CN111677632A - 风力发电机及包括其的风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机及包括其的风力发电机组，风力发电机包括机座、离心风扇、水冷芯和水冷芯罩壳，机座的主轴的轴线和水平面形成有夹角，离心风扇设置在机座的内部并靠近风力发电机的驱动端，水冷芯以其中心线与主轴的轴线形成为锐角的第一夹角的方式设置在机座上，水冷芯朝向风力发电机的驱动端的一侧倾斜，位于风力发电机的驱动端一侧的水冷芯罩壳和位于风力发电机的非驱动端一侧的水冷芯罩壳均向水冷芯倾斜，从而有效减少了温度较高的冷却气体流至水冷芯的路径，水冷芯罩壳能够缩短温度较高的冷却气体流至水冷芯的路径，也能够缩短温度较低的冷却气体流至机座内部的路径，有效加强风力发电机内部的冷却效率。

Description

风力发电机及包括其的风力发电机组

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及包括其的风力发电机组。

背景技术

对于带有高速齿轮箱的大容量风力发电机而言，其一般采用箱式结构，而近年来，随着对电力需求的增大，风力发电机组的容量和叶轮的直径也在日益增大，风力发电机的功率、损耗和发热也随之增大，因此对风力发电机的散热能力、冷却设计的准确性等要求也需要进一步提高。

由于叶片具有柔性，叶轮的直径越大，越靠近叶尖部位的叶片振荡位移越大，甚至可能会撞到塔筒。为了防止上述情况的发生，在进行风力发电机组传动链设计时会考虑增大仰角来避免叶片和塔筒之间的碰撞，其中仰角是指叶轮的旋转轴线和水平面之间的夹角，叶轮的旋转中心、风力发电机组传动链的轴线、风力发电机的轴线都在同一条直线上。

风力发电机组常用的一种冷却方式是空水冷，风力发电机组内部的热空气通过水冷芯进行热交换。而传统进行风力发电机的冷却设计时，是将风力发电机放置在水平面上考虑，未考虑风力发电机组传动链具有仰角的情况。因此水冷芯是直接垂直放置在风力发电机机座的上端面，水冷芯的下端面与风力发电机机座的上端面完全重合。又由于水冷芯和风力发电机通常是不同厂商进行生产，因此一直未考虑在风力发电机组传动链具有仰角的情况下如何进行风力发电机的冷却设计。

风力发电机内部冷却气体一般受到设置在风力发电机主轴上的风扇的驱动力和冷却气体自身的重力，若直接将传统的水冷芯设置位置用在具有仰角的风力发电机组传动链上，冷却气体受到的风扇的驱动力的方向产生变化，导致冷却气体整体受力情况发生变化，进而增大风力发电机流体场和温度场计算结果的偏差，增大风力发电机的冷却设计的不准确性，降低风力发电机的整体冷却效果，甚至会进一步增大风力发电机各部件的温差。

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的水冷芯设置位置用于带有仰角的风力发电机组传动链上容易导致风力发电机组的冷却效果较差的缺陷，提供一种风力发电机及包括其的风力发电机组。

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，包括机座、离心风扇、水冷芯和水冷芯罩壳，所述机座的主轴的轴线和水平面形成有夹角，所述风力发电机的驱动端高于所述风力发电机的非驱动端，所述离心风扇设置在所述机座的内部并靠近所述风力发电机的驱动端，所述水冷芯罩壳的下端固定在所述机座上，其特点在于，所述水冷芯以其中心线与所述主轴的轴线形成第一夹角的方式设置在所述机座上，所述第一夹角为锐角，所述水冷芯朝向所述风力发电机的驱动端的一侧倾斜，位于所述风力发电机的驱动端一侧的所述水冷芯罩壳和位于所述风力发电机的非驱动端一侧的所述水冷芯罩壳均向所述水冷芯倾斜。

在本方案中，离心风扇用于控制冷却气体的流向，使温度较低的冷却气体能够先对风力发电机的非驱动端进行冷却，温度较高的冷却气体从风力发电机的驱动端排出机座的内部，以此加强风力发电机的非驱动端的冷却效果，降低风力发电机的驱动端和非驱动端之间的温差。水冷芯朝向风力发电机的驱动端一侧倾斜，有效减少了温度较高的冷却气体流至水冷芯的路径，水冷芯罩壳可以加强对冷却气体的引导，既能够缩短温度较高的冷却气体流至水冷芯的路径，也能够缩短温度较低的冷却气体流至机座内部的路径，有效加强风力发电机内部的冷却效率，提高风力发电机的冷却效果。

较佳地，所述机座内设有外定子，所述外定子设有径向通风槽，所述外定子的径向通风槽的两端分别贯通至所述机座的上端面和气隙，冷却气体能够通过所述外定子的径向通风槽从所述外定子的径向通风槽的一侧流向另一侧。

在本方案中，温度较低的冷却气体可以直接通过外定子的径向通风槽对外定子进行冷却，缩短冷却气体流至外定子的路径，加强外定子的冷却效果。

较佳地，所述机座内还设有内转子，所述内转子也设有径向通风槽，所述冷却气体能够通过所述气隙流入所述内转子的径向通风槽内。

在本方案中，冷却气体可以通过内转子的径向通风槽对内转子的径向内侧进行冷却，加强内转子的冷却效果。

较佳地，位于所述风力发电机的驱动端一侧的所述水冷芯罩壳为第一罩壳，所述第一罩壳与所述主轴的轴线形成有第二夹角，所述第二夹角为锐角。

在本方案中，第一罩壳用于引导经过冷却风力发电机发热部件温度升高的冷却气体。

较佳地，所述第二夹角小于所述第一夹角。

较佳地，位于所述风力发电机的非驱动端一侧的所述水冷芯罩壳为第二罩壳，所述第二罩壳与所述主轴的轴线形成有第三夹角，所述第三夹角为锐角。

在本方案中，第二罩壳用于引导经过水冷芯热交换之后温度降低的冷却气体。

较佳地，所述第一罩壳的上端和所述第二罩壳的上端直接连接，所述第一罩壳、所述第二罩壳和所述机座围成有容纳所述水冷芯的容纳区域。

较佳地，所述第一罩壳和所述第二罩壳分别设置在所述水冷芯的两侧，所述水冷芯连接在所述第一罩壳和所述第二罩壳之间。

较佳地，所述水冷芯罩壳的外表面设有散热筋组件。

在本方案中，散热筋用于进一步降低冷却气体的温度，加强风力发电机内部的冷却效果。

较佳地，所述水冷芯罩壳的内表面为曲面。

在本方案中，曲面对冷却气体的引导作用更好，冷却气体产生的损失也越小。

较佳地，所述离心风扇靠近所述水冷芯设置。

较佳地，所述水冷芯的迎风面能够在所述主轴上形成投影区域，所述离心风扇的迎风面位于所述投影区域之内。

较佳地，所述离心风扇与所述主轴同轴连接。

在本方案中，主轴可以带动离心风扇同步转动。

较佳地，所述风力发电机还包括轴流风扇，所述轴流风扇靠近所述风力发电机的非驱动端设置。

在本方案中，轴流风扇用于增大风力发电机的非驱动端的风压，加快冷却气体由风力发电机的非驱动端流向风力发电机的驱动端的流速，提高冷却效率，加强冷却效果。

较佳地，所述轴流风扇与所述主轴同轴连接。

在本方案中，主轴可以带动轴流风扇同步转动。

较佳地，所述风力发电机还包括垫板，所述垫板连接在所述水冷芯的下端面和所述机座的上端面之间。

在本方案中，垫板用于加强水冷芯和机座之间固定的稳定性。

较佳地，所述垫板为三角形结构，所述垫板的斜面用于贴合所述水冷芯的下端面。

一种风力发电机组，其特点在于，所述风力发电机组包括机架和上述的风力发电机，所述风力发电机安装在所述机架的上端面，所述机架的上表面与所述机架的下表面形成的夹角等于所述水冷芯的中心线和所述主轴的轴线的垂线形成的夹角。

