CN113315296A - 具有增强的磁体冷却的风力发电机外转子壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有增强的磁体冷却的风力发电机外转子壳体。公开了一种用于例如直接驱动风力涡轮机的外部发电机（10）的转子（40）的转子壳体的壳体壁（100），或者一种用于电机的外部转子的转子的转子壳体的壳体壁（100），该电机例如为发电机或电动机。壳体壁（100）是外壳体壁并且具有：内壁表面（110）、外壁表面（114）和轴向长度（124）。内壁表面（110）是圆柱形的。外壁表面（112）具有至少一个凹痕（130），其在外壁表面（112）的轴向长度（124）的至少一部分上延伸，特别是在外壁表面（112）的总轴向长度（124）上延伸。

Description

具有增强的磁体冷却的风力发电机外转子壳体

技术领域

本公开涉及一种用于例如直接驱动风力涡轮机的外部发电机的转子的壳体壁，或者涉及一种用于电机的外部转子的转子的转子壳体的壳体壁，所述电机例如为发电机或电动机。本公开还涉及一种用于风力涡轮机的外部发电机的转子。

背景技术

将参考图1至3部分地讨论本公开的技术背景。

风力涡轮机10，特别是直接驱动风力涡轮机，可具有外部风力发电机30（见图1），其不是布置在风力涡轮机10的机舱60内，而是直接邻近于风力驱动转子毂22，该转子毂22支撑风力涡轮机10的叶片24。这种外部风力发电机30在驱动端32与非驱动端34之间轴向延伸并且具有转子40和内部定子50，转子40具有外部转子壳体（未标示），内部定子50具有定子轴线58（见图2）。转子40构造成围绕定子50旋转，特别是围绕定子轴线58旋转。转子40的旋转通过一个或多个轴承46实现，所述轴承将转子40可旋转地联接到定子50（见图2）。

如图2所示，定子50包括：轴52，其连接到机舱60并由机舱60支撑，并且其关于定子轴线58基本旋转对称；基本圆形的第一和第二定子板53，每个定子板53固定到（例如螺栓连接到）轴52；以及多个定子段55，每个定子段55由定子板53支撑（例如螺栓连接到定子板53），并且定子段55围绕定子轴线58周向分布。每个定子段55包括多个径向和切向延伸的钢片（未示出）和多个通常为铜的绕组56。

转子壳体具有外部或外壳体壁100，其是风力涡轮机10的发电机30的转子40的一部分。外部外壳体壁100通常具有基本圆柱形的形状。而且，外部外壳体壁100直接暴露于已经经过叶片24并驱动叶片24旋转的环境空气（或风）。存在所谓的永磁体励磁机，其中发电机30的转子40除了包括外壳体壁100之外还包括多个永磁体或永磁体元件46（见图2和3），其纵向地且平行于转子40和/或基本圆柱形的外壳体壁100的轴线102延伸，并且其被支撑在转子40的外壳体壁100的内壁表面110上。作为使用永磁体46的替代方案并且代替它，在所谓的电励磁机中，可以使用磁场励磁线圈，该线圈由基本恒定的电流驱动以便生成永磁场。

转子40（见图1）还具有第一基板42和第二基板44，第一基板42是基本环形形状并且在转子40的面向风力驱动转子毂22的轴向驱动端12处垂直于轴线102布置，第二基板44在发电机30的操作中可用作制动盘，并且第二基板44是基本环形形状并且在转子40的背离风力驱动转子毂22且朝向机舱60的轴向非驱动端34处垂直于轴线102布置。

在直接驱动风力涡轮机10的技术发展中存在趋势，其包括不断增大的风力驱动转子毂22的尺寸（包括直径）和发电机30（包括转子40及其基本圆柱形的外壳体壁100）的尺寸（包括直径），以及不断增大的发电机30的标称电输出功率。

由于在转子40的主要部件中周期性地产生的涡流以及其他原因，在发电机30中（特别是在转子40中）产生功率损耗，转子40的主要部件包括基本圆柱形的外壳体壁100、第一和第二基板42、44以及永磁体46。

转子40中的功率损耗成为关键问题，特别是在直接驱动风力发电机30中，因为它们甚至会限制风力涡轮机10的功率输出。

这些功率损耗将导致较低的性能、较低的功率容量和较低的降额环境温度（derating ambient temperature）。后一术语（即降额环境温度）是指这样的外部环境温度，在该温度下达到了发电机30的温度极限。这可以发生在各种部件中，例如绕组56或永磁体45。当温度升高超过该阈值时，必须降低涡轮机功率输出以避免过热。因此，这些功率损耗将更一般地导致较低的年发电量（Annual Energy Production，AEP）和较高的能量成本（Cost of Energy，CoE）。

转子40中的功率损耗问题迄今为止一方面已经通过旨在减少损耗本身的方法来解决，例如通过实施诸如磁体分段的良好开发的技术。分段在于将每个纵向磁体元件46分成多个较小的块，以便减少涡流的产生。然而，磁体块的尺寸的减小仅具有有限的效果，并且通常与较低的性能和/或较高的成本相关联。

其它方法旨在增加从热源（即产生涡流的部件，特别是磁体）的热耗散。一种方法是在转子壳体的外壳体壁100的外表面上增加冷却翅片（未示出）。这可能是有效的，然而翅片的固定可能涉及沿着热耗散路径的热导率的降低，这种热导率的降低是由于已知的将翅片固定到表面的特定技术引起的。这种翅片固定技术包括将翅片胶合到表面（这涉及翅片和表面之间的粘合剂薄层），或者将翅片焊接或螺栓连接到表面（这可能涉及翅片和表面之间的空气薄层）。对于这种技术而言，热导率的这种降低可能是令人扫兴的。使用冷却翅片的另一个缺点是为了保持固定或更换冷却翅片所需要的维护工作。

另一种旨在增加热耗散的方法可以是通过空气或液体的强制冷却。强制冷却的缺点是成本增加以及需要对强制冷却系统进行维护。

发明内容

本公开总体上旨在避免或减轻用于增加从转子的热流和/或改善从转子的热耗散的常规方法的缺点。

本公开的目的是提供一种用于转子40的转子壳体的壳体壁100，该转子40用于例如直接驱动风力涡轮机的外部发电机30，其中，壳体壁100提供从壳体壁100的内部经由壳体壁100的外部或外壁表面112到外部空气环境的增强的热传递，并且特别地从被支撑在内壁表面110上的发电机磁体46通过壳体壁100经由壳体壁100的外部或外表面112到外部空气环境的增强的热传递。

该目的通过具有根据独立权利要求的特征的主题来解决。在从属权利要求中示出了另外的实施例示例。

通常，本发明提出增加转子的壳体壁的外表面的冷却表面，即通过在壳体壁的外表面中实施凹痕或凹槽。

根据本发明的实施例示例，建立了一种用于例如直接驱动风力涡轮机的外部发电机的转子的转子壳体的壳体壁，和/或一种用于电机的外部转子的转子壳体的壳体壁，所述电机例如为发电机或电动机。壳体壁是外壳体壁并且具有内壁表面、外壁表面和轴向长度。内壁表面是圆柱形的。外壁表面具有至少一个凹痕（或凹槽），其在外壁表面的轴向长度的至少一部分上延伸，特别是在总轴向长度上延伸。

在本发明的示例性实施例示例中，外壁表面可以具有多个凹痕（或凹槽），多个凹痕（或凹槽）中的至少一些在外壁表面的轴向长度的至少一部分上延伸，特别是在外壁表面的总轴向长度上延伸。特别地，多个凹痕的第一部分可以仅在外壁表面的轴向长度的一部分上延伸，并且多个凹痕的第二部分可以在外壁表面的总轴向长度上延伸。

在外壁表面中提供凹痕（或凹槽）增加了与周围空气交界的表面积，从而增加了待耗散的热的总热流。同时，提供凹痕消除了与将翅片固定在外表面上相关联的热导率问题。特别地，提供凹痕避免了单独提供的并固定到壳体壁的外壁表面的常规翅片的接触热阻。另外，提供凹痕而不是常规翅片提供了用于增加热流和/或改善热耗散的免维护解决方案。

应当注意，本公开的实施例示例不仅涉及用于例如直接驱动风力涡轮机的外部发电机的转子的转子壳体的壳体壁。而且，本公开涉及并且也能够应用于任何电机的外部转子的转子壳体的壳体壁，所述电机例如为发电机或电动机。

在本公开的示例性实施例示例中，在至少一个凹痕外部、特别是每个凹痕外部的外壁表面的一个或多个区域中，外壁表面可以是圆柱形的。在本公开的示例性实施例示例中，至少一个凹痕、特别是每个凹痕具有凹痕底部，该凹痕底部是圆柱形的，或者换句话说形成外圆柱形表面的一部分。在本公开的示例性实施例示例中，所述至少一个凹痕、特别是每个凹痕可以被机加工到壳体壁的外壁表面中。将凹痕机加工到圆柱形外表面中并且使得所挖出的凹痕的底部也是圆柱形的，这是执行起来特别便利和成本高效的。而且，作为将凹痕机加工到外壁表面中的结果，凹痕以及凹痕之间的区域形成壳体壁的一体化部分，并且不存在由于例如用于将增加表面积的结构固定到壳体壁的外表面的固定技术而导致的热导率降低的问题。

可以针对每个涡轮发电机设计来优化凹痕的尺寸、形状、数量、分布和布置。下面将描述一些示例性实施例。

在本公开的示例性实施例示例中，凹痕可以围绕外壁表面沿着周向方向以周向节距和/或以对应的角节距均等地间隔开。

替代地，在本公开的替代的示例性实施例示例中，凹痕可以不都围绕外壁表面沿着周向方向均等地间隔开。特别地，多个凹痕可包括至少两组均等间隔开的凹痕，其中，所述至少两组在周向方向上具有毗连凹痕的不同相互周向间距。

在本公开的示例性实施例示例中，外壁表面的外壁直径可以在4.0 m至12 m的范围内，特别是在5.0 m至10 m的范围内，并且更特别是在6.0 m至8.0 m的范围内。替代地或另外，外壁表面的总径向壁厚可以在30 mm至60 mm的范围内，特别是在32 mm至50 mm的范围内，更特别是在34 mm至40 mm的范围内。仍然替代地或另外，外壁表面的总径向壁厚与外壁表面的外壁直径的比率可以在0.4%至1.0%之间的范围内，特别是在0.5%至0.8%的范围内。

在本公开的示例性实施例示例中，所述至少一个凹痕、特别是每个凹痕可以相对于壳体壁的轴向方向以螺旋角延伸。螺旋角可以被优化，使得空气能沿着并通过一个或多个凹痕而最佳地流动，即具有薄的界面层，特别是根据风速和发电机的风力转子和所连接的转子壳体的旋转速度来优化。特别地，螺旋角可以在12°至20°的范围内，特别是在13°至19°的范围内，更特别是在14°至18°的范围内，并且仍然更特别是在15°至17°的范围内。

