冷却装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种冷却装置（1），其实施成冷却在发电机壳体（40）中包围的定子（3）的定子绕组（30），所述冷却装置（1）包括风扇装置（14），其实施成将气态冷却介质（AF）引导到腔（200R、200F）中，所述腔（200R、200F）由定子端面（32R、32F）和发电机壳体（40）限定；在定子端面（32F、32R）中的旁路开口（10）的装置，其中，旁路开口（10）提供进入定子（3）的内部（31）的路径；以及歧管（11），其布置成在旁路开口（10）上延伸并且至少部分地在定子绕组（30）的绕组悬垂部（300、300H）上延伸，并且实施成导引冷却流（AFy）通过绕组悬垂部（300、300H）进入定子内部（31）。本发明专利技术还涉及一种直接驱动式风力涡轮机（2）、一种冷却定子（3）的定子绕组（30）的方法以及一种改造风力涡轮机（5）的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于冷却定子的定子绕组的冷却装置，一种包括这样的冷却装置的直接驱动式风力涡轮机，以及一种冷却定子绕组的方法。
技术介绍
在风力涡轮发电机中，必须要有某种方式来冷却电枢（通常是定子）的烫的线圈或绕组，因为绕组的电阻与其温度成正比，电阻越大，发电机的功率输出就越低。此外，定子与转子之间的气隙一般很小，使得绕组发出的热也可能被传递到磁体。磁体中的温度过高，可能导致磁体久而久之发生退化。因此，必须确保绕组温度保持在可接受的低水平。绕组或线圈一般包括低电阻金属“圈”，两个半部沿着定子的长度延伸，而每个绕组的一半布置在平行的定子齿之间。在定子的任一端，绕组发生180°旋转。风力涡轮发电机一般实施为三相机器，即，绕组布置成三个一组的交错群组。因为每个绕组必须在定子的每一端发生180°旋转，所以三相的绕组的端部必须交错，并且交错的绕组端部用“绕组悬垂部”的形式延伸超出定子的外端。为了确保损失极小且相位平衡，绕组悬垂部一般用尽可能紧凑的方式实施。在这样的发电机的一种冷却方法中，可以将诸如空气之类的气态冷却剂吹送到气隙中，在这里，气态冷却剂吸收绕组发出的热量。加温后的空气然后可以从发电机中排出。替代地，空气可以从气隙穿过定子主体中的通道进入定子内部。加温后的空气可以使用布置在定子内腔中的热交换器来冷却，或者通过任何其它适当的冷却技术来冷却，并且冷却后的空气可以再次被吹送到气隙中。已知的冷却装置的一个问题是，绕组悬垂部难以冷却，因为任何被吹送或抽吸到气隙中的冷却气态都将实际上绕过这个区域。悬垂部的交错的绕组端部延伸到定子每一端之外的一定距离，并且绕组悬垂部中的180°旋转对任何气态冷却介质有效地形成屏障或阻挡。气态冷却剂在流往气隙的途中将始终遵循最容易的路径，因此就是在绕组悬垂部周围流动。这样会导致对绕组端部区域的冷却不足。结果是，绕组悬垂部的一个或更多个区域中的温度可能明显比定子齿之间的直的绕组区部的温度更烫。因为绕组端部的传导性会随其温度的升高而降低，所以发电机的热相关损失会因此增加。因此，发电机的功率输出实际上受到绕组悬垂部中的最热温度的限制。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种冷却绕组悬垂部区域的改善的方式。通过一种冷却装置，通过一种直接驱动式风力涡轮机，通过一种冷却定子绕组的方法，以及通过一种改造风力涡轮机的方法来实现这个目的。根据本专利技术的冷却装置实施成冷却在发电机壳体中包围的定子的定子绕组，所述冷却装置包括：风扇装置，其实施成将气态冷却介质引导到腔中，所述腔由定子端面和所述发电机壳体限定；在定子端面中的旁路开口的装置，其中，旁路开口提供进入所述定子的内部的路径；以及歧管，其布置成在所述旁路开口上延伸并且至少部分地在所述定子绕组的绕组悬垂部上延伸，并且实施成导引冷却流通过所述绕组悬垂部进入所述定子内部。根据本专利技术的直接驱动式风力涡轮机包括：外部转子和内部定子，其中，所述外部转子布置在可旋转的发电机壳体上；以及根据本专利技术的冷却装置，用于冷却所述定子绕组和绕组悬垂部。根据本专利技术的冷却在发电机壳体中包围的定子的定子绕组的方法包括下面的步骤：在定子端面中提供多个旁路开口，其中，旁路开口提供用于气态冷却介质进入定子内部的路径；布置歧管使其在所述旁路开口上延伸并且至少部分地在所述定子绕组的绕组悬垂部上延伸；以及将气态冷却介质引导到由定子端面和所述发电机壳体限定的腔中，从而使得气态冷却介质从所述腔通过所述绕组悬垂部并且经由所述旁路开口进入所述定子内部。根据本专利技术的改造风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机已经包括在发电机壳体中包围的定子以及用于冷却所述定子的定子绕组的气态冷却装置；所述方法包括下面的步骤：在定子端面的对应于最热的绕组悬垂部区域的区域中形成至少一个旁路开口；以及布置歧管使其在所述旁路开口上延伸并且至少部分地在所述绕组悬垂部上延伸。根据本专利技术，冷却装置实施成冷却在发电机壳体中包围的定子的定子绕组，并且包括：风扇装置，用于将气态冷却介质引导到由定子端面和发电机壳体限定的腔中；在定子端面中的旁路开口的装置，其中，旁路开口为气流进入定子内部提供路径；以及歧管，其布置成在旁路开口上延伸，并且至少部分地在定子绕组的绕组悬垂部上延伸，其中，歧管实施成使冷却气流的一部分从腔偏转到定子内部。在本专利技术的背景下，歧管可以理解成是罩盖或屏蔽物，其用于促进或强迫气流经过绕组悬垂部进入旁路开口中。歧管可以由任何合适的材料制成，例如纤维玻璃或塑料，因为这些材料很轻，而且相对轻松就能得到任何期望形状。为了用作冷却气流的导引件，歧管布置成绕组悬垂部区域周围的腔部分与腔的其余部分之间的“分隔物”或掩蔽物。歧管可以固定至定子端面以便限定一个包含旁路开口和绕组悬垂部区域的区域或空间。这个区域或空间基本上是封闭的，只有靠近绕组悬垂部的用于允许冷却气流进入这个空间的间隙或入口除外。根据本专利技术的冷却装置的一个优点是，歧管与旁路开口配合用于促进或强迫冷却气流的一部分通过问题存在的绕组悬垂部区域。因此，冷却气流可以有意地受到引导而通过绕组悬垂部区域。以此方式，可以在绕组悬垂部中维持有利的低温，从而使热相关损失尽量减小，使得发电机的功率输出可以相应增加。根据本专利技术，直接驱动式风力涡轮机包括：外部转子和内部定子，其中，外部转子布置在可旋转的发电机壳体上；以及根据本专利技术的冷却装置，其实施成冷却定子的定子绕组。根据本专利技术的直接驱动式风力涡轮机的一个优点是，它提供的功率输出高于带有常规冷却装置的相当的风力涡轮机。此外，这个功率输出的改进可以用相对低的成本和工作量实现。根据本专利技术，冷却发电机壳体中包围的定子的定子绕组的方法包括下面的步骤：在定子端面中提供多个旁路开口，其中，旁路开口为气流进入定子内部提供路径；布置歧管使其在旁路开口上延伸，并且至少部分地在定子绕组的绕组悬垂部上延伸；以及将气态冷却介质引导到由定子端面和发电机壳体限定的腔中。根据本专利技术的冷却定子绕组的方法的一个优点是，冷却气流的一部分可以有意地被迫通过相对热的绕组悬垂部，从而使得这个热的区域可以用有效的方式得到冷却。此外，可以用直接的方式实现冷却装置的效率的这种改善。根据本专利技术，改造风力涡轮机的方法包括下面的步骤（风力涡轮机包括发电机壳体中包围的定子以及用于冷却定子的定子绕组的气态冷却装置）：在定子端面的对应于最热的绕组悬垂部区域的区域中形成至少一个旁路开口；以及布置歧管使其在旁路开口上延伸，并且至少部分地在定子绕组的绕组悬垂部上延伸，从而使得冷却气流从腔引导到定子内部。根据本专利技术的改造风力涡轮机的方法的一个优点是，可以用相对少的工作量和低成本实现冷却效率的明显改善。已经配有合适的气态冷却装置的任何风力涡轮机可以用下面的方式来调适：在一个或两个定子端板中形成旁路开口，并且将歧管布置在这些旁路开口上。当在发电机操作期间激活气态冷却装置时，歧管下方的绕组悬垂部区域中的冷却效应提高，可以使发电机的效率提高。因此，这样的风力涡轮机提供的功率输出比使用常规冷却装置的相当的风力涡轮机提高。从属权利要求提出本专利技术的尤其有利的实施例和特征，下面的描述中予以揭示。在适当的情况下，不同的权利要求类别的特征可以组合，以得到本文中未描述的更多实施例。下文中可以假设发电机是风力涡轮发电机，尤其是一种直接驱动式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却装置（1），其实施成冷却在发电机壳体（40）中包围的定子（3）的定子绕组（30），所述冷却装置（1）包括：‑风扇装置（14），其实施成将气态冷却介质（AF）引导到腔（200R、200F）中，所述腔（200R、200F）由定子端面（32R、32F）和所述发电机壳体（40）限定；‑在定子端面（32R、32F）中的旁路开口（10）的装置，其中，旁路开口（10）提供进入所述定子（3）的内部（31）的路径；以及‑歧管（11），其布置成在所述旁路开口（10）上延伸并且至少部分地在所述定子绕组（30）的绕组悬垂部（300、300H）上延伸，并且实施成导引冷却流（AFy）通过所述绕组悬垂部（300、300H）进入所述定子内部（31）。

【技术特征摘要】
2015.02.05 EP 15153989.71.一种冷却装置（1），其实施成冷却在发电机壳体（40）中包围的定子（3）的定子绕组（30），所述冷却装置（1）包括：-风扇装置（14），其实施成将气态冷却介质（AF）引导到腔（200R、200F）中，所述腔（200R、200F）由定子端面（32R、32F）和所述发电机壳体（40）限定；-在定子端面（32R、32F）中的旁路开口（10）的装置，其中，旁路开口（10）提供进入所述定子（3）的内部（31）的路径；以及-歧管（11），其布置成在所述旁路开口（10）上延伸并且至少部分地在所述定子绕组（30）的绕组悬垂部（300、300H）上延伸，并且实施成导引冷却流（AFy）通过所述绕组悬垂部（300、300H）进入所述定子内部（31）。2.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，在第一绕组悬垂部区域与第二绕组悬垂部区域之间的温差的基础上，确定旁路开口（10）在端面（32R、32F）上的位置。3.根据权利要求1或权利要求2所述的冷却装置，其中，在绕组悬垂部区域（300、300H）与轴向绕组区域之间的温差的基础上，确定布置在端面（32R、32F）中的旁路开口（10）的数量。4.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却装置，其中，旁路开口（10）的装置和歧管（11）在整个端面（32F、32R）的周边周围延伸。5.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却装置，其包括多个轴向冷却通道（100），其中，轴向冷却通道（100）在布置在所述定子（3）上的邻近绕组（30）之间延伸。6.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却装置，其包括多个径向通道（101），其中，径向通道（101）从轴向冷却通道（100）延伸到所述定子内部（31）。7.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却装置，其实施成产生压力差，所述压力差包括所述定子内部（31）中的相对欠压和腔（200R、200F）中的相对超压。8.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却装置，其包括风扇装置（14），所述风扇装置（14）实施成将所述气态介质（AF'）抽取到所述定子内部（31）。9.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却装置，其包括布置在所述定子内部（31）的热交换器（15），所述热交换器（15）实施成冷却被抽取到所述定子内部（3）的所述气态介质（AF'）。10.根据权利要求8或权利要求9所述的冷却装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：G艾罗尔迪，PH索伦森，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE