CN103390942B - 发电机，具体是用于风力涡轮机的发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电机（1），具体是用于风力涡轮机的发电机，包括相对于定子（3）可旋转安装的转子（2）和用于静止地安装所述定子（3）的支撑构件（10），其中所述定子（3）包括设置在所述定子（3）的表面上的至少一个槽，其由所述支撑构件（10）的表面界定，以便形成用于引导冷却剂的至少一个管道（9）。

Description

发电机，具体是用于风力涡轮机的发电机

技术领域

本发明涉及发电机，具体是用于风力涡轮机的发电机，其包括相对于定子被可旋转安装的转子以及用于静止地安装定子的支撑构件。

背景技术

在现有技术中广泛使用这种类型的电机，具体是发电机。设置在风力涡轮机的机舱内的发电机通常包括安装多个永磁体的转子。转子被刚性连接到风力涡轮机的旋转部件或者通过转换机械转矩的设置在中间的变速器被连接到风力涡轮机的旋转部件。第一类型的风力涡轮机被称为直接驱动式风力涡轮机，而后一类型的风力涡轮机被称为间接驱动型风力涡轮机。

在发电机的运转期间产生热量，具体地通过定子的磁化或再磁化（remagnetisation）产生热量。因此，定子通常由在定子内设置的管道内所引导的气态或液体冷却剂冷却。

此外，通常由金属制成的多个叠片来制造定子。叠片被构造成最小化磁滞效应以便对抗发电机运转期间定子的升温。

发明内容

本发明的目标是提供具有改进的冷却器件的发电机。

该目标是通过上述类型的发电机实现的，其中定子包括设置在定子表面内的至少一个槽，其由支撑构件的表面界定，以便形成用于引导冷却剂的至少一个管道。

定子可以具体地由金属制成的多个叠片制造。在定子表面上设置所述至少一个槽是制造过程的简单步骤，其可以被容易地结合到连续生产中。当定子被牢固地安装到支撑构件时，所述至少一个槽沿径向方向被支撑构件的表面界定，以便形成所述至少一个管道。

优选地，在所述至少一个管道内引导的冷却剂是气态介质，具体是空气。在包括堆叠定子且需要借助于液体冷却剂来冷却的实施例中，管状管材可以被设置在所述至少一个管道内。

由定子和支撑构件表面所界定的所述至少一个管道的设置特别适用于与气态冷却剂结合。在发电机运转期间，气态冷却剂的流动分布于各表面区域以便散热。一部分流动被引导通过在转子和定子之间提供的空气间隙，而另一部分流动被引导通过所述至少一个管道。因此，通过沿径向方向彼此分离的两个冷却剂流来提供冷却。冷却剂均匀分布在容纳在定子凹槽内的绕组上。此外，大面积的定子被用于散热。因为在所述至少一个管道内部分地引导冷却剂流动，所以减少了设置在转子和定子之间的空气间隙内的冷却剂流动。因此，实现了对设置在转子上的永磁体的部分绝热。这减少了对转子的加热并且因此还可以对抗发电机运转期间的永磁体的去磁。

在本发明的一种实施例中，所述至少一个槽被提供在定子的内表面上并且由支撑构件的外表面界定。这种实施例对应于包括周向地围绕定子的外部转子的发电机。在替代性实施例中，转子被设置成内部转子。因而，所述至少一个槽被设置在定子的外表面上并且由在发电机被组装时封罩定子的支撑构件的内表面界定。

优选地，定子包括绕定子的周边以规则间隔分布的多个槽，以便形成用于引导冷却剂的多个管道。多个管道的设置允许冷却剂在定子上的均匀分布，以便最小化由于过热（特别是短路）导致的损坏的风险。

所述至少一个槽优选地沿轴向方向延伸，该轴向方向由转子相对于定子的旋转轴线限定。在所述至少一个槽和设置在转子和定子之间的空气间隙内被引导的冷却剂流动平行于轴向方向流动以便均匀耗散来自绕组的热量。可以在所述至少一个管道内以低流速和压降来实现充分冷却。

用于风力涡轮机的发电机通常包括定子，所述定子具有显著尺寸，其难以通过模制过程作为单件来生产。在本发明的优选实施例中，定子由多个定子节段组装而成以便简化制造过程。每个定子节段可以通过模制过程生产并且/或者可以由金属叠片制成。每个定子节段包括至少一个槽并且在被组装时延伸过定子的环形区段。

在本发明的优选实施例中，所述至少一个管道配备有散热片。散热片可以是与支撑构件和/或定子整体形成的金属元件。散热片突入所述至少一个管道内以便增加用于向冷却剂传输热量的内表面。

支撑构件优选地是中空的并且包括界定内部的两个环形端壁。每个端壁包括以规则间隔周向分布的多个孔。具有带孔的端壁的中空支撑构件可以用于引导气态冷却剂，具体地用于在所述至少一个管道和/或空气间隙内被引导的冷却剂流动的再循环。在中空支撑构件内被引导的冷却剂流动与所述至少一个管道和/或空气间隙内被引导的冷却剂流动相反地流动。因此，气态冷却剂可以在具有闭环冷却回路的发电机内循环。

在本发明的进一步改进中，提出了在支撑构件的端壁之间额外设置分隔壁。分隔壁将中空支撑构件的内部划分为两个室。产生气态冷却剂流动的风扇被安装在分隔壁上。因而，支撑构件的内部被划分为压力室和吸力室。风扇可以被控制成产生提供充分冷却的适当流速。具体地，可以根据转子的旋转速度和/或定子的温度来控制风扇产生的流速。为此目的，发电机可以包括适当的控制装置，其被连接到适当的传感器，具体是能够测量定子温度的传感器。

根据本发明的替代性实施例，所述至少一个风扇是轴向或离心风扇。

附加地，液冷装置的热交换器件可以被安装在分隔壁上。因此，热可以从在定子内循环的气态冷却剂传输到在热交换器内被引导的液体冷却剂。发电机优选地具有第一冷却系统，其包括循环通过所述至少一个管道及支撑构件的内部的气态冷却剂，其从定子的绕组和其他部件移除热量。随着在发电机运转期间气态冷却剂升温，通过第二冷却系统从气态冷却剂移除热量，该第二冷却系统包括流动通过被安装在吸力室和压力室之间的分隔壁上的热交换器以便优化热交换的液体冷却剂。

本发明进一步涉及具有如上所述发电机的风力涡轮机。因为发电机具有改进的散热器件，所以可以避免由于过热导致的损坏。此外，可以减少永磁体的去磁。具有发电机的风力涡轮机因此可以可靠地运转更长时间。这样最小化了维护工作，这又允许在远程地点（具体地近海平台）设立风力涡轮机。

在本发明的一种优选实施例中，支撑构件是风力涡轮机的主轴，其被静止地设置在机舱内。具有所述至少一个槽的定子直接安装在主轴上以便优化现有安设空间的使用。沿轴向方向引导气态冷却剂的所述至少一个管道提供了充分冷却，以致不需要被置于主轴内用于冷却目的的额外径向孔。

附图说明

参考特定实施例且参考附图进一步具体解释本发明，附图中：

图1以截面图示出了具有带多个管道的定子的发电机，以及

图2以截面立体图示出了发电机。

在所有附图中同样的零件由同样的附图标记来标出。

具体实施方式

图1示意性示出了发电机1，其具有相对于定子3可旋转设置的转子2。转子2和定子3包括环形结构。转子2包括多个永磁体(未示出)和极靴4。定子3包括环形基础构 件。多个径向突出6从基础构件沿径向向外方向延伸。径向突出6绕定子3的周边以规则间 隔分布以便限定容纳传导绕组7的间隙。每个间隙6被楔8覆盖，该楔8由具有足够磁导率 的材料制成，以便当转子2相对于定子3旋转时可以在绕组7内感生电流。

这种类型的电机（具体是发电机）的工作原理是公知的。因此省略了进一步的解释。

多个槽被设置在定子3的下部内表面上。所述槽由牢固地连接到定子的环形支撑构件10的外表面界定。因此，定子3和支撑构件10的设置形成了被设置在支撑构件10和定子3之间的多个管道9。

每个管道9相对于被提供在转子2和定子3之间的空气间隙11沿径向方向移位。气态冷却剂（具体是空气）被引导通过空气间隙11和沿与转子2相对于定子3的旋转轴线平行的轴向方向延伸的多个管道9。

定子3由金属制成的多个叠片制成。绕组7由铜制成。

在替代性实施例中，绕组7由铝制成。

虽然图1所示的示例性实施例被构造成具有外部转子2的发电机1，不过建议为了包括内部转子的发电机提供类似设置的管道9来引导冷却剂。在这些实施例中，槽被设置在定子3的外表面上。因而，槽由围绕定子3的支撑构件10的内表面界定，该定子3又封罩内部转子。

图2以立体截面图示出了包括外部转子2的发电机1，如前文参考图1所示。转子2相对于定子3被可旋转地安装。通过轴承12实现可旋转支撑，该轴承12在示例性实施例中被构造成双列圆锥滚子轴承（double tapered roller bearing）。定子3被牢固地附接到支撑构件10，该支撑构件10在图2所示的示例性实施例中是风力涡轮机的主轴。主轴被静止地设置在风力涡轮机的机舱内。

定子3被多个螺栓17牢固地附接到支撑构件10。

支撑构件10是中空的并且具有限定内部的端壁13。每个端壁13包括多个孔14以用于引导气态冷却剂通过支撑构件10的内部。分隔壁15将支撑构件10的内部划分为两个室。在图2所示的示例性实施例中，分隔壁15具有连接支撑构件10的所述两个内室的中心开口16。开口16提供用于安装风扇的器件，该风扇适于在支撑构件10的内部内产生气态冷却剂的流动。因而，支撑构件10的内部被划分为由分隔壁15分开的吸力室和压力室。此外，用于热交换的器件被安装在分隔壁15的中心开口16上。用于热交换的器件是被设置成从在发电机1内循环的气态冷却剂移除热量的液冷装置的一部分。

在运转期间，通过风扇产生气态冷却剂的流动，以便一部分冷却剂流动通过多个管道9和空气间隙11，如图1最佳地示出。气态冷却剂沿轴向方向流动通过管道9和空气间隙11。冷却剂被引导通过设置在端壁13内的孔14并且通过支撑构件10的内部。因此，气态冷却剂在发电机1内循环以便将温度传感器3维持在适于运转的范围内。

安装在分隔壁15上的热交换器件将热量从在发电机1中循环的气态冷却传输到次级冷却回路。通过控制装置（未示出）控制风扇的旋转速度。具体地，控制装置可以根据风力涡轮机的运转参数来改变风扇的旋转速度。甚至更具体地，控制装置可以根据由适当传感器探测到的转子2的旋转速度和/或定子3的温度来调节气态冷却剂的流速。

虽然已经参考优选实施例具体描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，技术人员从所公开的示例能够得出其他变型而不背离本发明的范围。

Claims (8)

1.一种用于风力涡轮机的发电机（1），所述发电机包括相对于定子（3）可旋转安装的转子（2）和用于静止地安装所述定子（3）的支撑构件（10），其特征在于所述定子（3）包括设置在所述定子（3）的表面上的至少一个槽，所述至少一个槽由所述支撑构件（10）的表面界定，以便形成用于引导气态冷却剂的至少一个管道（9），其中所述支撑构件（10）是中空的并且包括界定内部的两个环形端壁（13），其中每个所述端壁（13）包括以规则间隔周向分布的多个孔（14），所述定子（3）包括多个槽，所述多个槽绕所述定子（3）的周边以规则间隔分布以便形成用于引导所述气态冷却剂的多个管道（9），其中，设置在所述端壁（13）之间的附加分隔壁（15）将所述支撑构件（10）的所述内部划分为两个室，其中所述分隔壁（15）安装至少一个风扇以便在所述支撑构件（10）的所述内部中产生所述气态冷却剂的流动。

2.根据权利要求1所述的发电机（1），其特征在于所述至少一个槽沿由所述转子（2）相对于所述定子（3）的旋转轴线所限定的轴向方向延伸。

3.根据权利要求1或2所述的发电机（1），其特征在于所述定子（3）由多个定子节段组装，每个定子节段包括至少一个槽。

4.根据权利要求1所述的发电机（1），其特征在于散热片被设置在所述至少一个管道（9）内。

5.根据权利要求1所述的发电机（1），其特征在于所述至少一个风扇是轴向或离心风扇。

6.根据权利要求1或5所述的发电机（1），其特征在于液冷装置的热交换器件被安装在所述分隔壁（15）上。

7.一种具有根据权利要求1至6中任一项所述的发电机（1）的风力涡轮机。

8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其特征在于所述支撑构件（10）是静止地设置在所述风力涡轮机的机舱内的主轴。