冷卻裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術描述了一種實現成冷卻包圍在發電機殼體（40）中的定子（3）的定子繞組（30）的冷卻裝置（1），所述冷卻裝置（1）包括：風扇結構（11），其用于朝向所述定子繞組（30）的繞組端部（300）導引氣體冷卻介質（AF）；以及減容裝置（10A、10B），其布置成減少所述繞組端部（300）和所述發電機殼體（40、41、42）的內角部（400）之間的空間容積（200R、200F）。本發明專利技術還描述了一種直接驅動式風力渦輪機（2）；一種冷卻包圍在發電機殼體（40、41、42）中的定子（3）的定子繞組（30）的方法；以及一種改裝風力渦輪機（5）的方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術描述了一種用于冷卻定子的定子繞組的冷卻裝置；一種直接驅動式風力渦輪機；一種冷卻定子繞組的方法；以及一種改裝風力渦輪機的方法。
技術介紹
在風力渦輪發電機中，一些冷卻電樞（通常為定子）的熱的線圈或繞組的方式是必要的，這是因為這些繞組的電阻與它們的溫度成比例，并且發電機的功率輸出隨著電阻增加而降低。此外，定子和轉子之間的氣隙一般是非常小的，使得來自繞組的熱也可能被傳遞到磁體。磁體中過高的溫度能夠使這些磁體隨著時間的推移而惡化（deteriorate）。因此，有必要確保繞組的溫度被保持在低水平。繞組或線圈一般包括低電阻金屬的“環路”，其中，兩個半體（halves）沿定子的長度延伸，并且其中，每個繞組半體布置在平行的定子齒部之間。在定子的每一端處，繞組經歷180°的轉彎。風力渦輪發電機一般被實現為三相機器（three-phasemachine），即，繞組以三相的交錯的組來布置。由于每個繞組在定子的每一端處必須經歷180°的轉彎，所以針對三相的繞組的末端必須是交錯的，并且交錯的繞組末端延伸到定子在“繞組端部”中的外部末端之外。為了確保最小的損耗和平衡的相位（balancedphases），繞組端部一般以盡可能緊湊的方式來實現。在一種冷卻這樣的發電機的方法中，例如空氣之類的氣體冷卻劑能夠被吹到氣隙中，在那里，它從繞組吸收熱。然后，變暖的空氣能夠從發電機排出。可替代地，空氣能夠從氣隙穿過定子主體中的通道并且進入到定子內部中。所述變暖的空氣在再一次被吹到氣隙中之前能夠使用熱交換器或任何其他適當的冷卻技術來冷卻。已知的冷卻裝置的一個問題在于氣體冷卻劑將總是依循最容易的路徑，并且這導致繞組端部的不充分的冷卻。之所以這樣的原因在于繞組端部延伸到發電機和發電機殼體之間的腔中。交錯的繞組末端延伸到定子的末端之外一定距離，并且最外部的繞組的180°轉彎有效地呈現為對任何氣體冷卻介質的屏障或妨礙物。由于各種原因，繞組端部的外端和發電機殼體之間的腔是必要的，例如因為設計公差等，或較長的發電機殼體可以被設計成之后容納較長的定子，但最初收容較短的定子，使得腔最初相對大。在所述腔中，氣體冷卻劑在其到氣隙的路上將趨于僅圍繞繞組端部流動，從而有效地繞過緊湊的繞組端部。結果，繞組端部中的溫度能夠顯著地比定子齒部之間的繞組半體的溫度熱。如上文所指示，發電機的功率輸出受繞組中最熱的溫度限制。此外，繞組末端的傳導率隨著它們的溫度增加而降低，因此增加發電機的熱相關損耗。因此，本專利技術的一個目的在于提供一種確保繞組端部以更高效的方式被冷卻的方法。
技術實現思路
這個目的通過權利要求1的冷卻裝置、通過權利要求11的直接驅動式風力渦輪機、通過權利要求12的冷卻定子繞組的方法以及通過權利要求14的改裝風力渦輪機的方法來實現。根據本專利技術，實現成冷卻包圍在發電機殼體中的定子的定子繞組的冷卻裝置包括：風扇結構，其用于朝向定子繞組的繞組端部導引氣體冷卻介質；以及減容裝置，其布置成減少所述繞組端部和發電機殼體的內邊緣或角部之間的空間容積。在本專利技術的背景下，發電機殼體的“內邊緣”或“角部”可以被理解為是基本上圓筒形的殼體部分和鄰接的殼體末端件（例如，處于發電機的非驅動端處的制動盤）的結合部。通過此結合部形成的內邊緣可以是基本上環狀或環形的，并且能夠形成剖切發電機殼體的徑向截面中的“角部”。根據本專利技術的冷卻裝置的一個優點在于減容裝置迫使氣體介質穿過繞組端部。雖然一些氣體冷卻劑仍可能圍繞繞組端部流動，但繞組端部和發電機殼體之間減少的空間容積意味著穿過繞組端部現在對氣體冷卻劑而言是更容易的選擇。根據本專利技術，所述直接驅動式風力渦輪機包括外部轉子和內部定子，其中，所述外部轉子被布置在可旋轉的發電機殼體上。所述直接驅動式風力渦輪機還包括根據本專利技術的冷卻裝置，其實現成冷卻定子的定子繞組。根據本專利技術的直接驅動式風力渦輪機的一個優點在于繞組端部能夠被更高效地冷卻，使得在繞組端部中的溫度以及在平行的繞組裝置中的溫度將被保持為有利的水平。能夠最小化繞組端部和平行的繞組裝置之間的溫度差，從而指示冷卻在以很高的效率程度執行。根據本專利技術，冷卻包圍在發電機殼體中的定子的定子繞組的方法包括如下步驟，即：減少繞組端部和發電機殼體的內角部或“內邊緣”之間的空間容積；以及朝向繞組端部導引氣體冷卻介質。根據本專利技術的冷卻定子繞組的方法的一個優點在于，利用非常少的額外努力，能夠顯著地增加氣體定子冷卻裝置的效率。不僅繞組半體（布置在定子上平行的定子齒部之間）被冷卻至期望的溫度，而且緊湊和屏障般的繞組端部也被冷卻。根據本專利技術，改裝風力渦輪機（其具有包圍在發電機殼體中的定子和用于冷卻所述定子的定子繞組的氣體冷卻裝置）的方法包括將減容裝置布置在定子繞組的繞組端部和發電機殼體的角部之間的步驟。根據本專利技術的改裝風力渦輪機的方法的一個優點在于在繞組端部的冷卻方面已存在的冷卻裝置的冷卻效率能夠顯著地增加，這是因為所述減容裝置迫使氣體冷卻介質穿過繞組端部。本專利技術的特別有利的實施例和特征通過從屬權利要求給出，如在以下描述中披露的。視情況可以結合不同權利要求類別的特征，以給出本文未描述的另外的實施例。下文中，在不以任何方式限制本專利技術的情況下，可以假定所述風力渦輪機是具有外部轉子和內部定子的直接驅動式風力渦輪機。在這樣的設計中，磁極被布置在外部轉子的內側上，并且外部轉子本身有效地作為發電機殼體。所述風力渦輪機包括安裝到輪轂的若干轉子葉片，并且所述輪轂被連接到轉子，使得所述輪轂和轉子作為一體旋轉。艙罩被安裝在發電機的非驅動端處以包圍機械裝置，例如，偏航驅動器、控制裝置和其他部件。轉子和艙罩之間的迷宮式密封允許轉子旋轉，同時確保水分和大氣顆粒物不會進入發電機。在特定條件下，必須停止風力渦輪機的轉子。因此，發電機殼體在非驅動端處一般包括制動盤。圓形的內邊緣形成在圓筒形轉子殼體和基本上圓形的平坦制動盤的接合處。為了容納定子和其他發電機部件，轉子殼體尺寸設計成長于定子，即轉子殼體延伸到定子的外端及其繞組之外。如上所述，這在繞組端部和處于發電機的非驅動端處的轉子殼體/制動盤之間產生了腔或間隙。相似的腔或間隙出現在發電機的驅動端處。這些腔可具有不同的形狀，這是因為輪轂/轉子的過渡（transition）與轉子/艙罩的過渡一般在結構上不同。在本專利技術的背景下，可以假定所述減容裝置減少處于繞組端部和發電機殼體的內角部之間的這樣的腔。在下文中，還可以假定所述風力渦輪機包括氣體冷卻裝置，其用于將氣體冷卻劑至少從發電機的非驅動端導引到定子和轉子之間的氣隙中。在不以任何方式限制本專利技術的情況下，可以假定所述氣體冷卻介質包括空氣。如上文提到的，變暖的空氣在穿過氣隙之后能夠以某種適當的方式被排出，或者能夠被吸引到定子內部中，它能夠從所述定子內部被排出，或它能夠在所述定子內部中被冷卻，并且隨后，再一次被引導到氣隙中。所述減容裝置能夠以任何合適的方式來實現。例如，它可從安裝到可用表面的支撐框架懸掛。然而，在本專利技術的優選實施例中，所述減容裝置沿發電機殼體的內表面布置。所述減容裝置優選本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種實現成冷卻包圍在發電機殼體（40）中的定子（3）的定子繞組（30）的冷卻裝置（1），所述冷卻裝置（1）包括：風扇結構（11），其用于將氣體冷卻介質（AF）導引向所述定子繞組（30）的繞組端部（300）；以及減容裝置（10A、10B），其布置成減少所述繞組端部（300）和所述發電機殼體（40、41、42）的內角部（400）之間的空間容積（200R、200F）。

【技術特征摘要】
2014.11.20 EP 14194088.21.一種實現成冷卻包圍在發電機殼體（40）中的定子（3）的定子繞組（30）的冷卻裝置（1），所述冷卻裝置（1）包括：
風扇結構（11），其用于將氣體冷卻介質（AF）導引向所述定子繞組（30）的繞組端部（300）；以及
減容裝置（10A、10B），其布置成減少所述繞組端部（300）和所述發電機殼體（40、41、42）的內角部（400）之間的空間容積（200R、200F）。
2.根據權利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于，所述減容裝置（10A、10B）沿所述發電機殼體（40、41、42）的內表面（41）布置。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的冷卻裝置，其特征在于，所述減容裝置（10A、10B）包括根據所述發電機殼體（40、41、42）的環狀內邊緣（400）來設計尺寸的環狀體（10A、10B）。
4.根據前述權利要求中任一項所述的冷卻裝置，其特征在于，所述減容裝置（10A）包括泡沫環（10A）。
5.根據前述權利要求中任一項所述的冷卻裝置，其特征在于，所述減容裝置（10B）包括剛性的環狀體（10B）。
6.根據前述權利要求中任一項所述的冷卻裝置，其特征在于，所述減容裝置（10A、10B）的徑向截面的形狀基于所述繞組端部（300）相對于所述發電機殼體（40、41、42）的位置。
7.根據前述權利要求中任一項所述的冷卻裝置，其特征在于，所述減容裝置（10A、10B）根據第一繞組端部區域和第二繞組端部區域之間的溫度差來成形。
8.根據前述權利要求中任一項所述的冷卻裝置，包括吸引設備（11），所述吸引設備（11）實現成吸引所述氣體冷卻介質（AF）通過所述定子繞組（30）并且到所述定子（3）的內腔（31）中。
9.根據前述權利要求中任一項所述的冷卻裝置，包括布置在所述定子（3）的所述內腔（31）中的熱交換器（12），...

【專利技術屬性】
技術研發人員：G艾羅爾迪，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE