CN107636941A - 用于发电机的定子环以及发电机和具有这种发电机的风能设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于发电机(1)的定子环(16)，所述发电机尤其是风能设备(100)的同步发电机或环形发电机，所述定子环具有：多个用于容纳定子绕组(W)的槽(17)，和磁轭(J)。提出：所述定子环(16)在所述磁轭(J)的区域中具有至少一个冷却凹口(15)，所述冷却凹口具有两个彼此相对置的冷却壁(39，41)，在所述冷却凹口中设置有第一和第二冷却体(19，21)，所述第一和第二冷却体分别具有朝向彼此的、在彼此之上滑动的楔面(31，33)以及分别相对于所述楔面具有朝向所述冷却壁的热耦合面(35，37)，所述热耦合面用于从所述冷却壁中的一个中导出热能，并且所述第一和第二冷却体彼此相对移动，使得所述热耦合面压靠在所述冷却壁上。

Description

用于发电机的定子环以及发电机和具有这种发电机的风能 设备

技术领域

本发明涉及一种用于发电机的定子环，尤其风能设备的同步发电机或环形发电机的定子环。本发明此外涉及这种同步发电机或环形发电机。此外，本发明涉及一种具有这种发电机的风能设备。最后，本发明也涉及冷却体装置用于从冷却凹口中导出热能的应用。

背景技术

上述类型的定子环基本上是已知的。它们通常具有多个用于容纳定子绕组的槽，在所述定子绕组中通过沿着定子绕组运转的转子感应产生电功率。定子环通常构造为，使得所述定子环以邻接于承载槽的部段的方式具有磁轭。在用于内转子的定子环中，磁轭径向地位于设有槽的区域外部。在用于外转子的定子环中相应地反过来。在此，槽径向地位于磁轭外部。

由于电功率的感应产生，在上述类型的发电机中，并且尤其在定子环中引起热形成。为了将由此所引起的功率损耗保持得尽可能小，有效的散热是力求实现的。

从现有技术中已知也直接将热从定子环中导出的不同的方法途径。参考文献EP 2419 991 B1例如示出管的应用，所述管延伸穿过定子环并且液压地扩张，以便牢固地附在凹口中，这有助于更好的热传输。

虽然根据例如上述类型的冷却在实践中一般被认为是有效的，但是对于安装管道和扩张管道所需要的仪器方面的耗费还有所需要的时间耗费被认为是不利的。此外，当管道曾经被扩张时，所述管道难以再次从定子环中移除。这被认为是不利的。

发明内容

在这个背景下，本发明基于下述目的，提出一种上述类型的定子环，其中尽可能克服现有技术中的缺点。特别地，本发明基于下述目的，提出一种定子环，所述定子环在降低安装耗费的情况下实现了对定子环的有效冷却。本发明尤其还基于下述目的，提出一种具有冷却方案的定子环，其中冷却装置也能够事后简单地移除。

本发明通过如下方式在一开始描述类型的定子环中解决其所基于的目的：定子环在磁轭的区域中具有至少一个冷却凹口，所述冷却凹口具有两个彼此相对置的冷却壁，其中在冷却凹口中设置第一和第二冷却体，所述第一和第二冷却体分别具有彼此朝向、在彼此上滑动的楔面以及分别相对于楔面具有朝向冷却壁的热耦合面，所述热耦合面用于从冷却壁的一个中导出热能，并且所述第一和第二冷却体相对于彼此移动，使得热耦合面压靠在冷却壁上。根据本发明，在彼此上滑动的楔面定向为，使得在冷却体相对彼此移动时改变冷却体的热耦合面之间的间距。

本发明利用下述认识：借助于楔形的冷却体设计方案容易可行的是，将冷却体插入到冷却凹口中，因为这些冷却体尚不必直接夹紧。事后借助于冷却体的移动引起的夹紧能以非常简单的方式从外部在不需要显著的仪器方面的耗费的情况下进行。同样地，能以不变的低的仪器方面的耗费同样从外部撤销夹紧。借助于楔形地构成的、在彼此上滑动的冷却体，因此可以以非常简单的方式实现在冷却体和定子环之间的导热耦合。以第一和第二冷却体改装根据本发明的冷却系统能以简单的方式实现。

本发明通过如下方式有利地改进：一个或这两个冷却体分别具有至少一个用于连接到流体冷却系统上的，尤其连接到冷却水回路上的流体通道。

在另一优选的设计方案中，第一和第二冷却体的热耦合面的轮廓分别匹配于冷却壁的轮廓，其中热耦合面朝向所述冷却壁。虽然在充分强烈的挤压时也由于弹性变形产生对表面轮廓的匹配，但是认为有利的是，使面彼此匹配，使得即使在仅轻微地挤压或者在不存在面挤压时也已经能够进行热耦合面和冷却壁之间的面状的贴靠。这改进了热耦合。

优选地，热耦合面和/或楔面分别设有导热膏。

在另一优选的实施方式中，冷却体中的一个或两个至少部分地，优选完全地由下述材料中的一种构成：铝、铝合金、铜、铜合金。

本发明在最简单的实施例中以如下设计方式为出发点：第一和第二冷却体分别一件式地构成。但是根据一个优选的实施方式，替选地提出，冷却体中的至少一个多件式地构成为，使得第一子体具有用于与相应另一冷却体相互作用的楔面，而第二子体具有至少一个流体通道。以这种方式可实现制造方面的优点。

根据定子环受结构所决定地应当在发电机中沿着径向方向占据多少空间，能够有利的是，通过移动沿着径向方向挤压第一和第二冷却体，或者通过移动沿着环周方向挤压第一和第二冷却体。与此相应地，根据替选的第一优选的设计方案，至少一个冷却凹口的彼此相对置的冷却壁沿着径向方向彼此间隔开，而他们在替选的第二优选的设计方案中沿着环周方向彼此间隔开。在沿着径向方向彼此间隔开时，必要时可在定子环的环周上分布较大数量的冷却凹口和冷却体，而在沿着环周方向彼此间隔开时定子环的磁轭能够更窄地构成。

在一个尤其优选的实施方式中，定子环具有许多定子叠片组，其中冷却凹口延伸穿过定子叠片组，优选地，冷却凹口从定子环的第一轴向端侧延伸直至定子环的相对置的第二轴向端侧。就本发明而言，将定子叠片组理解为多个相互堆叠的、优选根据硅钢片的类型构成的定子叠片。定子叠片能够彼此例如借助于绝缘纸或者借助于绝缘漆分开。

在本发明一个优选的实施方式中，冷却凹口具有矩形的横截面，尤其在沿着凹口的延伸方向上，这优选是定子环的轴向方向。在冷却凹口具有矩形的横截面的情况下，冷却体的几何形状能够尤其简单地制造。朝向冷却壁的热耦合面因此同样平坦地构成。

在定子环的另一优选的实施方式中，冷却凹口是出于安装或者固定目的而设置在定子环中的凹口，该凹口必要时事后为了匹配于冷却体而扩大。

本发明关于该方面尤其利用如下方式：替代于针对冷却体建立专用的冷却凹口，已经能够使用如下开口，所述开口在磁轭中无论如何都设置用于安装或固定定子叠片。根据所期望的冷却功率，这些安装或固定凹口仍会需要扩大，或者需要匹配于第一和第二冷却体的几何形状，由此能够完成冷却体的安装和拆除。但是，通过这些凹口用于之后容纳冷却体的第二应用，实现特殊的协同作用。

本发明在另一方面中如一开始所描述的那样涉及一种发电机，尤其风能设备的同步发电机或环形发电机，所述发电机具有转子和定子，其中定子具有定子环。

本发明在发电机中通过如下方式解决开始提出的目的：定子环根据上述优选的实施方式中的一个构成。发电机优选是直径大于一米、尤其数米的发电机。特别地，发电机是功率等级>1MW的发电机。此外，发电机尤其是以小于40转/分钟，尤其小于30转/分钟的旋转速度缓慢旋转的发电机，在尤其大地构成时甚至小于20转/分钟。这种根据本发明的发电机的重量大于一吨，尤其数吨。

也借助于液体冷却根据之前提及的发电机的尺寸等级来阐述有效散热的需求。

在第三方面中，本发明如一开始提及的那样涉及一种风能设备，尤其无传动装置的风能设备，具有发电机，所述发电机尤其是同步发电机或环形发电机。本发明通过如下方式在这种风能设备中解决其所基于的目的：发电机根据上述优选的实施方式中的一个构成，并且尤其具有根据于本文中所描述的优选的实施方式之一的定子环。

根据第四方面，本发明涉及冷却体装置用于将热能从风能设备的发电机的定子环中的冷却凹口中导出的应用。本发明通过如下方式在这种应用中解决其所基于的目的：冷却凹口具有两个彼此相对置的冷却壁，并且其中冷却体装置具有第一和第二冷却体，所述第一和第二冷却体分别具有朝向冷却壁的热耦合面并且相对彼此移动，使得热耦合面压靠在冷却壁上。根据本发明使用的冷却体装置优选根据之前所描述的实施方式中的一个构成。

附图说明

接下来参考附图根据优选的实施例详细阐述本发明。在此示出：

图1示意性地示出风能设备的立体视图，

图2示意性地示出根据图1的风能设备的吊舱的立体剖视图，

图3示出根据图1和2的风能设备的定子的简化的示意性立体视图，

图4示出穿过根据图3的定子的部分示意性剖视图，

图5示出横向于根据图4的视图的示意性的横截面视图，以及

图6a至e示出用于根据上述附图的发电机的冷却体装置的不同投影视图。

具体实施方式

图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有具有三个转子叶片108和导流罩110的转子106。转子106在运行时通过风进入旋转运动从而驱动吊舱104中的发电机1(图2)。

在图2中示出吊舱104。吊舱104可旋转地安装在塔102上并且借助于方位角驱动器7以普遍已知的方式被驱动地连接。以此外也普遍已知的方式在吊舱104中设置机器承载件9，所述机器承载件保持同步发电机1。同步发电机1根据本发明构成并且尤其是缓慢旋转的、多极的同步环形发电机。同步发电机1具有定子3和在内部运转的转子5，也称为转动件。转子或转动件5与转子轮毂13连接，所述转子轮毂将转子叶片108的通过风引起的转动运动传输给同步发电机1。

图3独自示出定子3。定子3具有定子环16，所述定子环具有内部的环周面18。在内部的环周面18中设有许多槽17，所述槽构成用于容纳呈导体束形式的定子绕组。

如从根据图4的横截面视图中所得出的那样，定子3的定子环16在第一径向区域W中具有定子绕组。定子绕组以导体束12的形式安装在槽17中，所述槽从内部的环周面18起延伸。相邻于区域W构成磁轭J。在所示出的、具有通过转子5表示的内转子的发电机1中，磁轭J径向地位于具有定子绕组的区域W的外部，所述转子沿着环周方向U在定子环16内部运动。在具有(未示出的)外转子的替选的、同样根据本发明的发电机中，转子径向地在定子外部绕行，并且磁轭可能由此径向地在定子绕组的区域内部相邻于该区域设置。在该位置处为了清楚的原因不再附加地以图形的形式进行示出。

在定子3和转子5之间构成气隙S。

在磁轭的区域J中在定子环16中构成有多个冷却凹口15。在冷却凹口15中分别设置有冷却体装置14并且设立用于从定子环16中导出热量。

图5示出关于冷却体装置14的其它细节。

图5的沿着剖面线A-A伸展的横截面视图示出冷却体装置14的装入位置。冷却体装置14具有第一冷却体19和第二冷却体21。冷却通道23(关于定子环的转动轴线)沿着轴向方向延伸穿过第一冷却体19。冷却通道23优选连接到冷却循环回路29上。冷却凹口15从定子环16的第一轴向端侧25延伸直至定子环16的相对置的第二轴向端侧27。

第一和第二冷却体19、21具有在彼此之上滑动的楔面31、33(图6a-e)，所述楔面构成为，使得在第一冷却体19和第二冷却体21相对于彼此沿着箭头P₁和/或P₂的方向移动时，冷却体19、21被压靠在冷却凹口15的分别朝向所述冷却体的冷却壁39、41上。由此，在冷却体装置14和定子环16之间实现了更好的热传输。关于第一和第二冷却体19、21的其它细节也可从图6a-e中得知。

如在图6a中所示出的那样，第一和第二冷却体19、21彼此设置为，使得第一冷却体19的楔面31与第二冷却体21的楔面33面状地贴靠。这两个楔面31、33分别关于冷却体装置14的优选基本上径向定向的端侧34、36具有角度α、β，所述角度都不等于90°。尤其优选的是，角度α、β是彼此相同的。楔面31、33的倾斜的定向引起：在第一和第二冷却体19、21根据图5中的箭头P₁和P₂移动时，第一冷却体19的热耦合面35和第二冷却体21的热耦合面37之间的间距沿着箭头Q的方向改变。由此，以技术上非常简单的方式可行的是，冷却体装置牢固地被压入到冷却凹口15中并且确保冷却壁39、41和热耦合面35、37之间的良好的热传输。

在图6a-e中根据另一优选的设计方案可选地在第二冷却体21中设有第二冷却通道23’。替选地或者附加地，能够在一个或两个冷却体19、21中也设有多个冷却通道。

关于冷却管路本身可以在几何形状方面各式各样地设置，因为根据本发明不再依赖管道的严格柱形或空心柱形的几何形状，而是例如能够在挤压法中实现冷却管路的任意的几何形状，例如优选曲折状的冷却通道。替选于所示出的矩形的楔形轮廓，其中所述楔形轮廓匹配于根据上述附图的冷却凹口的矩形的几何形状，也可以考虑尤其热耦合面35、37的不同的几何形状，该几何形状分别优选匹配于冷却凹口和其冷却壁的轮廓。

Claims (14)

1.一种用于发电机(1)的定子环(16)，所述发电机尤其是风能设备(100)的同步发电机或环形发电机，所述定子环具有：

-多个用于容纳定子绕组(W)的槽(17)，和

-磁轭(J)，其中

所述定子环在所述磁轭的区域中具有至少一个冷却凹口(15)，所述冷却凹口具有两个彼此相对置的冷却壁(39，41)，

在所述冷却凹口中设置有第一和第二冷却体(19，21)，

所述第一和第二冷却体分别具有朝向彼此的、在彼此上滑动的楔面(31，33)以及分别相对于所述楔面具有朝向所述冷却壁的热耦合面(35，37)，所述热耦合面用于从所述冷却壁中的一个中导出热能，并且所述第一和第二冷却体彼此相对移动，使得所述热耦合面压靠在所述冷却壁上。

2.根据权利要求1所述的定子环(16)，

其中一个或两个冷却体(19，21)分别具有至少一个流体通道(23，23’)，所述流体通道用于连接到流体冷却系统上。

3.根据权利要求1或2所述的定子环(16)，

其中所述第一和第二冷却体(19，21)的所述热耦合面(35，37)的轮廓匹配于所述冷却壁(39，41)的轮廓。

4.根据上述权利要求中任一项所述的定子环(16)，

其中所述热耦合面(35，37)和/或所述楔面(31，33)分别设有导热膏。

5.根据上述权利要求中任一项所述的定子环(16)，

其中所述冷却体(19，21)中的一个或两个至少部分地、优选完全地由如下材料中的一种构成：铝、铝合金、铜、铜合金。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的定子环(16)，其中所述冷却体(19，21)中的至少一个多件式地构成，使得第一子体具有所述楔面(31，32)，而第二子体具有所述至少一个流体通道(23，23’)。

7.根据权利要求6所述的定子环(16)，

其中至少一个所述冷却凹口(15)的彼此相对置的所述冷却壁(39，41)沿着径向方向彼此间隔开。

8.根据权利要求6所述的定子环(16)，

其中至少一个所述冷却凹口(15)的彼此相对置的所述冷却壁(39，41)沿着环周方向彼此间隔开。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的定子环(16)，

其中所述定子环(16)具有多个定子叠片组，其中所述冷却凹口(15)延伸穿过所述定子叠片组，优选从所述定子环的第一轴向端侧延伸至所述定子环的相对置的第二轴向端侧。

10.根据上述权利要求中任一项所述的定子环(16)，

其中至少一个所述冷却凹口(15)具有矩形的横截面。

11.根据上述权利要求中任一项所述的定子环(16)，

其中至少一个所述冷却凹口(15)是出于安装目的而设置给所述定子环的凹口，所述凹口必要时事后扩大以匹配于所述冷却体(19，21)。

12.一种发电机(1)，尤其风能设备的同步发电机或环形发电机，具有转子(5)和定子(3)，其中所述定子具有定子环(16)，

其特征在于，所述定子环(16)根据上述权利要求中任一项构成。

13.一种风能设备(100)，尤其无传动装置的风能设备，具有：

发电机(1)，尤其同步发电机或环形发电机，

其特征在于，所述发电机(1)根据权利要求12构成。

14.一种冷却体装置(14)的用于从风能设备(100)的发电机(1)的定子环(16)中的冷却凹口(15)中导出热能的应用，其中所述冷却凹口(15)具有两个彼此相对置的冷却壁(39，41)，并且其中

所述冷却体装置具有第一和第二冷却体(19，21)，所述第一和第二冷却体分别具有朝向所述冷却壁的热耦合面(35，37)，并且所述第一和第二冷却体彼此相对移动，使得所述热耦合面压靠在所述冷却壁上。