CN117767654A - 风能设备的发电机、风能设备和多个涡流发生器的用途 - Google Patents

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Abstract

一种用于风能设备的发电机，所述发电机用于从动能中产生电能，发电机包括外环周面部段，外环周面部段具有：迎流面部段，其在发电机的安装状态中在迎流方向上被风迎流，其中迎流面部段沿着轴向方向并且正交于所述轴向方向沿着环周方向延伸；和冷却面部段，其构成用于冷却发电机并且在安装状态中在迎流方向上设置在迎流面部段下游，其中冷却面部段沿着轴向方向并且正交于所述轴向方向沿着环周方向延伸，其特征在于，在外环周面部段的区域中、尤其在迎流面部段的区域中和/或在冷却面部段的区域中设置有一个或多个涡流发生器以被动冷却发电机。

Description

风能设备的发电机、风能设备和多个涡流发生器的用途
技术领域
本发明涉及一种风能设备的用于从动能中产生电能的发电机，所述发电机包括外环周面部段，所述外环周面部段具有：迎流面部段，在发电机的安装状态中所述迎流面部段在迎流方向上由风迎流，其中迎流面部段沿着轴向方向延伸以及正交于所述轴向方向沿着环周方向延伸；和冷却面部段，所述冷却面部段构成用于冷却发电机，并且在安装状态中，在迎流方向上设置在迎流面部段下游，其中冷却面部段沿着轴向方向延伸以及正交于所述轴向方向沿着环周方向延伸。
本发明还涉及一种风能设备。此外，本发明涉及多个涡流发生器用于设置在风能设备的发电机的外环周面部段处的用途。
背景技术
为了风能设备、尤其还有风能设备的发电机在较长的使用寿命内的高效运行，风能设备的发电机的冷却是必不可少的。已知的是，发电机经由其外环周面至少部段地被动冷却。绕流风能设备的风尤其用于被动冷却。然而，由于发电机的有限的外环周面，这种方式的被动冷却的冷却性能受限。因此，已知的是，通过使用风扇等来主动冷却发电机。然而，主动冷却具有如下缺点：所述主动冷却使发电机的结构复杂化并且必须维护。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种克服上述缺点的发电机。本发明的目的尤其是提供一种发电机，所述发电机实现尤其低成本的发电机的改进的、尤其更高效的和更鲁棒的以及同时低维护的和简单的冷却。
根据第一方面，该目的基于开头描述的发电机来实现，其中在外环周面部段的区域中，尤其在迎流面部段的区域中和/或在冷却面部段的区域中设置有一个或多个涡流发生器，以被动冷却发电机。优选地提出，用于被动冷却发电机的一个或多个涡流发生器设置在迎流面部段上和/或冷却面部段上。
一个或多个涡流发生器在风能设备的发电机的外环周面部段的区域中、尤其在外环周部段上的设置，显著提高了通过风进行被动冷却的效率。通过将涡流发生器安置在外环周面部段的区域中、尤其外环周部段上，特别优选地安置在冷却面部段处和/或在冷却面部段上游和/或在迎流面部段处，湍流显著增加，从而显著提高热传输系数。所述效果基本上基于：涡流发生器在其尾流中产生旋转的涡流系统或更强的湍流，所述旋转的涡流系统或更强的湍流引起直接位于待冷却表面处或紧邻待冷却表面(例如发电机的外环周面、在该处尤其是冷却面部段)的热边界层的混匀。
通过在外环周面部段的区域中、尤其在外环周部段上、特别优选地冷却面部段处的改进的热传输，在相同功率下，发电机能够更低温地从而更高效地运行。由此产生能量收益的直接上升。附加地，涡流发生器的根据本发明的使用，允许减少所需的主动冷却，这引起成本和自身能量消耗的减少。
应理解的是，外环周面部段、并且尤其迎流面部段和/或冷却面部段以优选的方式不是吊舱的一部分或不是吊舱的元件，和/或不通过吊舱构成。还优选的是，外环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段不是导流罩等的一部分或不是导流罩等的元件或不通过导流罩构成。优选地，发电机在安装状态中或运行状态中不设置在吊舱内，尤其也不部分地设置在吊舱内。
尤其提出，发电机关于发电机的旋转轴线具有比吊舱的外直径更大的外直径。优选地提出，发电机在安装状态中或运行状态中在轴向方向上设置在风能设备的导流罩与风能设备的吊舱之间。以优选的方式提出，发电机在安装状态中或运行状态中在端侧与吊舱相邻地设置。
外环周面部段的区域、尤其迎流面部段和/或冷却面部段的区域优选是紧邻外环周面部段的周围环境中的空间，尤其是紧邻迎流面部段的周围环境中的空间和/或紧邻冷却面部段的周围环境中的空间。外环周面部段的区域、尤其迎流面部段和/或冷却面部段的区域尤其能够是环形区域，所述环形区域包围外环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段。以优选的方式提出，外环周面部段的区域、尤其迎流面部段和/或冷却面部段的区域，在内部通过环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段沿着径向方向上在环周侧上限界。
