体冷却系统用于冷却所述发电机转子（200），

其中所述液体冷却系统（300）具有至少一个热交换器（310，310a）和在所述发电机转子（200）中的至少一个冷却通道（340，230），其中冷却液流过所述至少一个热交换器（310）和在所述发电机转子（200）中的所述至少一个冷却通道（340，230）。

2.根据权利要求1所述的风能设备，其中

所述液体冷却系统（300）具有用于过滤所述冷却液的过滤单元（340）、用于泵送所述冷却液通过冷却循环系统的泵单元（320）和膨胀箱（330）。

3.根据权利要求1至2之一所述的风能设备，其中

所述发电机转子具有极靴支承件（210），所述极靴支承件具有多个极靴（220）和至少一个冷却通道（230），冷却液能够流过所述至少一个冷却通道。

4.根据权利要求1至3之一所述的风能设备，其中

将所述液体冷却系统（300）设置在所述风能设备的气动的转子（10）中或设置在所述风能设备的气动的转子（10）上。

5.根据权利要求1至4之一所述的风能设备，其中

所述冷却系统（300）具有用于容纳过量冷却液的补偿箱（330），并且所述补偿箱（330）设置在所述气动的转子（10）中或设置在所述气动的转子（10）上。

6.根据权利要求1至5之一所述的风能设备，其中

将所述至少一个热交换器（310a）设置在所述风能设备的转子（10）的外壳中或设置在所述风能设备的转子（10）的外壳上，并且尤其匹配于所述转子的外部轮廓。

7.根据权利要求6所述的风能设备，其中

所述热交换器（310a）具有带有至少一个通道（310d）的基本单元（310b）和朝向外的多个冷却肋片（310c）。

8.根据权利要求7所述的风能设备，其中

所述冷却肋片（310c）沿所述转子的旋转轴线的方向定向，或者与所述转子的旋转轴线成一定角度地定向。

9.根据权利要求6至8之一所述的风能设备，其中

所述热交换器由热交换器模块组成，所述热交换器模块分别具有用于将冷却剂引入到所述通道（310d）中和将冷却剂从所述通道（310d）中引出的第一和第二开口（310f，310g）。

10.根据权利要求9所述的风能设备，其中

所述热交换器在其内侧上具有支撑板或支撑接片（310e），所述支撑板或支撑接片构成第一和第二通道（310i，310j），其中所述第一和第二通道（310i，310j）用于引入和引出所述冷却液。

11.缓慢转动的同步发电机，具有

发电机定子、发电机转子（200）以及

用于冷却所述发电机转子（200）的液体冷却系统（300），

其中将所述液体冷却系统（300）设置在所述发电机转子（200）中或设置在所述发电机转子（200）上，

其中所述液体冷却系统（300）具有至少一个热交换器（310，310a）和在所述发电机转子（200）中的至少一个冷却通道（340，230），其中冷却液流过所述至少一个热交换器（310）和在所述发电机转子（200）中的所述至少一个冷却通道（340，230）。

Claims (12)

1.风能设备，具有

同步发电机，所述同步发电机具有发电机定子和发电机转子（200），以及

液体冷却系统（300），所述液体冷却系统用于冷却所述发电机转子（200）。

2.根据权利要求1所述的风能设备，其中

所述液体冷却系统（300）具有至少一个热交换器（310，310a）和在所述发电机转子（200）中的至少一个冷却通道（340，230），其中冷却液流过所述至少一个热交换器（310）和在所述发电机转子（200）中的所述至少一个冷却通道（340，230）。

3.根据权利要求2所述的风能设备，其中

所述液体冷却系统（300）具有用于过滤所述冷却液的过滤单元（340）、用于泵送所述冷却液通过冷却循环系统的泵单元（320）和膨胀箱（330）。

4.根据权利要求1至3之一所述的风能设备，其中

所述发电机转子具有极靴支承件（210），所述极靴支承件具有多个极靴（220）和至少一个冷却通道（230），冷却液能够流过所述至少一个冷却通道。

5.根据权利要求1至4之一所述的风能设备，其中

将所述液体冷却系统（300）设置在所述风能设备的气动的转子（10）中或设置在所述风能设备的气动的转子（10）上。

6.根据权利要求1至5之一所述的风能设备，其中

所述冷却系统（300）具有用于容纳过量冷却液的补偿箱（330），并且所述补偿箱（330）设置在所述气动的转子（10）中或设置在所述气动的转子（10）上。

7.根据权利要求1至6之一所述的风能设备，其中

将所述至少一个热交换器（310a）设置在所述风能设备的转子（10）的外壳中或设置在所述风能设备的转子（10）的外壳上，并且尤其匹配于所述转子的外部轮廓。

8.根据权利要求7所述的风能设备，其中

所述热交换器（310a）具有带有至少一个通道（310d）的基本单元（310b）和朝向外的多个冷却肋片（310c）。

9.根据权利要求8所述的风能设备，其中

所述冷却肋片（310c）沿所述转子的旋转轴线的方向定向，或者与所述转子的旋转轴线成一定角度地定向。

10.根据权利要求7至9之一所述的风能设备，其中

所述热交换器由热交换器模块组成，所述热交换器模块分别具有用于将冷却剂引入到所述通道（310d）中和将冷却剂从所述通道（310d）中引出的第一和第二开口（310f，310g）。

11.根据权利要求10所述的风能设备，其中

所述热交换器在其内侧上具有支撑板或支撑接片（310e），所述支撑板或支撑接片构成第一和第二通道（310i，310j），其中所述第一和第二通道（310i，310j）用于引入和引出所述冷却液。

12.缓慢转动的同步发电机，具有

发电机定子、发电机转子（200）以及

用于冷却所述发电机转子（200）的液体冷却系统（300），

其中将所述液体冷却系统（300）设置在所述发电机转子（200）中或设置在所述发电机转子（200）上。

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