在本方案中，机架用于使风力发电机形成仰角。

本发明的积极进步效果在于：本发明中的离心风扇用于控制冷却气体的流向，使温度较低的冷却气体能够先对风力发电机的非驱动端进行冷却，温度较高的冷却气体从风力发电机的驱动端排出机座的内部，以此加强风力发电机的非驱动端的冷却效果，降低风力发电机的驱动端和非驱动端之间的温差。水冷芯朝向风力发电机的驱动端一侧倾斜，有效减少了温度较高的冷却气体流至水冷芯的路径，水冷芯罩壳可以加强对冷却气体的引导，既能够缩短温度较高的冷却气体流至水冷芯的路径，也能够缩短温度较低的冷却气体流至机座内部的路径，有效加强风力发电机内部的冷却效率，提高风力发电机的冷却效果。

附图说明

图1为本发明实施例1的风力发电机组的剖视结构示意图。

图2为本发明实施例1的带冷却气体流动路径的风力发电机组的剖视结构示意图。

图3为本发明实施例2的风力发电机组的剖视结构示意图。

图4为本发明实施例2的带冷却气体流动路径的风力发电机组的剖视结构示意图。

附图标记说明：

冷却气体 1

机座 2

驱动端轴承 21

非驱动端轴承 22

主轴 23

水冷芯 3

风力发电机的驱动端 41

风力发电机的非驱动端 42

离心风扇 5

外定子 6

外定子的径向通风槽 61

内转子 7

内转子的径向通风槽 71

气隙 8

第一罩壳 91

第二罩壳 92

机架 10

第一夹角 α

第二夹角 γ

第三夹角 δ

第一热区 S1

第二热区 S2

投影区域 S3

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供一种风力发电机，该风力发电机采用空水冷却，通过冷却气体对风力发电机的内部进行冷却，其中，经过空水冷却器热交换后温度降低的冷却气体为冷空气，经过冷却风力发电机内部的发热部件而温度升高的冷却气体为热空气，本实施例中所涉及的迎风面和背风面都是根据风力发电机内部的气流回路来定义的。本实施例中采用的冷却气体是空气，用于冷却风力发电机内部的各发热部件。在其他可替代的实施方式中，冷却气体还可以为氢气、氦气、氖气等具有冷却作用的气体。

如图1-2所示，风力发电机包括机座2、水冷芯3和水冷芯罩壳，水冷芯3和水冷芯罩壳组成空水冷却器，用于引导冷却气体1的流向，并对热空气进行热交换，以使冷却气体1的温度降低，降温后的冷却气体1为温度较低的冷空气，冷空气再次冷却机座2内的发热部件，以此形成发电机内部的冷却循环。空水冷却器固定在机座2的上端面上，机座2的上端面形成有用于冷却气体1流动的第一开口和第二开口。

机座2的左右两端分别为风力发电机的驱动端41和风力发电机的非驱动端42，风力发电机的驱动端41设有驱动端轴承21，风力发电机的非驱动端42设有非驱动端轴承22，驱动端轴承21和非驱动端轴承22分别固定在机座2的左右两端并与机座2的主轴23连接，以实现主轴23能够相对机座2的箱体产生转动。机座2的上端面形成的第一开口设置在风力发电机的驱动端41和水冷芯3的迎风面之间且位于空水冷却器在机座2的上端面上的投影范围之内，使得机座2内的冷却气体1经第一开口流向水冷芯3。第二开口设置在风力发电机的非驱动端42和水冷芯3的背风面之间且位于空水冷却器在机座2的上端面上的投影范围之内，使得水冷芯3排出的冷却气体1经第二开口流回机座2。

主轴23的轴线和水平面形成有夹角，风力发电机的驱动端41高于风力发电机的非驱动端42，即风力发电机相对于水平面具有仰角。风力发电机还包括离心风扇5，离心风扇5设置在机座2的内部并靠近风力发电机的驱动端41一侧，离心风扇5用于引导并改变冷却气体1的流向。在离心风扇5的作用下，风力发电机的驱动端41一侧的风压小于风力发电机的非驱动端42一侧的风压，在压力作用下，机座2内的冷却气体1由风力发电机的非驱动端42流向驱动端。