外环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段能够构成环形的或部分环形的环周面。优选地，环形的或部分环形的环周面平坦地构成。能够优选的是，外环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段波状廓形地构成。尤其能够提出，外环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段具有隆起部和/或凹部。隆起部在径向方向上向外延伸而凹部在径向方向上向内延伸。尤其优选的是，外环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段具有肋片状廓形或构成肋片状廓形。优选地，肋片状廓形包括至少两个肋片，其中相邻设置的肋片彼此间隔开地设置为，使得在相邻设置的肋片之间构成间隙，用于冷却的被偏转的风引导穿过所述间隙。间隙能够构成为槽，所述槽的槽底部在径向方向上向内限界穿流部。补充地或替选地，能够优选的是，间隙构成为贯穿通道，所述贯穿通道在径向方向上向内释放对间隙的穿流。
涡流发生器也已知为旋涡发生器或湍流发生器。涡流发生器是构成用于在流体动力学的边界层内或其处产生涡流层的导流元件，所述涡流层稳定边界层抵抗湍流的分离，并且产生流体分层的增强的混匀。
涡流发生器能够具有不同的形状。例如矩形的涡流发生器是已知的。涡流发生器还能够三角形地构成。尖拱形或尖顶的涡流发生器同样是已知的。补充地或替选地，能够优选的是，涡流发生器具有椭圆和/或抛物线形状。还能够优选的是，涡流发生器凸形和/或凹形地构成。尤其地，涡流发生器也能够抛物线状地构成。
涡流发生器在纵向方向上通常在第一端部与第二端部之间或在第一棱边与第二棱边之间以长度延伸。优选地，涡流发生器在安装状态中或运行状态中设置成，使得涡流发生器的第一端部或第一棱边由用于发电机的被动冷却的风迎流，以及风在涡流发生器的第二端部或在第二棱边处出流。然后，第一端部或第一棱边也称为迎流端部或迎流棱边，以及对应地，第二端部或第二棱边也称为出流端部或出流棱边。还优选的是，涡流发生器正交于纵向方向，例如在发电机的安装状态中或运行状态中关于发电机的旋转轴线在径向方向上在涡流发生器的基座侧与涡流发生器的顶侧之间以高度延伸。此外，优选的是，涡流发生器正交于纵向方向，例如在发电机的安装状态中或运行状态中关于发电机的旋转轴线在环周方向上在涡流发生器的第一侧面与第二侧面之间的宽度范围内延伸。
侧面能够构成用于将迎流的空气从迎流棱边引导至出流棱边。能够优选的是，侧面不具有弯曲部。补充地或替选地，能够优选的是，侧面部段地弯曲地构成。优选地，侧面鼓起地构成。尤其优选的是，侧面相对于彼此倾斜地设置。
借助于基座侧固定涡流发生器，例如固定在发电机的外环周面或空气导向单元上。优选的是，一个或多个涡流发生器以基座侧从外环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段开始，在径向方向上向外延伸。能够优选的是，外环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段整体地构成一个或多个涡流发生器。补充地或替选地，优选的是，一个或多个涡流发生器借助于基座侧与外环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段材料配合地和/或形状配合地和/或力配合地连接，或构成用于与外环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段材料配合和/或形状配合和/或力配合的连接。优选地，涡流发生器能够通过发电机金属板构成。补充地或替选地，涡流发生器与冷却面部段优选地旋拧配合地和/或铆接地连接。
应理解的是，优选地，涡流发生器的宽度和/或长度能够在涡流发生器的高度范围内变化。尤其能够优选的是，涡流发生器的宽度和/或长度从基座侧开始朝向顶侧减小。
涡流发生器优选包括一个或多个翼和/或基座部件，所述基座部件构成基座侧。尤其提出，翼从基座部件开始延伸至顶侧。优选地，涡流发生器包括两个或更多个同向运行的翼和/或两个或更多个逆向运行的翼。基座部件优选构成用于与外环周面部段、尤其迎流面部段和/或冷却面部段连接。翼能够扭转地构成。
涡流发生器例如能够由塑料和/或金属构成。尤其地，涡流发生器能够包括塑料元件和/或金属元件。
优选地，涡流发生器从冷却面部段开始延伸。尤其提出，涡流发生器从冷却面部段开始以主延伸部在径向方向上延伸。补充地或替选地，优选的是，涡流发生器从冷却面部段开始以主延伸部在环周方向上延伸。
涡流发生器的尺寸与发电机的几何形状有关。涡流发生器的尺寸尤其与发电机是否具有用于冷却的空气导向单元和/或散热片有关。优选提出，如果发电机既不具有空气导向单元也不具有散热片，那么涡流发生器的尺寸能够自由选择。
相邻设置的涡流发生器之间的间距优选对应于相邻设置的涡流发生器的一倍高度或至少对应于相邻设置的涡流发生器的一倍高度。也能够优选的是，相邻设置的涡流发生器之间的间距对应于相邻设置的涡流发生器的高度的两倍、三倍、四倍或更多倍。优选的也能够是，相邻设置的涡流发生器之间的间距至少对应于相邻设置的涡流发生器的高度的两倍、三倍、四倍或更多倍，和/或最大对应于相邻设置的涡流发生器的高度的两倍、三倍、四倍或更多倍。相邻设置的涡流发生器之间的间距通常不大于相邻设置的涡流发生器的高度的两倍，因为这随后会引起附加的冷却效果衰减。也能够优选的是，相邻设置的涡流发生器之间的间距对应于相邻设置的涡流发生器的高度的25％、50％或75％。还能够优选的是，相邻设置的涡流发生器之间的间距至少对应于相邻设置的涡流发生器的高度的0％、25％、50％、75％或100％和/或最大对应于相邻设置的涡流发生器的高度的0％、25％、50％、75％或100％。
如果发电机具有与散热片结合的涡流发生器，那么相邻设置的涡流发生器的间距和涡流发生器的高度优选构成为，使得涡流发生器的翼的数量整除散热片的数量或是散热片的数量的数倍。这具有如下效果：通过涡流发生器产生的整数数量的涡流分别能够偏转到两个散热片之间的每个间隙中。当涡流发生器设置在两个散热片之间的间隙中时，自然地就会产生这种效果。
提出多排设置的涡流发生器的发电机的实施方式能够是优选的。尤其地，在多排设置的涡流发生器中，涡流发生器在轴向方向上和/或径向方向上和/或环周方向上依次设置。在多排设置的涡流发生器中，依次设置的涡流发生器优选设置成，使得通过涡流发生器的流动转向引起同向旋转的涡流。同向旋转的涡流是在相同的方向上起漩涡或旋转的涡流。还能够优选的是，在多排设置的涡流发生器中，各排涡流发生器在环周方向上和/或在轴向方向上和/或径向方向上彼此错开地设置。尤其优选的是，在多排设置的涡流发生器中，各排的涡流发生器能够以不同的形状和/或不同的尺寸构成。
原则上，如此构成的发电机的涡流发生器能够以相对彼此不同的优选的间距设置。尤其能够优选的是，涡流发生器在环周方向上以相对彼此不同的优选的间距设置。补充地或替选地，能够优选的是，涡流发生器在轴向方向上或在纵向方向上以相对彼此不同的优选的间距设置。
尤其能够优选的是，涡流发生器重叠地设置。重叠在这种情况下意味着，涡流发生器在风的流动方向上的间距小于涡流发生器的长度。对应地，在重叠设置中，涡流发生器多排地、至少两排地设置，使得沿着流动方向设置在下游的涡流发生器排在沿着流动方向设置在上游的涡流发生器排终止之前开始。重叠尤其意味着，两排或更多排涡流发生器在轴向方向上或在纵向方向上依次设置。在涡流发生器的重叠设置中提出，设置在下游的排的涡流发生器的第一端部或第一棱边设置成，使得所述第一端部或第一棱边定位在设置在上游的排的涡流发生器的第一端部或第一棱边与第二端部或第二棱边之间。这引起：在涡流发生器正交于风的流动方向、例如在环周方向上重叠设置时，设置在上游的排的涡流发生器和设置在下游的排的涡流发生器交替地设置，并且设置在上游的排的涡流发生器和设置在下游的排的涡流发生器在流动方向上，例如在涡流发生器的轴向方向上或纵向方向上重叠，也就是说，在设置在上游的排的涡流发生器的延伸部终止之前，设置在下游的排的涡流发生器的延伸部已经开始。
优选地，在所述实施方式中，相邻设置的涡流发生器以至少为涡流发生器的2倍高度和/或最大为涡流发生器的5倍高度的间距彼此间隔开地设置，尤其是在环周方向和/或轴向方向上彼此间隔开地设置。但是，相邻设置的涡流发生器之间的更大的间距也能够是优选的。
优选的是，冷却面部段具有多个散热片，其具有在轴向方向上的主延伸部，所述散热片在正交于轴向方向的环周方向上间隔开地设置。在环周方向上彼此相邻设置的散热片尤其形成用于冷却发电机的间隙。优选地，一个或多个涡流发生器在间隙内设置在限定间隙的至少一个散热片处，以改进地冷却发电机。补充地或替选地提出，涡流发生器设置在至少一个散热片的外环周面处。
冷却面部段在轴向方向上以冷却单元长度在第一端部与第二端部之间延伸。轴向方向优选对应于发电机的旋转轴线的取向。在正交于轴向方向的环周方向上，冷却面部段尤其以冷却单元宽度在第一侧和第二侧之间延伸。正交于轴向方向和环周方向，冷却面部段在冷却单元内面与冷却单元外面之间以冷却单元高度延伸。
在本文中，位置和方位说明、例如“上部”和“下部”或“外部”和“内部”或“径向”、“轴向”、“纵向”或“环周”涉及风能设备的运行状态或安装状态、尤其发电机的旋转轴线，除非另作说明。尤其应理解的是，轴向方向或纵向方向基本上对应于发电机的旋转轴线的定向或取向。
在进行风能设备和/或发电机和/或空气冷却设备和/或塔的运输时和/或在进行风能设备和/或发电机和/或空气冷却设备和/或塔处的维护和/或保养工作时，轴线的定向、尤其相对于彼此的定向能够与在风能设备的运行状态中的轴线的定向不同。
优选地，冷却单元高度小于冷却单元宽度。还优选的是，冷却单元宽度小于冷却单元长度。优选地，冷却单元构成为部分环形的冷却区段。也能够优选的是，冷却面部段包括一个或多个部分环形的冷却区段。
冷却面部段优选平坦地构成。也能够优选的是，冷却面部段波状廓形地构成。尤其地，冷却面部段能够具有在径向方向上向外延伸的隆起部或延伸部和/或具有在径向方向上向内延伸的凹部。尤其地，冷却面部段能够具有肋片形的和/或波形的和/或管形的轮廓和/或通道形的轮廓。
在运行状态中，冷却面部段设置在发电机的外侧处。能够优选的是，冷却面部段在发电机的壳体处构成或是发电机的壳体。冷却面部段优选是外环周面、尤其发电机的外环周面的至少一个部段。为了冷却发电机，所述发电机优选与冷却面部段热耦联。吊舱以优选的方式构成冷却面部段或在外侧处容纳所述冷却面部段。尤其提出，吊舱具有一个或多个开口，冷却面部段设置在所述一个或多个开口中。所述一个或多个开口能够环形地或部分环形地构成。
尤其地，定子和/或发电机的外侧能够构成或是冷却面部段。
关于本发明的所述方面及其改进方案的其他优点、实施变型方案和实施细节，参照下面对各个其他方面及其改进方案的对应特征的描述。
根据发电机的一个优选的实施方式，冷却面部段相对于迎流面部段在径向方向上错开地设置，尤其向内错开地设置。应理解的是，冷却面部段关于迎流面部段在径向方向上优选更靠内。这尤其意味着，迎流面部段与冷却面部段之间的过渡部阶梯状地构成。例如，如此构成的一个实施方式通过如下发电机承载件结构产生，所述发电机承载件结构在发电机的待冷却的表面、即冷却面部段前方构成迎流面部段。
替选地，根据发电机的一个优选的实施方式提出，冷却面部段和迎流面部段在径向方向上不彼此错开地设置。尤其地，在所述实施方式中提出，冷却面部段和迎流面部段在同一平面内延伸。能够优选的是，在所述实施方式中，冷却面部段和迎流面部段构成一个单元，其中冷却面部段和迎流面部段无阶梯地过渡到彼此中。
根据另一优选的改进方案，发电机具有空气导向单元，所述空气导向单元设置在迎流面部段的区域中和/或冷却面部段的区域中，其中空气导向单元构成用于使风朝向冷却面部段转向，尤其在径向方向上向内朝向冷却面部段转向。空气导向单元优选构成为，使得所述空气导向单元在环周方向上在迎流面部段和/或冷却面部段的环周范围延伸。尤其地，以优选的方式提出，空气导向单元设置在外环周面部段的区域中，尤其设置在迎流面部段的区域中和/或冷却面部段的区域中。补充地或替选地，优选的是，空气导向单元设置在外环周面部段处，尤其设置在迎流面部段和/或冷却面部段处。
空气导向单元优选具有迎流棱边和出流棱边，其中空气导向单元在安装状态中设置成，使得迎流棱边相对于出流棱边关于迎流的风设置在上游。应理解的是，空气导向单元在纵向方向上以长度在迎流棱边与出流棱边之间延伸。补充地或替选地提出，空气导向单元在径向方向上以高度在迎流棱边与出流棱边之间延伸。此外，补充地或替选地，优选的是，空气导向单元在环周方向上以宽度延伸。
一个或多个涡流发生器在空气导向单元处的所述优选的设置，显著提高了通过风进行被动冷却的效率。通过将涡流发生器安置在空气导向单元处，显著提高了湍流从而显著提高了热传输系数。所述效果基本上基于：涡流发生器在其尾流中产生旋转的涡流系统或更强的湍流，所述旋转的涡流系统或更强的湍流引起直接位于待冷却表面处或紧邻待冷却表面(例如发电机的外环周面、在该处尤其是冷却面部段)的热边界层的混匀。
通过在外环周面部段的区域中、尤其在外环周部段上、特别优选在冷却面部段处的改进的热传输，在相同功率下，发电机能够更低温地从而更高效地运行。由此产生能量收益的直接上升。附加地，涡流发生器的根据本发明的使用，允许减少所需的主动冷却，这引起成本和自身能量消耗的减少。
空气导向单元优选构成用于在风能设备的运行状态中将风在径向方向上向内朝向冷却面部段导向以进行空气冷却。空气导向单元为此优选相对于迎流面部段和/或冷却面部段倾斜地设置。尤其地，空气导向单元设置成，使得所述空气导向单元构成一个或多个空气导向通道，所述一个或多个空气导向通道将风在径向方向上向内朝向冷却面部段导向以进行空气冷却。尤其地，一个或多个空气导向通道在风能设备的运行状态中相对于风向定向为，使得绕流风能设备的风进入到一个或多个空气导向通道中。
能够优选的是，从冷却面部段开始在径向方向上向外延伸的空气导向单元与迎流面部段和/或冷却面部段间隔开地设置。尤其地，空气导向单元能够在径向方向上与迎流面部段和/或冷却面部段间隔开地设置。尤其地，空气导向单元在径向方向上具有如下间距，所述间距至少对应于冷却单元长度的0％、1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、100％、150％或200％和/或最大对应于冷却单元长度的0％、1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、100％、150％或200％。空气导向单元的间距至少对应于0mm、50mm、100mm、150mm、200mm、300mm或更大，和/或最大对应于0mm、50mm、100mm、150mm、200mm或300mm。间距优选是空气导向单元的出流棱边与迎流面部段和/或冷却面部段的外面的间距。
替选地，能够优选的是，迎流面部段和/或冷却面部段整体地构成空气导向单元。尤其地，也优选的是，空气导向单元固定在迎流面部段和/或冷却面部段上。优选地，空气导向单元与迎流面部段和/或冷却面部段力配合地和/或材料配合地和/或形状配合地连接。尤其地，能够优选的是，空气导向单元与迎流面部段和/或冷却面部段焊接。替选地或补充地，能够优选的是，将空气导向单元与迎流面部段和/或冷却面部段拧紧。
根据一个优选的改进方案还提出，一个或多个涡流发生器设置在空气导向单元处。优选地，一个或多个涡流发生器设置在空气导向单元的沿着径向方向处于外部的环周面处。补充地或替选地，能够优选的是，一个或多个涡流发生器设置在空气导向单元的沿着径向方向处于内部的环周面处。尤其应理解的是，空气导向单元的处于内部的环周面相对于处于外部的环周面在径向方向上靠内。
根据空气导向单元的一个优选的实施方式提出，空气导向单元具有第一空气导向单元，所述第一空气导向单元从冷却单元外面开始在径向方向锐角式向外延伸和/或与冷却单元形成会聚的第一空气导向通道，所述第一空气导向通道构成用于在风能设备的运行状态中将风在径向方向上向内朝向冷却单元导向以进行空气冷却。替选地或补充地，优选地提出，冷却单元具有多个散热片，其具有在轴向方向上的主延伸部，所述多个散热片在正交于轴向方向的环周方向上间隔开地设置，并且空气导向设备具有基本上在环周方向上的主延伸部。
优选地，空气导向单元设置成，使得所述空气导向单元在径向方向上以锐角或锐角式地向外延伸。锐角处于最小0°和最大90°之间，其中包括边界值。尤其地，空气导向单元的锐角式设置引起：在风能设备的运行状态中基本上轴向地迎流的风在径向方向上向内朝向冷却面部段转向。
空气导向单元优选部分环形或环形地构成。空气导向单元在轴向方向上以长度延伸，在环周方向上以宽度延伸，并且在径向方向上以高度延伸。优选地，宽度大于长度和/或高度。优选地，空气导向单元具有线性轮廓。线性轮廓尤其不具有拱起部。能够优选的是，空气导向单元具有弓形的轮廓和/或具有棱边的轮廓。优选地，空气导向单元的轮廓的棱边具有如下棱边长度，所述棱边长度优选对应于冷却面部段的在第一端部与第二端部之间延伸的长度的至少0％和最大200％。尤其地，空气导向单元的轮廓也能够S形地构成。尤其地，空气导向单元的轮廓能够具有凸形的和/或凹形的轮廓部段。空气导向单元的高度至少对应于0mm、50mm、100mm、150mm、200mm、300mm或更大，和/或最大对应于0mm、50mm、100mm、150mm、200mm或300mm。尤其地，空气导向单元在径向方向上的高度至少对应于冷却单元长度的0％、1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、100％、150％或200％和/或最大对应于冷却单元长度的0％、1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、100％、150％或200％。优选地，空气导向单元的高度是空气导向单元的迎流棱边与出流棱边之间的间距。
如果发电机具有与空气导向单元结合的涡流发生器，那么涡流发生器的高度尤其小于空气导向单元与发电机之间的一半间距。
优选地，涡流发生器的高度小于空气导向单元与发电机之间的间距的三分之一。尤其地，涡流发生器的高度小于在径向方向上在空气导向单元与发电机之间的间距的三分之一。还优选的是，涡流发生器的高度小于在轴向方向上在空气导向单元与发电机之间的间距的三分之一。
具有较大的高度的涡流发生器通常引起较弱的冷却效果。因此，尤其在具有较大的高度的涡流发生器中，优选的是，涡流发生器的翼扭转地构成。
根据发电机的一个优选的改进方案还提出，一个或多个涡流发生器在迎流方向上设置在空气导向单元前方。
通过将涡流发生器设置在空气导向单元的前方、在空气导向单元上或在空气导向单元后方，能够影响：在冷却面部段的被冷却的面的边界层内的哪些部位处存在由涡流发生器产生的涡流。涡流发生器越靠前地设置，各个涡流发生器的涡流就越深地通过空气导向单元引入到冷却面部段、尤其冷却面部段的表面的散热片中。由此能够辅助发电机的散热，从而辅助发电机的冷却。如果绕流例如由于附近的流动分离而强烈地湍流，从而产生进入到冷却面部段的远场中的好的散热，那么这是尤其有利的。附加地，通过所述定位增强空气导向单元的绕流，因为涡流发生器增强了所述空气导向单元的空气动力学边界层。然而，在所述优选的实施方式中，可能不利的是，通过涡流发生器产生的涡流因借助空气导向单元的转向而更强地衰减。衰减在这种情况下意味着，由涡流发生器产生的涡流结构的涡度强度随着距离的增加而减弱，或涡流混匀。所述效应称为涡流衰减并且与涡流是否能够自由展开或是否能够通过外部压力梯度或构件影响有关。
根据发电机的另一优选的实施方式提出，一个或多个涡流发生器在迎流方向上设置在空气导向单元后方。
