CN113726042A - 冷却装置、发电机以及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却装置、发电机以及风力发电机组，冷却装置用于发电机且包括能够与定子对应设置的冷却板，冷却板包括：液冷单元，包括入口、出口以及位于冷却板内部的液体流道，液体流道分别与入口以及出口连通且至少部分沿多次回折的曲线轨迹延伸，冷却液能够由入口进入液体流道并由出口流出冷却板，以与定子热交换；风冷单元，包括间隔分布的多个气体流道，各气体流道分别被至少部分液体流道包绕且在冷却板的厚度方向贯通，每个气体流道能够与气槽相对设置并相互连通，以使流经气槽被加热后的气流能够进入气体流道并与液体流道内的冷却液热交换。本发明能够满足发电机的冷却需求，且冷却效率高，能够保证大型风力发电机组的安全稳定要求。

Description

冷却装置、发电机以及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种冷却装置、发电机以及风力发电机组。

背景技术

风力发电机组运行时发电机产生的损耗会造成其各部件温升，过高的温度将会影响到风力发电机组的寿命甚至导致机组无法正常运行。如发电机长期高温运行会降低发电机的绝缘寿命，甚至还会引发绝缘击穿、轴承温度过高等不良现象，如果发电机是永磁电机，在高温环境中永磁体的磁性衰减，发生退磁现象，造成电机功率永久性下降，因此，冷却设计在发电机中非常重要。

然而，现有设计中的发电机，其冷却技术通常采用空冷方法和液冷方法两种技术，空冷方法具有结构简单，成本低等优点，但也存在相应的缺陷，其冷却能力相对较低，只适用于中小型风力发电机组的发电机的散热需求。而液冷方法虽然相对空冷方法冷却效率更高一些，但是其大多只适用于内转子结构发电机，并且，其冷却能力同样有限，不利于大型风力发电机组的发电机的安全稳定要求。

因此，亟需一种新的冷却装置、发电机以及风力发电机组。

发明内容

本发明实施例提供一种冷却装置、发电机以及风力发电机组，冷却装置能够满足发电机的冷却需求，且冷却效率高，能够保证大型风力发电机组的安全稳定要求。

一方面，根据本发明实施例提出了一种冷却装置，用于发电机，发电机包括具有气槽的定子，冷却装置包括能够与定子对应设置的冷却板，冷却板包括：液冷单元，包括入口、出口以及位于冷却板内部的液体流道，液体流道分别与入口以及出口连通且至少部分沿多次回折的曲线轨迹延伸，冷却液能够由入口进入液体流道并由出口流出冷却板，以与定子热交换；风冷单元，包括间隔分布的多个气体流道，各气体流道分别被至少部分液体流道包绕且在冷却板的厚度方向贯通，每个气体流道能够与气槽相对设置并相互连通，以使流经气槽被加热后的气流能够进入气体流道并与液体流道内的冷却液热交换。

根据本发明实施例的一个方面，冷却板整体为弧形板体。

根据本发明实施例的一个方面，在厚度方向上，围合形成气体流道的壁面的正投影呈条状。

根据本发明实施例的一个方面，在冷却板的长度方向，液体流道包括间隔设置的流道单元，相邻两个流道单元首尾相接，以使液体流道至少部分在长度方向沿多次回折的曲线轨迹延伸，每相邻两个流道单元之间分布有至少一个气体流道。

根据本发明实施例的一个方面，冷却板具有顶壁、底壁、侧壁以及两个以上导气管，顶壁与底壁在厚度方向相对设置，侧壁呈闭合环状并连接于顶壁与底壁之间；顶壁具有与导气管数量相同并沿同一方向间隔分布的第一开口，底壁具有与第一开口一一对应的第二开口，每个导气管的一端插接于第一开口并与顶壁密封连接且另一端插接于第二开口并与底壁密封连接，顶壁、底壁、侧壁以及导气管共同围合形成液体流道，导气管的中空腔形成气体流道。

另一方面，根据本发明实施例提出了一种发电机，包括：定子，包括定子铁芯以及设置于定子铁芯上的绕组，在定子的轴向上，定子铁芯包括两个以上间隔设置的气槽；转子，与定子同轴设置并与定子之间形成有气隙；上述的冷却装置，冷却装置的冷却板与定子对应设置并抵压于定子铁芯，多个气体流道沿轴向间隔分布，在定子的径向上，每个气体流道与其中一个气槽相对设置并相互连通，流经所述气槽被加热后的气流能够穿过所述气体流道并与所述液体流道内的冷却介质热交换冷却后返回至所述气槽。

根据本发明实施例的另一个方面，冷却装置包括两个以上冷却板，两个以上冷却板在定子的周向上依次分布，每个冷却板在径向上的其中一个表面抵压于定子铁芯。

根据本发明实施例的另一个方面，定子位于转子的内部，冷却板设置于定子铁芯在径向上远离转子的内表面。

根据本发明实施例的另一个方面，发电机还包括多个固定夹板以及固定键，多个固定夹板在定子的周向上彼此间隔设置，每个固定夹板通过其中一个固定键与定子铁芯远离转子的一侧连接，每个冷却板夹持于相邻两个固定夹板之间。

根据本发明实施例的另一个方面，定子位于转子的外部，冷却板设置于定子铁芯在径向上远离转子的外表面。

根据本发明实施例的另一个方面，发电机还包括导热层，导热层设置于冷却装置与定子铁芯之间。

根据本发明实施例的另一个方面，转子包括转子磁轭以及转子支撑，转子磁轭在轴向的两端分别连接有转子支撑并共同形成第一腔室；定子还包括定子支撑，定子铁芯在轴向的两端分别设置有定子支撑并共同形成第二腔室，第二腔室通过气槽以及气体流道与第一腔室连通；其中，气流能够由第一腔室进入气槽并经由冷却装置冷却后由第二腔室返回至第一腔室，以对定子循环冷却。