本实施例中的风力发电机不是相对于水平面水平放置，而是相对于水平面倾斜放置，且不仅仅是机座2的箱体相对于水平面倾斜，而是机座2的整体，包括设置在机座2内部的定子、转子，以及与转子连接并用于带动转子转动的主轴23，都是相对于水平面倾斜。由于通常情况下是将机座2组装完成之后，一起安装固定在风力发电机组的其他部分上，因此机座2中各部件的倾斜角度相同。

由于风力发电机的驱动端41是高于风力发电机的非驱动端42，因此风力发电机的非驱动端42的受力较大，风力发电机的非驱动端42的温升也高于风力发电机的驱动端41的温升，非驱动端轴承22所在区域形成了第一热区S1，第一热区S1的热量很高，容易增大驱动端轴承21和非驱动端轴承22之间的温差，因此需要加强风力发电机的非驱动端42的冷却。离心风扇5用于引导冷却气体1的流动方向，使冷空气先流过风力发电机的非驱动端42，热空气流过风力发电机的驱动端41，以此降低风力发电机的非驱动端42的温度，虽然热空气会一定程度上增大风力发电机的驱动端41一侧的温度，但该温升仍然小于风力发电机的非驱动端42的温升，从而能够减少风力发电机的驱动端41和风力发电机的非驱动端42之间的温差，增加风力发电机的使用寿命。

水冷芯3相对于机座2的上端面倾斜放置，水冷芯3以其中心线与主轴23的轴线形成有第一夹角α的方式设置在机座2上，第一夹角α为锐角，水冷芯3朝向风力发电机的驱动端41的一侧倾斜，从而缩短热空气流至水冷芯3的迎风面的路径，提高风力发电机内部的冷却效率。

水冷芯3的中心线和主轴23的轴线的垂线形成夹角β，夹角β等于主轴23的轴线和水平面形成的夹角，即等于风力发电机的仰角的角度，夹角β为锐角。

本实施例中的风力发电机采用外定子内转子的结构，外定子6和内转子7之间形成有气隙8。外定子6上设有径向通风槽，外定子的径向通风槽61是由定子铁芯沿其轴向不连续堆叠形成的，外定子的径向通风槽61的两端分别贯通至机座2的上端面和气隙8，位于机座2上端面的冷却气体1可以直接从外定子的径向通风槽61流入外定子6中，对外定子6进行冷却，再从外定子的径向通风槽61的另一个开口流出，流入气隙8，该部分冷却气体1能够进一步对内转子7进行冷却。外定子的径向通风槽61有效缩短了由水冷芯3的背风面流出的冷空气流至外定子6和内转子7的路径，减少冷却气体1的温升，提高外定子6和内转子7的冷却效果。

内转子7也设有径向通风槽，内转子的径向通风槽71是由转子铁芯沿其轴向不连续堆叠形成的，气隙8中的冷却气体1能够进入内转子的径向通风槽71内对内转子7进行冷却，内转子的径向通风槽71结构能够使冷却气体1流入内转子7的径向内侧，加强内转子7的冷却效果。

经技术人员检测，位于机座2上部的外定子6上存在第二热区S2，第二热区S2中的外定子6热量最高，第二热区S2的温度直接影响整个外定子6各部分之间的温差，第二热区S2温度越高，外定子6产生的温差越大，越容易影响外定子6的性能，因此需要加强第二热区S2中外定子6的冷却。其中，第二热区S2不一定是最靠近风力发电机的驱动端41一侧的外定子6，而是对整个外定子6而言是偏向于风力发电机的驱动端41一侧，但相比最靠近风力发电机的驱动端41一侧的外定子6而言，是相对偏向于风力发电机的非驱动端42的一侧。如何检测定子哪部分的热量最高属于本领域的现有技术，在此不做赘述。

本实施例通过缩短冷却气体1流至第二热区S2的路径来实现加强第二热区S2的冷却，本实施例将位于机座2上部的外定子6全部设置在水冷芯3的背风面的右侧，由此外定子的径向通风槽61也全部设置在水冷芯3的背风面的右侧，由于位于机座2上端面的冷却气体1直接通过外定子的径向通风槽61直接流向机座2内部，因此冷空气能够直接流入第二热区S2部分的外定子的径向通风槽61或靠近第二热区S2部分的外定子的径向通风槽61来对第二热区S2中外定子6进行冷却。

