CN103460560A - 叠片铁心结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电机的，特别是无传动装置的风能设备的发电机的一种叠片铁心结构。在此所述叠片铁心结构包括至少一个叠片铁心、至少一个围绕所述叠片铁心设置的绕组、设置在所述叠片铁心和所述绕组之间的电绝缘介质，其中所述绝缘介质为了引导在所述绕组中产生的热具有复合材料。

Description

叠片铁心结构

技术领域

本发明涉及一种发电机的特别是无传动装置的风能设备的发电机的叠片铁心结构。此外本发明涉及一种发电机，特别是无传动装置的风能设备的发电机以及一种风能设备。除此之外本发明涉及一种用于制造叠片铁心结构的方法。

背景技术

极靴一般而言用于引导磁场并且使磁场线以预定义的形状离开和分布。这样的极靴在此由具有高的磁导率的材料构成。极靴例如在无传动装置的风能设备的发电机中设置在发电机的定子和/或转子中。在下文中将极靴理解为极靴叠片铁心，所述极靴叠片铁心构造为用于避免或者至少减少由多个单一的彼此绝缘的薄片引起的涡流。这同样适用于定子的叠片铁心，也就是说特别是定子中的在容纳绕组的槽之间的腹板。

提高无传动装置的风能设备的发电机的功率的可能性在于，提高励磁电流，也就是流经励磁绕组并且在此产生磁场的电流。这导致设置在各个极靴叠片铁心上的绕组和绝缘件的较高的温度负荷，并且因此可能导致极靴叠片铁心上的过热损伤。为了避免这样的损伤，一般而言用于这类发电机的空气冷却、水冷却或者结合的空气-水冷却是已知的。这样的已知的解决方案部分地具有较小的冷却能力或者因为发电机的构造上的改变是非常昂贵和耗费的。特别地，将冷却设备设置在具有凸极转子的同步式发电机的转子上，如它在无传动装置的风能设备中使用一样，结合有较大的构造上的耗费。在这里励磁线圈单独地分布在圆周上的各个线圈芯上。

发明内容

因此本发明的目的在于，消除、至少减少在上文中所描述的问题的至少一个。特别地，应实现发电机的特别是无传动装置的风能设备的发电机的叠片铁心结构的改进的散热。至少应提出一种可替选的解决方案。

为了实现所述目的，根据本发明提出一种根据权利要求1所述的发电机的叠片铁心结构。

发电机的特别是无传动装置的风能设备的发电机的这样的叠片铁心结构具有至少一个叠片铁心特别是极靴叠片铁心、至少一个围绕叠片铁心设置的绕组和设置在叠片铁心和绕组之间的电绝缘介质。在此绝缘介质为了引导绕组中产生的热具有复合材料。在下文中将复合材料理解为由两种或多种彼此连接的材料构成的材料。在此复合材料能够包括纤维复合材料或纤维复合塑料，所述纤维复合材料或纤维复合塑料由置放的基质以及加强的纤维构成。作为纤维例如能够使用玻璃纤维、芳纶纤维或者自然纤维如纤维素纤维。所述纤维在此优选以纺织的面织物的形式也就是说以毛毡的形式存在。可替选的是，纤维也以织物或麻布的形式存在。基质例如能够包括热固性塑料如合成树脂、弹性体或者热塑性塑料。优选使用环氧树脂或者硅树脂。

叠片铁心结构包括叠片铁心和其它的元件。叠片铁心能够是转子的极靴叠片铁心或者定子的定子叠片铁心。所有的结合极靴叠片铁心提出的说明按意义也适用于定子叠片铁心并且反之亦然。

对于这样的复合材料一个例子是被树脂浸渍的纸。在此树脂优选处于所谓的B状态中，也就是说处于如下状态中，在所述状态中材料例如已经热处理，但是尚未经过最后的处理。树脂因此仍是能起反应的并且能够相应地被进一步处理。

此外复合材料能够包括颗粒复合材料。在下文中将颗粒复合材料理解为如下复合材料，在所述复合材料的基质中嵌入其它的元件的微粒。这样的元件例如能够包括陶瓷颗粒、高熔点金属的或者其它金属的颗粒或硬质材料的颗粒。

在使用这样的由复合材料构成的绝缘介质时，高的电绝缘能力以及良好的导热能力是有利的。

绝缘基质优选具有纸，特别是芳纶纸，和另一个设置在所述纸上的已在树脂中浸渍过的材料层，特别是玻璃纤维毛毡。在此纸和已在树脂中的浸渍过的材料层共同形成复合材料。这类绝缘介质不是导电的并且因此用于电绝缘。在热力学上反之它良好地传导并且因此能够将在绕组中产生的热至少部分地例如引到叠片铁心中。通过附加地施加例如借助树脂浸渍的玻璃纤维毛毡能够避免、至少减少空气杂质。毛毡的良好的吸入效应在此产生最佳的毛细作用，也就是说填充空腔。此外复合材料的强度被提高以及在绝缘纸和毗邻的叠片铁心之间建立牢固的（更紧密的）粘接。

