CN109936227A - 风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机，其包括转子、定子和位于所述转子和所述定子之间的气隙，所述定子包括定子线圈和定子铁芯，所述定子铁芯的径向内侧、所述定子的中心部分与所述定子的端板围成的内部空间形成空腔，所述定子铁芯为齿槽结构，所述定子线圈位于所述定子铁芯槽内，所述风力发电机还包括发电机冷却装置，所述发电机冷却装置包括通风管，所述通风管位于所述定子铁芯与所述定子线圈之间，并与所述定子线圈和所述定子铁芯邻接。该风力发电机通过设置通风管在定子铁芯槽底，与定子线圈接触，增大定子有效散热面积，减小了发电机内部气体流动的压力损失，相比传统冷却方式，冷却效果得到提升，位于定子铁芯槽底部的设计对定子电磁影响也较低。

Description

风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种风力发电机。

背景技术

在风力涡轮机发电机的运行过程中，由于运行而产生的损耗会使发电机内部的温度升高，而当发电机内的部分组件温度过高时，则会造成一定程度上的损害，严重时甚至影响发电机的正常运行。所以，必须有效地控制这些部件的温升，从而保证发电机的稳定正常运行。而其中的大部分损耗发生在定子线圈绕组上，使得定子线圈以及与其接合的部件温升远高于其他部件。过高的线圈温度会加速绕组绝缘老化，甚至造成绕组绝缘失效。因此，如何合理有效地冷却发电机定子线圈是决定发电机设计和运行的关键因素之一。

到目前为止，风力涡轮发电机通常采用空气作为一级冷却介质进行冷却，这是因为空冷的可行性、可靠性、可维护性远优于其他冷却方式。一种传统的发电机空冷结构设置为包括转子和定子之间的气隙、位于定子内部的径向通风道、定子铁芯径向内侧、定子端板、定子中心部分形成的空腔。冷却气流先后流过定子端部、气隙、通风道、空腔，对定子线圈和定子铁芯进行冷却。但是，该种冷却结构的定子有效散热面积有限，在不影响发电机电磁性能的前提下，难以进一步提升冷却效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中定子的有效散热面积有限，冷却效率难以提升的缺陷，提供一种风力发电机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种风力发电机，其包括转子、定子和位于所述转子和所述定子之间的气隙，所述定子包括定子线圈和定子铁芯，所述定子铁芯的径向内侧、所述定子的中心部分与所述定子的端板所围成的内部空间形成空腔，所述定子铁芯为齿槽结构，所述定子线圈位于所述定子铁芯的槽内，其特点在于，所述风力发电机还包括发电机冷却装置，所述发电机冷却装置包括通风管，所述通风管位于所述定子铁芯的表面与所述定子线圈的表面之间，并与所述定子线圈和所述定子铁芯相邻接。所述通风管的设置使定子线圈和定子铁芯的有效散热面积更大，并且减小了发电机内部气体流动的压力损失，提高了冷却效率。

较佳地，所述定子铁芯包括若干相互之间留有空隙的叠片组，所述叠片组之间的空隙形成所述定子的径向通风道，所述径向通风道连通所述空腔与所述气隙。

较佳地，所述通风管沿轴向设置于所述定子铁芯的槽底部，所述通风管的内部为空心结构，所述通风管的两端上至少有一端具有端部开口，所述通风管的表面上沿轴向设置有若干径向开口，所述径向开口用于使冷却气流能够在所述通风管内沿轴向流动并从所述端部开口和所述径向开口处进入或离开。通风管安装在定子铁芯的槽底部，对发电机的电磁性能的影响较小，从而不影响发电机的正常使用。

较佳地，所述径向开口设置于与所述径向通风道轴向平齐的位置处，所述径向开口连通于所述径向通风道。

较佳地，所述通风管的内部设置有支撑筋，所述支撑筋用于支撑所述通风管的管壁。

较佳地，所述支撑筋为“工”字形结构。

较佳地，所述通风管为扁平状结构，其截面为弓形，所述弓形的弧侧的弧度小于180度，所述径向开口位于所述通风管的弧侧表面上。

较佳地，所述通风管的弧侧表面朝向所述定子铁芯，所述通风管的弦侧表面朝向所述定子线圈，所述弦侧表面的宽度不大于所述定子铁芯的槽底的宽度。

较佳地，所述定子铁芯的槽底部的形状与所述通风管的弧侧表面弧度相匹配。

较佳地，所述通风管的管壁材质为绝缘材料。通风管设置为绝缘材料保证了定子线圈和定子铁芯的槽底绝缘。

较佳地，所述支撑筋的材质与所述管壁的材质相同，所述支撑筋与所述管壁为一体式结构。

较佳地，所述支撑筋的材质为金属，所述通风管的管壁内侧设置有支撑凹槽，所述支撑筋安装于所述支撑凹槽处。

较佳地，所述通风管的长度大于或等于所述定子铁芯的轴向长度，所述通风管的两端设置有轴向固定结构，所述轴向固定结构用于避免所述通风管在所述定子的轴向上的错位。轴向固定结构的使用便于通风管进行安装和固定，同时也避免了通风管在轴向上的错位。

较佳地，所述通风管由若干通风组件构成，所述通风组件的两端相互活动连接，位于所述通风管的两端的两个通风组件的一端分别设置有轴向固定结构，所述轴向固定结构用于避免所述通风管在所述定子的轴向上的错位。所述通风管设置为由若干通风组件构成，减少了通风管由于长度过大而难以制造和运输的困难，并且安装也更加方便。

较佳地，所述通风组件的一端设置有至少一个凸块，所述通风组件的另一端设置有与所述凸块相对应的连接凹槽，所述通风组件之间通过所述凸块和所述连接凹槽相互连接。

较佳地，所述通风组件的弧侧表面的端部上设置有通风凹槽，两个所述通风组件的通风凹槽对接后形成所述径向开口。

本发明的积极进步效果在于：

该发明提供的风力发电机通过设置通风管在定子铁芯的槽底部，并与定子线圈接触，增大了定子的有效散热面积，减小了发电机内部的气体流动的压力损失，相比传统的冷却方式，冷却效果得到提升。并且位于定子铁芯的槽底部的设计对定子的电磁影响较低，不会影响风力发电机的正常运行。

附图说明

图1为本发明实施例1的风力发电机的结构示意图。

图2为本发明实施例1的风力发电机的定子的轴向截面的结构示意图。

图3为本发明实施例1的风力发电机的定子的径向截面的结构示意图。

图4为本发明实施例1的风力发电机的通风管的横截面的结构示意图。

图5为本发明实施例1的风力发电机的通风管的结构示意图。

图6为本发明实施例2的风力发电机的通风组件的结构示意图。

附图标记说明：

转子1

定子线圈2

定子铁芯3

叠片组31

定子端板4

定子中心部分5

槽楔6

通风管7

支撑筋71

通风组件72

气隙8

空腔9

风扇装置10

冷却气流20

具体实施方式

下面通过两个较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

如图1至图3所示，本发明提供一种风力发电机，其包括转子1、定子和位于转子1和定子之间的气隙8，定子包括定子线圈2和定子铁芯3，定子铁芯3的径向内侧、定子中心部分5与定子端板4所围成的内部空间形成空腔9。定子铁芯3为齿槽结构，定子线圈2位于所述定子铁芯3的槽内。定子铁芯3包括若干相互之间留有空隙的叠片组31，叠片组31是多个具有齿槽结构的硅钢片沿风力发电机的轴向堆叠而形成，定子铁芯3的两端被定子端板4沿发电机轴向压紧固定。各叠片组31之间的空隙形成定子的径向通风道，该径向通风道连通空腔9与气隙8。

该风力发电机还包括发电机冷却装置，其包括通风管7。通风管7位于定子铁芯3的表面与定子线圈2的表面之间，并与定子线圈2和定子铁芯3相邻接。通风管7沿轴向设置于定子铁芯3的槽底部。在本实施例中，先将通风管7置于定子铁芯3的槽底相应位置，然后沿发电机径向或轴向安装定子线圈2至定子铁芯3的槽内，即通风管7的外侧，进一步压紧固定了通风管7在定子铁芯3的槽底部。定子线圈2安装之后，再沿发电机轴向安装槽楔6至定子铁芯3的槽顶，即定子线圈2外侧，从而进一步压紧固定定子线圈2和通风管7。槽楔6依靠定子铁芯3的齿上的凹进结构进行固定。

如图4和图5所示，通风管7为扁平状结构，优选地，其截面为弓形，弓形的弧侧的弧度小于180度，并且弧侧朝向定子铁芯3。弓形的弦侧朝向定子线圈2，并且弦侧的宽度不大于定子铁芯3的槽底的宽度。为了达到更好的匹配和固定效果，定子铁芯3的槽底部的形状与通风管7的弧侧的表面弧度相匹配。通风管7采用扁平状结构，并且安装在定子铁芯3的槽底部，这样可以使通风管7对风力发电机的电磁性能影响达到尽可能小，以不影响发电机的正常运作。

通风管7的内部为空心结构，并且两端部至少有一端具有端部开口，冷却气流20可通过端部开口在通风管7内沿风力发电机的轴向进行流动。在本实施例中，可设置为通风管7的两端部均具有端部开口，可以达到更好的通风作用。同时，通风管7的表面上沿轴向设置有若干径向开口，径向开口均位于通风管7的弧侧表面上，用于使冷却气流20能够在通风管7内沿轴向流动并从端部开口和径向开口处进入或离开。

通风管7的径向开口设置于与径向通风道轴向平齐的位置处，该径向开口连通于径向通风道。优选地，为了防止通风管7的制造误差或安装误差造成的径向开口与径向通风道的轻微错位，也可设置径向开口的高度大于径向通风道的高度，以使进入通风管7的冷却空气能够快速通过。

通风管7的管壁材质为绝缘材料，使用绝缘材料可以在定子铁芯3的槽底起到绝缘的作用。

通风管7的内部设置有支撑筋71，其用于支撑通风管7的管壁。优选地，支撑筋71为“工”字形结构，为了达到便于制作及占用更小空间的效果，也可使用其他截面形状的支撑筋71结构。支撑筋71的材质与管壁的材质相同，并与管壁一体式形成。在其他实施例中，也可将支撑筋71的材质设置为金属，然后在通风管7的管壁内侧设置支撑凹槽，将支撑筋71的两端固定在支撑凹槽处，或者直接通过胶水粘接在通风管7的弦侧和弧侧的内表面。

通风管7的长度大于或等于所述定子铁芯3的轴向长度，并且其两端设置有轴向固定结构，用于避免通风管7在定子的轴向上发生错位。

在该发电机冷却装置进行使用时，冷却气流20通过入流通道和位于空腔9内部的、与空腔9不连通的轴向引导通道进入两侧定子端板4的外侧空间，冷却高出定子端板4的两端的定子线圈2的端末绕组。冷却气流20经过端末绕组之后，一部分经过气隙8和径向通风道冷却定子线圈2和定子铁芯3，然后流入空腔9；另一部分经过通风管7形成的轴向通风道冷却定子线圈2和定子铁芯3，然后再流入空腔9。发电机内的冷却气流20依靠安装在出流通道内的风扇装置10驱动。

实施例2

如图6所示，本实施例的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于：通风管7是由若干通风组件72构成。通风组件72的两端相互活动连接，组成整体的通风管7。位于安装凹槽的两端的两个通风组件72的一端各设置有轴向固定结构，用于避免所述通风管7在所述定子的轴向上的错位。

通风组件72的一端设置有至少一个的凸块，另一端设置有与凸块相对应的连接凹槽，各通风组件72之间通过凸块和连接凹槽相互连接。在其他实施例中，也可采用粘接或其他活动连接方式连接两个相邻的通风组件72。

通风组件的弧侧表面的端部上设置有通风凹槽，两个通风组件的通风凹槽对接后形成了径向开口。其作用与实施例一中的径向开口作用相同。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种风力发电机，其包括转子、定子和位于所述转子和所述定子之间的气隙，所述定子包括定子线圈和定子铁芯，所述定子铁芯的径向内侧、所述定子的中心部分与所述定子的端板所围成的内部空间形成空腔，所述定子铁芯为齿槽结构，所述定子线圈位于所述定子铁芯的槽内，其特征在于，所述风力发电机还包括发电机冷却装置，所述发电机冷却装置包括通风管，所述通风管位于所述定子铁芯的表面与所述定子线圈的表面之间，并与所述定子线圈和所述定子铁芯相邻接。

2.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述定子铁芯包括若干相互之间留有空隙的叠片组，所述叠片组之间的空隙形成所述定子的径向通风道，所述径向通风道连通所述空腔与所述气隙。

3.如权利要求2所述的风力发电机，其特征在于，所述通风管沿轴向设置于所述定子铁芯的槽底部，所述通风管的内部为空心结构，所述通风管的两端上至少有一端具有端部开口，所述通风管的表面上沿轴向设置有若干径向开口，所述径向开口用于使冷却气流能够在所述通风管内沿轴向流动并从所述端部开口和所述径向开口处进入或离开。

4.如权利要求3所述的风力发电机，其特征在于，所述径向开口设置于与所述径向通风道轴向平齐的位置处，所述径向开口连通于所述径向通风道。

5.如权利要求3所述的风力发电机，其特征在于，所述通风管的内部设置有支撑筋，所述支撑筋用于支撑所述通风管的管壁。

6.如权利要求5所述的风力发电机，其特征在于，所述支撑筋为“工”字形结构。

7.如权利要求3所述的风力发电机，其特征在于，所述通风管为扁平状结构，其截面为弓形，所述弓形的弧侧的弧度小于180度，所述径向开口位于所述通风管的弧侧表面上。

8.如权利要求7所述的风力发电机，其特征在于，所述通风管的弧侧表面朝向所述定子铁芯，所述通风管的弦侧表面朝向所述定子线圈，所述弦侧表面的宽度不大于所述定子铁芯的槽底的宽度。

9.如权利要求8所述的风力发电机，其特征在于，所述定子铁芯的槽底部的形状与所述通风管的弧侧表面弧度相匹配。

10.如权利要求5所述的风力发电机，其特征在于，所述通风管的管壁材质为绝缘材料。

11.如权利要求10所述的风力发电机，其特征在于，所述支撑筋的材质与所述管壁的材质相同，所述支撑筋与所述管壁为一体式结构。

12.如权利要求10所述的风力发电机，其特征在于，所述支撑筋的材质为金属，所述通风管的管壁内侧设置有支撑凹槽，所述支撑筋安装于所述支撑凹槽处。

13.如权利要求1-12中任意一项所述的风力发电机，其特征在于，所述通风管的长度大于或等于所述定子铁芯的轴向长度，所述通风管的两端设置有轴向固定结构，所述轴向固定结构用于避免所述通风管在所述定子的轴向上的错位。

14.如权利要求1-12中任意一项所述的风力发电机，其特征在于，所述通风管由若干通风组件构成，所述通风组件的两端相互活动连接，位于所述通风管的两端的两个通风组件的一端分别设置有轴向固定结构，所述轴向固定结构用于避免所述通风管在所述定子的轴向上的错位。

15.如权利要求14所述的风力发电机，其特征在于，所述通风组件的一端设置有至少一个凸块，所述通风组件的另一端设置有与所述凸块相对应的连接凹槽，所述通风组件之间通过所述凸块和所述连接凹槽相互连接。

16.如权利要求14所述的风力发电机，其特征在于，所述通风组件的弧侧表面的端部设置有通风凹槽，两个所述通风组件的通风凹槽对接后形成所述径向开口。