CN103368291A - 转子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了转子装置。用于发电机(1)的转子装置(4)，该转子装置(4)包含具有多个周向毗邻布置的磁性元件(6)的转子(3)，其中，至少一个轴向延伸的垫块元件(10)布置在至少两个周向毗邻布置的磁性元件(6)之间。

Description

转子装置
技术领域
本发明涉及一种用于发电机的转子装置，该转子装置包含具有多个周向毗邻布置的磁性元件的转子。
背景技术
譬如发电机的电机运行伴随着热量的产生，尤其是源自定子中的所谓铜损。为给相应的电机提供适当的冷却，公知的是，从电机的侧面(face side)向位于相应电机的定子和转子之间的气隙内吹送气态冷却介质。该气态冷却介质在轴向方向(即轴向沿着该气隙)和径向方向(即穿过定子内相应的径向通道或管道)循环通过该电机。
由此，气态冷却介质的轴向流速与该气态冷却介质的径向流速成反比。因此，由于实际上气态冷却介质的轴向流速通常分别从发电机或定子的侧面向中心逐渐减小，与布置在该发电机或定子的中心部位的径向通道或管道内的径向流速相比，分别布置在其侧面区域的径向通道或管道内的径向流速通常更低。
该效应引起了在相应径向通道或管道内的气态冷却介质的径向流速在轴向上的分布不均匀，且因此在整体上对发电机的冷却效率产生了负面影响。
发明内容
本发明的目的在于提高相应发电机的冷却效率。
这是通过如开头指明的转子装置创造性地实现，该转子装置的特征在于，在至少两个周向毗邻布置的磁性元件之间，布置至少一个轴向延伸的垫块元件。
本发明基于的想法是协调地影响在转子和相应定子之间的沿着转子或发电机轴向长度方向的气隙中流动的相应气态冷却介质或冷却气体的轴向流速，所述转子或发电机装备有借助相应轴向延伸、尤其纵向延伸的垫块元件的创造性转子装置，垫块元件布置在至少两个周向毗邻布置的磁性元件(即转子的永磁体或类似装置)之间。
因此，可协调影响或控制冷却气体的轴向流动分布，即尤其是轴向流速分布，旨在提高在转子或关于该转子径向相对配置的定子的轴向中心区域的轴向流速。如此，即通过协调地成型转子和定子之间的气隙横截面，可实现冷却气体的轴向流速的均衡分布，其也导致相应定子的相应径向通道或管道中的径向流速的分布均衡，这是因为(如上所述)相应的冷却气体的轴向和径向流速之间存在着关联。总而言之，由于冷却性能沿着发电机轴向长度分布更加均衡，装配了创造性转子装置的相应发电机的冷却效率得到提高。
前述的效应不仅基于在相应周向毗邻布置的磁性元件之间仅提供相应的垫块元件，还基于其具体的几何形状，该形状选择成协调地影响、即特别地改变相应冷却气体的空气动力学的流动分布，以在轴向上(即沿着位于转子和相对于该转子径向相对配置的相应定子之间的气隙延伸)基本保持不变。
关于相应垫块元件的数量和排列，给出了一些任意的可能性。优选地，位于相应的周向毗邻布置的磁性元件之间的每个周向气隙设有至少一个相应的垫块元件。然而，有可能在相应的周向毗邻布置的磁性元件之间的某些周向气隙可以是空的。将垫块元件附接到转子，即转子框架或类似物可以通过例如粘合连接、焊接连接、铜焊连接、或螺纹连接来建立。借助该垫块元件和该转子设有的相应外形和/或力锁合元件，将垫块元件机械附接到该转子也是可行的。也就是说，通过楔形榫头连接(即该垫块元件和该转子设有的相应凸起和对应的凹槽或类似物)在该垫块元件和该转子之间可以建立连接。相应的凹槽和凸起可例如通过对该转子和/或该垫块元件进行机械加工而制成。
优选地，垫块元件具有平面底部区域附接到该转子，以及至少一个自由暴露的倾斜区域，该区域相对于底部区域倾斜。因此，该平面底部区域用于提供用于连接该垫块元件与该转子的连接点，而该倾斜区域用于主动地影响流动分布，即特别是相应冷却气体的该轴向流速分布。因此，倾斜区域的几何形状选择成提供该冷却气体的均衡轴向流动分布。因此，确定相应垫块元件的任何具体尺寸以及倾斜角度必须考虑转子装置以及装备了该转子装置的发电机的具体结构设计。
通常，当在轴向上切割相应垫块元件时，该倾斜区域包含两个对称地、相反倾斜的倾斜区域部段是有利的，使得该垫块元件的相应形状可被视为双楔(double-wedge)或类似屋顶的形状。然而，相应垫块元件的单楔或(本质上)三角形状也是可行的。这特别应用于相应垫块元件的轴向尺寸小于该转子的轴向尺寸的时候，使得通常至少两个相应垫块元件可轴向连续布置在两个周向毗邻布置的磁性元件之间。
