用于风力涡轮机的发电机的制作方法

本发明涉及冷却用于风力涡轮机的发电机、特别是直驱式发电机的领域。特别地，本发明涉及用于风力涡轮机的发电机、直驱式风力涡轮机和制造用于风力涡轮机的发电机的方法。

背景技术：

在现今的用于风力涡轮机的发电机中，发电机上的流量分布使得流量在发电机的中部最高并且在靠近定子的绕组头部处最低。此外，定子区段的后侧上的流动速度低，从而导致定子区段的后侧上的低热传递系数。

在用于风力涡轮机的发电机中对定子的冷却对发电机的使用寿命而言是至关重要的。此外，发电机的可靠性对于风力涡轮机的操作成本而言是关键因素。

技术实现要素：

本发明的目的可以是提供用于风力涡轮机的发电机，在该发电机中流量分布更均匀。另外，可以期望的是增大区段的后侧上的速度以改善冷却系统的热性能。因此，本发明的目的可以是提供用于风力涡轮机的发电机，其具有增加的使用寿命、降低的操作成本和增加的热性能。

该目的可以通过根据独立权利要求的用于风力涡轮机的发电机、直驱式风力涡轮机和制造用于风力涡轮机的发电机的方法来解决。

根据本发明的第一方面，描述了用于风力涡轮机的发电机。用于风力涡轮机的发电机包括转子和定子，其中，定子包括第一径向侧和与第一径向侧相对的第二径向侧，并且其中，转子布置成邻近所述第一径向侧。该发电机还包括流量分布元件，所述流量分布元件布置成邻近所述第二径向侧，使得在流量分布元件与第二径向侧之间形成周向流动通道。

转子或相应的定子可以是具有圆形且中空的形状的发电机的部件。定子的第一径向侧可以是形成定子的两个圆形表面中的一个。第二径向侧可以是所述两个圆形表面中的另一个，其与第一径向侧邻近放置并且与所述第一径向侧间隔开。因此，定子主体可以形成在第一径向侧与第二径向侧之间。可以理解，定子不必是圆形闭合的实体，而是可以由包括定子主体中的径向开口的不同区段构成。

根据本申请，布置成邻近第一径向侧的转子可以表示也具有圆形主体的该转子可以要么定位在定子的径向内部要么定位在定子的径向外部。因此，转子的旋转轴线和定子的旋转轴线两者都是一致的。一方面，如果转子是内转子，则转子的径向外圆形表面可以邻近定子的径向内圆形表面。另一方面，如果转子是外转子，则转子的径向内圆形表面可以邻近定子的径向外圆形表面。

根据示例性实施例，转子可以是外转子，使得定子的第一径向侧可以是定子主体的径向外圆形表面。

流量分布元件可以具有圆形闭合的主体和一定的径向延伸部，该径向延伸部小于流量分布元件的轴向延伸部。流量分布元件可以确保冷却流在发电机中均匀地分布。

根据本申请，布置成邻近第二径向侧的流量分布元件可以表示流量分布元件关于转子布置在定子的相对的径向侧上。因此，沿发电机的径向方向上看，定子布置在转子与流量分布元件之间。

周向流动通道可以被限定在流量分布元件与定子的第二径向侧之间。因此，周向流动通道可以沿着转子或相应地定子的大部分的轴向延伸部延伸。周向流动通道的轴向延伸部可以由在限定的轴向位置处的流量分布元件与定子的第二径向侧之间的径向距离限定。

根据本发明的另外的方面，描述了直驱式风力涡轮机。直驱式风力涡轮机包括上述发电机和多个叶片。

根据本发明的另外的方面，描述了制造用于风力涡轮机的发电机的方法。该方法包括提供转子并且提供定子。定子包括第一径向侧和与第一径向侧相对的第二径向侧，其中，转子布置成邻近第一径向侧。该方法还包括提供邻近第二径向侧的流量分布元件，使得在流量分布元件与第二径向侧之间形成周向流动通道。

通过将流量分布元件放置在定子的后侧上，可以自由地操纵定子的后侧上的流量分布。因此，也许有可能决定多少冷却流去到驱动端部以及多少冷却流去到非驱动端部。此外，也许有可能决定多少冷却流通过定子的中心以及多少冷却流通过定子板。另外，可以增加定子的后侧上的热传递系数，并且因此也可以增加定子上的有效冷却面积。

由于伯努利方程（bernoulli’sequation），可以实现这些优点。根据伯努利方程，高速度引起低压力。因此，在本发明中，操纵流动速度使得可以实现期望的流量分布。

用于风力涡轮机的发电机可以减小转子中的至少一个空气供应孔的横截面，因为由小孔引起的增大的压降可以通过增加驱动端部中的流量而得到补偿，并且因此甚至在通过驱动端部上的空气供应孔的高压降的情况下使均匀的流量分布恢复。该发电机可以进一步将流引导到最需要流的位置，即靠近绕组头部。因此，可以避免在驱动端部处的转子中的大孔上的增大的压降，因为冷却可以设置有较小的孔，所述较小的孔产生额外的空气射流，用于因为碰撞驱动端部绕组头部的高空气速度而冷却驱动端部上的绕组头部。

根据本发明的示例性实施例，流量分布元件包括基体，该基体包括第一轴向端部和第二轴向端部，并且定子还包括第一轴向定子端部和第二轴向定子端部。此外，第一轴向定子端部和第二轴向定子端部布置在定子的相对轴向端部处。

流量分布元件可以包括基体，所述基体具有在第一轴向端部与第二轴向端部之间延伸的轴向延伸部。周向流动通道可以具有被限定为基体在第一轴向端部与第二轴向端部之间的轴向延伸部的轴向长度。

定子可以具有轴向延伸部，所述轴向延伸部可以总体大于定子的径向延伸部，并且所述径向延伸部可以在第一轴向定子端部与第二轴向定子端部之间延伸。

根据本申请，布置在定子的相对轴向端部处可以表示定子主体的轴向延伸部在第一轴向定子端部与第二轴向定子端部之间延伸。

根据本发明的另外的示例性实施例，第一轴向端部远离第一轴向定子端部，并且第二轴向端部远离第二轴向定子端部。

根据本申请，远离第一轴向定子端部的第一轴向端部可以表示在第一轴向端部与第一轴向定子端部之间可以设置自由轴向距离，使得在定子的内部和周向流动通道之间也许有可能实现第一径向流。

根据本申请，远离第二轴向定子端部的第二轴向端部可以表示在第二轴向端部与第二轴向定子端部之间可以设置自由轴向距离，使得在定子的内部和周向流动通道之间也许有可能实现第二径向流。

第一径向流和第二径向流通过定子的轴向延伸部彼此间隔开。另外，第一径向流和第二径向流可以根据第一轴向端部与第一轴向定子端部之间以及第二轴向端部与第二轴向定子端部之间的相应的距离而被单独地调整。

一方面，如果驱动端部和非驱动端部上所需的冷却条件分别需要，则第一径向流和第二径向流可以相等。因此，第一轴向端部与第一轴向定子端部之间的距离以及第二轴向端部与第二轴向定子端部之间的距离可以相等。

另一方面，如果驱动端部和非驱动端部上所需的冷却条件分别需要，则第一径向流和第二径向流可以被单独地调整，并且彼此不同。

根据本发明的另外的示例性实施例，流体分布元件还包括分离元件，该分离元件在基体与第二径向侧之间延伸。该分离元件固定到第二径向侧。

流量分布元件可以包括基体和分离元件，所述分离元件可以使基体与定子的第二径向侧互相连接。因此，分离元件的第一径向端部可以形成为对应于定子的第二径向侧，并且分离元件的第二径向端部可以形成为对应于基体的径向外侧。

另外，分离元件可以将周向流动通道分成两个部分，这两个部分不在分离元件上流体连通。这两个部分可以特别地是在第一轴向端部与分离元件之间的第一部分以及在分离元件与第二轴向端部之间的第二部分。

根据本发明的另外的示例性实施例，第一轴向端部与分离元件之间的第一轴向距离不同于分离元件与第二轴向端部之间的第二轴向距离。

根据本申请，第一轴向距离可以限定为流量分布元件的第一部分的轴向长度，该轴向长度对应于基体在第一轴向端部与分离元件之间的轴向长度。

根据本申请，第二轴向距离可以限定为流量分布元件的第二部分的轴向长度，该轴向长度对应于基体在分离元件与第二轴向端部之间的轴向长度。

根据本申请，第一轴向距离不同于第二轴向距离可以表示，沿发电机的轴向方向上看，分离元件可以不定位在基体的精确的轴向中心中，而是更靠近第一轴向端部或第二轴向端部。通过使第一轴向距离不同于第二轴向距离，第一径向流和第二径向流可以根据例如在第一轴向端部处和第二轴向端部处分别所需的冷却流体的量而被单独地调整到所需的边界条件，。

根据本发明的另外的示例性实施例，第一轴向端部与分离元件之间的第一轴向距离等于分离元件与第二轴向端部之间的第二轴向距离。

根据本申请，第一轴向距离等于第二轴向距离可以表示，沿发电机的轴向方向上看，分离元件可以定位在基体的精确的轴向中心中。因此，如果在第一轴向端部与第一轴向端部处的定子的第二径向侧之间的第一径向距离与在第二轴向端部与第二轴向端部处的定子的第二径向侧之间的第二径向距离相等，则第一径向流和第二径向流相同。因此，可以沿着基体的轴向延伸部很好地调节周向流动通道之间的冷却流体的流。

根据本发明的另外的示例性实施例，基体形成为周向闭合的主体。

根据本申请，形成为周向闭合的主体的基体可以特别地表示，基体可以成形为管道而在基体的周向延伸部中没有任何间隙或开口。因此，在周向流动通道内部的冷却流体的流可以通过第一径向流或第二径向流仅沿发电机的径向方向离开周向流动通道。因此，周向闭合的主体可以是管件，其具有适合于在周向流动通道中的特定轴向位置处所需的流动条件的横截面形状。

根据本发明的另外的示例性实施例，在具有平行于定子的轴向方向的法线的截面视图中看，第一轴向端部的表面和第二轴向端部的表面成形成圆形、椭圆形、多边形、星形、具有倒圆顶点的星形和/或波形。

第一轴向端部的表面和第二轴向端部的表面被限定为具有平行于发电机的轴向延伸部的法线。

第一轴向端部的表面和第二轴向端部的表面可以是相同的。因此，第一轴向端部处的流动横截面和第二轴向端部处的流动横截面可以是相同的，使得第一径向流和第二径向流可以是相似的。

第一轴向端部的表面和第二轴向端部的表面可以不同。因此，第一径向流和第二径向流中的流量分布可以因为流动横截面并且根据在驱动端部和非驱动端部处分别所需的冷却流的量和速度而被单独地调整。

根据本发明的另外的示例性实施例，基体在第一轴向端部与第二轴向端部之间的轴向延伸部呈平行于定子的轴向方向的直线的形状，呈相对于定子的轴向方向倾斜的倾斜直线、阶梯式曲线、锯齿状曲线、波形曲线或由指数函数描述的曲线。

特别地，基体的轴向延伸部可以根据周向流动通道中的冷却流体流的各个量和速度而被调整。如果基体与定子的第二径向侧之间的径向距离更大，则冷却流体的流动速度更低，并且反之亦然。

通过一方面调整第一轴向端部或相应地第二轴向端部的表面，并且另一方面调整基体在第一轴向端部与第二轴向端部之间的轴向延伸部的形状，周向流动通道中的冷却流体流的量和速度可以在周向流动通道中的每个单个位置处根据在每个单个位置处所需的冷却特性而被特别地调整。

根据本发明的另外的示例性实施例，定子包括多个定子区段。

特别地，多个定子区段中的每一个可以被单独地更换或单独地维护。因此，在发生故障的情况下，受影响的定子区段可以单独地与其余的定子断开连接并进行更换。因此，特别地，操作成本可以更低。

根据本发明的另外的示例性实施例，发电机还包括布置在定子内部的风扇。

冷却流体可以移动通过定子内部的径向间隙，并且随后通过风扇移动通过周向流动通道。可以根据在定子的两个径向侧上的所需的冷却流体的量和速度来调整风扇功率。

风扇可以特别地布置在定子的径向内部位置处，特别地在流量分布元件的基体的径向内部。

根据本发明的另外的示例性实施例，流量分布元件包括基体，基体包括第一轴向端部和第二轴向端部，并且定子还包括第一轴向定子端部和第二轴向定子端部。此外，第一轴向定子端部和第二轴向定子端部布置在定子的相对轴向端部处。该方法还包括根据周向流动通道中的流体流来确定基体的轴向延伸部的形状。

根据本发明的另外的示例性实施例，流量分布元件还包括分离元件和基体，所述基体包括第一轴向端部和第二轴向端部，定子还包括第一轴向定子端部和第二轴向定子端部，并且第一轴向定子端部和第二轴向定子端部布置在定子的相对轴向端部处。该方法还包括根据第一轴向端部与第一轴向定子端部之间和/或第二轴向端部与第二轴向定子端部之间的流体流来确定分离元件的轴向位置。

周向流动通道中的流体流可以被调整，使得在定子的第二径向侧处的温度分布相等。因此，可以避免热点。

附图说明

从待在下文中描述的实施例的示例显而易见到本发明的上文所限定的方面和另外的方面，并参考实施例的示例来解释本发明的上文所限定的方面和另外的方面。下文将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明不限于此。

图1示出了根据示例性实施例的发电机的横截面视图。

图2示出了根据示例性实施例的显示处于不同状态中的在驱动端部与非驱动端部之间的流量分布的示意图。

图3示出了根据示例性实施例的具有放置成邻近第二径向侧的流量分布元件的流量分布的cfd模拟。

图4示出了根据现有技术的不具有流量分布元件的流量分布的cfd模拟。

图5示出了根据示例性实施例的包括发电机的风力涡轮机的示意性截面。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。应当注意，在不同的图中，相似或相同的元件设置有相同的附图标记。

图1示出了根据示例性实施例的发电机100的横截面视图。

发电机100包括形成为外转子120的转子120和形成为内定子110的定子110。转子120包括至少一个永磁体121和转子壳体122，至少一个永磁体121固定到转子壳体122。此外，转子120包括至少一个转子轴承123，转子轴承123支撑可在发电机轴190上旋转的转子120，使得转子120可以相对于发电机轴190旋转。

在转子120的轴向端部中的一个处，转子120还包括冷却开口124，用于允许冷却流体、优选地空气进入转子120的内部。

定子110包括多个定子叠片111。在图1中，描绘了十三个定子叠片111和两个绕组头部112。在两个邻近设置的定子叠片111之间形成径向空气管道113。因此，通过冷却开口124进入转子120的空气沿着转子120的径向内侧流动，并且通过相应的空气管道113到达定子110的内部。随后，空气在周向流动通道133中被引导，并且产生第一径向流141和第二径向流142。

定子111还包括第一径向侧143和与第一径向侧143相对的第二径向侧144。转子120定位成与第一径向侧143相对并且与第一径向侧143间隔开。另外，定子110包括第一轴向定子端部145和第二轴向定子端部146，第一轴向定子端部145和第二轴向定子端部146彼此远离。

流量分布元件130布置成与第二径向侧144相对并且与第二径向侧144间隔开。另外，流量分布元件130包括基体131和分离元件132，分离元件132使基体131与第二径向侧144在多个定子叠片111中的一个处互相连接。基体131包括第一轴向端部147和第二轴向端部148，第一轴向端部147和第二轴向端部148彼此远离并且第一轴向端部147和第二轴向端部148界定流量分布元件130的轴向极限。

流量分布元件130布置成邻近第二径向侧144，使得在流量分布元件130与第二径向侧144之间形成周向流动通道133。

第一轴向端部147和第一轴向定子端部145彼此间隔开，使得第一径向流141可以通过流动通过该距离的冷却空气形成。另外，第二轴向端部148和第二轴向定子端部146彼此间隔开，使得第二径向流142可以通过流动通过该距离的冷却空气形成。第一径向流141和第二径向流142随后进入定子110的中空内部空间。

定子还包括排放部116，其中布置有风扇115，使得风扇115迫使冷却流体、特别是空气流动通过定子110以用于冷却目的。

在图1中，基体131形成为具有两个相同的圆形端面的敞开的正圆柱体。可以理解的是，基体131可以具有任何几何形状，只要该形状是圆形闭合形状即可。

在如图1中所描绘的发电机100中，分离元件132布置在第一轴向定子端部145或相应地第一轴向端部147与第二轴向定子端部146或相应地第二轴向端部148之间的中心轴向位置处。可以理解，分离元件132可以定位在任何轴向位置处。

另外，如图1中所示，分离元件132具有平行于发电机100的径向方向的径向延伸部。然而，可以理解，分离元件可以另外地相对于发电机100的径向方向倾斜。

第一轴向端部147的表面的形状、第二轴向端部148的表面的形状、分离元件132的倾斜度以及分离元件132的轴向位置取决于周向流动通道133中的冷却流体的量和速度，其本身取决于在第二径向侧144的何处需要冷却流。

图2示出了根据示例性实施例的显示处于不同状态中的在驱动端部与非驱动端部之间的流量分布的示意图。

在纵坐标213上分配流量，并且横坐标在图2中的左手侧上示出非驱动端部211并且在图2中的右手侧上示出驱动端部212。在图2中，描绘了三个不同的状态。第一状态221由实线示出，第二状态222由虚线描绘，并且第三状态223由点划线示出。

第一状态221示出了驱动端部与非驱动端部之间的均匀的流量分布，均匀的流量分布可以通过将流量分布元件130放置成距定子110的第二径向侧144具有优化的径向距离来实现。

如在第二状态222中可以清楚地看到，在驱动端部211和非驱动端部212处的流量比在驱动端部211与非驱动端部212之间的中心轴向位置中的流量更高。这可能在中心轴向位置中导致不良的冷却流。

在第三状态223中，在驱动端部211和非驱动端部212处的流量比驱动端部211与非驱动端部212之间的中心轴向位置中的流量更低。这可能分别在驱动端部211和非驱动端部212处导致不良的冷却流。

图3示出了根据示例性实施例的具有放置成邻近第二径向侧144的流量分布元件130的流量分布的cfd模拟。

在流量分布元件131（在图3中示意性地并且未详细地示出）与第二径向侧144之间在周向流动通道133内部提供了均匀的流量分布。另外，在第一径向侧143与转子120（图1中所示）之间以及在空气管道113中提供了均匀的流量分布。

图4示出了根据现有技术的不具有流量分布元件的流量分布的cfd模拟。

如图4中所示，在定子的第二径向侧144上不存在冷却流。唯一的冷却流设置在空气管道113的出口处。因此，可能发生定子110的第二径向侧144（图1中所示）的不良冷却。

图5示出了根据本发明的风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔2，塔2安装在未描绘的基座上。机舱3布置在塔2的顶部上。

风力涡轮机1还包括具有三个叶片4的风力转子5（在图1的透视图中仅两个叶片4可见）。风力转子5可围绕旋转轴线y旋转。当没有不同说明的情况下，下文中的术语轴向、径向和周向都是参考旋转轴线y作出的。

叶片4相对于旋转轴线y径向地延伸。

风力涡轮机1包括发电机100。风力转子5借助于可旋转的主轴9与发电机100旋转地联接。提供了示意性描绘的轴承组件8以便将风力转子5保持在合适位置。可旋转的主轴9沿着旋转轴线y延伸。发电机100包括定子110和转子120。转子120可围绕旋转轴线y相对于定子110旋转。

应当注意，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。此外，可以组合与不同的实施例关联描述的元件。还应当注意，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。