在本公开的示例性实施例示例中，当在壳体壁的轴向方向上观察时，在垂直于壳体壁的轴向方向的横截面中，至少一个凹痕、特别是每个凹痕可以具有选自包括基本矩形形状、基本梯形形状、基本锯齿形形状、基本波浪形形状的组的横截面形状。

在本公开的示例性实施例示例中，所述横截面形状可以是基本矩形或基本梯形。然后，所述凹槽的横截面形状具有径向高度、周向宽度，相邻凹槽之间的圆柱形外壁表面具有周向长度；并且多个、特别是三个凹痕中的至少一些在周向方向上以周向节距和/或以对应的角节距均等地间隔开。基于这些限定，以下条件中的至少一个可以成立：

- 所述径向高度可以在10 mm至50 mm的范围内；

- 所述周向宽度在100 mm至600 mm的范围内，特别是在100 mm至500 mm的范围内；

- 所述周向长度可以在10 mm至70 mm的范围内，特别是在10 mm至50 mm的范围内，或者在100 mm至500 mm的范围内，特别是在100 mm至350 mm的范围内；

- 沿着整个圆周的凹痕的数量可以在30至250的范围内，特别是在50至150的范围内，更特别是在70至140的范围内；

- 所述周向节距可以在100 mm至500 mm的范围内，特别是在125 mm至400 mm的范围内，并且更特别是在150 mm至300 mm的范围内；

- 所述角节距可以在2°至10°的范围内，特别是在2.5°至8°的范围内，并且更特别是在3°至6°的范围内；

- 所述凹痕的径向高度与所述壳体壁的径向壁厚（特别是在所述一个或多个凹痕外部的表面区域中测量的径向壁厚）之间的比率在0.5至1.0的范围内；以及

- 如果所述横截面形状为梯形，则所述凹痕的侧壁相对于所述径向方向的倾斜角为30°至75°，特别是40°至60°。

在本公开的示例性实施例示例中，基本梯形的横截面形状与基本矩形的横截面形状的不同之处可以在于以下特征中的至少一个：

- 从所述外壁表面到所述凹痕的侧表面的过渡部被倒角；

- 所述凹痕的侧表面是倾斜的，特别是倾斜了一倾斜角；

- 从所述凹痕的侧表面到凹痕底部的过渡部被倒角。

在本公开的其它示例性实施例示例中，所述横截面形状可以是基本锯齿形或基本波浪形。然后，所述凹痕的横截面形状具有径向高度、周向宽度，所述凹痕的侧表面的至少一部分相对于所述径向方向具有倾斜角，并且多个、特别是三个凹痕中的至少一些在周向方向上以周向节距和/或以对应的角节距均等地间隔开。基于这些限定，以下条件中的至少一个成立：

- 所述径向高度可以在10 mm至50 mm的范围内；

- 所述周向宽度可以等于所述周向节距并且在20 mm至75 mm的范围内，特别是在30 mm至60 mm的范围内；

- 所述凹痕的径向高度与所述壳体壁的径向壁厚（特别是在所述一个或多个凹痕外部的表面区域中测量的径向壁厚，特别是通过峰测量的径向壁厚）之间的比率可以在0.5至1.0的范围内；

- 所述凹痕的侧表面的至少一部分可具有所述凹痕的侧壁相对于所述径向方向的倾斜角β，所述倾斜角β为30°至75°、特别是40°至60°，并且更特别是45°；

- 沿着所述外壁表面的整个圆周的凹痕的数量可以在250至1000的范围内，特别是在300至750的范围内，更特别是在400至600的范围内。

在本公开的示例性实施例示例中，外壁表面可以在至少一个凹痕外部、特别是在每个凹痕外部的区段中并且沿着轴向方向具有从壳体壁的轴向端部测量的在100 mm、特别是75 mm、更特别是50 mm的范围内的渐缩区段，该轴向端部面向将要被连接到转子壳体的风力涡轮机的叶片和毂。当在包含壳体壁的轴线从外壁表面到凹痕底部的横截面中观察时，渐缩区段可以在朝向该轴向端部的方向上渐缩。特别地，渐缩可以以线性形状或以弯曲形状进行，该弯曲形状选自由椭圆形状、抛物线形状、双曲线形状组成的组。渐缩被设置成使从风力转子毂的外表面到壳体壁的外壁表面的过渡部平滑。

在本公开的示例性实施例示例中，多个凹痕可以包括第一组凹痕和第二组凹痕，其中，所述第一组中的凹痕与所述第二组中的凹痕至少在一个参数上不同，所述一个参数选自由如下组成的组：凹痕的轴向长度、凹痕在壳体壁的轴向方向上的位置以及当在壳体壁的轴向方向上观察时在垂直于壳体壁的轴向方向的横截面中的凹痕的形状。

在本公开的示例性实施例示例中，壳体壁的内壁表面可以支撑多个、特别是轴向长形的磁体元件（例如在永磁体励磁机中）或磁场励磁线圈（例如在电励磁机中）。

根据本公开的另一实施例示例，建立了一种用于例如直接驱动风力涡轮机的外部发电机的转子和/或一种用于电机的外部转子的转子，所述电机例如为发电机或电动机。所述转子具有转子壳体，所述转子壳体具有如上所述的外壳体壁。

