CN208057312U - 风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及风力发电机组，该风力发电机组包括发电机和机舱，发电机包括用于产生磁场的磁极和用于产生感应电流的铁心绕组，磁极位于铁心绕组的径向第一侧，该风力发电机组还包括：腔体，设置在铁心绕组的径向第二侧的圆周表面上，腔体的内部经由贯穿铁心绕组的多个径向通风沟与腔体的外部流体连通；出风管道，设置在腔体上，以使腔体的内部与机舱的外部流体连通；一个或多个冷却风机，驱动腔体内部的空气流动，使得在铁心绕组处形成负压。本实用新型提供的风力发电机组可大大缩短冷却管路的长度，还可大大减小冷却风机和冷却管路对机舱空间的占用，同时还减小冷却空气的沿程压力损失，提高冷却效率，还减小发电机和机舱组装连接时的困难。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电机组的空气冷却技术领域，更具体地讲，涉及一种具有新型的开式空气冷却结构的风力发电机组。
背景技术
风力发电机组(诸如，直驱式风力发电机组)通常采用的冷却方式有空气冷却和水冷却。空气冷却具有冷却效率高、结构简单、无漏水风险等优点，应用非常广泛。空气冷却又可以分为开式冷却和闭式冷却。
开式冷却结构的冷却风机布置在机舱内，通过冷却管路与发电机内部连通。图1示出了现有技术中包括传统的开式空气冷却系统的风力发电机组的示意图。如图1所示，现有技术中包括传统的开式空气冷却系统的风力发电机组包括发电机10、叶轮20(未示出叶片)和机舱30，发电机10包括磁极(未示出)和铁心绕组11。在发电机10工作时，铁心绕组11中产生感应电流，使铁心绕组11产生大量的热。冷却风机42布置在机舱30内，通过冷却管路44与发电机10内部连通，冷却风机42工作时，从冷却管路44抽吸空气并排放到机舱30的外部，使得发电机10内部的铁心绕组11部位形成负压，冷空气46从机舱外部经过过滤后进入机舱30，经再次过滤或直接进入发电机10内部的铁心绕组11，冷空气46在铁心绕组11部位完成热量交换后变成热空气48，热空气48经由冷却管路44进入机舱30内的冷却风机42，然后被冷却风机42排到大气中，由此实现对铁心绕组11的冷却。
在上述的传统的开式空气冷却系统中，冷却风机42和冷却管路44都会占用机舱30的一部分空间，这对机舱30的设计带来一定难度，使得制造成本增加。此外，在机舱30与发电机10组对后(例如，通过吊装)，需要进行发电机10和机舱30中冷却管路44的连接，这增加了风力发电机的吊装所需工序和难度。另外，冷却管路44长度较长，使得沿程压力损失较大，从而使冷却效率较低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有空间利用合理、冷却效率高且成本低的空气冷却系统的风力发电机组。
为实现以上目的，本实用新型提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括发电机和机舱，发电机可包括用于产生磁场的磁极和用于产生感应电流的铁心绕组，磁极可位于铁心绕组的径向第一侧，该风力发电机组还可包括：腔体，设置在铁心绕组的径向第二侧的圆周表面上，腔体的内部经由贯穿铁心绕组的多个径向通风沟与腔体的外部流体连通；出风管道，设置在腔体上，以使腔体的内部与机舱的外部流体连通；一个或多个冷却风机，驱动腔体内部的空气流动，使得在铁心绕组处形成负压。
可选地，腔体可以为在轴向上覆盖铁心绕组的圆周表面的一部分或全部的环形腔体。
可选地，磁极可设置在铁心绕组的径向外侧，腔体可设置在铁心绕组的内圆周表面上。
可选地，磁极可设置在铁心绕组的径向内侧，腔体可设置在铁心绕组的外圆周表面上。
可选地，冷却风机可安装在腔体的壁上，其中，冷却风机可整体地或部分地设置在腔体的内部。
可选地，冷却风机的扇叶部分可设置在腔体的内部，冷却风机的电动机部分可设置在腔体的外部。
可选地，冷却风机可安装在出风管道中。
可选地，发电机的壳体的直径可大于机舱的直径，在壳体的位于机舱的外部的部分上可开设有出风口，出风管道可以与出风口连通。
可选地，腔体可固定地连接到圆周表面上。
可选地，腔体可焊接到圆周表面上。
本实用新型的风力发电机组通过将用于冷却发电机(特别是，发热较显著的铁心绕组)的冷却风机集成/嵌入到发电机内部，同时结合设置在发电机内部(具体地，设置在铁心绕组的圆周表面上)的腔体以及直接通向环境大气的出风管道，可以大大缩短(甚至，省去)空气冷却系统中体积占用较多的冷却管路的长度，还可以大大减小冷却风机和冷却管路对机舱空间的占用，同时还减小了冷却空气的沿程压力损失，提高冷却效率。此外，通过将空气冷却系统集成到发电机内部，可以减小发电机和机舱组装连接时的困难。