由于流入第二热区S2的冷空气没有对机座2的其他部分进行冷却，且从水冷芯3的背风面流至第二热区S2的路径较短，因此该部分冷却气体1的温度上升较小，能够对第二热区S2起到很好的降温效果，从而使外定子6整体的温度分布更加合理，减少外定子6各部分之间的温差。其中，水冷芯3的背风面的右侧是指水冷芯3的背风面朝向风力发电机的非驱动端42的一侧。

在其他可替代的实施方式中，位于机座2上部的外定子6可以不完全位于水冷芯3的背风面的右侧，但优选的还是保证第二热区S2中的外定子6全部位于水冷芯3的背风面的右侧，以使冷空气能够直接流经第二热区S2，降低第二热区S2中外定子6的温度。在第二热区S2温度不是很高的情况下，第二热区S2中的外定子6也可以部分位于水冷芯3的背风面的左侧，甚至全部位于水冷芯3的背风面的左侧，具体可以根据实际情况进行调整。

水冷芯罩壳的下端固定在机座2上，位于风力发电机的驱动端41一侧的水冷芯罩壳和位于风力发电机的非驱动端42一侧的水冷芯罩壳均向水冷芯3倾斜。

位于风力发电机的驱动端41一侧的水冷芯罩壳为第一罩壳91，第一罩壳91为流线形结构，第一罩壳91和主轴23的轴线形成有第二夹角γ，第二夹角γ为锐角，第一罩壳91是用于引导热空气的流向，减少第一罩壳91的内表面和水冷芯3的迎风面之间区域的热空气的分散性，缩短热空气流至水冷芯3迎风面的路径，提高风力发电机内部的冷却效率。进一步优选的，第二夹角γ小于第一夹角α，从而进一步减少第一罩壳91的内表面和水冷芯3的迎风面之间区域的热空气的分散性。

位于风力发电机的非驱动端42一侧的水冷芯罩壳为第二罩壳92，第二罩壳92为流线形结构，第二罩壳92和主轴23的轴线形成有第三夹角δ，第三夹角δ为锐角，第二罩壳92是用于引导冷空气的流向，减少第二罩壳92的内表面和水冷芯3的背风面之间区域的冷空气的分散性，减少冷空气的流动阻力，缩短冷空气流至机座2内部各发热部件的路径，提高风力发电机内部的冷却效率。

本实施例中的第一罩壳91和第二罩壳92分别设置在水冷芯3的两侧，水冷芯3连接在第一罩壳91和第二罩壳92之间，第一罩壳91的上端与水冷芯3的迎风面一侧的上端固定，第一罩壳91的下端固定在机座2的上端面上，第二罩壳92的上端与水冷芯3的背风面一侧的上端固定，第二罩壳92的下端固定在机座2的上端面上。水冷芯3的前、后两侧分别还设置有第三罩壳和第四罩壳，第三罩壳和第四罩壳的两侧分别与第一罩壳91和第二罩壳92连接，第三罩壳和第四罩壳的上端和水冷芯3的上端连接，第三罩壳和第四罩壳的下端固定在机座2的上端面上。第一罩壳91、第二罩壳92、第三罩壳、第四罩壳、水冷芯3和机座2能够形成用于冷却气体1流动的密封区域，防止风力发电机外部的气体流入风力发电机内部，也防止风力发电机内部的气体流出风力发电机外部。

在其他可替代的实施方式中，第一罩壳91的上端可以和第二罩壳92的上端直接连接，第一罩壳91、第二罩壳92和机座2围成有用于容纳水冷芯3的容纳区域，此时，第一罩壳91和第二罩壳92既可以一体成型，也可以通过连接件连接。

本实施例中第一罩壳91和第二罩壳92的内表面都是曲面，曲面对冷却气体1的引导效果更好，冷却气体1受到的阻力减少，流速提高，流动过程中的损失也有效减少，提高风力发电机内部的冷却效率，加强冷却效果。本实施例中的曲面既可以是一个完整的曲面，也可以是由多个较小的曲面拼接而成的大的曲面。在其他可替代的实施方式中，第一罩壳91和第二罩壳92的内表面还可以为单独的平面或由多个单独平面拼接形成的折面，但第一罩壳91和第二罩壳92都应该是流线形结构，才能更好地引导冷却气体1的流向，缩短冷却气体1的流动路径。第一罩壳91的内表面的主体方向和主轴23的轴线形成的夹角即为第二夹角，第二夹角的角度应该符合上述要求。第二罩壳92的内表面的主体方向和主轴23的轴线形成的夹角即为第三夹角，第三夹角的角度应该符合上述要求。

在其他可替代的实施方式中，第一罩壳91和第二罩壳92的整体可能并不是完全的流线形结构，第一罩壳91和第二罩壳92均可能由两块或多块倾斜方向相反的板拼接形成，但只要是第一罩壳91和第二罩壳92主要的倾斜方向满足上述要求，都应该纳入本实施例保护的范围之内。

为了进一步降低冷却气体1的温度，加强风力发电机内部的冷却效果，本实施中第一罩壳91和第二罩壳92的外表面还设置有散热筋，用于进一步降低冷却气体1的温度。第一罩壳91上的散热筋用于降低第一罩壳91的内表面和水冷芯3的迎风面之间区域的热空气的温度，在热空气与水冷芯3进行热交换之前预先降低这一部分区域的温度，以加强风力发电机内部的冷却效率，加强冷却效果。第二罩壳92上的散热筋用于降低第二罩壳92的内表面和水冷芯3的背风面之间区域的冷空气的温度，冷空气的温度能够得到进一步降低，从而加强风力发电机内部的冷却效率，加强冷却效果。

在其他可替代的实施方式中，第一罩壳91和第二罩壳92的外表面可以不同时都设置有散热筋，在风力发电机内部冷却需求较低的情况下，第一罩壳91和第二罩壳92可以都不设置散热筋。散热筋也可以采用其他具有散热功能的结构。

离心风扇5用于改变冷却气体1的流向，引导冷却风力发电机的非驱动端42、外定子6、内转子7之后温度升高的冷却气体1流向水冷芯3进行热交换，以降低冷却气体1的温度。由于热空气的温度一般高于风力发电机驱动端一侧的温度，因此热空气可能会升高风力发电机的驱动端41一侧的部件的温度，并不能起到冷却的效果，因此需要及时将热空气排出机座2的内部，并对热空气进行降温。

本实施例中的离心风扇5与主轴23同轴连接，主轴23的转动能够带动离心风扇5同步转动，从而无需再设计安装用于驱动离心风扇5转动的驱动结构，能够简化机座2内部的结构，降低用于驱动离心风扇5转动的驱动结构与机座2内部的其他元件产生干涉的可能性。在其他可替代的实施方式中，离心风扇5也可以不安装在主轴23上，此时需要在机座2内安装用于驱动离心风扇5转动的驱动结构，该驱动结构可以是机座2内已有的，离心风扇5和其他元件共用一个驱动结构；也可以是另外设计一个只用于驱动离心风扇5转动的驱动结构。

为了进一步缩短热空气流至水冷芯3的路径，离心风扇5靠近水冷芯3设置，由于水冷芯3相对于主轴23是倾斜的，因此水冷芯3的迎风面能够在主轴23上形成一片投影区域S3，优选的是离心风扇5的迎风面位于该投影区域S3之内。通过限定离心风扇5的迎风面和水冷芯3之间的相对位置关系，能够确定离心风扇5在主轴23上的位置，方便离心风扇5的定位，也限定了离心风扇5和水冷芯3的位置配合关系。冷却气体1在离心风扇5的作用下向上流动，从机座2的上端面的第一开口处直接流向水冷芯3的迎风面，缩短冷空气流至水冷芯3的迎风面的路径，提高风力发电机内部的冷却效率，加强冷却效果。

在其他可替代的实施方式中，离心风扇5的迎风面也可以在该投影区域S3的左侧或右侧，但两者之间的距离都不宜过远。若离心风扇5的迎风面位于投影区域S3的左侧且两者距离过远，不仅加长冷却气体1流至离心风扇5的迎风面的距离，还会加长冷却气体1从离心风扇5的迎风面流至水冷芯3的迎风面的距离，从而使热空气在机座2内的停留时间过长，造成风力发电机的驱动端41一侧的温度升高。由于冷却气体1在离心风扇5的引导下，从离心风扇5的迎风面就开始向上运动，若离心风扇5的迎风面位于投影区域S3的右侧且两者距离较远，冷却气体1还需要再向离心风扇5的迎风面的右侧流动一段路径，容易降低离心风扇5对冷却气体1的引导作用，降低冷却气体1的流速，进而造成风力发电机的驱动端41一侧的温度升高。本实施例中离心风扇5的迎风面是指离心风扇5朝向风力发电机的非驱动端42的一侧面。

由于水冷芯3相对于机座2的上端面倾斜设置，因此水冷芯3的下端面并不能完全贴合机座2的上端面，若直接将水冷芯3固定在机座2的上端面上，两者直接贴合的区域很少，水冷芯3很难直接平稳地安装在机座2的上端面上。本实施例中的风力发电机还包括垫板，垫板连接在水冷芯3的下端面和机座2的上端面之间，水冷芯3的下端面与垫板的上端面完全贴合，垫板的下端面与机座2的上端面完全贴合，从而增大水冷芯3的下端面和机座2的上端面之间的固定区域，保证水冷芯3能够更加稳固地固定在机座2上。

本实施中的垫板为三角形结构，其中，由垫板的斜面能够与水冷芯3的下端面完全贴合，垫板的另一面能够与机座2的上端面完全贴合。在其他可替代的实施方式中，垫板还可以采用其他结构，例如直角梯形。

风力发电机工作时，由主轴23的转动带动离心风扇5同步转动，离心风扇5的叶片将离心风扇5所包络区域的冷却气体1驱动至机座2的上方，使得离心风扇5所包络区域的风压相对较小，冷却气体1在离心风扇5的驱动下从机座2的上端面的第一开口处流入第一罩壳91和水冷芯3之间的区域，在第一罩壳91的引导下与水冷芯3产生热交换后，从水冷芯3的背风面排出，冷空气在自身重力和第二罩壳92的引导下从机座2上端面的第二开口流入机座2内部，因此第二罩壳92所包络区域的风压相对较大。

一部分冷空气流向风力发电机的非驱动端42，对非驱动端轴承22等发热部件进行冷却；一部分冷空气直接流入外定子的径向通风槽61内，对外定子6进行冷却；一部分冷空气从气隙8流入内转子的径向通风槽71，对内转子7进行冷却；一部分冷空气进入绕组端部的间隙，对绕组端部进行冷却。

由于第二罩壳92所包络区域的风压相对较大且离心风扇5所包络区域的风压相对较小，因此热空气会流向离心风扇5一侧，再在离心风扇5的作用下，和水冷芯3发生热交换，从而形成完整的风力发电机内部的冷却回路。

本实施例还提供了一种风力发电机组，该风力发电机组包括机架10和上述的风力发电机，机架10的上端面和机架10的下端面形成有夹角，该夹角等于由水冷芯3的中心线和主轴23的轴线的垂线形成的夹角β。机架10的下端面平行于水平面，靠近风力发电机的驱动端41的一侧的机架10的上端面高于靠近风力发电机的非驱动端42的一侧的机架10的上端面，风力发电机安装在机架10的上端面上，机座2的下端面与机架10的上端面贴合，机架10用于使风力发电机形成仰角，使风力发电机的驱动端41高于风力发电机非驱动端，以避免因为叶轮直径过大而导致叶片与风力发电机组的塔筒产生碰撞。风力发电机如何固定在机架10上属于本领域的现有技术，在此不做赘述。

实施例2

本实施例中风力发电机的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于，本实施例中的内转子7不设置径向通风槽。

如图3-4所示，由于内转子7没有设置径向通风槽，因此冷却气体1只能通过流经气隙8来对内转子7的表面进行冷却。

实施例3

本实施例中风力发电机的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于，本实施例中的风力发电机还包括轴流风扇。

轴流风扇安装在机座2内，并靠近风力发电机的非驱动端42设置，以增大风力发电机的非驱动端42的风压，加快冷却气体1由风力发电机的非驱动端42流向风力发电机的驱动端41的流速，提高冷却效率，加强冷却效果。

本实施例中的轴流风扇与主轴23同轴连接，主轴23的转动能够带动轴流风扇同步转动，从而无需再设计安装用于驱动轴流风扇转动的驱动结构，能够简化机座2内部的结构，降低用于驱动轴流风扇转动的驱动结构与机座2内部的其他元件产生干涉的可能性。在其他可替代的实施方式中，轴流风扇也可以不安装在主轴23上，此时需要在机座2内安装用于驱动轴流风扇转动的驱动结构，该驱动结构可以是机座2内已有的，轴流风扇和其他元件共用一个驱动结构；也可以是另外设计一个只用于驱动轴流风扇转动的驱动结构。

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元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，除非文中另有说明。

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 (18)

1.一种风力发电机，包括机座、离心风扇、水冷芯和水冷芯罩壳，所述机座的主轴的轴线和水平面形成有夹角，所述风力发电机的驱动端高于所述风力发电机的非驱动端，所述离心风扇设置在所述机座的内部并靠近所述风力发电机的驱动端，所述水冷芯罩壳的下端固定在所述机座上，其特征在于，所述水冷芯以其中心线与所述主轴的轴线形成第一夹角的方式设置在所述机座上，所述第一夹角为锐角，所述水冷芯朝向所述风力发电机的驱动端的一侧倾斜，位于所述风力发电机的驱动端一侧的所述水冷芯罩壳和位于所述风力发电机的非驱动端一侧的所述水冷芯罩壳均向所述水冷芯倾斜。

2.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述机座内设有外定子，所述外定子设有径向通风槽，所述外定子的径向通风槽的两端分别贯通至所述机座的上端面和气隙，冷却气体能够通过所述外定子的径向通风槽从所述外定子的径向通风槽的一侧流向另一侧。

3.如权利要求2所述的风力发电机，其特征在于，所述机座内还设有内转子，所述内转子也设有径向通风槽，所述冷却气体能够通过所述气隙流入所述内转子的径向通风槽内。

4.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，位于所述风力发电机的驱动端一侧的所述水冷芯罩壳为第一罩壳，所述第一罩壳与所述主轴的轴线形成有第二夹角，所述第二夹角为锐角。

5.如权利要求4所述的风力发电机，其特征在于，所述第二夹角小于所述第一夹角。

6.如权利要求4所述的风力发电机，其特征在于，位于所述风力发电机的非驱动端一侧的所述水冷芯罩壳为第二罩壳，所述第二罩壳与所述主轴的轴线形成有第三夹角，所述第三夹角为锐角。

7.如权利要求6所述的风力发电机，其特征在于，所述第一罩壳的上端和所述第二罩壳的上端直接连接，所述第一罩壳、所述第二罩壳和所述机座围成有容纳所述水冷芯的容纳区域。

8.如权利要求6所述的风力发电机，其特征在于，所述第一罩壳和所述第二罩壳分别设置在所述水冷芯的两侧，所述水冷芯连接在所述第一罩壳和所述第二罩壳之间。

9.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述水冷芯罩壳的外表面设有散热筋组件。

10.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述水冷芯罩壳的内表面为曲面。

11.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述离心风扇靠近所述水冷芯设置。

12.如权利要求11所述的风力发电机，其特征在于，所述水冷芯的迎风面能够在所述主轴上形成投影区域，所述离心风扇的迎风面位于所述投影区域之内。

13.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述离心风扇与所述主轴同轴连接。

14.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机还包括轴流风扇，所述轴流风扇靠近所述风力发电机的非驱动端设置。

15.如权利要求14所述的风力发电机，其特征在于，所述轴流风扇与所述主轴同轴连接。

16.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机还包括垫板，所述垫板连接在所述水冷芯的下端面和所述机座的上端面之间。

17.如权利要求16所述的风力发电机，其特征在于，所述垫板为三角形结构，所述垫板的斜面用于贴合所述水冷芯的下端面。

18.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括机架和如权利要求1-17中任意一项所述的风力发电机，所述风力发电机安装在所述机架的上端面，所述机架的上表面与所述机架的下表面形成的夹角等于所述水冷芯的中心线和所述主轴的轴线的垂线形成的夹角。

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