CN203491805U

CN203491805U - 用于发电机的定子的定子堆及用于发电机的定子

Info

Publication number: CN203491805U
Application number: CN201320308844.3U
Authority: CN
Inventors: G.艾罗尔迪; P.H.索伦森
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2023-05-31
Also published as: DE102013208821A1; EP2670026A1

Abstract

本实用新型涉及用于发电机的定子的定子堆及用于发电机的定子，具体地发电机定子（120）的定子堆（100、110），发电机特别是风力涡轮机发电机。定子堆（100、110）包括第一层压板（101）、第二层压板（102）和第一中间层压板（103）。第一层压板（101）、第一中间层压板（103）和第二层压板（102）沿发电机轴向方向相邻彼此被附接，其中第一中间层压板（103）设置在第一层压板（101）和第二层压板（102）之间。第一中间层压板（103）包括第一切口（201）以在第一层压板（101）和第二层压板（102）之间形成冷却通道（105、105’、105”），以便冷却流体可引导通过冷却通道（105、105’、105”）。

Description

用于发电机的定子的定子堆及用于发电机的定子

技术领域

本实用新型涉及用于发电机的定子的定子堆，该发电机特别是用于风力涡轮机的发电机。此外，本实用新型涉及操作发电机的方法，特别是操作用于风力涡轮机的发电机的方法。

背景技术

在用于风力涡轮机的发电机中，当将机械能转换为电能时会生成热。具体地在发电机的定子绕组中生成热。必须移除所生成的热以便避免热点。

通常通过在定子内部吹动空气，例如通过将空气吹送通过绕组并通过发电机转子和定子之间的空气间隙或通过定子内的径向延伸管道，来冷却定子及其绕组。

定子外壳可以由多个定子层压板构成，所述层压板沿定子的轴向方向相继地附接并且形成定子的定子堆。间隔件被焊接在两个层压的板之间以便在所述两个相邻层压的板之间形成管道，以便冷却流体可以沿发电机的大体径向方向流过管道。

由于定子堆内的管道并且由于流动通过管道的冷却流体，耗散到定子内的热会被传递到冷却流体并且可以被传输离开定子。

实用新型内容

本实用新型的目标可以是提供用于发电机的定子，其易于制造并且包括适当的热管理。

通过用于发电机定子的定子堆、通过用于发电机的定子以及通过操作包括定子的发电机的方法来实现该目标。

根据本实用新型的第一方面，提出了用于发电机的定子的定子堆，该发电机特别是用于风力涡轮机的发电机。该定子堆包括第一层压板、第二层压板和第一中间层压板。第一层压板、第一中间层压板和第二层压板沿发电机的轴向方向相邻彼此被附接。第一中间层压板被设置在第一层压板和第二层压板之间。第一中间层压板包括第一切口以用于在第一层压板和第二层压板之间形成冷却通道，以便冷却流体可引导通过冷却通道。

根据本实用新型的另一方面，提出了用于发电机的定子，特别是用于风力涡轮机的发电机的定子。定子包括第一定子堆，该第一定子堆是如上所述的定子堆。此外，定子包括第二定子堆。第一定子堆和第二定子堆沿发电机的轴向方向相继地设置。此外，定子包括加紧杆，第一定子堆和第二定子堆被设置于该加紧杆。第一定子堆和第二定子堆被加紧杆收紧在一起。

根据本实用新型的另一方面，提出了操作包括上述定子的发电机的方法。根据该方法，冷却流体被引导通过由中间层压板的第一切口形成的定子堆的冷却通道。

发电机且特别是风力涡轮机发电机包括转子和定子，定子绕组通常附接到定子。在风力涡轮机技术中，转子被相应地联接到风力涡轮机的毂和风力涡轮机叶片。迎向风力涡轮机叶片的风驱使转子绕定子旋转以便因此产生电力。在风力涡轮机技术中，可以应用用于风力涡轮机发电机的所谓的直接驱动技术，其中定子是内部定子，其由外部转子围绕。替代性地，在另一示例性实施例中，发电机是可以包绕内部转子的外部定子。

大体而言，定子绕组被附接到定子的径向内表面或径向外表面。具体地，定子绕组被附接到面向转子的定子表面。定子绕组所附接的相应定子表面可以包括散热片，其中绕组被附接在凹槽内两个相邻散热片之间，该凹槽由所述两个相邻散热片形成。因此，定子绕组可以被嵌入定子表面内。

发电机的轴向方向在下文中指的是与发电机的转子的旋转轴线平行的方向。径向方向指的是与旋转轴线垂直的方向，其中径向方向延伸穿过旋转轴线。周向方向指的是绕旋转轴线的方向。

定子由包括多个层压板的定子堆形成。层压板沿轴向方向相邻彼此附接以形成定子堆。每个层压板被层压并且因此电隔离于相邻层压板以便防止在层压板之间的例如涡电流。

层压板可以具有环形轮廓以形成环形定子堆。替代性地，层压板可以包括半环轮廓、四分之一环轮廓或一些更小的环轮廓。因此，为了形成环形定子，多个定子堆沿周向方向相邻彼此设置和附接直到形成定子的闭合环形轮廓。

加紧杆可以被形成为大体沿轴向方向延伸的梁。相应端部板可以附接在加紧杆的端部处。第一定子堆和第二定子堆的相应层压板和中间层压板可以沿轴向方向被加紧杆压在一起。

根据本实用新型，第一层压板和第二层压板是同质（均质）形成的标准层压板，其包括例如同质表面并且不包括用于形成冷却通道或类似物的附件或其他元件。第一和/或第二中间层压板被插在第一层压板和第二层压板之间。第一层压板包括第一切口，通过该第一切口形成用于引导冷却流体（例如冷却空气）的冷却通道。与必须在两个标准板之间应用额外焊接的间隔件的常规方法相比，本实用新型应用了包括相应切口的中间层压板。

切口可以指的是例如具有U形或V形轮廓的沟槽或通孔。因此，如果第一中间层压板在一侧被第一层压板覆盖并且在另一侧被第二层压板覆盖，则仍由第一切口形成空间（即冷却通道），以便冷却流体可以流动通过第一切口形成的冷却通道。换言之，冷却通道可以被第一和/或第二层压板和第一中间层压板包绕。不需要进一步的设置，例如在两个相邻层压板之间的焊接间隔件，这是因为通过第一中间层压板的切口形成了冷却通道。

通过在中间层压板内直接形成冷却通道（切口），可以淘汰对于焊接间隔件的使用。具有限定的切口的中间层压板包括比间隔件（且具体地比非层压间隔件）更高的电磁性能。此外，因为相比于附接在层压板之间的间隔件，中间层压板和相邻规则形状的层压板之间的接触面积更大，所以定子的刚性可被增强。与使用常规间隔件来保持层压板分开不同，在包括定制的切口的适当中间层压板内直接获得构成空气管道的冷却通道。

此外，由切口形成的冷却通道可以包括更加灵活且更加多变的路程和直径，因为与复杂的焊接间隔件相比，中间层压板内的切口可以更加易于制造。由于通过使用根据本实用新型的上面提出的定子堆而获得的冷却通道具有更加灵活的路程以及更大的刚性，还可以获得暴露于冷却流体的层压面积的增加。因此，可以实现向空气传递更多的热并且因此可以更加有效地降低定子的温度。

根据进一步的示例性实施例，第一中间层压板包括多个第一切口以用于形成多个相应冷却通道，以便冷却流体可引导通过所述多个相应冷却通道中的每一个。

例如，第一中间层压板的切口可以形成多个沟槽或切缝以便形成所述多个冷却通道。因此，能够产生通过定子堆的更大流量的冷却流体并且因此增加了冷却能力。此外，与包括具有与多个冷却通道的总容积相同容积的一个较大冷却通道的定子堆相比，包括具有所述多个冷却通道的中间层压板的定子堆具有更大的稳定性。

根据进一步的示例性实施例，第一切口被形成为使得冷却通道的第一横截面处的流动直径不同于冷却通道的第二横截面处的另一流动直径。第一横截面与第二横截面分隔开。流动直径代表例如冷却通道的液力直径。例如，第一横截面处的流动直径可以小于冷却通道的第二横截面的所述另一流动直径。因此，通过第一横截面的较小流动直径形成喷嘴或扩散器（取决于冷却通道内冷却流体的流动方向）。具体地，由于变化的横截面的原因，可以减少冷却通道开口处突然扩张所导致的压降。

根据进一步的示例性实施例，定子堆进一步包括第二中间层压板。第二中间层压板被设置在（a）在一侧的第一中间层压板和（b）在另一侧的第一层压板或第二层压板之间。换言之，沿轴向方向，第一层压板、第一中间层压板、第二中间层压板和第二层压板可以相继地设置。

具体地，根据进一步的示例性实施例，第二中间层压板可以包括第二切口以用于形成冷却通道以便冷却流体可引导通过冷却通道。

例如，如果第一中间层压板和第二中间层压板沿轴向方向相继地设置，则可以在第一切口和第二切口之间沿轴向方向部分地形成冷却通道。因此，通过提供相应中间层压板的第一切口和第二切口的流体联接，可以提供更灵活且可变的冷却通道路程。此外，如果第一切口对齐于第二切口，则可以实现更大容积的冷却通道。例如，冷却通道的高度可以具有第一和第二中间层压板的厚度之和的高度。因此，冷却通道的高度可以是第一或第二中间层压板的高度的两倍。

第二切口可以包括与第一切口相同的（几何）特征。第二切口可以例如是在第二中间层压板内形成的沟槽或通孔。第二切口可以是例如具有U形或V形轮廓的沟槽或者是通孔。此外，第一切口和第二切口可以一同在冷却通道的第一横截面处形成相应流动直径且在冷却通道的第二横截面处形成相应另一流动直径。

根据进一步的示例性实施例，第二中间层压板包括另一第二切口以用于形成另一冷却通道以便另一冷却流体可引导通过冷却通道。

因此，通过所述示例性实施例，通过所述另一第二切口形成所述另一冷却通道，其中所述另一冷却通道分离于且隔离于由第一切口和第二切口形成的冷却通道。因此，另一冷却流体可以分离于流动通过冷却通道的冷却流体。

根据另一示例性实施例，第一定子堆具有径向外表面和径向内表面。用于形成冷却通道的第一切口和/或第二切口被形成为使得在第一定子堆的径向内表面和径向外表面之间可引导冷却流体。

相比于径向外表面，径向内表面位于更靠近发电机的旋转轴线。

根据另一示例性实施例，第二定子堆是如上所述的堆。第二定子堆可因此还包括具有相应切口的相应中间层压板，其中中间层压板位于相应第一和相应第二层压板之间。

应该注意到，已经参考不同主题描述了本实用新型的实施例。具体而言，已经参考设备型权利要求描述了一些实施例，而参考方法型权利要求描述了另一些实施例。不过，除非另有提示，本领域的技术人员将从上文和下文描述中得出，除了属于一种主题类型的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合，具体是设备型权利要求的特征和方法型权利要求的特征之间的任意组合，也被认为被本申请所公开。

附图说明

从之后描述的实施例示例可以显而易见到本实用新型的上述方面和其他方面，并且参考实施例示例解释了各方面。此后，将参考实施例的示例更加具体地描述本实用新型，不过本实用新型不限于这些示例。

图1示出了根据本实用新型的示例性实施例的定子的一部分的立体图；

图2示出了根据本实用新型的示例性实施例的定子堆的示意图；

图3和图4示出了根据本实用新型的示例性实施例的中间层压板；以及

图5示出了根据本实用新型的示例性实施例的第一或第二层压板的示意图。

具体实施方式

附图中的图释是示意性的。应该注意，不同附图中，类似或相同元件具有相同附图标记。

图1示出了用于发电机的定子120，特别是用于风力涡轮机的发电机。定子120包括第一定子堆节段I、第二定子堆节段II和第三定子堆节段III。相应定子堆节段I–III沿周向方向相继地设置以形成定子120。

如图1所示，第一定子堆节段I包括第一定子堆100和第二定子堆110，其沿定子120的轴向方向相继地设置。

轴向方向是与发电机的转子的旋转轴线121平行的方向。相应地，径向方向122是延伸通过旋转轴线121的方向，其中径向方向122垂直于旋转轴线121。周向方向描述了绕旋转轴线121的方向。

图1中更具体地示出了第一定子堆100。为了简明，没有具体示出第二定子堆110的单个层压板和第二定子堆节段II和第三定子堆节段III的层压板。不过，第一定子堆节段I、第二定子堆节段II和第三定子堆节段III可以例如包括根据本实用新型的多个第一定子堆100或第二定子堆110。此外，为了简明，图1仅示出了定子120的一个区段。不过定子120可以大体形成闭合环轮廓。

如图1更具体示出的，定子120包括第一定子堆100和第二定子堆110（参见定子堆节段I）。第一定子堆100和第二定子堆110沿发电机的轴向方向相继地设置。具体地，设置有第一定子堆100和第二定子堆110的加紧杆（未示出）将第一定子堆100和第二定子堆110收紧在一起。

第一定子堆100包括第一层压板101、第二层压板102和第一中间层压板103。第一层压板101、第一中间层压板103和第二层压板102沿发电机的轴向方向彼此相邻地附接。第一中间层压板103被设置在第一层压板101和第二层压板102之间。

此外，如图1所示，第二中间层压板104可以被附接在一侧的第一中间层压板103和另一侧的第二层压板102之间。

第一中间层压板103包括第一切口201（具体参考图2）以用于在第一层压板101和第二层压板102之间形成冷却通道105、105’（图1中以虚线示出），以便冷却流体可引导通过冷却通道105、105’。

具体如图1所示，冷却通道105、105’被第一层压板101、第二层压板102和第一中间层压板103包绕。

如图1所示，在不使用间隔件的情况下，通过第一和第二中间层压板103、104的切口201、202形成冷却通道105、105’。切口201、202可以被一体地形成在相应中间层压板103、104中，使得冷却流体从定子120的径向外表面流到定子120的径向内表面或反之亦然。如图1中的箭头106示例性所示，冷却流体可以从定子120的径向外表面沿朝向定子的径向内表面的方向流动通过冷却通道105、105’。

此外，层压板101、102、103、104可以形成一个或更多个周向间隔开的散热片区段108，其沿径向方向从基底区段109延伸以使得在相邻散热片区段108之间形成绕组槽107，例如在定子120的径向外表面中形成绕组槽107。与从基底区段109延伸的相应散热片区段108的周向宽度相比，基底区段109包括大体上更大的周向宽度。如图1示例性示出的，相应定子堆节段I、II、III的周向相邻的散热片区段108可以形成散热片区段108。定子120的绕组可以附接在绕组槽107内部。

例如，第一切口201可以被形成于第一中间层压板103内，使得冷却通道105’的开口形成在散热片区段108的区域内。因此，实现了冷却通道105’的适当冷却效率，这是因为冷却通道105’可以将冷却流体吹入绕组槽107内，以便绕组槽107内的绕组可以被有效冷却。

此外，为了简明，图1中仅示出了第一切口201。第一中间层压板103还可以包括多个第一切口201以用于形成多个相应冷却通道105、105’。此外，第二中间层压板104也可以例如包括第二切口202（见图2）和另一些第二切口。

此外，如所示在冷却通道105的径向内端处，通过第一切口201形成的冷却通道可以包括不同的流动直径。例如，在冷却通道105的径向内侧处的流体出口处，形成增加的流动直径以便提供扩散器。因此，可以减少在径向内侧和径向外侧之间的冷却流体的压降。

图2示出了根据本实用新型的示例性实施例的定子堆100、110。第一层压板101可以是常规层压板，其包括同质表面并且不具有用于引导冷却流体的任何切口或引导器件。为了更好地定向，图2示出了发电机的旋转轴线121和径向方向122。

第二中间层压板104被附接到第一层压板101的面向轴向的表面上。第一中间层压板103被附接到第二中间层压板104的面向轴向的表面上。为了更好的观察，在图2中没有示出第二层压板102以便示出相应的第一切口201和第二切口202。

如图2的示例性实施例中所示，第一中间层压板103包括多个第一切口201，其中每个切口201形成相应冷却通道105、105’、105”。冷却通道105、105’、105”大体沿径向方向122延伸。具体地，冷却通道105、105’、105”部分地沿相应层压板101、102、103、104的散热片区段108延伸。

此外，如图2所示，第二中间层压板104包括第二切口202。例如，沿径向方向122形成第二切口202。在重叠区段203，第一切口201与第二切口202重叠。因此，第二切口202和第一切口201二者形成相应冷却通道105、105’、105”，以便冷却流体可以部分地沿第二切口202径向流动到重叠区段，之后部分地轴向流动到重叠区段203内的第二切口202并且之后进一步沿散热片区段108沿第一切口201在径向方向流动。

图3示出了图2的第二中间层压板104。如图3所示，第二切口202被形成于第二中间层压板104的基底区段109内。第二中间层压板104的散热片区段108是实心的并且不包括进一步的切口。

在图4中，示出了图2所示的第一中间层压板103。第一切口201被形成到散热片区段108内，其中第一切口201部分地延伸到第一中间层压板103的基底区段109内部。

图5示出了第一层压板101。如能够看出的，第一层压板101可以是常规层压板101，其在散热片区段108或在基底区段109处不具有间隔件或切口。第一层压板101和第二层压板102可以包括例如相同特征和形状。

应该注意，术语“包括”不排除其他要素或步骤并且“一”或“一种”不排除多个。而且，与不同实施例相关的要素可以相结合。还应该注意到，权利要求中的附图标记不意味着限制权利要求的范围。

Claims

1.一种用于发电机的定子（120）的定子堆（100、110），其特征在于，所述定子堆（100、110）包括：

第一层压板（101），

第二层压板（102），和

第一中间层压板（103），

其中所述第一层压板（101）、所述第一中间层压板（103）和所述第二层压板（102）沿所述发电机的轴向方向相邻彼此被附接，

其中所述第一中间层压板（103）被设置在所述第一层压板（101）和所述第二层压板（102）之间，以及

其中所述第一中间层压板（103）包括第一切口（201）以用于在所述第一层压板（101）和所述第二层压板（102）之间形成冷却通道（105、105’、105”），以便冷却流体可引导通过所述冷却通道（105、105’、105”）。

2.根据权利要求1所述的用于发电机的定子（120）的定子堆（100、110），其特征在于，

所述第一中间层压板（103）包括多个第一切口（201）以用于形成多个相应冷却通道（105、105’、105”），以便所述冷却流体可引导通过所述多个相应冷却通道（105、105’、105”）中的每一个。

3.根据权利要求1所述的用于发电机的定子（120）的定子堆（100、110），其特征在于，

所述第一切口（201）被形成为使得所述冷却通道（105、105’、105”）的第一横截面处的流动直径不同于所述冷却通道（105、105’、105”）的第二横截面处的另一流动直径，

其中所述第一横截面与所述第二横截面间隔开。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于发电机的定子（120）的定子堆（100、110），其特征在于，还包括：

第二中间层压板（104），

其中所述第二中间层压板（104）被设置在所述第一中间层压板（103）和所述第一层压板（101）之间。

5.根据权利要求4所述的用于发电机的定子（120）的定子堆（100、110），其特征在于，

所述第二中间层压板（104）包括第二切口（202）以用于形成所述冷却通道（105、105’、105”），以便所述冷却流体可引导通过所述冷却通道（105、105’、105”）。

6.根据权利要求4所述的用于发电机的定子（120）的定子堆（100、110），其特征在于，

所述第二中间层压板（104）包括另一第二切口以用于形成另一冷却通道，以便所述另一冷却流体可引导通过所述另一冷却通道。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的用于发电机的定子（120）的定子堆（100、110），其特征在于，所述发电机是用于风力涡轮机的发电机。

8.一种用于发电机的定子（120），其特征在于，所述定子（120）包括：

第一定子堆（100），所述第一定子堆是根据权利要求1-7中任一项所述的定子堆，

第二定子堆（110），

其中所述第一定子堆（100）和所述第二定子堆（110）沿所述发电机的所述轴向方向相继地设置，

加紧杆，所述第一定子堆（100）和所述第二定子堆（110）被设置于所述加紧杆，

其中所述第一定子堆（100）和所述第二定子堆（110）被所述加紧杆收紧在一起。

9.根据权利要求8所述的用于发电机的定子，其特征在于，

所述第一定子堆（100）具有径向外表面和径向内表面，

其中用于形成所述冷却通道（105、105’、105”）的所述第一切口（201）被形成为使得冷却流体可在所述径向内表面和所述径向外表面之间被引导。

10.根据权利要求8或9所述的用于发电机的定子，其特征在于，

所述第二定子堆（110）是根据权利要求1-3中任一项所述的定子堆。

11.根据权利要求8或9所述的用于发电机的定子，其特征在于，所述发电机是用于风力涡轮机的发电机。