附图说明
图1示出了现有技术中包括传统的开式空气冷却系统的风力发电机组的示意图；
图2示出了根据本实用新型的一个实施例的包括集成到发电机组内的空气冷却系统的风力发电机组的示意图；
图3是图2中示出的风力发电机组的局部放大示意图。
附图标号说明：
10-发电机；11-铁心绕组；20-叶轮；30-机舱；42-冷却风机；44-冷却管路；46-冷空气；48-热空气；100-发电机；101-发电机的壳体；102-出风口；110-铁心绕组；111-圆周表面；200-叶轮；300-机舱；410-冷却风机；411-扇叶部分；412-电动机部分；420-腔体；421-圆周壁；422-侧壁；430-出风管道；460-冷空气；480-热空气。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好地理解本实用新型的技术构思，下面将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。
为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种具有改进的空气冷却系统的风力发电机组。
图2示出了根据本实用新型的一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图，图3是图2中示出的风力发电机组的局部放大示意图。为了更清楚地示出本实用新型的实施例，省去了风力发电机组的其他不必要示出的部分，并且所示出的部件可以不按比例绘制，特定的部件可以被夸大或缩小以示出特定部件的具体结构和功能细节。
如图2至图3所示，根据本实用新型的一个实施例的风力发电机组包括发电机100、叶轮200(未示出叶片，所示出的部分仅出于示意性目的)和机舱300，发电机100还包括发电机的壳体101，并设置在机舱300和叶轮200之间。
发电机100包括用于产生磁场的磁极(未示出)和用于产生感应电流的铁心绕组110。由于铁心绕组110是发电机100内部的主要发热部件，并且为需要进行冷却的目标部件，因此，在此仅示出铁心绕组110，以代表性地示出发电机100内部需要冷却的部位。发电机100内部还可以包括其它部件，例如，用于产生磁场的磁极部分以及其它线路、控制电路、传感器等，并且其它部件可以根据实际应用而适应性地并合理地布置在发电机100内部。
在实际应用中，磁极位于铁心绕组110的径向第一侧，即磁极可以相对于铁心绕组110设置在径向内侧或径向外侧。在此所使用的“径向”是指沿着铁心绕组110的半径方向的方向，“内侧”是指靠近发电机主轴的一侧，“外侧”是指远离发电机主轴的一侧。此外，在下文中将提及的“轴向”是指沿着发电机主轴的方向，“周向”是指沿着铁心绕组110的圆周方向的方向并与所述“径向”正交。在图2至图3所示出的实施例中，以铁心绕组110相对于磁极设置在径向内侧，即磁极设置在铁心绕组110的径向外侧为例进行说明。
如图2至图3所示，风力发电机组包括嵌入到发电机100内部的腔体420，腔体420可设置在铁心绕组110的径向第二侧的与磁极相对的圆周表面111上。换句话说，可以在发电机100的铁心绕组110的径向内侧(靠近/朝向发电机主轴的一侧)的圆周表面上构造腔体420。腔体420的内部可经由贯穿铁心绕组110的多个径向通风沟(未示出)与腔体420的外部流体连通，即，径向通风沟形成使外部气流进入腔体420中的进风口。出风管道430设置在腔体420的一侧。可通过使出风管道430延伸到设置在发电机100的壳体101上的出风口102，而使腔体420的内部与环境大气流体连通。一个或多个冷却风机410可以驱动腔体420内部的空气流动。
在冷却风机410工作时，冷却风机410驱动腔体420内部的空气流动，使得发电机100内部的铁心绕组110部位形成负压，冷空气460(如图2至图3中虚线箭头所指示的)从大气中经过过滤进入机舱300，经再次过滤或者直接进入发电机100内部的铁心绕组110，冷空气460在铁心绕组110部位完成热量交换后变成热空气480(如图2至图3中实线箭头所指示的)，热空气480进入铁心绕组110径向内侧的腔体420，进而通过出风管道430以及出风口102被冷却风机410排到大气中，由此实现对铁心绕组110的空气冷却。可选地，冷空气460可以在进入机舱300之前进行一次过滤，在进入发电机100之前进行二次过滤，也可以仅经过一次过滤后进入发电机100，在条件允许的情况下，也可以不经过过滤直接进入发电机100中。
腔体420可以是在轴向上覆盖铁心绕组110的圆周表面111的一部分或全部的环形腔体。例如，腔体420可以是沿着铁心绕组110的周向环绕圆周表面111设置的环形腔体，并在轴向上覆盖铁心绕组110的整个圆周表面111或圆周表面111的一部分。例如，可以通过将具有周向一侧开口的罩体设置在铁心绕组110的圆周表面111上来形成腔体420。罩体可以是环形罩体或者是环形的一部分，开口面向铁心绕组110的圆周表面111，并且罩体的边缘设置在铁心绕组110的圆周表面111上。
腔体420可以被固定地连接到圆周表面111上。优选地，腔体420可以被焊接到铁心绕组110的圆周表面111上。当然，腔体420也可以通过其它的连接方式而被固定到铁心绕组110的圆周表面111上，例如，通过机械紧固件连接。
出风管道430可以设置在腔体420的轴向侧表面上，并且延伸到发电机的壳体101的外部，从而与环境大气连通。发电机的壳体101的直径可以大于机舱300的直径，从而发电机的壳体101的一部分伸出到机舱300的外部。在发电机的壳体101位于机舱300的外部的部分上，可以开设有出风口102，出风管道430延伸到出风口102。
在冷却风机410的作用下，冷空气460穿过铁心绕组110中的多个径向通风沟，并在带走铁心绕组110以及周围的热量的同时变成热空气480，热空气480被汇集在腔体420内，并被冷却风机410经由出风管道430以及出风口102排到环境大气中。
上述实施例是以铁心绕组110设置在磁极的径向内侧为例进行说明的，即磁极设置在铁心绕组110的径向外侧时，腔体420设置在铁心绕组110的径向内侧，也就是设置在铁心绕组110的靠近发电机主轴的内圆周表面上。然而，铁心绕组110还可以设置在磁极的径向外侧，在这种情况下，腔体420可设置在铁心绕组110的外侧，也就是设置在铁心绕组110的外圆周表面上。在此应理解，在将腔体420设置在铁心绕组110的外圆周表面上时，铁心绕组110的外圆周表面与发电机的壳体101之间的空间可适应性地调整，使得发电机的壳体101的内圆周表面与铁心绕组110的外圆周表面之间间隔一定的距离，为设置腔体420以及冷却风机410提供空间。
可以设置一个或多个冷却风机410，以驱动腔体420内部的空气流动，从而在铁心绕组110部位产生负压，使得气体通过径向通风沟进入腔体420之后，再通过出风管道430流出腔体420。
冷却风机410可以安装在腔体420的壁上，例如安装在腔体420的圆周壁421上。此外，冷却风机410可以被整体地或部分地设置在腔体420的内部，例如，冷却风机410整体被设置在腔体420的内部，或者，可以使冷却风机410的一部分设置在腔体420的内部，例如，使冷却风机410的用于驱动空气流动的扇叶部分411设置在腔体420的内部，并使电动机部分412设置在腔体420的外部。
此外，冷却风机410还可以安装在出风管道430中。在图2至图3中，虽然示出冷却风机410的尺寸较大，出风管道430的尺寸较小，但示出的尺寸仅为示意性的，并不意在限制本申请的保护范围，冷却风机410可以整体地或部分地设置在出风管道430内。在此应理解，冷却风机410可以仅设置在腔体420的壁上，或者仅设置在出风管道430中，或者同时设置在腔体420的壁上并设置在出风管道430中，只要冷却风机410可用于驱动腔体420以及铁心绕组110处的空气流动即可。
出风管道430可以在设置在腔体420的一侧上(例如，腔体420的轴向侧壁422上)并沿着腔体420的轴向延伸至发电机100的壳体101上的出风口102，与发电机100外部的大气连通。可以将发电机100的直径增大，并在超出机舱300的直径外的发电机部分设置出风管道430和出风口102。或者，发电机100的直径可以不增大，而是使机舱300的直径减小，只要使发电机100的直径大于机舱300的直径，以能够在发电机100的超出机舱300直径外的部分设置出风管道430和出风口102即可。
以上对用于发电机100中发热较严重的铁心绕组110的空气冷却结构以及冷却方式进行了描述，然而也可以在用于产生磁场的磁极部分上应用与上文所述的腔体420、冷却风机410和出风管道430类似的冷却系统并以类似的方式设置。例如，在励磁发电机的情况下，磁极部分包括励磁线圈，其在工作过程中也会产生热，可以在磁极部分的背对用于产生感应电流的铁心绕组110的部位设置腔体，并类似地设置冷却风机和出风管道。在此应理解，所设置的腔体420、冷却风机410和出风管道430与铁心绕组110或磁极部分是固定在一起的，在实际应用中，在铁心绕组110或磁极部分保持固定或旋转的情况下，所设置的腔体420、冷却风机410和出风管道430均可用于空气冷却，例如，在铁心绕组110或磁极部分保持固定的情况下，出风管道430可以一直与发电机100的壳体101上的出风口102对齐，从而可以持续地排出热空气480。在铁心绕组110或磁极部分旋转的情况下，出风管道430可以偶尔(在旋转到对齐位置时)与发电机100的壳体101上的出风口102对齐，从而间断地排出热空气480。
本实用新型的风力发电机组通过将用于冷却发电机(特别是，发热较显著的铁心绕组)的冷却风机集成到发电机内部，同时结合设置在发电机内部(具体地，设置在铁心绕组的圆周表面上)的腔体以及直接通向环境大气的出风管道，可以大大缩短(甚至，省去)空气冷却系统中体积占用较多的冷却管路，还可以大大减小冷却风机和冷却管路对机舱空间的占用，同时还减小了冷却空气的沿程压力损失，提高冷却效率。此外，通过将冷却系统集成到发电机内部，可以减小发电机和机舱组装连接时的困难。
上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行组合、修改和完善(例如，可以对本实用新型的不同技术特征进行组合以得到新的技术方案)。这些组合、修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种风力发电机组，包括发电机(100)和机舱(300)，所述发电机(100)包括用于产生磁场的磁极和用于产生感应电流的铁心绕组(110)，所述磁极位于所述铁心绕组(110)的径向第一侧，其特征在于，所述风力发电机组还包括：
腔体(420)，设置在所述铁心绕组(110)的径向第二侧的圆周表面(111)上，所述腔体(420)的内部经由贯穿所述铁心绕组(110)的多个径向通风沟与所述腔体(420)的外部流体连通；
出风管道(430)，设置在所述腔体(420)上，以使所述腔体(420)的内部与所述机舱(300)的外部流体连通；
一个或多个冷却风机(410)，驱动所述腔体(420)内部的空气流动，使得在所述铁心绕组(110)处形成负压。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述腔体(420)为在轴向上覆盖所述铁心绕组(110)的所述圆周表面(111)的一部分或全部的环形腔体。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电机组，其特征在于，所述磁极设置在所述铁心绕组(110)的径向外侧，所述腔体(420)设置在所述铁心绕组(110)的内圆周表面上。
4.根据权利要求1或2所述的风力发电机组，其特征在于，所述磁极设置在所述铁心绕组(110)的径向内侧，所述腔体(420)设置在所述铁心绕组(110)的外圆周表面上。
5.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述冷却风机(410)安装在所述腔体(420)的壁上，其中，所述冷却风机(410)整体地或部分地设置在所述腔体(420)的内部。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组，其特征在于，所述冷却风机(410)的扇叶部分(411)设置在所述腔体(420)的内部，所述冷却风机(410)的电动机部分(412)设置在所述腔体(420)的外部。
7.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述冷却风机(410)安装在所述出风管道(430)中。
8.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述发电机(100)的壳体(101)的直径大于所述机舱(300)的直径，在所述壳体(101)的位于所述机舱(300)的外部的部分上开设有出风口(102)，所述出风管道(430)与所述出风口(102)连通。
9.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述腔体(420)固定地连接到所述圆周表面(111)上。
10.根据权利要求1或9所述的风力发电机组，其特征在于，所述腔体(420)焊接到所述圆周表面(111)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |