CN110089012A - 用于风能设备发电机的定子的定子承载件以及具有该定子承载件的定子、发电机和风能设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于风能设备发电机的定子的定子承载件，所述风能设备发电机尤其是多极的、缓慢旋转的同步环形发电机。根据本发明提出，所述定子承载件具有：第一承载板，第二承载板，在这两个承载板之间构成的空腔，所述空腔径向向外打开，设置在这两个承载板之间的分隔板，所述分隔板将所述空腔划分为第一空腔区段和第二空腔区段，其中设有多个第一流动通道，所述第一流动通道从所述第一承载板处直接延伸到所述第二空腔区段中，并且设有多个第二流动通道，所述第二流动通道从所述第二承载板处直接延伸到所述第一空腔区段中。此外，提出一种具有这种定子承载件的定子以及一种具有这种定子承载件的发电机和风能设备。

Description

用于风能设备发电机的定子的定子承载件以及具有该定子承 载件的定子、发电机和风能设备

技术领域

本发明涉及一种用于风能设备发电机的、尤其多极的缓慢旋转的同步环形发电机的定子的定子承载件。

背景技术

上述定子承载件和定子普遍是已知的。

在风能设备发电机运行时，由于通过励磁场感应产生的电压引起在发电机中尤其在定子绕组的区域中的热量形成。因此为了确保风能设备发电机的功率收益和可靠性需要将热量从定子中导出。在现有技术中，关于这方面已经存在不同的方法途径。迄今为止所提出的冷却方法面临如下挑战：风能设备的定子具有相对大的深度，即通常0.5米或者更多，有时也为1米或者更多。

在现有技术中，已知如下冷却设计理念，其中空气在强制对流中沿着轴向方向从定子的一个端侧朝向定子的另一端侧引导穿过冷却通道。在此，由于定子的深度产生如下问题：空气在进入定子之后就已经快速地加热，并且随后最迟自定子的中心起(沿着轴向方向)已经被加热至使得不再执行有效的散热，这导致定子内部的不均匀的温度形成。这会引起功率损失并且在最坏的情况下引起功能受损。

其它努力已经试图将冷空气径向地从内部引导穿过定子承载件而进入定子的定子绕组附近，大致在定子的中心的区域中(沿着轴向方向)。这具有如下缺点：导出加热的空气尤其在定子的朝向转子轮毂的一侧上是困难的，其中空气从所述侧流向风能设备。这构成循环流，所述循环流导致：已经被预先加热的空气重新流入定子的内部中并且重新流动穿过冷却槽，这同样损害冷却功率。此外，在现有技术中存在如下大量努力：借助于基于液体的冷却回路冷却风能设备发电机的定子。该冷却原理实现强的散热，而针对其的结构上的耗费是相对高的，并且需要特别的预防措施，因为液体回路紧邻引导电流的定子绕组伸展。

发明内容

在此背景下，本发明基于如下目的，提出一种用于一开始提出类型的风能设备发电机的改进的冷却方案。

本发明在一开始提出的类型的定子承载件通过如下方式实现其所基于的目的：该定子承载件构成有权利要求1的特征。定子承载件具有第一承载板、第二承载板和在这两个承载板之间构成的空腔，所述空腔在径向上朝外打开，以及设置在这两个承载板之间的分隔板，所述分隔板将空腔划分为第一空腔区段和第二空腔区段，尤其使得没有空气能够直接从第一空腔区段流入到第二空腔区段中。此外，定子承载件具有多个第一流动通道和多个第二流动通道，所述第一流动通道从第一承载板起直接延伸到第二空腔区段中，所述第二流动通道从第二承载板起直接延伸到第一空腔区段中。

本发明基于如下方法途径：借助于分隔板引起空气的从空腔区段起朝向外的强制的径向流动。空气还能够仅穿过分别与空腔区段连接的流动通道流入所述空腔区段中。也就是说，从定子承载件外部向第一载体板流动的空气在跨越第一空腔区段的情况下穿过流动通道流入第二空腔区段中，从该处起所述空气径向朝外从定子承载件中流出。此外，径向地从定子承载件外部流向定子承载件的空气例如从第一承载板的一侧起径向向内流入第一空腔区段中，并且随后直接穿过第二流动通道朝向第二承载板的一侧运走，而不能流动穿过第二空腔区段。

定子承载件的这种两件式的设计方案具有下述作用：如果定子承载件在定子中被安装为，使得其径向向外打开的横截面以引导流动的方式与开口槽连接，所述开口槽沿着轴向方向延伸穿过定子承载件，那么基本上限定两个穿过定子的预先限定的流动路径。第一流动路径针对如下空气而存在，所述空气从第一侧起流向定子并且进入定子的通风槽。空气穿过通风槽引导直至如下区域，在所述区域中设置有定子承载件，在该处进入到定子承载件的第一空腔区段中，并且绕过第二空腔区段从第二流动通道中吹出。第二流动路径针对从第一侧起朝向定子流动的空气而在于，空气穿过第一流动通道进入定子承载件中，直接到达第二空腔区段中，并且从该处起径向向外转送到定子的通风槽中，从该处起其随后在第二定子侧上再次离开。也就是说，通过根据本发明的定子承载件持续地将新鲜的冷却空气不仅在定子的位于迎流侧上的第一端侧上被导入而且在定子的内部区域中在定子承载件所在的部位处被导入。由此实现明显改进的冷却功率。

定子承载件有利地被改进，其中流动通道分别以均匀分布在承载板的环周上的方式设置。由此实现在定子承载件的建造状态中空气在定子上的更均匀的分布。

在一个优选的实施方式中，第一流动通道相对于第二流动通道沿着承载板的环周方向错开地设置。替选地或者附加地，优选第一和第二流动通道设置在相同的节圆直径上。

在一个优选的设计方案中，第一和第二流动通道分别具有相同的开口横截面。由此确保：子流中的第一子流在流入定子时所经受的流动阻力等于第二子流在流出定子承载件时所经受的流动阻力。这辅助在第一和第二空腔区段中的同样强的流动形成并且辅助在建造定子承载件时对定子的均匀冷却。

优选地，第一和第二流动通道平行于定子承载件的纵轴线定向。由此实现有利的入流特性。

优选地，分隔板借助于多个支柱抵靠第一和第二承载板支承。由此，改进定子承载件的机械稳定性，并且分隔板可靠地保持在位于这两个承载板之间的位置中。支柱优选设计用于，在第一和第二空腔区段内部产生涡流，使得空气在定子承载件内部更强地沿着环周方向分布。这有利地对冷却功率起作用。

上文根据第一方面参照定子承载件本身描述了本发明。本发明在第二方面中附加地涉及一种用于风能设备的发电机的，尤其多极的缓慢旋转的同步环形发电机的定子。

定子通过如下方式实现一开始提到的目的：所述定子具有定子叠片和定子承载件，其中定子叠片组固定在所述定子承载件中，其中定子叠片组具有用于容纳定子绕组的第一径向区域和与其相邻的第二径向区域，所述第二径向区域具有多个通风槽，所述通风槽朝向定子的第一端侧和定子的相对置的第二端侧打开，其中定子承载件按照根据第一方面的之前所描述的优选的实施方式之一构成，并且通风槽在定子承载件的区域中与定子承载件的空腔以引导流体的方式连接。

关于根据本发明的定子的优点和一些优选的实施方式，参照在上文中关于本发明的第一方面的说明。冷却空气要么能够穿过通风槽要么能够穿过第一流动通道进入定子中。穿过通风槽进入定子中的空气在定子承载件的区域中导入到第一空腔区段中并且穿过第二流动通道从定子中离开。借助于第一流动通道进入定子中的空气在定子承载件的区域中引导到第二空腔区段中并且从该第二空腔区段处引导到通风槽中，使得所述空气从通风槽中离开定子承载件。

通风槽优选通过分隔壁中断，所述分隔壁沿着轴向方向观察设置在定子承载件的第一和第二承载板之间。尤其优选地，通风槽的分隔壁和定子承载件的分隔板设置在相同的平面中。这优选通过如下方式实现：通风槽的分隔壁构成为定子承载件的分隔板的一部分。在定子承载件的分隔板的平面中将分隔壁引入到通风槽中保证所限定的流动走向，因为防止循环流动。

优选地，发电机构成为环形发电机。据此，转子和定子的磁活性的区域，即尤其定子叠片组，在环形的区域中围绕气隙设置，所述气隙将发电机转子和定子分开。在此，发电机在具有半径为平均气隙半径的至少50％的内部区域中没有磁性地起作用的区域。

环形发电机也能够通过如下方式限定：磁活性部分或者——换言之——磁活性区域的径向厚度，即从磁极转子的内边缘至定子的外边缘的径向厚度，或从定子的内边缘至发电机转子的外边缘的径向厚度，在外转子的情况下，小于气隙半径，特别地，发电机的磁活性区域的径向厚度小于气隙半径的30％，尤其小于25％。此外或者替选地，环形发电机能够通过如下方式限定：发电机的深度，即轴向伸展，小于气隙半径，特别地，所述深度小于气隙半径的30％，尤其小于25％。

此外或者替选地，环形发电机优选多极地构成，并且具有至少48个、96个或者至少192个转子极。

根据本发明，将缓慢旋转的发电机理解为具有每分钟50转或者更小的转速，优选每分钟30转或更小的发电机。

本发明在上文中参照根据本发明的第一方面和第二方面的定子承载件和定子来描述。在第三方面中，本发明还涉及一种风能设备的发电机，尤其多极的、缓慢旋转的同步环形发电机。

本发明在一开始提出类型的发电机中通过如下方式实现一开始所提到的目的：发电机具有：发电机转子，尤其构成为外转子的发电机转子；定子，发电机转子围绕所述定子旋转地设置；和定子承载件，定子固定在所述定子承载件上，其中定子承载件根据上述优选的实施方式之一构成，和/或其中定子根据上述优选的实施方式之一构成。

关于根据本发明的发电机的优选的实施方式的优点，参照上述关于第一和第二方面的实施方式。

根据本发明的发电机优选通过如下方式改进：所述发电机具有多个通风器以产生穿过发电机的内部的空气流动。所述多个通风器设计用于，将空气从发电机的内部中抽吸出来并且朝向发电机外部吹出。通过所述多个通风器关于发电机的内部构成为抽吸通风器的方式，避免在发电机内部中所不期望地形成过热，或至少减少过热的概率。

在一个优选的实施方式中，发电机具有朝向转子轮毂的第一侧和相对置的背离转子轮毂的侧，其中所述多个通风器设置在发电机的第二侧上，并且尤其优选固定式地设置。

在优选的设计方案中，优选定子承载件安装在风能设备的吊舱中的轴颈或机器承载件上，并且所述多个通风器同样安装在轴颈和/或机器承载件上。

优选地，设有多个通风器，所述通风器均匀地设置在发电机的环周上，以便将空气从发电机内部抽出。所述抽出引起：从发电机的第一侧起，也就是说，从转子轮毂的侧起，空气流向发电机，穿过根据本发明所限定的流动通道和通风槽进入定子中并且穿过分别对应的流动通道和通风槽再次离开。

本发明在另一方面中涉及一种风能设备。本发明在风能设备中通过如下方式实现一开始提及的目的：该风能设备具有根据上述优选的实施方式之一所述的发电机。

附图说明

在下文中参照附图根据优选的实施例详细描述本发明。在这种情况下示出：

图1示出根据本发明的风能设备，

图2示出按照根据图1的风能设备的一个优选的实施例的定子承载件，

图3示出根据图1的定子承载件的第一示意性剖视图，

图4示出根据图2的定子承载件的第二示意性剖视图，

图5示出根据图1的风能设备的定子和发电机的示意性剖视图，以及

图6示出图5中的定子的细节视图。

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。

图2示出设置在根据图1的风能设备100的吊舱104内部的定子承载件1。定子承载件1具有第一承载板3和第二承载板5。这两个承载板3、5彼此间隔开并且在其间具有空腔7。在空腔7中设置有分隔板9，所述分隔板将空腔7划分为第一空腔区段7a和第二空腔区段7b。

在第一承载板3中设置有多个第一流动通道11，所述第一流动通道从第一承载板3起直接延伸到第二空腔区段7b中。迎流的空气穿过第一流动通道11直接到达第二空腔区段7b中，但是不到达第一空腔区段7a中。

第二承载板5具有多个第二流动通道13，所述多个第二流动通道优选对应于所述多个第一流动通道11，与第一流动通道11错开地设置在相同的节圆直径上并且以分布在环周上的方式设置。第二流动通道13从第二承载板5起直接延伸到第一空腔区段7a中，使得径向地从外部流入到第一空腔区段7a中的空气直接穿过第二流动通道到达第二承载板5，但是不进入到第二空腔区段7b中。

优选地，分隔板9等距地设置在第一和第二承载板3、5之间。分隔板9优选借助于多个支柱15支撑在第一和第二承载板3、5上并且尤其优选有助于加固定子承载件1的机械结构。支柱15优选设计用于，例如借助于设置在其中的凹槽，在相应的空腔区段7a、7b中保证流动涡流，以便辅助入流的或者穿流的空气沿着环周的分布。

在图2中绘制第一流动路径S₁和第二流动路径S₂，所述第一流动路径和第二流动路径简略示出用于空气的、穿过定子承载件的两个可行的运输路段。根据流动路径S₁，空气能够从第一侧25(图4)起流向第一承载板3，从第一承载板起，所述空气穿过第一流动通道11直接进入到第二空腔区段7b中，以便从第二空腔区段起径向向外从定子承载件1离开。然而，空气能够仅进入第一空腔区段7a中，其方式是：空气根据流动路径S₂径向地从外部流入定子承载件1中。从第一空腔区段7a起，空气于是能够穿过第二流动通道13朝向第二承载板15离开并且朝向第二侧从定子承载件1离开。也就是说，通过第一流动路径S₁，新鲜的迎流的空气直接被运输到第二空腔区段中从而被运输到定子承载件的右半部中，而已经流动经过定子的空气同样在定子承载件的部位处径向地导入到第一空腔区段7a中，从该处起，所述已经流动经过定子的空气于是能够在绕过第二空腔区段7b的条件下直接穿过第二流动通道13从定子承载件离开。也就是说，冷空气仅须分别沿着轴向方向穿流定子的一个部段，以通过定子承载件的几何形状调节的方式。关于定子承载件的安装情形的其它细节也可从下述附图中看到。

图3示出定子承载件1在定子10上的示意性的设置。定子10是发电机50的一部分，所述发电机设置在根据图1的风能设备的内部中。图3示出在如下平面中贯穿定子承载件1的剖面，第二流动路径S₂位于所述平面中。

定子10除了定子承载件1之外还具有多个通风槽17，所述通风槽设置在定子的磁性背部的区域33(图6)中并且基本上轴向地伸展穿过定子10。与通风槽17相邻地，定子10具有定子绕组19。

定子10由气隙21围绕。围绕定子10设置发电机转子52与其转子绕组51。发电机转子52以普遍已知的方式与转子轮毂连接。

定子10内部的槽17由分隔壁23中断。在通风槽17和空腔区段7a、7b之间在定子承载件1的区域中存在引导流体的连接。以这种方式能够使空气流S₂穿过通风槽17进入定子10中并且吸收定子绕组19的热量，所述空气流在第一侧25上从转子轮毂起流向定子10。在到达分隔壁23时，空气流S₂径向向内转向到第一空腔区段7a中，从该处起，所述空气流能够离开定子承载件1和定子10，而空气流S₂的在定子10的第一半部中已经加热的空气不附加地仍流动经过定子绕组19的在分隔壁23的另一侧上的部段。优选地，分隔壁23与定子承载件1的分隔板9设置在同一平面处。尤其优选地，分隔壁23是分隔板9的延长部。

如从图4中所得出的那样，其中图4位于第一流动路径S₁的剖平面中，对于定子10的在图3和4中位于右侧的半部执行类似的空气引导过程。空气能够沿着流动路径S₁进入定子10中，但是穿过定子承载件1内部的第一流动通道11直接导入到第二空腔区段7b中，而事先不能够流入到第一空腔区段7a中。从该处起，空气强制地径向向外进入通风槽17中，并且从该处起到达定子10的第二侧27，在该处所述空气离开定子10。由于分隔壁23，对于所述空气而言不可行的是，从空腔区段7b逆着所期望的流动方向，即朝向转子轮毂回流，这可靠地避免了加热的空气循环流动。

如从图3和4中所看到的那样，优选至少一个通风器29与发电机50相关联。通风器29优选设计用于，将空气从发电机50的内部中抽出，使得构成负压，所述负压使空气沿着流动路径S₁和S₂从转子轮毂起，即从定子10的第一侧25起被吸入定子10中。新鲜的冷空气在进入通风槽中时一方面在侧25上而另一方面直接在分隔壁23后方被输送给定子绕组，使得定子绕组19的这两个在分隔壁23前方和后方的区域同样能够被供给有新鲜的冷空气。至少一个通风器29优选固定在轴颈31上。

在图5中示例性地示出这两个空气流S₁和S₂的设置。沿着空气流S₁和S₂的空气在空腔区段7a、7b中可选地借助于支柱15而涡流。在其它情况下，关于在图5中可见的结构，参照图3和4的就此而言一致的组成部分。

图6最后为了使图示完整而示出定子10的端侧25的细节视图。定子10具有第一径向区域33用于容纳定子绕组，和在径向内部与其相邻的第二区域35，在所述第二区域中构成通风槽17。通过每个通风槽17，流动路径S₂进入到定子10中，以便于是根据图3至5流动穿过定子10。

如从对图1至6的上述阐述中直观地所得出的那样，本发明提供用于定子的高效的冷却可行性，所述定子由于其优选0.5米或者更大的，尤其优选1.0米或者更大的深度在传统的冷却方案中仅可能在迎流侧上充分地冷却，但是由于空气的在此期间的加热，在出流侧上可能具有较高的热形成。尽管所述冷却方案借助当前的实施例已经针对外转子发电机示出，但是本发明也应理解为可应用于内转子发电机。

Claims (16)

1.一种用于风能设备发电机的定子(10)的定子承载件(1)，所述风能设备发电机尤其是多极的、缓慢旋转的同步环形发电机，所述定子承载件具有：

第一承载板(3)，

第二承载板(5)，

在这两个承载板(3)之间构成的空腔(7)，所述空腔径向向外打开，

设置在这两个承载板(3)之间的分隔板(9)，所述分隔板将所述空腔(7)划分为第一空腔区段(7a)和第二空腔区段(7b)，

多个第一流动通道(11)，所述第一流动通道从所述第一承载板(3)处直接延伸到所述第二空腔区段(7b)中，和

多个第二流动通道(13)，所述第二流动通道从所述第二承载板(5)处直接延伸到所述第一空腔区段(7a)中。

2.根据权利要求1所述的定子承载件(1)，

其中所述流动通道(11，13)分别以均匀分布在所述承载板(3)的环周上的方式设置。

3.根据权利要求1或2所述的定子承载件(1)，

其中所述第一流动通道(11)相对于所述第二流动通道(13)沿着所述承载板(3)的环周方向错开地设置。

4.根据上述权利要求中任一项所述的定子承载件(1)，

其中所述第一流动通道和第二流动通道(11，13)设置在相同的节圆直径上。

5.根据上述权利要求中任一项所述的定子承载件(1)，

其中所述第一流动通道和第二流动通道(11，13)分别具有相同的开口横截面。

6.根据上述权利要求中任一项所述的定子承载件(1)，

其中所述第一流动通道和第二流动通道(11，13)平行于所述定子承载件(1)的纵轴线定向。

7.根据上述权利要求中任一项所述的定子承载件(1)，

其中所述分隔板(9)借助于多个支柱(15)抵靠所述第一承载板和第二承载板(3)支承。

8.一种用于风能设备(100)的发电机(50)的定子(10)，具有

用于容纳定子绕组(19)的定子叠片组，和

定子承载件(1)，所述定子叠片组固定在所述定子承载件上，其中

所述定子叠片组具有用于容纳所述定子绕组的第一径向区域(33)和与其相邻的第二径向区域(35)，所述第二径向区域具有多个通风槽(17)，所述通风槽朝向所述定子(10)的第一端侧(25)打开并且朝向所述定子(10)的相对置的第二端侧(27)打开，其中

所述定子承载件(1)根据上述权利要求中任一项构成，并且

所述通风槽(17)在所述定子承载件(1)的区域中与所述定子承载件(1)的空腔以引导流体的方式连接。

9.根据权利要求8所述的定子(10)，

其中所述通风槽(17)通过分隔壁(23)中断，所述分隔壁沿着轴向方向观察设置在所述定子承载件(1)的第一承载板和第二承载板(3，5)之间。

10.根据权利要求9所述的定子(10)，

其中所述通风槽(17)的所述分隔壁(23)和所述定子承载件(1)的所述分隔板(9)设置在相同的平面中。

11.根据权利要求9或10所述的定子(10)，

其中所述通风槽(17)的所述分隔壁(23)构成为所述定子承载件(1)的所述分隔板(9)的一部分。

12.一种风能设备的发电机(50)，尤其多极的、缓慢旋转的同步环形发电机，具有

发电机转子(52)，尤其外转子，

定子(10)，所述发电机转子(52)围绕所述定子旋转地设置，和

定子承载件(1)，所述定子(10)固定在所述定子承载件上，

其中所述定子承载件(1)根据权利要求1至7中任一项构成，和/或

所述定子(10)根据权利要求8至11中任一项构成。

13.根据权利要求12所述的发电机(50)，具有

多个通风器(29)，所述通风器用于产生穿过发电机(50)的内部的空气流动。

14.根据权利要求13所述的发电机(50)，

其中所述多个通风器(29)设计用于，将空气从所述发电机(50)的内部中抽出。

15.根据权利要求13或14所述的发电机(50)，

其中所述发电机(50)具有朝向转子轮毂的第一侧(25)和背离转子轮毂的相对置的第二侧(27)，

其中所述多个通风器(29)设置在所述发电机的第二侧(27)上，并且尤其优选固定地设置。

16.一种风能设备(100)，

具有根据权利要求12至15中任一项所述的发电机(50)。