通过使用复合材料，基质的一部分能够置于小的细孔和接缝中，特别是在叠片铁心的表面上的细孔和接缝中。因此在该处能够避免空气杂质并且因此能够改善从绕组到叠片铁心的热传递。通过使用复合材料可能的是，提供对此而言足够量的基质，所述基质能够不提供绝缘纸。

这样的毛毡能够具有不同的纤维。优选使用玻璃纤维。可替选的是，能够使用由纤维素、聚酰胺、聚酯、芳纶或类似物构成的纤维。通过使用这样的毛毡，复合材料的总厚度被保持为是非常小的。这样的毛毡位于从几μm直至50μm至100μm的厚度范围中。这样一种薄材料相对于厚的材料导致导热能力的提高。

可替选的是，能够使用漆作为绝缘介质，在所述漆上仅设置已在树脂中浸渍过的毛毡。在此省去纸。在这里有利的是，通过此方式材料厚度降低并且因此导热能力被提高。

在根据本发明的叠片铁心结构的另一个优选的实施方式中，绝缘介质包括陶瓷颗粒。这样的陶瓷颗粒作为纳米颗粒加入基质材料中。陶瓷颗粒支持电绝缘以及支持例如从绕组到例如叠片铁心的热传导。有时陶瓷颗粒支持流动过程。

这样的设置有陶瓷颗粒的基质材料，特别是树脂，例如被施加在纸上以便提高导热能力。陶瓷颗粒在此例如能够由氧化铝、碳化硅、氧化锆、二氧化硅和类似物形成。

作为陶瓷颗粒的替选方案或者附加地能够将云母例如真正的云母、脆云母或者人造云母加入到树脂中。

根据一个设计方案提出，至少一个叠片铁心具有完全地或者部分地围绕叠片铁心的冷却体，其中所述冷却体设置在叠片铁心和绕组之间。因此在冷却体和热源也就是绕组之间实现紧密的热接触，并且热源被直接冷却。因此之前导致过热的热量被排出，以便因此避免绝缘件和绕组上的损伤。出现在叠片铁心中的增温例如因涡流损耗和铁耗引起的增温，同样能够从叠片铁心到达冷却体并且以简单的方式被排出。

优选绝缘介质设置在绕组和冷却体之间。因此例如由铝设计而成的冷却体相对于绕组电绝缘，并且热量能够从绕组被导向至冷却体。

这样的冷却体优选设计有平滑的面。因此在绝缘介质中能够省去材料层例如纸并且例如能够使用已在树脂中浸渍过的毛毡。

在根据本发明的叠片铁心结构的一个优选的实施方式中，冷却体具有接口，其中所述接口完全地或者部分地集成在叠片铁心中。这样的集成例如实现为，使得叠片铁心的角被空出并且将接口设置在这个区域中并且因此有效地利用被空出的或被节省的位置。接口因此能够占据极靴叠片铁心的角的或边棱的位置并且因此被集成到叠片铁心结构的形状中。

本发明优选包括一种发电机，特别是无传动装置的风能设备的发电机，该发电机具有转子和定子。在此转子和/或定子具有至少一个叠片铁心结构。转子具有转子带和/或定子具有定子带，所述转子带和定子带分别具有用于输送冷却介质特别是冷却液的冷却通道。在此术语转子带表示具有定义的半径的转子的环绕的支撑环，所述支撑环支撑叠片铁心，在这里也就是极靴叠片铁心。术语定子带相应地表示具有定义的半径的转子的环绕的支撑环，所述支撑环也能够表示为定子环。

在此大多数由绕组产生的热至少部分地经由绝缘介质导入到叠片铁心中并且从该处导入到冷却通道中。这样的冷却通道在此优选由冷却液，特别是具有一部分乙二醇的水通流。在此冷却通道是闭合的冷却循环的部分，在所述部分中通过叠片铁心上的散热而增温的冷却液再次被冷却。

根据本发明的另一个实施方式，发电机的转子和/或定子分别包括至少两个叠片铁心。在此各个叠片铁心具有一个冷却体或冷却体之一，并且所有的冷却体经由至少一个冷却通道彼此功能性地连接。冷却体在此位于叠片铁心和绕组之间并且因此直接冷却所述叠片铁心。

优选发电机的转子具有紧急空气冷却装置。在此例如在定子钟型罩中空气借助于通风机被压入到发电机中并且能够在该处此外为了冷却被引导穿过转子和定子之间的发电机缝隙。在此通风机在正常的运行状态中尽可能慢地被驱动。在常规的冷却系统失灵的情况中，通风机被换成高档，以便增加地供给进行冷却的空气。

此外根据本发明提出一种具有根据本发明的发电机的风能设备。在此风能设备包括与至少一条冷却通道功能性连接的泵以及冷却器，特别是用于再冷却冷却介质的外部冷却器。泵在此通过冷却循环抽吸冷却介质。冷却介质因此优选被导向至再冷却器，在所述再冷却器中冷却介质被冷却并且经由接口部位再被抽吸回到冷却通道中。

优选外部冷却器设置为，使得它经由自然的空气迎流被冷却。这样的外部冷却器位于风能设备的吊舱中或吊舱上，优选在吊舱的至少一个外侧上或者在导流罩上或导流罩中。在此外部冷却器优选具有翅片管或者类似翅片的冷却元件，所述翅片管或者类似翅片的冷却元件具有足够大的表面，以便确保所需要的散热。

可替选的是，也能够例如通过通风机使用人工的空气迎流用于冷却。

除此之外提出一种用于制造根据本发明的叠片铁心结构的方法。所述方法在此包括下述步骤：

-将复合材料设置在极靴叠片铁心上，

-围绕所设置的复合材料设置绕组，

-处理复合材料，以至于它置于叠片铁心的和/或绕组的凹槽中，

-硬化复合材料，

以至于复合材料完全地或者部分地形成绝缘介质用于在叠片铁心和绕组之间导热和电绝缘。在此复合材料在预热的状态中被缠绕在叠片铁心上并且紧接着优选整个发电机例如浸渍在树脂中。因此避免了空气杂质，至少减少了空气杂质。发电机和/或发电机浸渍在其中的池，在此优选具有大约120℃至160℃的温度，特别是大约150℃的温度。

优选复合材料具有借助树脂浸渍的纸和/或借助树脂浸渍的毛毡。因此树脂的流动特性被改善。

在另一个优选的实施方式中，复合材料添加有陶瓷颗粒。这些陶瓷颗粒优选在将复合材料设置在叠片铁心上之后或之前被加入到树脂中，优选类似于涂抹膏。因此避免了空气杂质，至少减少了空气杂质。或者陶瓷颗粒事先特别是与基质一起被添加给复合材料。

根据另一个实施方式，复合材料通过热处理优选通过退火进行硬化。可替选的是，复合材料可能通过光硬化来硬化。

附图说明

接着根据示范性的一些实施例在参考附图的情况下详细阐述本发明。

图1示出风能设备的简化的示图。

图2示出两个叠片铁心结构的一个实施例。

图3示出图2的一个截面。

图4示出图2的剖视图。

具体实施方式

图1示出风能设备的非常简化的示图，所述风能设备的整体通过附图标记100来表示。塔12支撑吊舱16（可替选的是，对于吊舱也能够使用术语机舱）。吊舱16在使用（未描述的）方位角轴承的情况下安装在塔12的头部上，以至于能够经由（同样未描述的）方位角驱动器实现风向追踪。吊舱16和塔12之间的过渡部由吊舱套14遮盖并且因此防止受到天气影响。

吊舱16也包含（同样未描述的）轮毂，在所述轮毂上放置转子叶片24。通过转子叶片24，轮毂（与导流罩，即吊舱16的前部）进行转动。这种转动运动传输到发电机的转子上，以至于风能设备10在足够的风速情况下产生电能。

图2示意性地示出两个叠片铁心结构，即两个分别具有叠片铁心也就是极靴叠片铁心11和绕组4的极靴结构1，所述绕组设置在转子2上。在此仅描述转子2的一个截面。转子2具有支撑环，所述支撑环被称为转子带3并且支撑极靴叠片铁心11。转子带包括在这里未描述的、径向环绕的冷却通道。为了图解说明，导热5的方向通过箭头来说明。相应地，在绕组4中产生的热经由极靴叠片铁心11导入到转子带3中。为了引走热，使用设置在转子带3中的冷却通道。冷却通道由冷却介质通流，所述冷却介质是闭合的冷却循环的一部分。增温的冷却介质从该处被抽吸到再冷却器中并且在热量转移之后重新被抽吸到冷却通道中。

图3示出来自于图2的具有附图标记B的一个截面，所述截面图解说明了极靴结构1的被放大的区域，在所述截面中极靴叠片铁心11和绕组4之间的区域被放大并且部分地以图解说明的方式被描述。在绕组4和极靴叠片铁心11之间描述了复合材料10作为绝缘介质的一个示例，所述复合材料具有纸7、毛毡9和树脂8。各个部件在此被连接到一个组件，所述组件在构造叠片铁心结构如极靴结构1时能够作为薄膜被施加。在此可获悉的是，树脂8置于绕组4的间隙中并且因此避免了空气杂质，至少减少了空气杂质。极靴叠片铁心11的表面的不平坦性也被补偿，所述极靴叠片铁心由不同极靴片（在这里未描述）组装成。

图4示出极靴结构1的剖视图的一个截面。在图4中可获悉极靴叠片铁心11的各个极靴片6或薄片6。此外可获悉绕组4以及纸7、毛毡9和树脂8。极靴叠片铁心11的外周由于各个薄片6不具有平滑的表面并且因此根据图4的剖面描述的表面由于各个叠片铁心6不具有光滑的表面。可能由于边棱20的不平坦或者也由于在极靴片6之间小的错位出现接缝或细孔，因为所述接缝或细孔产生空气杂质的风险并且因此产生差的导热性的风险。因此使用纸7和毛毡9。它们分别具有大的吸力，通过所述吸力实现了改善的毛细作用，以及大量的树脂能够被容纳并且被提供在所示出的使用地点上，以便置于接缝或细孔中并且防止或减少空气杂质。特别地，毛毡能够容纳并且提供大量的树脂。

图3和4分别示意性地示出图2的截面。在图2、3和4之间在细节上可能出现不同。

Claims (15)

1.一种发电机的，特别是无传动装置的风能设备（100）的发电机的一种叠片铁心结构（1），包括：

-至少一个叠片铁心（11），

-至少一个围绕所述叠片铁心（11）设置的绕组（4），

-设置在所述叠片铁心（11）和所述绕组（4）之间的电绝缘介质，

其中所述绝缘介质为了引导在所述绕组中产生的热具有复合材料（10）。

2.根据权利要求1所述的叠片铁心结构（1），其特征在于，所述绝缘介质具有纸（7），特别是芳纶纸，和另一个设置在所述纸（7）上的已在树脂（8）中浸渍过的材料层（9），特别是玻璃纤维毛毡。

3.根据权利要求1或2所述的叠片铁心结构（1），其特征在于，所述绝缘介质包括陶瓷颗粒。

4.根据上述权利要求之一所述的叠片铁心结构（1），其特征在于，所述至少一个叠片铁心（11）具有完全地或者部分地围绕所述叠片铁心（11）的冷却体，其中所述冷却体设置在所述叠片铁心（11）和所述绕组（4）之间。

5.根据权利要求4所述的叠片铁心结构（1），其特征在于，所述绝缘介质设置在所述绕组（4）和所述冷却体之间。

6.根据权利要求4或5所述的叠片铁心结构（1），其特征在于，所述冷却体具有接口，其中所述接口完全地或者部分地集成在所述叠片铁心中。

7.一种发电机，特别是无传动装置的风能设备的发电机，所述发电机具有转子（2）和定子，其中所述转子（2）和/或所述定子具有至少一个根据上述权利要求之一所述的叠片铁心结构（1），并且所述转子（2）具有转子带（3）和/或所述定子具有定子带，所述转子带和所述定子带分别具有用于输送冷却介质特别是冷却液的冷却通道。

8.根据权利要求7所述的发电机，其特征在于，所述转子（2）和/或定子分别包括至少两个叠片铁心（11），其中各个叠片铁心（11）具有一个冷却体或冷却体之一，并且这些冷却体经由至少一条冷却通道功能性地彼此连接。

9.根据权利要求7或8之一所述的发电机，其特征在于，所述转子（2）具有紧急空气冷却装置。

10.一种具有根据权利要求7至9之一所述的发电机的风能设备（100），所述风能设备包括与至少一条冷却通道功能性连接的泵和冷却器，特别是用于再冷却冷却介质的外部冷却器。

11.根据权利要求10所述的风能设备（100），其特征在于，所述外部冷却器设置为，使得它经由自然的空气迎流被冷却。

12.一种用于制造根据权利要求1至6之一所述的叠片铁心结构（1）的方法，包括下述步骤：

-将所述复合材料（10）设置在所述叠片铁心（11）上，

-围绕所述复合材料（10）设置所述绕组（4），

-处理所述复合材料（10），以至于它置于所述叠片铁心（11）的和/或所述绕组（4）的凹槽中，

-使所述复合材料（10）硬化，

以至于所述复合材料（10）完全地或者部分地形成绝缘介质用于在所述叠片铁心（11）和所述绕组（4）之间导热和电绝缘。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述复合材料（10）具有借助树脂（8）浸渍的纸（7）和/或借助所述树脂浸渍的毛毡。

14.根据权利要求12或13之一所述的方法，其特征在于，陶瓷颗粒被供应给所述复合材料（10）。

15.根据权利要求12至15之一所述的方法，其特征在于，所述复合材料（10）通过热处理进行硬化，优选通过退火进行硬化。

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