根据本发明实施例的另一个方面，定子支撑或转子支撑上设置有连通第一腔室以及第二腔室的连通口，发电机还包括风机，风机设置于第二腔室并位于冷却板远离转子的一侧，风机用于使得位于第一腔室的气流流经气槽并由冷却装置冷却后通过连通口返回至第一腔室；或者，定子支撑上设置有与外界连通的出风口，转子支撑上设置有进风口，位于第一腔室的气流能够流经气槽并由冷却装置冷却后，由出风口流出并由进风口返回至第一腔室。

又一方面，根据本发明实施例提出了一种风力发电机组，包括：机舱；如上述的发电机，发电机连接于机舱；换热器，设置于机舱并分别与入口和出口连通；驱动器，与换热器以及冷却装置的各冷却板连接，驱动器用于驱动冷却液在冷却板以及换热器之间循环流动。

根据本发明实施例提供的冷却装置、发电机以及风力发电机组，冷却装置包括能够与定子对应设置的冷却板，由于冷却板同时包括液冷单元以及风冷单元，且液冷单元包括入口、出口以及位于冷却板内部的液体流道，液体流道分别与入口以及出口连通且至少部分沿多次回折的曲线轨迹延伸，无论冷却装置所应用的发电机是内定子还是外定子，冷却板均可以与定子对应设置，当冷却液由入口进入液体流道并由出口流出冷却板时，能够预先与定子热交换。并且通过限制风冷单元包括间隔分布的多个气体流道，各气体流道分别被至少部分液体流道包绕且在冷却板的厚度方向贯通，每个气体流道能够与气槽相对设置并相互连通，使得流经气槽被加热后的气体能够进入气体流道并与液体流道内的冷却液热交换，进而使得给定子热交换气体的能够被重新冷却，冷却后的气体也可以再次用于与定子热交换，实现发电机的散热。即，本发明实施例提供的冷却装置，同时运用了空冷方法和液冷方法对直驱机组的发电机进行冷却，充分利用发电机定子的导热面积和对流换热面积，从而提高对发电机的散热冷却能力，冷却效率高，能够保证大型风力发电机组的安全稳定要求。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1a是现有技术中一个实施例的风力发电机组的发电机采用空冷方法的结构示意图；

图1b是现有技术中另一个实施例的风力发电机组的发电机采用空冷方法的结构示意图；

图1c是现有技术中又一个实施例的风力发电机组的发电机的采用液冷方法的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的风力发电机组的结构示意图

图3是本发明一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图；

图4是本发明一个实施例的发电机的局部剖视结构示意图；

图5是本发明一个实施例的冷却板的结构示意图；

图6是本发明一个实施例的冷却板的俯视图；

图7是图6中沿A-A方向的剖视图；

图8是本发明一个实施例的冷却板的正视图；

图9是图8中沿B-B方向的剖视图；

图10是本发明一个实施例的冷却板中气体流道内气体的流通示意图；

图11是本发明一个实施例的冷却板的侧视图；

图12是本发明另一个实施例的冷却板的剖视结构示意图；

图13是本发明一个实施例的发电机的局部结构的轴测图；

图14是本发明一个实施例的发电机的局部结构的分解图；

图15是本发明一个实施例的发电机的定子与冷却装置的配合的轴测图；

图16是本是本发明一个实施例的发电机的定子与冷却装置的配合的正视图；

图17是图15所示结构的正视图；

图18是图17中沿C-C的剖视图；

图19是图18所示结构的局部放大图；

图20是气体流经定子的气槽以及冷却装置的气体通道的气温变化示意图；

图21是本发明另一个实施例的发电机的局部剖视结构示意图；

图22是本发明另一个实施例的风力发电机组的局部剖视结构示意图。

1-发电机；

100-冷却装置；10-冷却板；11-液冷单元；111-入口；112-出口；113-液体流道；113a-流道单元；12-风冷单元；121-气体流道；

10a-顶壁；10b-底壁；10c-侧壁；10d-导气管；10e-第一开口；10f-第二开口；10g-第一表面；

M-厚度方向；N-长度方向；P-宽度方向；aa-曲线轨迹；

200-定子；210-定子铁芯；211-气槽；212-冲片；213-连接杆；214-隔离条；220-绕组；230-定子支撑；231-出风口；232-连通口；

300-转子；310-转子磁轭；320-永磁体；330-转子支撑；331-进风口；

400-气隙；

500-固定夹板；

600-固定键；700-第一腔室；800-第二腔室；900-风机；

2-塔筒；3-机舱；4-叶轮；4a-轮毂；4b-叶片；5-换热器；6-驱动器；7-冷却液；8-循环风机；

X-轴向；Y-径向；Z-周向。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的冷却装置、发电机以及风力发电机组的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1a至图1c，传统的风力发电机组，其包括塔筒2、机舱3、发电机1以及叶轮4，其发电机1的冷却技术通常采用空冷方法或者液冷方法，空冷方法可分为自然空冷和强迫空冷这两种方式，具有结构简单、可靠性高、成本低等优点，因此以往的中小型机组的发电机冷却大多采用空冷方法，尚能满足冷却要求。

如图1a所示，采用自然风冷的小型直驱机组定子表面没有进发电机1的气槽，通过自然风流经发电机的部分表面实现热交换，达到冷却效果。如图1b所示，采用强迫风冷的中型直驱机组的发电机定子表面有大量的气槽，通过气流为发电机1的铁芯和绕组散热。

相对来说空冷方法的冷却效率低，这个劣势在干燥的高温地区或者大型机组极其明显。随着机组不断增容，其发电机产生的热损耗也相应增加，仅依靠增大空冷系统的功率来提高系统的冷却散热能力是非常有限的，并且空冷系统的体积也会增大很多，这将占据机舱大部分空间，所以仅空冷方式不能满足大型发电机的冷却要求，进而不利于风力发电机组的大型化发展。

而采用液冷方法，其相对空冷方法的冷却效率较高，主要采用水套或水管冷却定子。水套冷却方式是将水套热交换器安装在定子外侧，适用于内转子结构的发电机，例如双馈机组。这种液冷方法虽然在过去中小型机组应用上起到了良好的效果，但是对于未来大兆瓦风力发电机的冷却效果也是很有限。因为随着机组增容，定子铁芯和绕组的径向尺寸增大，由于这种冷却方式的水套设置在绕组外侧，绕组内部和定子铁芯产生的热量都要从内侧向外侧传递，传热路径较长，相对来说热阻和热容量较大，会造成定子铁芯和绕组在传热路径上存在较大的温梯度，使得定子铁芯和绕组内部局部温度较高、散热不均匀，并且冷却效率同样无法满足大型发电机的冷却要求。

如图1c所示，水管冷却方式是在定子铁芯210沿轴向设置许多孔，将水管100a装入其内，依靠管壁与轭部产生热传导作用，管内的冷却液与管壁对流而携带热量至外界，这种冷却方法水管数量不能太多、直径不能太大，否则将会影响定子磁路，因此管壁与定子铁芯210接触的面积有限，即，热传导面积不足够大，而且水管100a与产生热量最多的绕线不直接接触，所以这种冷却方法为直驱发电机进行冷却也是很有限。所以，液冷方式的冷却效率和能力仍然不高，同样不利于大型发电机的安全稳定要求，进而不利于风力发电机组的大型化发展。

然而，随着风电技术的发展，风力发电机组也一直不断向大型化发展，随着单机容量增大，发电机的输出功率增大，其热损耗相应大幅增大，同时发电机设计趋向紧凑型结构，功率密度越来越高，这就导致发电机的热流密度很高，通过上述分析，发电机传统的冷却结构其冷却效率均较低，不能满足高功率密度的大型发电机冷却。基于上述问题，本发明实施例提供了一种冷却装置、发电机以及风力发电机组，冷却装置能够满足发电机的冷却需求，且冷却效率高，能够保证大型风力发电机组的安全稳定要求。为了更好地理解本发明，下面结合图2至图21根据本发明实施例的冷却装置、发电机以及风力发电机组进行详细描述。

请一并参阅图2至图4，本发明实施例提供一种风力发电机组，其包括塔筒2、机舱3、发电机1以及叶轮4，机舱3设置于塔筒2的顶端，发电机1设置于机舱3，可以位于机舱3的内部，当然也可以位于机舱3的外部。叶轮4包括轮毂4a以及连接于轮毂4a上的多个叶片4b，叶轮4通过其轮毂4a与发电机1连接。如图3及图4所示，本发明实施例还提供一种新型发电机1，发电机1能够满足风力发电机组的发电要求，且能够更好的满足自身的冷却要求，使得风力发电机组不断的向大型化发展。

发电机1包括定子200以及转子300，定子200包括定子铁芯210以及设置于定子铁芯210上的绕组220，在定子200的轴向X上，定子铁芯210包括两个以上间隔设置的气槽211。转子300与定子200同轴设置并与定子200之间形成有气隙400。在具体实施时，发电机1通过转子300可直接或者间接与叶轮4连接，定子200可以与机舱3的机舱底座连接，风力作用于叶片4b时，带动整个叶轮4以及发电机1的转子300相对定子200转动，以将风能转化为电能。

本发明实施例提供的发电机1，其转子300可以为位于定子200的外部，以下将简称为外转子发电机，当然，在有些示例中，其转子300也可以为定子200的内部，以下将简称为内转子发电机，为了更好的理解本发明实施例提供的发电机1，以下将以发电机1的为外转子发电机为例进行举例说明。

可选的，为了使得本发明实施例提供的发电机1能够更好的满足自身的冷却需求，本发明实施例还提供一种冷却装置100，该冷却装置100可以作为独立的构件单独生产、销售，当然，也可以用于上述实施例的发电机1并作为发电机1的组成部分。

请一并参阅图3至图11，本发明实施例提供的冷却装置100，包括能够与定子200对应设置的冷却板10，冷却板10包括液冷单元11以及风冷单元12，液冷单元11包括入口111、出口112以及位于冷却板10内部的液体流道113，液体流道113分别与入口111以及出口112连通且至少部分沿多次回折的曲线轨迹aa延伸。风冷单元12包括间隔分布的多个气体流道121，各气体流道121分别被至少部分液体流道113包绕且在冷却板10的厚度方向M贯通。

本发明实施例提供的冷却装置100在用于上述实施例的发电机1并作为发电机1的组成部分时，其冷却板10与定子200对应设置并抵压于定子铁芯210，多个气体流道121沿定子200的轴向X间隔分布，在定子200的径向Y上，每个气体流道121与其中一个气槽211相对设置并相互连通。冷却液7能够由液冷单元11的入口111进入液体流道113并由出口112流出冷却板10，以与定子200热交换，主要与定子200的定子铁芯210之间进行热交换。

并且，由于每个气体流道121能够与定子铁心210的气槽211在径向Y上相对设置并相互连通，以使流经气槽211被加热后的气流能够进入气体流道121并与液体流道113内的冷却液7热交换。进而使得给定子200热交换的气体能够被重新冷却，冷却后的气体也可以再次用于与定子200热交换，实现发电机1的冷却散热需求。即，本发明实施例提供的冷却装置100，同时运用了空冷方法和液冷方法对风力发电机组的发电机1进行冷却，充分利用发电机1的定子200的导热面积和对流换热面积，从而提高对发电机1的散热冷却能力，冷却效率高，能够保证大型风力发电机1组的安全稳定要求。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例所提及的包绕可以包括围绕、环绕等含义，气体流道121可以至少部分被对应位置的液体流道113包绕。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例提供的冷却装置100，其冷却板10整体可以为弧形板体，由于发电机1的定子200位于转子300的内部或者外部，其定子铁芯210的侧壁10c面均为弧形面，通过将冷却板10整体设置为弧形板，使得冷却板10可以与定子200的壁面形状相互匹配，进而使得冷却板10可以抵压在定子铁芯210的侧壁面。例如，当发电机1为内转子发电机时，冷却板10可以贴合在定子铁芯210在定子200的径向Y上远离转子300的外壁面，当发电机1为外转子发电机时，冷却板10可以贴合在定子铁芯210在定子200的径向Y上远离转子300的内壁面。能够增加冷却板10与定子铁芯210之间的接触面积，使得定子铁芯210热量和气槽211流过的气体热量可以快速、高效的传递给冷却板10，从而使发电机1散热达到良好的效果。

作为一种可选的实施方式，上述各实施例提供的冷却装置100，在冷却板10的厚度方向M上，围合形成气体流道121的壁面的正投影呈条状。由于气槽211在定子200的径向Y上贯通并在周向Z上延伸，冷却板10的气体流道121采用上述形式，能够适应气槽211的形状，增加与气槽211的连通尺寸，确保空气流通的顺畅，进而使得由气槽211流过并被加热的热气流能够更多的通过气槽211并与液体流道113内的冷却液7之间进行热交换。

请继续参阅图9至图11，作为一种可选的实施方式，上述各实施例提供的冷却装置100，在冷却板10的长度方向N，液体流道113包括间隔设置的流道单元113a，相邻两个流道单元113a首尾相接，以使液体流道113至少部分在长度方向N沿多次回折的曲线轨迹aa延伸，每相邻两个流道单元113a之间分布有至少一个气体流道121。冷却板10的液体流道113采用上述结构形式，在能够满足通过冷却液7与定子铁芯210热交换的基础上，更为重要的，还能够更好的实现对气体流道121的包围设置，提高液体流道113内冷却液7与流经气体流道121内的气流的热交换面积，进而提高对气流的冷却效果。

在一些可选的实施例中，上述各实施例提供的冷却装置100，其所包括的冷却板10中，其两个以上气体通道121在冷却板10的长度方向N上彼此间隔设置，可选的，在长度方向N上，相邻两个气体通道121之间的距离相同。在一些可选的示例中，在冷却板10的宽度方向P上，各气体通道121的延伸尺寸彼此相同。作为一种可选的实施方式，冷却板10在其自身的宽度方向P上具有第一表面10g，各气体通道121面向且靠近第一表面10g设置的壁面与第一表面10g之间的距离相同，通过上述设置，既能够保证冷却装置100的性能要求，同时易于冷却装置100的成型。

请一并参阅图12，当然，通过限制各气体通道121面向且靠近第一表面10g设置的壁面与第一表面10g之间的距离相同只是一种可选的实施方式，在一些气体的示例中，如图12所示，也可以使得多个气体通道121在冷却板10的长度方向N上交错设置，即，多个气体通道121不在同一直线上，相邻两个气体通道121中，其中一个气体通道121面向且靠近第一表面10g设置的壁面与第一表面10g之间的距离大于另一个气体通道121面向且靠近第一表面10g设置的壁面与第一表面10g之间的距离。通过上述设置，能够使得流道单元113a更好的沿曲线轨迹aa延伸，进而优化冷却装置100的冷却效果。

请继续参阅图5至图12，在一些可选的实施例中，上述各实施例提供的冷却装置100，冷却板10具有顶壁10a、底壁10b、侧壁10c以及两个以上导气管10d，顶壁10a与底壁10b在厚度方向M相对设置，侧壁10c呈闭合环状并连接于顶壁10a与底壁10b之间。顶壁10a具有与导气管10d数量相同并沿同一方向间隔分布的第一开口10e，底壁10b具有与第一开口10e一一对应的第二开口10f，每个导气管10d的一端插接于第一开口10e并与顶壁10a密封连接且另一端插接于第二开口10f并与底壁10b密封连接，顶壁10a、底壁10b、侧壁10c以及导气管10d共同围合形成液体流道113，导气管10d的中空腔形成气体流道121。冷却板10采用上述形式，结构简单，成本低廉，且易于成型。

作为一种可选的实施方式，为了便于冷却装置100的冷却板10与外界部件的连接，实现对冷却液7的冷却，可选的，冷却板10的入口111以及出口112上分别连接有引导管，引导管在冷却板10的厚度方向M上凸出于冷却板10。