如上所述，通过将涡流发生器设置在空气导向单元的前方、在空气导向单元上或在空气导向单元后方，能够影响：在冷却面部段的被冷却的面的边界层内的哪些部位处存在由涡流发生器产生的涡流。涡流发生器越靠后地设置，如下平面就越高，在所述平面中产生的涡流保留在边界层中。如果流动弱地湍流或者甚至永久地贴靠，那么这是有利的，因为于是实现从边界层到自由场中的改进的热交换。然而，在所述实施方式中，要考虑的是，空气导向单元可能引起流动分离，使得设置在空气导向单元后方的涡流发生器不被迎流并且对应地不能引起发电机的冷却。
如果涡流发生器不仅设置在空气导向单元的前方而且设置在空气导向单元的后方以及补充地或替选地设置在空气导向单元上，那么通过涡流发生器的所述定位能够将产生的涡流导向到特定的热边界层中，例如导向到弱温度梯度的区域中，以便在该处提高温度梯度从而提高冷却效果。
此外，根据发电机的一个优选的改进方案提出，空气导向单元设置在迎流面部段到冷却面部段的过渡部的区域中。应理解的是，迎流面部段优选地直接邻接于冷却面部段。尤其提出，迎流面部段过渡到冷却面部段中。优选地，迎流面部段连续地或阶梯状地过渡到冷却面部段中。尤其地，空气导向单元设置在迎流面部段的端部区域中，所述端部区域邻接于冷却面部段的端部区域，和/或空气导向单元设置在冷却面部段的端部区域中，所述端部区域邻接于迎流面部段的端部区域。这尤其具有如下优点：在安装状态中迎流的风更好地迎流冷却面部段从而提高冷却性能。
根据发电机的一个优选的改进方案还提出，空气导向单元具有在环周方向上的主延展方向，和/或空气导向单元具有至少一个导向元件，其中优选地，至少一个导向元件具有转向部段，所述转向部段构成用于使风朝向冷却面部段转向以对发电机进行空气冷却，和/或其中优选地，转向部段通过弯曲的和/或弯折的导向元件构成，和/或多个导向元件在径向方向上和/或在轴向方向上彼此错开地设置。这具有如下优点：能够有针对性地设定发电机的冷却效果。
优选提出，空气导向单元具有多个空气导向元件。优选地，多个空气导向元件关于迎流方向依次设置。补充地或替选地提出，多个空气导向元件在环周方向上分布地设置。优选地，空气导向元件单排地或多排地设置。
尤其优选的是，空气导向元件能够具有不同的尺寸。
优选地，空气导向单元或一个和/或多个空气导向元件固定在发电机上，尤其固定在迎流面部段和/或冷却面部段上。能够提出，空气导向单元或多个空气导向元件在发电机处材料配合地(尤其焊接和/或粘合)、形状配合地和/或力配合地彼此连接。空气导向单元或一个和/或多个空气导向元件尤其旋拧在发电机上、尤其旋拧在迎流面部段和/或冷却面部段上。
优选提出，空气导向单元具有在环周方向上彼此间隔开设置的固定元件，所述固定元件构成用于将一个或多个空气导向元件固定在发电机上。尤其地，固定元件能够三角形地构成。优选提出，固定元件具有如下棱边，在一个或多个空气导向元件贴靠在所述棱边上。
根据发电机的另一优选的实施方式提出，涡流发生器在轴向方向上和/或在环周方向上彼此间隔开地设置。
根据发电机的一个还优选的改进方案提出，涡流发生器均匀分布地设置在迎流面部段和/或冷却面部段上。
涡流发生器在环周方向上优选彼此间隔开地设置，使得所述涡流发生器形成围绕发电机的环。优选地，涡流发生器单排地设置。但是，也能够优选的是，涡流发生器多排地设置在发电机处。尤其地，涡流发生器在这种情况下能够形成围绕发电机的在轴向方向上彼此间隔开设置的多个环。涡流发生器的尺寸和涡流发生器的排数在此能够在环周范围变化。例如，如果要对发电机的热失圆(thermische Unrundheit)进行补偿，这尤其能够起作用。涡流发生器为此优选设置在发电机的外环周面上，尤其设置在迎流面部段的外环周面上和/或冷却面部段的外环周面上。补充地或替选地提出，涡流发生器在侧向设置在可能的散热片的内壁处。
根据另一方面，上述目的基于开头描述的风能设备来实现，所述风能设备具有根据上述方面和/或上述优选的实施方式的发电机。
根据另一方面，上述目的通过多个涡流发生器用于设置在风能设备的发电机的外环周面部段(2)的区域中、尤其在外环周面部段的区域中的用途、尤其用于设置在风能设备的发电机的迎流面部段(10)的区域中和/或冷却面部段(20)的区域中的用途、特别优选用于设置在风能设备的发电机的迎流面部段处和/或冷却面部段和/或空气导向单元处的用途来实现。
关于本发明的所述另外的方面及其改进方案的优点、实施变型方案和实施细节，也参照对于发电机或各个其他方面的对应的特征的前述说明。
附图说明
现在在下文中根据附图描述本发明的实施方式。所述附图不一定符合比例地示出实施方式，更确切地说，如果这对于阐述是有用的，所述附图以示意性和/或略微变形的形式来说明。关于可从附图中直接看到的教导的补充，参考相关的现有技术。在此需考虑的是，在不脱离本发明的一般构思的情况下，能够进行涉及实施方式的形式和细节的各种改型和变化。在说明书、附图以及权利要求中公开的本发明的特征能够不仅单独地而且在任意的组合中本质地发展本发明。此外，由在说明书、附图和/或权利要求中公开的特征中的至少两个特征构成的所有组合落入本发明的范围内。本发明的一般构思不限于下文中所示出和描述的优选的实施方式的精确形式或细节，或也不限于如下主题，所述主题与在权利要求中所要求保护的主题相比会受限。在所给出的尺寸范围中，也应将处于所提及的极限内的值公开为极限值，并且可任意使用和要求保护。为了简单起见，在下文中对于相同的或相似的部件或具有相同的或相似的功能的部件使用相同的附图标记。
本发明的其他优点、特征和细节从下面对本发明的优选的实施方式的描述中以及根据附图得出，附图示出：
图1示出风能设备的一个示例性的实施方式的示意性三维视图；
图2示出发电机的第一优选实施方式的示意性三维剖视图；
图3示出基于图2中示出的实施方式的发电机的另一优选的实施方式的示意性三维剖视图；
图4示出基于图2中示出的实施方式的发电机的另一优选的实施方式的示意性三维剖视图；
图5示出发电机的另一优选的实施方式的示意性三维剖视图和细节视图；以及
图6a、6b示出发电机处的涡流发生器的优选的设置和构成的示意性三维细节视图。
具体实施方式
在附图中，相同的或基本上功能相同的元件设有相同的附图标记。一般性的描述通常涉及所有实施方式，只要没有明确地说明区别。
根据示例参照附图基本上示意性地阐述本发明，并且在各个附图中阐述的元件在附图中能够为了更好的图解说明而夸大地示出，而其他元件简化。因此，例如图1示意性地图解说明风能设备本身，使得不可见发电机的细节。
图1示出风能设备100的示意性三维视图。风能设备100具有塔102和塔102上的吊舱104。塔102在这种情况下能够由紧挨地设置的塔区段构成。在吊舱104上设有具有三个转子叶片108和导流罩110的空气动力学的转子106。空气动力学的转子106在风能设备100的运行中通过风W进入转动运动，从而也使发电机1的电动力学转子或发电机转子旋转，所述电动力学转子或发电机转子与空气动力学的转子106直接或间接地耦联。发电机1设置在吊舱104中并且产生电能。
图2至图4示出发电机1的不同的优选的实施方式。在图2至图4中示出的发电机1适合于在图1中示意性示出的风能设备100中使用。所述发电机1构成用于从风W的动能中产生电能。
在图2至图4中示出的发电机1包括外环周面部段2，所述外环周面部段具有迎流面部段10和冷却面部段20。迎流面部段10在此是发电机1的如下面部段，所述面部段是风W在发电机的安装状态中在迎流方向上迎流的面部段。提出：迎流面部段10沿着轴向方向A并且正交于轴向方向A在环周方向U上延伸。在安装状态中，冷却面部段20在迎流方向上设置在迎流面部段10的下游。冷却面部段20也如迎流面部段10一样，沿着轴向方向A并且正交于轴向方向A在环周方向U上延伸。在图2至图4中示出的发电机1的不同实施方式特征在于，在迎流面部段10和/或冷却面部段20上设置有一个或多个涡流发生器40。
在图2和图3中示出的发电机1的优选的实施方式中提出，冷却面部段20相对于迎流面部段10在径向方向R上向内错开地设置。通过使冷却面部段20相对于迎流面部段10向内缩进的方式，迎流面部段10到冷却面部段20的过渡部阶梯状地构成。
还提出，在图2和图3中示出的发电机1具有空气导向单元30。空气导向单元30设置在迎流面部段10到冷却面部段20的过渡部的区域中。在这种情况下，空气导向单元30构成为，使得空气导向单元30使风W朝向向内错开的冷却面部段20转向。空气导向单元30为此在环周方向U上具有主延伸方向，使得风W均匀地在发电机1的外环周面部段2范围内导向以冷却所述发电机。在这两个优选的实施方式中提出，空气导向单元30构成为导向元件，具有转向部段，所述转向部段构成用于使风W朝向冷却面部段20转向以对发电机1进行空气冷却。构成为导向元件的空气导向单元30的转向部段为此弯折地构成。
在图2和图3中示出的实施方式的区别基本上在于涡流发生器40的设置。在图2中示出的发电机1的实施方式中，涡流发生器40在冷却面部段20上在风W的迎流方向上设置在空气导向单元30后方。与此相反，在图3中示出的发电机1的实施方式中提出，涡流发生器40在迎流面部段10上在风W的迎流方向上设置在空气导向单元30前方。
图4示出具有外环周面部段2的发电机1的另一优选的实施方式。在所述实施方式中提出，冷却面部段20和迎流面部段10在径向方向R上并非彼此错开地设置。这意味着，冷却面部段20和迎流面部段10在同一平面内延伸。此外，在发电机1的所述实施方式中，不设有空气导向单元30，所述空气导向单元使风W转向到冷却面部段20上以冷却发电机。在所述实施例中，发电机1的冷却仅通过设置在冷却面部段20上的涡流发生器40产生。
图5a和图5b示出发电机1的另一优选的实施方式的示意性三维剖视图和细节视图。在这种情况下提出，用于冷却发电机1的冷却面部段20具有散热片21。可以看到，散热片在轴向方向A上具有主延伸方向，而在环周方向上相邻的散热片21彼此间隔开地设置，使得所述散热片构成用于冷却发电机1的间隙22。可以看到，涡流发生器40设置在散热片21处，所述涡流发生器在环周方向U上延伸到相邻设置的散热片21之间的间隙22中。涡流发生器40的这种设置引起风W的涡流，这改进了散热从而改进了发电机1的冷却。在所述优选的实施方式中，通过涡流发生器40的在径向方向R上的两排式的设置，以特别的方式实现所述冷却效果。
图6a和图6b示出在发电机1处的涡流发生器40在间隙22中的其他优选的设置和构成的示意性三维细节视图，所述间隙通过在环周方向U上相邻地设置的散热片21构成。在这两个实施方式中，涡流发生器整体地在发电机板叠的金属板处构成。在这种情况下可以看到，在图6a中示出的实施方式中，涡流发生器40矩形地构成。在所述实施方式中提出，涡流发生器在径向方向上四排式地设置，其中涡流发生器的尺寸根据排而变化。在所述实施方式中还提出，各排的涡流发生器40在轴向方向A上彼此错开地设置。在图6b中示出的实施方式包括涡流发生器40的在径向方向R上的双排的设置，其中处于内部的排的涡流发生器40矩形地构成并且处于外部的排的涡流发生器40三角形地构成。
附图标记列表：
1 发电机
2 外环周面部段
10 迎流面部段
20 冷却面部段
21 散热片
22 间隙
30 空气导向单元
31 空气导向元件
40 涡流发生器
100 风能设备
A 轴向方向
R 径向方向
U 环周方向
W 风

Claims (13)

1.一种用于风能设备(100)的发电机(1)，所述发电机用于从动能中产生电能，所述发电机(1)包括外环周面部段(2)，所述外环周面部段(2)具有：
-迎流面部段(10)，所述迎流面部段在所述发电机(1)的安装状态中在迎流方向上被风(W)迎流，其中所述迎流面部段(10)沿着轴向方向(A)并且正交于所述轴向方向沿着环周方向(U)延伸，和
-冷却面部段(20)，所述冷却面部段构成用于冷却所述发电机(1)，并且在所述安装状态中在迎流方向上设置在所述迎流面部段(10)下游，其中所述冷却面部段(20)沿着轴向方向(A)并且正交于所述轴向方向沿着环周方向(U)延伸，
其特征在于，
-在所述外环周面部段(2)的区域中、尤其在所述迎流面部段(10)的区域中和/或在所述冷却面部段(20)的区域中，设置有一个或多个涡流发生器(40)以被动冷却所述发电机(1)。
2.根据上述权利要求1所述的发电机(1)，其中
-在所述迎流面部段(10)上和/或在所述冷却面部段(20)上设置有一个或多个涡流发生器(40)以被动冷却所述发电机(1)。
3.根据上述权利要求1或2所述的发电机(1)，其中
-所述冷却面部段(20)相对于所述迎流面部段(10)在径向方向(R)上错开地设置，尤其向内错开地设置，或者
-所述冷却面部段(20)和所述迎流面部段(10)在径向方向(R)上并非彼此错开地设置。
4.根据上述权利要求1至3中任一项所述的发电机(1)，所述发电机具有空气导向单元(30)，所述空气导向单元设置在所述迎流面部段(10)的区域中和/或所述冷却面部段(20)的区域中，其中所述空气导向单元(30)构成用于使风(W)朝向所述冷却面部段(20)转向，尤其在径向方向上向内朝向所述冷却面部段(20)转向。
5.根据上述权利要求4所述的发电机(1)，其中所述一个或多个涡流发生器(40)设置在所述空气导向单元(30)处。
6.根据上述权利要求4或5所述的发电机(1)，其中所述一个或多个涡流发生器(40)在迎流方向上设置在所述空气导向单元(30)前方。
7.根据上述权利要求4至6中任一项所述的发电机(1)，其中所述一个或多个涡流发生器(40)在迎流方向上设置在所述空气导向单元(30)后方。
8.根据上述权利要求4至7中任一项所述的发电机(1)，其中所述空气导向单元(30)设置在所述迎流面部段(10)和所述冷却面部段(20)的过渡部的区域中。
9.根据上述权利要求4至8中任一项所述的发电机(1)，其中
-所述空气导向单元(30)具有在环周方向(U)上的主延伸方向，和/或
-所述空气导向单元(30)具有至少一个导向元件，其中优选地，
o所述至少一个导向元件具有转向部段，所述转向部段构成用于使所述风(W)朝向所述冷却面部段(20)转向以用于对所述发电机(1)进行空气冷却，和/或其中优选地，所述转向部段通过弯曲的和/或弯折的导向元件构成，和/或
o多个导向元件在径向方向(R)上和/或在轴向方向(A)上彼此错开地设置。
10.根据上述权利要求1至9中任一项所述的发电机(1)，其中所述涡流发生器(40)在轴向方向(A)上和/或在环周方向(U)上彼此间隔开地设置。
11.根据上述权利要求1至10中任一项所述的发电机(1)，其中所述涡流发生器(40)均匀分布地设置在所述迎流面部段(10)和/或所述冷却面部段(20)上。
12.一种风能设备(100)，所述风能设备具有根据上述权利要求1至11中任一项所述的发电机(1)。
13.一种多个涡流发生器(40)用于设置在风能设备(100)的发电机(1)的外环周面部段(2)的区域中的用途，尤其用于设置在用于所述风能设备的发电机的迎流面部段(10)的区域中和/或冷却面部段(20)的区域中，特别优选用于设置在用于所述风能设备(100)的发电机(1)的迎流面部段(10)处和/或冷却面部段(20)和/或空气导向单元(30)处。
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