因此，根据优选的实施方式，相应垫块元件具有平面底部区域和两个关于该底部区域倾斜的倾斜区域，该倾斜区域借此相对于该底部区域相反地倾斜。于是，可实现冷却气体的轴向及更进一步径向的均衡流动分布。在从发电机的两个侧面在气隙中吹送冷却气体的时候，该实施方式是尤其可取的。
为了建立相应垫块元件的如前述的双楔或类似屋顶的形状，优选的是在从两个相应的倾斜区域发散的时候，倾斜区域布置成使得其在该垫块元件的轴向中心建立尖端部。因此，相应垫块元件的高度从其侧面朝向其中心增加，以建立尖端部。因此，由于该垫块元件优选为对称元件，该相应倾斜区域的坡度优选为相等的。
然而，垫块元件关于其轴心为非对称元件通常也是可能的。于是，从该发电机或该转子装置的相应侧面分别进入该气隙的冷却气体的流动分布之间的任何差别都可能会碰到。因此，通过考虑从用于定形垫块元件的特定发电机结构的两个侧面进入该气隙的冷却气体的给定流动分布，可获得在该气隙中冷却气体的相应轴向和径向流速的协调控制。
相应垫块元件的双楔或类似屋顶的形状也包括基本上是双楔或类似屋顶的形状，例如，即该倾斜区域可被相应的平坦区域所打断。相应的平坦区域可特别地设在相应垫块元件的轴向中心区域，以促使更多的冷却气体穿过发电机侧面区域中的径向通道，即在气隙的轴向端部区域中。
由此，该相应的倾斜区域相对于底部区域倾斜锐角。因此，该倾斜角小于90°，且通常在0.5-40°的范围内，特别地是1-10°，尤其是1-2°。根据具体示例性实施方式，相应角度可以是1.4°。
作为整体构造相应垫块元件的替代，还可能的是相应垫块元件由至少两个单独的垫块元件部段制成或包含至少两个单独的垫块元件部段，该两个单独的垫块元件部段组装后适于建立该垫块元件。
根据简单的实施方式，垫块元件部段每个可代表完整垫块元件的一半，即该垫块元件被分为两个相应的半块。当从具有类似双楔形状的垫块元件向外发散时，每个垫块元件部段具有单个楔的形状。为了建立该垫块元件，相应垫块元件部段的竖直延伸的侧平面要邻接以便建立垫块元件的前述双楔样的形状。因此，垫块元件可由两个、特别是横截面、对称的垫块元件部段构造而成，该垫块元件部段具有楔形横截面的形状。
当然，相应垫块元件也可包含超过两个的相应垫块元件部段。由此，相应垫块元件部段的形状(即，特别是相应倾斜区域的坡度)优选互相适应，因此可在冷却气体的流动分布方面实现适当效应。
本发明还涉及发电机，特别是用于风力涡轮机的发电机。该发电机包括定子装置和如上所述的转子装置，定子装置包含定子。所有关于创造性的转子装置的注释也适用于该创造性的发电机。
附图说明
本发明被参照附图详细地描述，其中：
图1示出了发电机的轴向剖视原理图；
图2示出了根据第一示例性实施方式的垫块元件的侧视原理图；
图3示出了根据第二示例性实施方式的垫块元件的侧视原理图；
图4示出了图1中沿线IV-IV的剖视图；
图5示出了图1中沿线V-V的剖视图。
具体实施方式
图1示出了譬如特别用作风力涡轮机中的发电单元的发电机1的轴向剖视原理图。该发电机1包含环形定子2和作为转子装置4一部分的环形转子3，通过适当的轴承装置，该转子3相对于定子2被可旋转地支撑，使得该转子3可绕中心轴线A旋转。
该定子2设有多个定子绕组5，借此图只示出该定子绕组5的轴向延伸离开该定子2的末端部。该转子3设有多个轴向延伸的、条形的由永磁材料制造而成的磁性元件6。
该发电机1设有冷却装置，允许对发电机1进行空气冷却，即通过从两个侧面吹送冷却气体(即，例如空气)进入在转子3和定子2之间延伸的气隙7，该发电机1被冷却。因此，该发电机1包含多个风扇或类似物。该冷却气体在轴向和径向方向延伸(参见箭头8)，即该冷却气体不仅通过气隙7轴向循环，而且还通过相应的径向通道9径向循环，该径向通道9沿定子2的轴向长度设在限定的轴向位置。
为主动影响该冷却气体的轴向流速以及因此该冷却气体的径向流速(由于该冷却气体的轴向流速与径向流速呈反比)，在该转子3上提供相应的垫块元件10。
该垫块元件10被布置在周向毗邻布置的磁性元件6之间，即位于在两个相应的周向毗邻布置的磁性元件6之间延伸的相应气隙或槽之间(参见图4、5)。由此，相应垫块元件10的尺寸典型地适应在两个相应的周向毗邻布置的磁性元件6之间延伸的相应气隙的周向和轴向尺寸。该垫块元件10可通过任何合适并稳定的连接附着到转子3，所述合适并稳定的连接将垫块元件10牢固地保持就位，即特别是通过粘结、焊接、铜焊或螺纹连接。
如从图2(其示出了根据第一示例性实施方式的垫块元件10的侧视原理图)特别看出那样，该垫块元件10具有双楔形状。因此，相应的垫块元件10通常是对称元件，其具有平面底部区域11和两个斜坡状的倾斜区域12、13，倾斜区域12、13相对于底部区域11倾斜。由此，该相应的倾斜区域12、13相对于底部区域11倾斜锐角(参见倾角α）。该倾角α可例如为1.4°。该倾斜区域12、13相对于底部区域10相反地倾斜以便在该垫块元件10的轴向中心形成尖端部14，给与该垫块元件10上面所述的双楔或类似屋顶的形状。
该垫块元件10的特定形状产生渐变，即从该发电机的侧面朝向其轴心，气隙7的截面积减小。如此，该发电机轴向中心区域中的气隙的横截面可减小例如大约25％(参见图4、5中所示的气隙7的横截面积A1、A2)。通过改变倾斜区域12、13的倾角α主要影响该气隙7横截面的变化。
因此，冷却气体的轴向流速可被协调影响使得该冷却气体在轴向外部中流动比在轴向中心中流动要慢。因此，可实现该冷却气体的径向流速沿着轴向布置的径向通道9分布更加均衡，使得冷却机构的冷却效率可以提高。已知的用于提高发电机冷却效率的结构上笨重的方法(例如改变径向通道9的轴向尺寸和/或增加径向通道9的数量)是不必要的了，但是从原理上存在附加的可能。于是，在该创造性的原理中，在径向通道9内冷却气体压力下降的问题不复存在。
作为成为整体部件的相应垫块元件10的替代，还可能的是相应垫块元件可为分部段元件。图3示出了根据第二示例性实施方式的垫块元件10的侧视原理图。由此，该垫块元件10包含两个独立的垫块元件部段15、16，其适用于当其组装后构成该垫块元件10。图3的实施方式示出了两个分别对称的垫块元件部段15、16，其都具有楔样形状，以便当其被组装或邻接布置(即它们相应的相对侧面互相邻接)时构成垫块元件10的前述双楔样形状。
同样地，相应的垫块元件10还可以被分成超过两块的相应垫块元件部段15、16。由此，在相应垫块元件部段成形为在组装后可得到该垫块元件10的预期双楔形状的前提下，任意的配置都是可能的。
尽管参照优选实施方式对本发明进行了详尽的描述，但本发明并不限于公开的示例，技术人员在不脱离本发明范围的情况下从这些示例能够推导出其他变形。

Claims (9)

1.用于发电机(1)的转子装置(4)，该转子装置(4)包含具有多个周向毗邻布置的磁性元件(6)的转子(3)，其特征在于在至少两个周向毗邻布置的磁性元件(6)之间布置至少一个轴向延伸的垫块元件(10)。
2.根据权利要求1所述的转子装置，其中，垫块元件(10)具有附接到所述转子(3)的平面底部区域(11)和至少一个自由暴露的倾斜区域(12、13)，其相对于所述底部区域(11)倾斜。
3.根据权利要求1或2所述的转子装置，其中，垫块元件(10)具有平面底部区域(11)和两个相对于所述底部区域(11)倾斜的倾斜区域(12、13)，由此所述倾斜区域(12、13)相对于所述底部区域(11)相反地倾斜。
4.根据权利要求3所述的转子装置，其中，所述倾斜区域(12、13)布置成使得它们在所述垫块元件(10)的轴向中心构成尖端部(14)。
5.根据权利要求3或4所述的转子装置，其中，所述倾斜区域(12、13)相对于所述底部区域(11)以锐角(α)倾斜。
6.根据前述权利要求之一所述的转子装置，其中，相应的垫块元件(10)由适用于组装后构成所述垫块元件(10)的至少两块独立的垫块元件段(15、16)构造而成。
7.根据权利要求6所述的转子装置，其中，垫块元件(10)由两块，尤其是横截面对称的垫块元件段(15、16)构成，所述垫块元件段(15、16)具有楔形横截面。
8.根据前述权利要求之一所述的转子装置，其中，至少一个垫块元件(10)布置在所有的周向毗邻布置的磁性元件(6)之间。
9.发电机(1)，特别用于风力涡轮机，包含定子(2)和根据前述权利要求之一所述的转子装置(4)。
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