请一并参阅图13至图16，作为一种可选的实施方式，本发明上述各实施例提供的冷却装置100，其所包括的冷却板10的数量可以为两个以上。当冷却装置100应用至发电机1并作为发电机1的组成部分时，其两个以上冷却板10在定子200的周向Z上依次分布，每个冷却板10在径向Y上的其中一个表面抵压于定子铁芯210，当发电机1为外转子发电机时，可以将冷却板10设置于定子铁芯210在径向Y上的内壁面，可选的，冷却板10可以与定子铁芯210的内壁面紧密贴合，使得冷却板10的内部可以同时通流液体和气体，使冷却液7既能冷却定子铁芯210又能冷却流经定子铁心210的气槽211内的气体，使得发电机1的各部件如定子200始终处于较为冷却的环境中，也就是说，冷却的空气可以复用，如再次用于冷却定子铁芯210。

并且，通过限制冷却装置100包括两个以上独立设置的冷却板10的结构形式，能够更便于冷却装置100在发电机1中的安装，使得冷却装置100能够更好的与定子铁芯210相互配合，进而更好的保证冷却效果。

同时，采用单个独立的冷却板10，能够有效的避免在用于发电机1时与其他构件之间产生干涉，并且，还可以使其能够应用于不同发电机1的型号，例如可以根据发电机1的定子铁芯210的尺寸选择合适数量的冷却板10并使其沿着定子200的周向Z依次分布即可满足发电机1的散热要求，应用范围广。并且既可以做为技改方案运用到已建成的风力发电机组的发电机1内，也可以做为新技术应用于未来的大型的风力发电机组的发电机1内。

作为一种可选的实施方式，冷却板10的厚度方向M可以与定子200的径向Y一致，其长度方向N与定子200的轴向X保持一致，两个以上冷却板10在定子200的周向Z上依次分布时，相邻两个冷却板10的宽度方向P相对设置，也就是说各个冷却板10上气体流道121在定子200的周向Z上可以一一对应设置，各冷却板10上沿同一分度圆分布的各气体流道121与定子铁芯210的其中一个气槽211形状相匹配并相对设置。

作为一种可选的实施方式，上述各实施例提供的发电机1，还包括多个固定夹板500以及固定键600，多个固定夹板500在定子200的周向Z上彼此间隔设置，每个固定夹板500通过其中一个固定键600与定子铁芯210远离转子300的一侧连接，每个冷却板10夹持于相邻两个固定夹板500之间。通过上述设置，能够更利于冷却装置100各冷却板10的固定，同时能够保证每个冷却板10的稳定性。

并且，由于相邻两个固定键600夹持于位于二者之间的冷却板10，不仅能够满足冷却板10的固定要求，同时还能够使得固定键600与固定夹板500的热量都可以传递至冷却板10的侧面并与其內部的冷却介质热交换，进一步优化发电机1散热能力。

请一并参阅图17至图20，由于大型机组的发电机1的定子铁芯210和绕组220在径向Y方向尺寸较大，如图19中的S，致使空冷路径较长，空气在流动路径中温度逐渐升高，冷却能力不断降低，因此在空冷方法中靠近铁芯210内表面部分得不到较好的冷却，发电机1长时间运行会产生热累积，使得这部分的铁芯210温度很高，所以必须采取有效措施进行散热冷却，消除热梯度现象。

而本发明实施例提供的发电机1，通过限定发电机1包括冷却装置100，并使得冷却装置100的冷却板10与定子铁芯210对应设置，即可以通过冷却板10内部液体流道113内的冷却液7对定子铁芯210进行二次冷却，达到均匀冷却的效果，避免局部温差大及温度高带来的不良现象，并且，由于各冷却板10的气体流道121与定子铁芯210的气槽211在径向Y上相对设置并相互连通，使得用于冷却发电机1的气流当流经发电机1的定子200被加热后能够在流经冷却板10的气槽211的过程中与冷却板10内部的液体流道113内的冷却介质热交换，气流又再次被冷却，这样可以节省用于冷却空冷部分空气的设备。如果冷却装置100的各冷却板10具有一定的强度，还能起到结构件支撑定子200或加强定子200刚度的作用，所以冷却装置100具有多功能用途。

作为一种可选的实施方式，上述各实施例提供的发电机1，为了保证其冷却装置100的各冷却板10与定子铁芯210之间紧密贴合，可选的，发电机1还包括导热层(图未示)，导热层设置于冷却装置100与定子铁芯210之间。通过设置导热层，能够有效的弥补定子铁芯210与冷却装置100相接触的表面的不平整性，进而可以增强冷却板10与定子铁芯210二者之间的结合性，利于导热，能够更好的满足发电机1的散热需求。并且，在有些实施例中，导热层可以由导热胶制成，通过上述设置，不仅能够实现对定子铁芯210表面找平的需求，同时，上述设置，还能够使得冷却板10通过导热层粘接连接于定子铁芯210，进一步提高冷却装置100与定子铁芯210之间的连接强度，保证发电机1在运行时的安全性能。

请继续参阅图17至图20，在一些可选的实施例中，本发明上述各实施例提供的发电机，其定子铁芯210可以包括多个环形的冲片212，多个环形的冲片212沿着定子200的轴向X依次分布并通过连接杆213相互连接为一体，相邻两个冲片212之间之间设置有隔离条214，通过隔离条214将两个冲片212彼此分离，相邻两个冲片212之间形成有气槽211，气槽211的数量为多个，每个气槽211在定子200的径向Y上贯通。绕组220沿着定子200的轴向X延伸，并且与定子铁芯210连接。

请继续参阅图2至图20，作为一种可选的实施方式，上述各实施例提供的发电机1，为了更好的对流经冷却板10各气体流道121被冷却的气流的重复利用，本发明上述各实施例提供的发电机1，其转子300包括转子磁轭310、永磁体320以及转子支撑330，永磁体320设置于转子磁轭310面向定子200的一侧并与定子200之间形成气隙400，通过定子200与转子300之间的相对转动，切割磁力线，从而产生感应电势实现发电机1的发电需求。

可选的，转子磁轭310在轴向X的两端分别连接有转子支撑330并共同形成第一腔室700，定子200还包括定子支撑230，定子铁芯210在轴向X的两端分别设置有定子支撑230并共同形成第二腔室800，第二腔室800通过气槽211以及气体流道121与第一腔室700连通，其中，气流能够由第一腔室700进入气槽211并经由冷却装置100冷却后由第二腔室800返回至第一腔室700，以对定子200循环冷却。即，通过上述设置，能够使得用于冷却发电机1的气流在流经气槽211并吸收绕组220以及定子铁芯210的热量被升温后通过各冷却板10的气体流道121又重新被降温成冷却的空气，循环重复的被应用于发电机1的冷却，节省用于冷却空冷部分空气的设备。

在一些可选的实施例中，可以在定子支撑230上设置有与外界连通的出风口231，转子支撑330上设置有进风口331，气流能够沿进风口331进入第一腔室700，通过气槽211对定子铁芯210以及绕组220进行风冷后，流经气槽211且被冷却装置100冷却后，由出风口231流出并由进风口331再次返回至第一腔室700，循环冷却定子铁芯210等部件。

请继续参阅图2至图20，在一些的实施例中，当上述实施例的发电机1在应用至风力发电机组时，风力发电机组还可以包括循环风机8，循环风机8可以位于机舱3内并通过管路与定子支撑230上设置的出风口231连通，通过循环风机8将被冷却装置100冷却后的气流抽离发电机1并排放至机舱3内，由于循环风机8作用下发电机1内部的被冷却后的气流被抽吸排放至发电机1的外部，使得发电机1内部的气压减小，在气压差的作用下，排放至机舱3内被冷却的低温空气又通过进风口331重新被吸入发电机1的第一腔室700，再次对发电机1内部的绕组220以及定子铁芯210进行冷却，然后被升温后再流经冷却装置100的气体流道121被冷却后循环重复上述气流的运行路径，不断的对发电机1进行冷却，进一步优化发电机1的冷却散热效果。

并且，上述结构设置，还使得发电机1在应用至风力发电机组时，由于被冷却装置100冷却后的空气排放在机舱3内，这样可以降低机舱3内的环境温度，为机舱3内的零部件提供温度较低的工作环境，或者提供合适的散热条件，还利于舱内零部件散热。

可选的，在具体实施时，风力发电机组所包括的循环风机8的数量可以为一套，当然也可以为两套以上，具体可以根据发电机1的尺寸型号，散热需求等参数进行设置，只要能够满足被水冷板冷却后的气流能够被重复利用，以循环冷却发电机1的定子200等部件要求均可。

请一并参阅图21以及图22，可以理解的是，上述各实施例中被冷却装置100冷却后的气流被重复利用的方式只是一种可选的实施例，但不限于上述实施例，在一些其他的示例中，如图21以及图22所示，当发电机1为外转子发电机时，也可以使得定子支撑230设置有连通第一腔室700以及第二腔室800的连通口232，此时发电机1还包括风机900，风机900设置于第二腔室800并位于冷却板10远离转子300的一侧，风机900用于使得位于第一腔室700的气流流经气槽211并由冷却装置100冷却后通过连通口232返回至第一腔室700，同样可以满足用于冷却发电机1的定子200的气流升温后流经冷却板10的气流通道被降温并由第二腔室800返回至第一腔室700，循环冷却发电机1的定子200等部件的需求。

即，本示例是在发电机1的内部形成一套完整的空气信号气流，在风机900的驱动作用下，发电机1内的空气先对定子铁芯210和绕组220冷却，升温后通过冷却板10的气体流道121时又被冷却板10冷却，冷却后的空气被排放到第一腔室700中，此时气槽211内压力减小，进入第一腔室700内的低温空气又进入定子铁芯210的气槽211对定子200进行冷却，空气依次循环冷却，更好的满足发电机1的冷却散热需求。

在具体实施时，风机900的数量可以根据发电机1的尺寸型号进行设置，在定子200的轴向X上可以为分为两组以上间隔设置的风机组件，每组风机组件可以包括两个以上风机900，两个以上风机900在定子200的周向Z上间隔设置，可选为均匀且间隔设置，能够更好的满足气流的循环冷却需求。

可以理解的是，上述各实施例提供的发电件1均是以外转子发电机为例进行举例说明，此为一种可选的实施方式，有些示例中，发电机1也可以为内转子发电机，此时，可以将定子200设置于转子300的外部，冷却板10设置于定子铁芯210在径向Y上远离转子300的外表面，同样可以满足发电机1的冷却散热要求。

并且此时，发电机1的第一腔室700可以位于第二腔室800的内侧，连通口232可以位于转子支撑330上，当发电机1包括风机900时，其同样可以将风机900设置于第二腔室800并位于冷却板10远离转子300的一侧，风机900用于使得位于第一腔室700的气流流经气槽211并由冷却装置100冷却后通过连通口232返回至第一腔室700，对发电机1的定子200等部件循环冷却。

进一步的，本发明上述各实施例提供的发电机1，当其用于风力发电机1组并作为风力发电机1组的组成部分时，为了更好的满足其内部冷却装置100各冷却板10中的冷却液7循环冷却需求，本发明实施例提供的风力发电机组，还可以包括换热器5以及驱动器6，换热器5设置于机舱3并分别与冷却装置100各冷却板10的入口111和出口112连通，驱动器6与换热器5以及冷却装置100的各冷却板10连接，驱动器6用于驱动冷却液7在冷却板10以及换热器5之间循环流动。通过上述设置，能够使得与定子铁芯210以及流经定子铁芯210的气槽211的气流进行热交换之后的冷却液7能够在驱动器6的作用下由出口112流出并通过与换热器5连通的管路流向换热器5，在换热器5中与外界的自然风等冷却媒介进行热交换被冷却后又通过另一个管路返回至各冷却板10的入口111并流入液体流道113，循环反复对发电机1的定子铁芯210以及流经气槽211的气流进行冷却，进而更好的满足发电机1的冷却需求。

由此，本发明实施例各实施例提供的冷却装置100，因其包括能够与定子200对应设置的冷却板10，冷却板10同时包括液冷单元11以及风冷单元12，且液冷单元11包括入口111、出口112以及位于冷却板10内部的液体流道113，液体流道113分别与入口111以及出口112连通且至少部分沿多次回折的曲线轨迹aa延伸，无论冷却装置100所应用的发电机1是内定子还是外定子，冷却板10均可以与定子200对应设置，当冷却液7由入口111进入液体流道113并由出口112流出冷却板10时，能够预先与定子200热交换。并且通过限制风冷单元12包括间隔分布的多个气体流道121，各气体流道121分别被至少部分液体流道113包绕且在冷却板10的厚度方向M贯通，每个气体流道121能够与气槽211相对设置并相互连通，以使流经气槽211被加热后的气流能够进入气体流道121并与液体流道113内的冷却液7热交换，进而使得给定子200热交换的气流能够被重新冷却，冷却后的气体也可以再次用于与定子200热交换。

即，本发明实施例提供的冷却装置100，同时运用了空冷方法和液冷方法对发电机1进行冷却，充分利用发电机1的定子200的导热面积和对流换热面积，从而提高对发电机1的散热冷却能力，能够保证大型风力发电机1组的安全稳定要求。并且，冷却装置100还具有效率高、节能、结构简单和占用空间小的特点，可有效冷却发电机1，避免了发电机1过温现象及其带来的影响。水冷部分体积小、安装紧凑，充分利用了发电机1的剩余空间，并且不影响定子200结构设计，具有冷却能力高优势。

而本发明实施例提供的发电机1，因其包括上述各实施例提供的冷却装置100，并限定冷却装置100的冷却板10与定子200对应设置并抵压于定子铁芯210，同时使得多个气体流道121沿轴向X间隔分布，在定子200的径向Y上，每个气体流道121与其中一个气槽211相对设置并相互连通，能够通过冷却装置100的各冷却板10的液冷通道内的冷却液7对定子铁芯210等部件进行散热冷却，同时，能够对用于冷却发电机1并流经气槽211内的气流进行冷却，使得冷却后的气流能够被重复利用，如可以将其再次引导至发电机1的气槽211内对发电机1进行冷却，当然，也可以对其所应用的风力发电机1组的其他部件进行冷却，使得发电机1整体具有更好的冷却散热能力，利于大尺寸发展。

并且，本发明实施例提供的发电机1，与传统发电机相比，可以大大减小定子200内部温度梯度、达到均匀散热效果，还可以减小空冷部分的功率和体积，为今后大型机组的机舱3设计降低了难度，使用范围广，既适用于直驱外转子发电机冷却，又适用于直驱内转子发电机冷却，不仅可以作为已建成风力发电机组的技改方案，还可以运用于未来海上大型风力发电机组的发电机冷却。

而本发明实施例提供的风力发电机组，因其包括上述各实施例提供的发电机1，其发电机1的冷却散热效果好，具有更好的使用寿命，且不受尺寸限制，能够更好的向大型化发展，具有更好的发电效益，易于推广使用。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (14)

1.一种冷却装置(100)，用于发电机(1)，所述发电机(1)包括具有气槽(211)的定子(200)，其特征在于，所述冷却装置(100)包括能够与所述定子(200)对应设置的冷却板(10)，所述冷却板(10)包括：

液冷单元(11)，包括入口(111)、出口(112)以及位于所述冷却板(10)内部的液体流道(113)，所述液体流道(113)分别与所述入口(111)以及所述出口(112)连通且至少部分沿多次回折的曲线轨迹(aa)延伸，冷却液(7)能够由所述入口(111)进入所述液体流道(113)并由所述出口(112)流出所述冷却板(10)，以与所述定子(200)热交换；

风冷单元(12)，包括间隔分布的多个气体流道(121)，各所述气体流道(121)分别被至少部分所述液体流道(113)包绕且在所述冷却板(10)的厚度方向(M)贯通，每个所述气体流道(121)能够与所述气槽(211)相对设置并相互连通，以使流经所述气槽(211)被加热后的气流能够进入所述气体流道(121)并与所述液体流道(113)内的所述冷却液(7)热交换。

2.根据权利要求1所述的冷却装置(100)，其特征在于，所述冷却板(10)整体为弧形板体。

3.根据权利要求1所述的冷却装置(100)，其特征在于，在所述厚度方向(M)上，围合形成所述气体流道(121)的壁面的正投影呈条状。

4.根据权利要求1所述的冷却装置(100)，其特征在于，在所述冷却板(10)的长度方向(N)，所述液体流道(113)包括间隔设置的流道单元(113a)，相邻两个所述流道单元(113a)首尾相接，以使所述液体流道(113)至少部分在所述长度方向(N)沿多次回折的所述曲线轨迹(aa)延伸，每相邻两个所述流道单元(113a)之间分布有至少一个所述气体流道(121)。

5.根据权利要求1所述的冷却装置(100)，其特征在于，所述冷却板(10)具有顶壁(10a)、底壁(10b)、侧壁(10c)以及两个以上导气管(10d)，所述顶壁(10a)与所述底壁(10b)在所述厚度方向(M)相对设置，所述侧壁(10c)呈闭合环状并连接于所述顶壁(10a)与所述底壁(10b)之间；

所述顶壁(10a)具有与所述导气管(10d)数量相同并沿同一方向间隔分布的第一开口(10e)，所述底壁(10b)具有与所述第一开口(10e)一一对应的第二开口(10f)，每个所述导气管(10d)的一端插接于所述第一开口(10e)并与所述顶壁(10a)密封连接且另一端插接于所述第二开口(10f)并与所述底壁(10b)密封连接，所述顶壁(10a)、所述底壁(10b)、所述侧壁(10c)以及所述导气管(10d)共同围合形成所述液体流道(113)，所述导气管(10d)的中空腔形成所述气体流道(121)。

6.一种发电机(1)，其特征在于，包括：

定子(200)，包括定子铁芯(210)以及设置于所述定子铁芯(210)上的绕组(220)，在所述定子(200)的轴向(X)上，所述定子铁芯(210)包括两个以上间隔设置的气槽(211)；

转子(300)，与所述定子(200)同轴设置并与所述定子(200)之间形成有气隙(400)；

如权利要求1至5任意一项所述的冷却装置(100)，所述冷却装置(100)的所述冷却板(10)与所述定子(200)对应设置并抵压于所述定子铁芯(210)，多个所述气体流道(121)沿所述轴向(X)间隔分布，在所述定子(200)的径向(Y)上，每个所述气体流道(121)与其中一个所述气槽(211)相对设置并相互连通。

7.根据权利要求6所述的发电机(1)，其特征在于，所述冷却装置(100)包括两个以上所述冷却板(10)，两个以上所述冷却板(10)在所述定子(200)的周向(Z)上依次分布，每个所述冷却板(10)在所述径向(Y)上的其中一个表面抵压于所述定子铁芯(210)。

8.根据权利要求6所述的发电机(1)，其特征在于，所述定子(200)位于所述转子(300)的内部，所述冷却板(10)设置于所述定子铁芯(210)在所述径向(Y)上远离所述转子(300)的内表面。

9.根据权利要求8所述的发电机(1)，其特征在于，所述发电机(1)还包括多个固定夹板(500)以及固定键(600)，多个所述固定夹板(500)在所述定子(200)的周向(Z)上彼此间隔设置，每个所述固定夹板(500)通过其中一个所述固定键(600)与所述定子铁芯(210)远离所述转子(300)的一侧连接，每个所述冷却板(10)夹持于相邻两个所述固定夹板(500)之间。

10.根据权利要求6所述的发电机(1)，其特征在于，所述定子(200)位于所述转子(300)的外部，所述冷却板(10)设置于所述定子铁芯(210)在所述径向(Y)上远离所述转子(300)的外表面。

11.根据权利要求6至10任意一项所述的发电机(1)，其特征在于，所述发电机(1)还包括导热层，所述导热层设置于所述冷却装置(100)与所述定子铁芯(210)之间。

12.根据权利要求6至10任意一项所述的发电机(1)，其特征在于，所述转子(300)包括转子磁轭(310)以及转子支撑(330)，所述转子磁轭(310)在所述轴向(X)的两端分别连接有所述转子支撑(330)并共同形成第一腔室(700)；

所述定子(200)还包括定子支撑(230)，所述定子铁芯(210)在所述轴向(X)的两端分别设置有所述定子支撑(230)并共同形成第二腔室(800)，所述第二腔室(800)通过所述气槽(211)以及所述气体流道(121)与所述第一腔室(700)连通；

其中，气流能够由所述第一腔室(700)进入所述气槽(211)并经由所述冷却装置(100)冷却后由所述第二腔室(800)返回至所述第一腔室(700)，以对所述定子(200)循环冷却。

13.根据权利要求12所述的发电机(1)，其特征在于，

所述定子支撑(230)或所述转子支撑(330)上设置有连通所述第一腔室(700)以及所述第二腔室(800)的连通口(232)，所述发电机(1)还包括风机(900)，所述风机(900)设置于所述第二腔室(800)并位于所述冷却板(10)远离所述转子(300)的一侧，所述风机(900)用于使得位于所述第一腔室(700)的气流流经所述气槽(211)并由所述冷却装置(100)冷却后通过所述连通口(232)返回至所述第一腔室(700)；

或者，所述定子支撑(230)上设置有与外界连通的出风口(231)，所述转子支撑(330)上设置有进风口(331)，位于所述第一腔室(700)的气流能够流经所述气槽(211)并由所述冷却装置(100)冷却后，由所述出风口(231)流出并由所述进风口(331)返回至所述第一腔室(700)。

14.一种风力发电机组，其特征在于，包括：

机舱(3)；

如权利要求6至13任意一项所述的发电机(1)，所述发电机(1)连接于所述机舱(3)；

换热器(5)，设置于所述机舱(3)并分别与所述入口(111)和所述出口(112)连通；

驱动器(6)，与所述换热器(5)以及所述冷却装置(100)的各所述冷却板(10)连接，所述驱动器(6)用于驱动所述冷却液在所述冷却板(10)以及换热器(5)之间循环流动。

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