CN218771641U - 发电机和包括该发电机的风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发电机和包括该发电机的风力涡轮机。一种发电机包括定子，所述定子具有在第一轴向端板和第二轴向端板之间沿纵向轴线轴向延伸的定子主体，所述定子主体包括多个槽，所述多个槽围绕所述定子主体的所述纵向轴线周向分布。所述定子包括收容在所述多个槽中的多个绕组以及从所述第一轴向端板或所述第二轴向端板轴向突出的多个端部绕组，每个端部绕组具有弯曲的形状，并且连接处于所述多个槽中的两个槽中的所述绕组。所述定子主体包括从所述第一轴向端板和所述第二轴向端板中的至少一个轴向突出的至少一个冷却翅片，所述冷却翅片在至少一个相应的端部绕组的内部处布置在所述第一轴向端板或所述第二轴向端板的至少一部分中。

Description

发电机和包括该发电机的风力涡轮机

技术领域

本实用新型涉及一种发电机，其具有用于冷却定子的轴向端部的设置，端部绕组从该轴向端部突出。本实用新型可特别地、但不排他地应用于风力涡轮机的发电机。

背景技术

诸如安装在风力涡轮机中的发电机的发电机或马达通常包括相对于定子旋转的转子。在安装在风力涡轮机转子中的永磁发电机中，该转子包括多个永磁体。定子通常包括：具有定子槽的主体，该定子槽沿定子的轴向方向延伸；以及电路，其包括收容在该槽中的多个铜线圈。绕组包括从定子主体的轴向端部轴向突出的端部绕组。每个端部绕组通常成形为在空气中连接两个相应定子槽中的线的铜线弯曲部。上述发电机或马达的绕组可被分类为集中式或分布式。在集中式绕组方案中，匝串联地缠绕在一起以形成一个多匝线圈，该多匝线圈被收容在两个相邻的槽中。在分布式绕组方案中，所有绕组匝布置在若干线圈中，并且每个线圈被收容在彼此不相邻的不同槽中。

通常，在所有上述类型的发电机中，端部绕组是线圈绕组的达到最高温度的部分。因此，必须提供对端部绕组的适当冷却。如EP 3537571中所示，可在端部绕组的内部或外部设置引导件以用于引导冷却流。

实用新型内容

本实用新型的范围在于提供用于发电机的端部绕组的冷却装置，相对于现有技术中提供的解决方案，该冷却装置可用于优化或改进从端部绕组移除的热量。

该范围通过根据独立权利要求的主题来满足。本实用新型的有利实施例通过从属权利要求来描述。

根据本实用新型，提供了一种发电机，其包括定子，所述定子具有在第一轴向端板和第二轴向端板之间沿纵向轴线轴向延伸的定子主体，所述定子主体包括多个槽，所述多个槽围绕定子主体的纵向轴线周向分布。所述定子包括收容在所述多个槽中的多个绕组以及从所述第一轴向端板或所述第二轴向端板轴向突出的多个端部绕组，每个端部绕组具有弯曲的形状，并且连接处于所述多个槽中的两个槽中的绕组。所述定子主体包括从所述第一轴向端板和所述第二轴向端板中的至少一个轴向突出的至少一个冷却翅片，所述冷却翅片在至少一个相应的端部绕组的内部处布置在所述第一轴向端板或所述第二轴向端板的至少一部分中。

在本实用新型的上下文中，“内部”和“外部”是参考端部绕组的弯曲形状。换句话说，端部绕组的“内部”是在端部绕组与定子之间所包括的空气的体积，而端部绕组的“外部”是从端部绕组向外延伸的空气的体积。“向外”意指特别是沿发电机的转子的旋转轴线从定子定向的方向。

有利地，在端部绕组内部设置在轴向端板中的一个或两个上的一个或多个冷却翅片增大了轴向板的表面，从而允许增加与冷却介质的热交换。这样的翅片增加了冷却介质的湍流。根据本实用新型的冷却翅片布置结构提高了定子冷却系统的性能，从而实现了温度降低。由于较低的温度，这导致绕组绝缘材料的寿命增加。可由相同的发电机尺寸执行更多的供能，从而增加年度能量产量（AEP）。下文中的术语“轴向”、“径向”和“周向”是参考纵向轴线作出的。

本实用新型可有效地适用于风力涡轮机的发电机。

根据本实用新型的实施例，冷却翅片可被布置成相应的构造。每种构造可包括根据相应的式样定向和设置的任何数量的冷却翅片。例如，至少一个冷却翅片可相对于纵向轴线径向定向。根据另一实施例，至少一个冷却翅片可相对于与纵向轴线正交的径向方向倾斜。例如，冷却翅片可相对于径向方向倾斜45度角。根据又一实施例，至少一个冷却翅片可成形为像字母“V”，即，具有从一个顶点出发的两个倾斜侧面。这样的V形冷却翅片的对称轴线可相对于纵向轴线径向定向。

根据又一实施例，至少一个冷却翅片具有纵向剖面，该纵向剖面包括用于引导进入的冷却流的倾斜面。该倾斜面可以是直线的或弯曲的。冷却翅片的该纵向剖面可具有三角形形状，其具有面向进入的冷却流的倾斜侧面。具有用于引导进入的冷却流的倾斜面的冷却翅片为端板提供冷却以及为冷却流提供引导。这样的形状使得由于将冷却翅片添加到端板而产生的压降和阻力最小化。

根据本实用新型的实施例，冷却翅片可被设置为第一轴向端板或第二轴向端板的整体部分。这允许在组装轴向端板时将冷却翅片设置在定子的期望位置轴向端部处。

根据本实用新型的其他实施例，特别是在冷却翅片按照不允许将冷却翅片设置为第一轴向端板或第二轴向端板的整体部分的构造布置的情况下，冷却翅片可被附接到第一轴向端板或第二轴向端板，例如使用螺栓或树脂作为固定装置。在这样的实施例中，冷却翅片可由铝或具有高导热性的其他材料制成。

根据本实用新型的实施例，特别是在端部绕组和定子的纵向轴线之间，冷却翅片径向延伸超出端部绕组的内部。

根据本实用新型的实施例，所述绕组是集中式绕组，每个端部绕组连接处于两个周向相邻的槽中的绕组。根据本实用新型的其他实施例，所述绕组是集中式绕组，每个端部绕组连接处于两个不相邻的槽中的绕组。

根据本实用新型的定子可具有分段结构，该分段结构包括在相应的周向端部处接合在一起的多个周向节段。

本实用新型的上文所限定的方面以及另外的方面通过将在下文中描述的实施例的示例是显而易见的，并且参考这些实施例的示例来解释。将在下文中参考实施例的示例来更详细地描述本实用新型，但本实用新型并不限于这些实施例的示例。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的包括发电机的风力涡轮机的示意性剖面图。

图2示出了根据本实用新型的发电机的定子的局部轴测图。

图3示出了图2的定子的第一实施例的局部轴测图。

图4示出了图3的第一实施例的另一局部轴测图。

图5示出了图2的定子的第二实施例的局部轴测图。

图6示出了图5的第二实施例的另一局部轴测图。

图7示出了图2的定子的第三实施例的局部轴测图。

图8示出了图7的第三实施例的另一局部轴测图。

图9示出了图2的定子的第四实施例的纵向剖面图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。要注意的是，在不同的附图中，相似或相同的元件配有相同的附图标记。

图1示出了根据本实用新型的风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔架2，其被安装在未描绘出的基座上。机舱3被布置在塔架2的顶部上。风力涡轮机1还包括具有两个、三个或更多个叶片4（在图1的视角中仅两个叶片4是可见的）的风力转子5。风力转子5可围绕旋转纵向轴线Y旋转。当未不同地指定时，下文中的术语“轴向”、“径向”以及“周向”是参考纵向轴线Y作出。叶片4相对于旋转轴线Y径向延伸。风力涡轮机1包括永磁发电机10。

根据本实用新型的其他可能的实施例（未在附图中呈现），本实用新型可应用于其他类型的电机设计，例如感应电机、同步电机等。本实用新型可应用于整数槽发电机和分数槽发电机两者。风力转子5借助于可旋转的主轴9与永磁发电机10旋转地耦接。根据本实用新型的其他可能的实施例（未在附图中呈现），风力转子5直接与永磁发电机10旋转地耦接（直接驱动发电机构造）。设置了示意性地描绘的轴承组件8，以便将转子5保持就位。可旋转的主轴9沿旋转轴线Y延伸。永磁发电机10包括定子20和转子40。转子40可相对于定子11绕旋转轴线Y旋转。转子40相对于定子20处于径向外部，并且可绕旋转轴线Y旋转。周向气隙19被设置在定子20和转子40之间。

图2示出了定子20的局部周向视图。根据本实用新型的实施例，定子20是包括多个周向实施例的分段体。对于这样的实施例，图2可表示单个节段的轴测图。定子20包括定子主体21，其具有多个径向的定子齿15和多个中间槽30，每个槽30在两个相应的齿15之间周向延伸。定子20具有在第一轴向端板22和第二轴向端部（与该第一轴向端板轴向相对并且在图2中不可见）之间轴向延伸的定子主体21。定子主体21可具有叠层结构，其包括沿纵向轴线Y叠置的多个叠片。这些叠片是相同的，并且各自包括与多个槽交替的多个齿。第一和第二轴向端板22分别设置在定子主体21的两个轴向端部处。第一和第二轴向端板22可具有包括多个指状件的指状形状，每个指状件与定子主体21的相应齿15轴向对准。第一和第二轴向端板22可具有实心或叠层结构，其包括沿纵向轴线Y叠置的多个叠片。定子20包括收容在所述多个槽30中的多个绕组17和多个端部绕组18，每个端部绕组18具有弯曲的形状并且连接所述多个槽30中的两个槽30中的绕组17。

在图2中所呈现的本实用新型的实施例中，呈现了集中式绕组方案，其中每个端部绕组18连接处于两个相应的周向相邻的槽30中的两个集中式绕组17的轴向端部。在本实用新型的其他实施例（未呈现）中，可使用分布式绕组方案。

根据本实用新型，定子主体21还包括从第一轴向端板22或第二轴向端板轴向突出的一个或多个冷却翅片，该冷却翅片在至少一个相应的端部绕组的内部处布置在第一轴向端板或第二轴向端板的至少一部分中。多个翅片51a、51b、51c可被设置在一个或两个第一和第二轴向端板22处。

图3至图8示出了设置在第一轴向端板22处的相应的多个冷却翅片51a、51b、51c的三种构造。相同的构造也可设置在第二轴向端板处（图3至图8中未示出）。可替代地，第二轴向端板可设置有冷却翅片的不同构造。图3至图8中的每一个都示出了定子20的一部分，其示出了一个齿15、与其相邻的两个槽30、第一轴向端板22的一部分、两个集中式绕组17以及一个端部绕组18，该端部绕组18从定子轴向突出以用于连接两个绕组17。冷却翅片51a、51b、51c可以是第一轴向端板的整体部分。可替代地，冷却翅片51a、51b、51c可附接到第一轴向端板，例如使用螺栓或树脂。冷却翅片51a、51b、51c可由第一轴向端板22的相同材料或另一种不同材料制成。冷却翅片51a、51b、51c例如可由铝或具有高导热性的其他材料制成。冷却翅片51a、51b、51c朝向转子20的中心、即朝向纵向轴线Y径向延伸超过端部绕组18。根据本实用新型的另一实施例（未示出），冷却翅片51a、51b、51c可被设置在每个端部绕组18的内部处。

图3和图4示出了第一多个冷却翅片51a（在图2的实施例中示出了两个冷却翅片51a）的第一构造。第一冷却翅片51a平行于径向方向Z定向，该径向方向Z正交于纵向轴线Y。根据本实用新型的其他实施例（未示出），可设置任何其他数量的第一冷却翅片51a（例如，一个冷却翅片51a或多于两个冷却翅片51a）。

图5和图6示出了第二多个冷却翅片51b的第二构造。第二冷却翅片51b相对于径向方向Z倾斜。径向方向Z与每个第二冷却翅片51b之间的倾斜角度可包含在0度和90度之间。第二冷却翅片51b可具有全部相同的倾斜度，或者具有不同的倾斜度。

图7和图8示出了第三多个冷却翅片51c的第三构造。冷却翅片51c中的每一个为V形，其中两个侧面在顶点处接合。冷却翅片51c的对称轴线按照径向方向Z定向。每个冷却翅片51c可在该顶点处具有包含在20度和160度之间的角度α。根据本实用新型的另一实施例（未示出），冷却翅片51c的对称轴线相对于径向方向Z倾斜。

根据本实用新型的其他实施例（未示出），每个冷却翅片可具有另一种形状。例如，每个冷却翅片可为从第一轴向端板22突出的圆柱体，或者可为X形，或W形，或Z形，或者任何上面提到的形状的组合。

图9示出了第四多个冷却翅片51d的第四构造。每个冷却翅片51d具有纵向剖面，其包括用于引导进入的冷却流F的倾斜面。冷却翅片51d的纵向剖面可具有三角形形状，其具有面向进入的冷却流F的倾斜侧面。该倾斜侧面可相对于纵向方向形成角度β，该角度β可包含在30度和60度之间。可替代地，面向进入的冷却流F的倾斜侧面可以是弯曲的，角度β沿该倾斜侧面是可变的。

该第四实施例可与上述的前三个实施例组合，即图3至图8的第一、第二和第三实施例可具有矩形的纵向剖面或者如以上参考图9所描述的纵向剖面，特别是三角形剖面。

Claims (12)

1.一种发电机（10），包括定子（20），所述定子（20）具有在第一轴向端板（22）和第二轴向端板（22）之间沿纵向轴线（Y）轴向延伸的定子主体（21），所述定子主体（21）包括多个槽（30），所述多个槽（30）围绕所述定子主体（21）的所述纵向轴线（Y）周向分布，

其特征在于，

所述定子（20）包括收容在所述多个槽（30）中的多个绕组（17）以及从所述第一轴向端板（22）或所述第二轴向端板（22）轴向突出的多个端部绕组（18），每个端部绕组（18）具有弯曲的形状，并且连接处于所述多个槽（30）中的两个槽（30）中的所述绕组（17），

其中，所述定子主体（21）包括从所述第一轴向端板（22）和所述第二轴向端板（22）中的至少一个轴向突出的至少一个冷却翅片（51a、51b、51c、51d），所述冷却翅片（51a、51b、51c、51d）在至少一个相应的端部绕组（18）的内部处布置在所述第一轴向端板（22）或所述第二轴向端板（22）的至少一部分中。

2.根据权利要求1所述的发电机（10），其特征在于，所述至少一个冷却翅片（51a）相对于所述纵向轴线（Y）径向定向。

3.根据权利要求1所述的发电机（10），其特征在于，所述至少一个冷却翅片（51b、51c、51d）相对于与所述纵向轴线（Y）正交的径向方向倾斜。

4.根据权利要求3所述的发电机（10），其特征在于，所述至少一个冷却翅片（51c）为V形，所述冷却翅片（51c）的对称轴线相对于所述纵向轴线（Y）径向定向。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的发电机（10），其特征在于，所述至少一个冷却翅片（51d）具有纵向剖面，所述纵向剖面包括用于引导进入的冷却流（F）的倾斜面。

6.根据权利要求5所述的发电机（10），其特征在于，所述冷却翅片（51d）的所述纵向剖面具有三角形形状，所述三角形形状具有面向进入的冷却流（F）的倾斜侧面。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的发电机（10），其特征在于，至少一个冷却翅片（51a、51b、51c、51d）是所述第一轴向端板（22）或所述第二轴向端板（22）的整体部分。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的发电机（10），其特征在于，所述至少一个冷却翅片（51a、51b、51c、51d）被附接到所述第一轴向端板（22）或所述第二轴向端板（22）。

9.根据权利要求8所述的发电机（10），其特征在于，所述至少一个冷却翅片（51a、51b、51c、51d）由铝制成。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的发电机（10），其特征在于，所述定子主体（21）包括设置在所述第一轴向端板（22）或所述第二轴向端板（22）两者处的多个冷却翅片（51a、51b、51c、51d），至少一个冷却翅片（51a、51b、51c、51d）被设置在每个端部绕组（18）的内部处。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的发电机（10），其特征在于，所述绕组（17）是集中式绕组，每个端部绕组（18）连接处于两个周向相邻的槽（30）中的所述绕组（17）。

12.一种风力涡轮机（1），其特征在于，所述风力涡轮机（1）包括根据权利要求1至11中任一项所述的发电机（10）。

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