在本公开的转子的示例性实施例示例中，壳体壁的内壁表面可以支撑多个、特别是轴向长形的磁体元件（例如在永磁体励磁机中）或磁场励磁线圈（例如在电励磁机中）。

附图说明

在下文中，参照附图详细描述本公开的示例性实施例示例。

图1以侧视图示出了具有常规的外部发电机的直接驱动风力涡轮机，其中，发电机具有常规的转子壳体，该转子壳体具有基本圆柱形的外壁表面。

图2示出了具有常规转子壳体和发电机主要部件的常规发电机在包括轴线的平面中的横截面视图。

图3以横截面视图示出了常规转子壳体的常规壳体壁的一部分，磁体被支撑在内壁表面上。

图4示出了根据本发明的第一实施例示例的用于转子的转子壳体的壳体壁的沿轴向方向看到的平面图，其在外壁表面中具有凹痕。

图5示出了根据图4所示的本发明的第一实施例示例的壳体壁的垂直于轴向方向看到的平面图。

图6示出了根据图4所示的本发明的第一实施例示例的壳体壁的透视图。

图7示出了根据图4所示的本发明的第一实施例示例的改型的壳体壁的垂直于轴向方向观察且与图5类似的平面图，该壳体壁在外壁表面中具有凹痕。

图8示出了根据本发明的第二实施例示例的用于转子的转子壳体的壳体壁的沿轴向方向看到的平面图，其在外壁表面中具有凹痕。

图9示出了根据图8所示的本发明的第二实施例示例的壳体壁的垂直于轴向方向看到的平面图。

图10示出了根据图8所示的本发明的第二实施例示例的壳体壁的透视图。

图11以沿轴向方向看到的平面图示出了根据图4所示的本发明第一实施例示例的壳体壁的放大部分，其中，示出了特定的几何尺寸，其表征了凹痕的形状和外壁表面的形状。

图12示出了根据本发明的第三实施例示例的用于转子的转子壳体的壳体壁的沿轴向方向看到的平面图，其在外壁表面中具有凹痕。

图13示出了根据图12所示的本发明的第三实施例示例的壳体壁的垂直于轴向方向看到的平面图。

图14示出了根据图12所示的本发明的第三实施例示例的壳体壁的透视图。

图15示出了根据图12所示的本发明的第三实施例示例的如图14所示的壳体壁的放大部分的透视图。

图16示出了根据本发明的第四实施例示例的用于转子的转子壳体的壳体壁的沿轴向方向看到的平面图，其在外壁表面中具有凹痕。

图17示出了根据图16所示的本发明的第四实施例示例的壳体壁的垂直于轴向方向看到的平面图。

图18示出了根据图16所示的本发明的第四实施例示例的壳体壁的透视图。

图19示出了根据图16所示的本发明的第四实施例示例的如图14所示的壳体壁的放大部分的透视图。

图20以沿轴向方向看到的平面图示出了根据图12所示的本发明的第三实施例示例的壳体壁的放大部分，其中，示出了特定的几何尺寸，其表征了凹痕的形状和外壁表面的形状。

图21示出了根据图4所示的本发明的第一实施例示例的另一改型的壳体壁的放大部分的透视图，类似于图6的视图。

图22示出了根据图4所示的本发明第一实施例示例的又一改型的壳体壁的放大部分的透视图，类似于图6和21的视图。

图23以横截面视图示出了根据本发明的第五实施例示例的壳体壁的一部分，其中，该横截面视图在包括轴线的平面中切穿根据第一至第四实施例中的任一个的两个相邻凹痕之间的区域的峰线。

不同附图中的相似或类似的部件被提供有相同的附图标记。附图不一定按比例绘制，并且可以是示意性的，例如图4至7、图8至10、图12至15以及图16至20。

具体实施方式

图4示出了根据本发明的第一实施例示例的用于转子20的转子壳体的壳体壁100的沿轴向方向104看到的平面图，其在外壁表面112中具有凹痕130。图5示出了根据图4所示的本发明的第一实施例示例的壳体壁100的垂直于轴向方向104看到的平面图。图6示出了根据图4所示的本发明的第一实施例示例的壳体壁100的透视图。

图4至6所示的壳体壁100用于例如直接驱动风力涡轮机（未示出）的外部发电机10（见图1）的转子40（见图2）的转子壳体。壳体壁100是转子壳体的外壳体壁，使得壳体壁100的外壁表面112暴露于风力涡轮机的环境中的周围空气。

壳体壁100具有内壁表面110、外壁表面114和轴向长度124（在图5中示出）。如图6中最佳地示出，内壁表面110是圆柱形的。

壳体壁100（见图4）的外壁直径114，更准确地说，外壁表面112的外壁直径114在4.0 m至12 m的范围内。外壁直径114可以特别地在5.0 m至10 m的范围内，并且更特别地在6.0 m至8.0 m的范围内。外壁表面112的总径向壁厚116（见图4）在30 mm至60 mm的范围内。特别地，总径向壁厚116可以在32 mm至50 mm的范围内，并且更特别地在34 mm至40 mm的范围内。外壁表面112的总径向壁厚116与外壁表面112的外壁直径114的比率在0.4%至1.0%之间的范围内，特别是在0.5%至0.8%的范围内。

如可以在图4至6中的每一个中看到的，外壁表面112具有至少一个凹痕130，其在外壁表面112的总轴向长度124上延伸。当然，优选地，外壁表面112具有多个凹痕130，每个凹痕130在外壁表面112的总轴向长度124上延伸（见图5）。在外壁表面112中提供凹痕130或凹槽增加了与周围空气交界的表面积，从而增加了总体的热流，并因此增加了从可以固定在壳体壁100的内壁表面110上的磁体元件46的热耗散，如图3所示。同时，凹痕130的提供消除了与外壁表面112上的翅片的固定相关联的热导率问题。

如可以在图4和6中看到的，在至少一个凹痕130外部的外壁表面112的区域中，特别是在每个凹痕130的外部和之间，外壁表面112也是圆柱形的。至少一个凹痕130、特别是每个凹痕130具有凹痕底部134，其也是圆柱形的并且形成外圆柱形表面的一部分。

凹痕130中的每一个都是通过在壳体壁102的外壁表面112中进行机加工的工艺获得的。换句话说，凹痕130中的每一个均已被机加工到壳体壁102的外壁表面112中。将凹痕100机加工到圆柱形外表面中，使得凹痕的所挖出的凹痕底部134也是圆柱形的，这是执行起来特别便利和成本高效的。而且，作为将凹痕130机加工到外壁表面中的结果，凹痕130以及凹痕130之间的区域形成了壳体壁100的一体化部分，并且不存在由于例如用于将增加表面积的结构固定到壳体壁的外表面的固定技术而导致的热导率降低的问题。

如还可以在图4和6中看到的，凹痕130围绕外壁表面112沿着周向方向108均等地间隔开。

图7示出了根据图4所示的本发明的第一实施例示例的改型的壳体壁100的垂直于轴向方向124观察且与图5类似的平面图，该壳体壁100在外壁表面112中具有凹痕130。

如可以在图7中看到的，至少一个凹痕130、特别是每个凹痕130可相对于壳体壁102的轴向方向104以螺旋角132延伸。螺旋角132可根据风速相对于风力转子的旋转速度以及因此壳体壁100的旋转速度来优化。在相应计算的结果中，螺旋角132可在12°至20°的范围内，特别是在12°至20°的范围内，更特别是在13°至19°的范围内，更特别是在14°至18°的范围内，更特别是在15°至17°的范围内，并且还更特别是约16°。

通常，可针对每个涡轮发电机设计来优化凹痕130的尺寸、形状、位置、数量、分布和布置。图4至6示出了一个第一示例性实施例，图8至10示出了第二示例性实施例，图12至15示出了第三示例性实施例，并且图16至18示出了第四示例性实施例。这些示例性实施例将在下文中更详细地描述。

当在壳体壁100的轴向方向124上观察时，在垂直于壳体壁100的轴向方向124或轴线102的横截面中，至少一个凹痕130、特别是每个凹痕130可具有选自包括基本矩形形状140（如图4至6所示）、基本梯形形状142（如图8至10所示）、基本锯齿形形状144（如图12至15所示）和基本波浪形形状146（如图16至19所示）的组的横截面形状。

不仅对于如图7所示的基本矩形的凹痕130，而且对于所提出的横截面形状中的每一个，即基本矩形形状140、基本梯形形状142、基本锯齿形形状144和基本波浪形形状146，相应的凹痕130可相对于壳体壁102的轴向方向104以螺旋角132延伸。

在如图4至6所示的本发明的第一实施例示例中，凹痕130的横截面形状具有矩形形状140。再次注意，图4至7仅是示意性的，并且这用于示出在垂直于轴向方向124切出的横截面中具有基本矩形形状140的凹痕130。在本发明的第一实施例示例的改型中，具有基本矩形形状140的凹痕130可类似于图21和22中所示的实施例示例而被成形和分布。

图8示出了根据本发明的第二实施例示例的用于转子20的转子壳体的壳体壁100的沿轴向方向124看到的平面图，其在外壁表面112中具有凹痕130。图9示出了根据图8所示的本发明的第二实施例的壳体壁100的垂直于轴向方向124看到的平面图。图10示出了根据图8所示的本发明的第二实施例示例的壳体壁100的透视图。

在如图8至10中所示的本发明的第二实施例示例中，凹痕130的横截面形状具有梯形形状142。再次注意，图8至10仅是示意性的，并且这用于示出在垂直于轴向方向124切出的横截面中具有基本梯形形状142的凹痕130。在本发明的第二实施例示例的改型中，具有基本梯形形状142的凹痕130可类似于图21和22中所示的凹痕130而被分布。

图11在沿轴向方向124看到的平面图中示出了根据图4至6中所示的本发明的第一实施例示例的壳体壁100的放大部分（其中，凹痕130具有基本矩形形状140），其中，示出了特定的几何尺寸，其表征了凹痕130的形状和外壁表面112的形状。以下内容还适用于图8至10中所示的本发明的第二实施例示例（其中，凹痕130具有基本梯形形状142）。

当凹痕130的横截面形状为基本矩形140（如图4至6中）或基本梯形142（如图8至10中）时，凹痕130的横截面形状的特征可在于径向高度150和周向宽度152。相邻凹痕130之间的圆柱形外壁表面112的特征可在于周向长度154。凹痕130在周向方向108上均等地间隔开，其特征可在于周向节距156和/或对应的角节距158（角度π）。

关于基本矩形凹痕和基本梯形凹痕的几何形状和尺寸，以下条件中的至少一个可以成立：径向高度150在10 mm至50 mm的范围内；周向宽度152在100 mm至600 mm的范围内，特别是在100 mm至500 mm的范围内；周向长度154在10 mm至70 mm的范围内，特别是在10mm至50 mm的范围内，或者在100 mm至500 mm的范围内，特别是在100 mm至350 mm的范围内；沿着外壁表面112的整个圆周的凹痕130的数量在30至250的范围内，特别是在50至150的范围内，更特别是在70至145的范围内；周向节距156在100 mm至500 mm的范围内，特别是在125 mm至400 mm的范围内，并且更特别是在150 mm至300 mm的范围内；角节距158（或角度π）在2°至10°的范围内，特别是在2.5°至8°的范围内，并且更特别是在3°至6°的范围内；凹痕130的径向高度150与壳体壁100的径向壁厚116（特别是在一个或多个凹痕130外部的表面区域中测量的径向壁厚116）之间的比率在0.5至1.0的范围内；如果凹痕130的横截面形状是梯形142，则凹痕130的侧壁136相对于径向方向106的倾斜角160（角度α）为30°至75°，特别是40°至60°。

当将图4至6与图8至10进行比较时，可以看出，基本梯形的横截面形状142与基本矩形的横截面形状140的不同之处在于以下特征中的至少一个：从外壁表面112到凹痕130的侧表面137的过渡部被倒角；凹痕130的侧表面137倾斜，特别是倾斜了倾斜角158（角度α）；从凹痕130的侧表面137到凹痕底部134的过渡部被倒角。

图20在沿轴向方向124看到的平面图中示出了根据图12所示的本发明的第三实施例示例的壳体壁100的放大部分，其中，示出了特定的几何尺寸，其表征了凹痕130的形状和外壁表面112的形状。

当凹痕130的横截面形状是基本锯齿形144或基本波浪形146时，凹痕130的横截面形状的特征可在于径向高度150和周向宽度152。凹痕130的侧表面137的至少一部分的特征可在于相对于径向方向106的倾斜角158（角度β）。凹痕130在周向方向108上均等地间隔开，其特征可在于周向节距156和/或对应的角节距158（角度π）。

关于基本锯齿形凹痕和基本波浪形凹痕的几何形状和尺寸，以下条件中的至少一个可以成立：径向高度150在10 mm至50 mm的范围内；周向宽度152等于周向节距156并且在20 mm至75 mm的范围内，特别是在30 mm至60 mm的范围内；凹痕130的径向高度150与壳体壁100的径向壁厚116（特别是在一个或多个凹痕130外部的表面区域中测量的径向壁厚116，特别是通过峰164测量的径向壁厚）之间的比率在0.5至1.0的范围内；凹痕130的侧表面137的至少一部分具有凹痕134的侧壁相对于径向方向106的倾斜角162（角度β），该倾斜角162（角度β）为30°至75°，特别是40°至60°，并且更特别是45°。沿着外壁表面112的总圆周的凹痕130的数量在250至1000的范围内，特别是在300至750的范围内，更特别是在400至600的范围内。

图21示出了根据图4所示的本发明的第一实施例示例的另一改型的壳体壁100的放大部分的透视图，类似于图6的视图。图22示出了根据图4所示的本发明的第一实施例示例的又一改型的壳体壁100的放大部分的透视图，类似于图6和21的视图。

在图21和22所示的实施例示例中，当在周向方向108上测量时，凹痕130显著地比凹痕130之间的区域更宽（例如，3至8倍，特别是4至6倍，并且更特别是大约5倍）。在此类几何形状中，凹痕130之间的区域可被称为“翅片”。然而，这些“翅片”与常规翅片的不同之处在于图21和22所示的“翅片”与壳体壁100成一体（或者换句话说是壳体壁100的一部分），而常规已知的翅片是单独提供的并且通过特定的固定技术（例如胶合或螺栓连接）固定到表面。

在图21所示的实施例示例中，“翅片”具有50 mm的径向高度150和50 mm的周向长度154；“翅片”以5°的角节距布置，使得沿着壳体壁100的圆周提供总共72个“翅片”。

在图22所示的实施例示例中，“翅片”具有10 mm的径向高度150和10 mm的周向长度154；“翅片”以2.5°的角节距布置，使得沿着壳体壁100的圆周提供总共144个“翅片”。

在图21所示的实施例示例中，由于机加工了互补的凹痕130，“翅片”具有50 mm的径向高度和50 mm的周向长度，外壁表面112的表面积增加了28%。热模拟已经表明通过壳体壁100的热流增加了25%。

在图22所示的实施例示例中，由于机加工了互补的凹痕130，“翅片”具有50 mm的径向高度和50 mm的周向长度，外壁表面112的表面积增加了28%。热模拟已经表明通过壳体壁100的热流增加了22%。

为了比较，已经进行了进一步的热模拟，其目的在于估计现有技术的缺点。

在一个这样的模拟中，已经假设翅片被螺栓连接到外表面。在该模拟中，已经假设在翅片的底表面和外壁表面之间具有0.1 mm厚度的空气间隙。在该模拟中，空气间隙被发现具有0.02W/mK的热导率。这种固定技术显示出由于接触热阻引起热流降低大约11%。

在另一个这样的模拟中，已经假设翅片被胶合到外表面。在该模拟中，假定粘合剂是环氧基胶，其具有2W/mK的热导率，并且在翅片的底表面和外壁表面之间具有0.5 mm的膜厚度。这种固定技术显示出由于接触热阻引起热流降低大约2%。

图23以横截面视图示出了根据本发明的第五实施例示例的壳体壁100的一部分，其中，该横截面视图在包括轴线102（见图6、10、14和19）的平面中切穿根据第一至第四实施例中的任一个的两个相邻凹痕130之间的区域的峰或峰线164。

在图23所示的实施例示例中，外壁表面112在朝向壳体壁100的轴向端部180的方向上渐缩，该端部180将面向将要被连接到转子壳体的风力涡轮机叶片和毂。外壁表面112的渐缩被设置在至少一个凹痕130外部的区段中，或者通常在每个凹痕130外部的区段中。

该渐缩被形成为沿着轴向方向104在100 mm、特别是75 mm、更特别是50 mm的范围内进行，如从壳体壁100的轴向端部180测量的。当在包含壳体壁100的轴线102的横截面中观察时，渐缩区段170被示出为在朝向轴向端部180的方向上从外壁表面112到凹痕底部134渐缩。

该渐缩可以以线性形状172或以弯曲形状174进行。如果渐缩以弯曲形状174发生，则这可以选自由椭圆形状176、抛物线形状178、双曲线形状（未示出）组成的组。

该渐缩被设置成使从风力转子毂（未示出）的外表面到壳体壁100的外壁表面112的过渡部平滑。

在图4至23所示的实施例中，壳体壁100是用于外部发电机10的转子40的外壳体壁100，如可以在直接驱动风力涡轮机（未示出）中使用的。在该应用中，多个轴向长形的磁体元件46将会设置在壳体壁100的内壁表面110上，如图3所示。

在本说明书中，已经根据细节的选定集合呈现了示例性实施例。然而，本领域普通技术人员将理解的是，可以实施包括这些细节的不同选定集合的许多其它示例性实施例。所意图的是，所附权利要求覆盖所有可能的示例性实施例。

补充地，应当注意，“具有”或“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。另外，应当注意，上文已经参照以上实施例示例之一描述的特征或步骤也可以与上文已描述的其它实施例示例的其它特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应被解释为限制。

Claims (15)

1.一种用于例如直接驱动风力涡轮机的外部发电机（10）的转子（40）的转子壳体的壳体壁（100），或者一种用于电机的外部转子的转子壳体的壳体壁（100），所述电机例如为发电机或电动机，其中，所述壳体壁（100）是外壳体壁并且具有：

内壁表面（110）、外壁表面（114）和轴向长度（124），

其中，所述内壁表面（110）是圆柱形的，并且

其中，所述外壁表面（112）具有至少一个凹痕（130），所述至少一个凹痕（130）在所述外壁表面（112）的轴向长度（124）的至少一部分上延伸，特别是在所述外壁表面（112）的总轴向长度（124）上延伸。

2.根据权利要求1所述的壳体壁（100），其中，所述外壁表面（112）具有多个凹痕（130），所述多个凹痕（130）中的至少一些在所述外壁表面（112）的轴向长度（124）的至少一部分上延伸，特别是在所述外壁表面（112）的总轴向长度（124）上延伸，特别地，其中，多个凹痕（130）的第一部分仅在所述外壁表面（112）的轴向长度（124）的一部分上延伸，并且所述多个凹痕（130）的第二部分在所述外壁表面（112）的总轴向长度（124）上延伸。

3.根据权利要求1或2所述的壳体壁（100），其中，在所述至少一个凹痕（130）外部、特别是每个凹痕（130）外部的所述外壁表面（112）的一个或多个区域中，所述外壁表面（112）是圆柱形的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的壳体壁（100），其中，所述至少一个凹痕（130）、特别是每个凹痕（130）具有凹痕底部（134），所述凹痕底部（134）是圆柱形的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的壳体壁（100），其中，所述至少一个凹痕（130）、特别是每个凹痕（130）已经被机加工到所述壳体壁（102）的所述外壁表面（112）中。

6. 根据权利要求2至5中任一项所述的壳体壁（100），

其中，所述凹痕（130）围绕所述外壁表面（112）沿着周向方向（108）均等地间隔开，特别是以周向节距（156）和/或以对应的角节距（157）均等地间隔开，或者

其中，所述凹痕（130）不都围绕所述外壁表面（112）沿着所述周向方向（108）均等地间隔开，特别地，其中，所述多个凹痕（130）包括至少两组均等间隔开的凹痕（130），其中，所述至少两组在所述周向方向（108）上具有毗连凹痕（130）的不同相互周向间距。

7. 根据权利要求1至6中任一项所述的壳体壁（100），

其中，所述外壁表面（112）的外壁直径（114）在4.0 m至12 m的范围内，特别是在5.0 m至10 m的范围内，并且更特别是在6.0 m至8.0 m的范围内，和/或

其中，所述外壁表面（112）的总径向壁厚（116）在30 mm至60 mm的范围内，特别是在32mm至50 mm的范围内，更特别是在34 mm至40 mm的范围内，和/或

其中，所述外壁表面（112）的总径向壁厚（116）与所述外壁表面（112）的外壁直径（114）的比率在0.4%至1.0%之间的范围内，特别是在0.5%至0.8%的范围内。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的壳体壁（100），其中，所述至少一个凹痕（130）、特别是每个凹痕（130）相对于所述壳体壁（102）的轴向方向（104）以螺旋角（132）延伸，

特别地，其中，所述螺旋角（132）在12°至20°的范围内，特别是在13°至19°的范围内，更特别是在14°至18°的范围内，并且还更特别是在15°至17°的范围内。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的壳体壁（100），其中，当在所述壳体壁（100）的轴向方向（124）上观察时，在垂直于所述壳体壁（100）的轴向方向（124）的横截面中，所述至少一个凹痕（130）、特别是每个凹痕（130）具有选自包括基本矩形形状（140）、基本梯形形状（142）、基本锯齿形形状（144）、基本波浪形形状（146）的组的横截面形状。

10.根据权利要求9所述的壳体壁（100），其中，所述横截面形状是基本矩形（140）或基本梯形（142），其中，所述凹痕（130）的所述横截面形状具有径向高度（150）、周向宽度（152），相邻凹痕（130）之间的圆柱形外壁表面（112）具有周向长度（154），并且多个凹痕（130）、特别是三个凹痕中的至少一些在所述周向方向（108）上以周向节距（156）和/或以对应的角节距（158），π均等地间隔开，并且其中，以下条件中的至少一个成立：

- 所述径向高度（150）在10 mm至50 mm的范围内；

- 所述周向宽度（152）在100 mm至600 mm的范围内，特别是在100 mm至500 mm的范围内；

- 所述周向长度（154）在10 mm至70 mm的范围内，特别是在10 mm至50 mm的范围内，或者在100 mm至500 mm的范围内，特别是在100 mm至350 mm的范围内；

- 沿着所述外壁表面（112）的整个圆周的凹痕的数量在30至250的范围内，特别是在50至150的范围内，更特别是在70至145的范围内；

- 所述周向节距（156）在100 mm至500 mm的范围内，特别是在125 mm至400 mm的范围内，并且更特别是在150 mm至300 mm的范围内；

- 所述角节距（158），π在2°至10°的范围内，特别是在2.5°至8°的范围内，并且更特别是在3°至6°的范围内；

- 所述凹痕（130）的径向高度（150）与所述壳体壁（100）的径向壁厚（116）、特别是在所述一个或多个凹痕（130）外部的表面区域中测量的径向壁厚（116）之间的比率在0.5到1.0的范围内；以及

- 如果所述横截面形状为梯形（142），则所述凹痕（130）的侧壁（136）相对于所述径向方向（106）的倾斜角（160），α为30°至75°，特别是40°至60°。

11.根据权利要求9或10所述的壳体壁（100），其中，所述基本梯形的横截面形状（142）与所述基本矩形的横截面形状（140）的不同之处在于以下特征中的至少一个：

- 从所述外壁表面（112）到所述凹痕（130）的侧表面（137）的过渡部被倒角；

- 所述凹痕（130）的侧表面（137）是倾斜的，特别是倾斜了倾斜角（158），α；

- 从所述凹痕（130）的侧表面（137）到所述凹痕底部（134）的过渡部被倒角。

12.根据权利要求9所述的壳体壁（100），其中，所述横截面形状是基本锯齿形（144）或基本波浪形（146），其中，所述凹痕（130）的所述横截面形状具有径向高度（150）、周向宽度（152），所述凹痕（130）的侧表面（137）的至少一部分具有相对于所述径向方向（106）的倾斜角（158），β，并且多个凹痕（130）、特别是三个凹痕中的至少一些在所述周向方向（108）上以周向节距（156）和/或以对应的角节距（158），π均等地间隔开，并且其中，以下条件中的至少一个成立：

- 所述径向高度（150）在10 mm至50 mm的范围内；

- 所述周向宽度（152）等于所述周向节距（156）并且在20 mm至75 mm的范围内，特别是在30 mm至60 mm的范围内；

- 所述凹痕（130）的径向高度（150）与所述壳体壁（100）的径向壁厚（116）、特别是在所述一个或多个凹痕（130）外部的表面区域中测量的径向壁厚（116）、特别是通过峰（164）测量的径向壁厚之间的比率在0.5至1.0的范围内；

- 所述凹痕（130）的侧表面（137）的至少一部分具有所述凹痕（134）的侧壁相对于所述径向方向（106）的倾斜角（162），β，所述倾斜角（162），β为30°至75°，特别是40°至60°，并且更特别是45°；

- 沿着所述外壁表面（112）的整个圆周的凹痕（130）的数量在250至1000的范围内，特别是在300至750的范围内，更特别是在400至600的范围内。

13. 根据权利要求6至12中任一项所述的壳体壁（100），其中，在所述至少一个凹痕（130）外部的区段中、特别是在每个凹痕（130）外部的区段中并且沿着所述轴向方向（104）从所述壳体壁（100）的轴向端部（180）测量在100 mm、特别是75 mm、更特别是50 mm的范围内，所述端部（180）具有渐缩区段（170），所述轴向端部（180）面向将要被连接到所述转子壳体的风力涡轮机的叶片和毂，

当在包含所述壳体壁（100）的轴线（102）从所述外壁表面（112）到所述凹痕底部（134）的横截面中观察时，所述渐缩区段（170）在朝向所述轴向端部（180）的方向上渐缩，其中，特别地，渐缩以线性形状（172）或以弯曲形状（174）进行，所述弯曲形状（174）选自由椭圆形状（176）、抛物线形状（178）、双曲线形状组成的组。

14.根据权利要求2至13中任一项所述的壳体壁（100），其中，所述多个凹痕（130）包括第一组凹痕和第二组凹痕，其中，所述第一组中的凹痕与所述第二组中的凹痕至少在一个参数上不同，所述一个参数选自由如下组成的组：所述凹痕（130）的轴向长度、所述凹痕（130）在所述壳体壁（100）的轴向方向（104）上的位置以及当在所述壳体壁（100）的轴向方向（124）上观察时在垂直于所述壳体壁（100）的轴向方向（124）的横截面中的所述凹痕（130）的形状。

15.一种用于例如直接驱动风力涡轮机的外部发电机（10）的转子（40），和/或一种用于电机的外部转子的转子，所述电机例如为发电机或电动机，其中，所述转子（40）具有转子壳体，所述转子壳体具有根据权利要求1至14中任一项所述的外壳体壁（100），特别地，其中，所述外壳体壁（100）的内壁表面（110）支撑多个、特别是轴向长形的磁体元件（46）或磁场励磁线圈。

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