专利名称：定子包括冷却导管的发电机及冷却发电机叠层定子的方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机，该发电机的定子由叠层板制成并包括冷 却导管。本发明还涉及一种用于冷却发电机的叠层定子的方法。
背景技术：
高功率发电机(特别是现代化的风力涡轮机)产生大量的热能， 这些热能必须被驱散以便避免损坏例如发电机的电绝缘件。风力涡轮 机发电机的冷却系统通常基于空气冷却或闭路循环水冷却。
在US2007/0024132A1中介绍了一种风力涡轮机发电机，该风力涡 轮机发电机包括定子，所述定子具有集成在定子磁轭中的热管。热管 沿轴向方向延伸。热量从所述部件吸收或传递至热管的蒸发器部分中， 特别是热管内的可汽化液体中。热管相对于定子芯布置成这样，使得 蒸发器部分伸入或容纳在一内孔中，该内孔构造成接纳相应热管。
在EP1586769A2中提出了 一种在风力涡轮机的定子中用于空气冷 却的轴向定向冷却狭槽的系统。
在EP0627804A2中/^开了一种发电机，该发电机包括多个堆垛叠片 而没有端板，以形成具有空气导管的定子芯，该空气导管穿过定子的 整个长度。所述堆垛叠片具有中心内孔，用于使转子经过；以及多 个绕组狭槽，这些绕组狭槽从内孔沿径向向外延伸。多个冷却空气通 道大致与中心内孔平行地沿轴向延伸穿过该堆垛叠片。各空气通道定 位在相应一个绕组狭槽的末端附近。
在US4691131中介绍了一种AC马达的定子，该定子具有用于冷却液 体的轴向定向通道。叠层芯由树脂浸渍，以便填充在相邻叠层板之间 的间隙，并覆盖冷却液体通道的内表面，这样，冷却液体将流过冷却 液体通道，而不会从该冷却液体通道泄漏。
发明内容
本发明的目的是提供一种有益的发电机，所述发电机包括多个定子叠层板。本发明的第二目的是提供一种有益的风力涡轮机。本发明 的另 一 目的是提供一种用于冷却发电机的叠层定子的有益方法。
第一目的通过如权利要求l中所述的发电机来解决。第二目的通过
如权利要求13中所述的风力涡轮机来解决。最后目的通过如权利要求 14中所述的用于冷却发电机的叠层定子的方法来解决。从属权利要求 进一步限定了本发明的发展形式。这些特征可有利地分开使用和相互 组合。
本发明的发电机包括两个端板和布置在两个端板之间的多个定子 叠层板。各叠层板和各端板包括多个冷却孔，这些冷却孔定位成使得 叠层板的冷却孔和端板的冷却孔相互对齐，以便由定子材料自身形成 多个冷却导管。优选是，端板可以用于压缩定子叠层板，以便形成叠 层定子芯，且同时提供对定子线圈的端匝(end loop)的支承。这些 孔可以在定子叠层板中冲孔形成。
由定子自身形成冷却导管将不需要浸渍或不需要附加导管。使用 的冷却流体(例如液体)直接与定子材料接触，因此有效冷却了定子 材料。
本发明的发电机包括旋转轴线，冷却导管可以平行于该旋转轴线 延伸。而且，冷却导管可以在定子的整个长度上延伸。
其中一个端板中的冷却孔可以装配有管接头，管路(例如橡胶或 塑料管路)可以安装至该管接头。而且，其中一个端板中的冷却孔可 以装配有节流孔。例如，其中一个端板中的孔可以装备有管接头，橡 胶或塑料管路可以安装至该管接头，而另一相对端板中的孔可以装备 有节流孔，该节流孔作为用于流体流的简单节流装置。在第一定子端 板处的管接头有利于布置管路。在定子的另一端处的节流孔通过保证 压力损失大致集中在冷却导管的端部从而保证均匀流过全部冷却导 管。
优选是，本发明的发电机包括用于冷却流体例如冷却液体的储存 器，该储存器与冷却导管成流体连接。而且，发电机可以包括具有底 部的壳体，且用于冷却流体(例如冷却液体)的储存器可以位于壳体 的底部处，并经由该管路与冷却导管连接。当冷却流体在第二端板处 从导管中出来时，它可以穿过管路返回至泵，或者可以简单地,皮允许 落入在发电机壳体底部的储存器中。本发明的发电机可以包括在高温下稳定且具有电绝缘特性的冷却 液体。该冷却液体例如可以为变压器油。
本发明的发电机还可以包括泵，该泵用于泵送冷却流体通过包括 冷却导管在内的回路。通常，发电机可以包括开路式冷却流体回路。 例如，当冷却流体在第二端板处从导管出来时，它可以简单地被允许 落入在发电机壳体底部的储存器中。而且，该回路尤其是可以包括换 热器。
本发明的风力涡轮机包括如前所述的发电机。本发明的风力涡轮 机具有与本发明的发电机相同的优点。
在本发明的用于冷却发电机的叠层定子的方法中，冷却液体通过 管路而从冷却液体储存器导入到叠层定子中的至少一个局部开路的冷 却导管中。优选是，冷却液体被泵入冷却导管中。
冷却液体可以仅仅在重力影响下就返回储存器。优选是，可以使 用在高温下稳定且具有电绝缘特性的冷却液体。例如，变压器油可以 用作冷却液体。而且，可以使用由定子材料自身中的孔所形成的冷却 导管。
本发明提供了用于(例如风力涡轮机的)发电机定子的、基于液 体的冷却系统，其中，冷却导管的壁由定子自身形成。这允许在定子 和冷却流体之间进行直接热接触。
此外，冷却导管使用公知的冲孔技术易于制造。且没有冷却管需 要焊接或支承在定子上。
在最简单的形式中，系统局部开路。在相邻定子叠层板之间可能 发生泄漏，但是因为流体是电绝缘的，因此这不会产生损害，且冷却 流体仅仅在重力影响下就返回储存器。这样，不需要导管来运送冷却 流体从定子返回储存器。这大大节省了管路的成本和用于装配的时间。
通过下面结合附图对实施例的说明，将清楚本发明的其它特征、 特性和优点。
图l示意性地示出了发电机。
图2示意性地示出了本发明发电机的剖视图。 图3示意性地示出了定子叠层板的正视图。
具体实施例方式
下面将参考图1至3介绍本发明的实施例。图l示意性地示出了发电 机的简化图。发电机1包括定子4和转子2。定子4包括定子壳体5、定子 叠层板7和定子感应线團9。定子叠层板7和定子感应线圏9位于定子壳 体5内部。定子感应线圏9环绕定子叠层板巻绕。
转子2位于定子壳体5的内部，并能够绕旋转轴线3旋转。转子2包 括多个转子感应线圏8，用于感应交变磁场。转子感应线圈8例如通过 接触环和接触电刷6而提供有DC电流。
定子感应线圈9与电网10连接，用于提供交流电。发电机l通过电 磁感应而将机械能(该机械能使得转子2旋转)转变成电能。此外，例 如在双馈发电机的情况下，转子2也可以与电网连接。
应当知道，图l的发电机进行了简化，实际发电机包括更多的极数。
图2示意表示了本发明的发电机沿旋转轴线3的剖视图。该图表示 了转子2、定子4和冷却液体回路。
定子4包括多个定子叠层板7和两个端板11。定子叠层板7布置在两 个端板ll之间。端板11用于压缩定子叠层板7，以便形成叠层定子芯， 同时为定子线圈9的端匝提供支承。各定子叠层板7和各端板11包括多 个孔21,这些孔21定位成这样，即，当将定子4装配好以形成多个冷却 导管15时，叠层板7的孔21和端板11的孔21相互对齐。冷却导管15由定
子材料自身形成，即它们并不由树脂等覆盖。
各冷却导管15包括导管进口17和导管出口18,该导管进口17位于 其中一个端板ll，该导管出口18位于另一相对端板11中。导管进口17 通过管路16与储存器12连接。储存器12填充有作为冷却液体13的变压 器油。泵14和换热器20位于储存器12和导管进口17之间。换热器20还 可以布置在其它位置。利用泵14可将冷却液体13通过管16泵送至导管 15中。冷却液体流的方向由箭头19表示。已经经过定子4的导管15的冷 却液体13只在重力作用下就能返回储存器12。也可选择，已经经过导 管15的冷却液体13可以借助管路返回至储存器12。
导管进口 17可以装配有便于布管的管接头。橡胶或塑料管路16可 以安装至该管接头。而且，导管出口18可以装配有孔口，该孔口用作 对液体流的简单节流装置。在导管出口18处的该孔口通过保证压力损 失大致集中在冷却导管15的端部处从而保证均匀流过全部冷却导管。当冷却流体13在导管出口 18处从导管15中出来时，它可以通过管路返 回至泵14，或者可以简单地被允许落入处于发电机壳体底部处的储存 器12中。
通常，冷却流体可以是本实施例中的变压器油，或者是在高温下 稳定且具有良好电绝缘特性的类似液体。
在如图2中所示的局部开路系统中，在相邻定子叠层板7之间可能 产生泄漏，但是因为液体13为电绝缘的，因此这不会产生损害，且冷 却流体13仅仅在重力作用下就返回储存器12。不需要用管道将冷却流 体13从定子4送回储存器12。这大大节省了管路成本和装配时间。
在图2中，冷却导管15平行于旋转轴线3定向。当然，导管15可以 以其它方式来定向。而且，冷却导管15在定子4的整个长度上延伸。
图3示意性地示出了用于实际发电机的定子叠层板7的正视图，该 发电机具有许多极。定子叠层板7包括多个孔21，这些孔的位置接近板 7的外径。而且，孔21沿板7的周边均匀分布。由孔21形成的冷却导管 15利用已知的冲孔技术易于制造。没有冷却管需要焊接或支承在定子 上。
本发明的发电机和本发明的方法(其中，定子冷却导管15由定子4 自身形成)允许定子4与冷却流体13之间进行直接热接触，并提供有效 冷却。
权利要求
1.一种发电机(1)，包括两个端板(11)和布置在两个端板(11)之间的多个定子叠层板(7)，各叠层板(7)和各端板(11)包括多个冷却孔(21)，这些冷却孔定位成使得叠层板(7)的冷却孔(21)和端板(11)的冷却孔相互对齐，以便由定子材料自身形成多个冷却导管(15)。
2. 根据权利要求l所述的发电机(1)，其中发电机(1)包括旋转轴线(3)，冷却导管(15)平行于该旋转 轴线延伸。
3. 根据权利要求1或2所述的发电机(1)，其中 冷却导管(15)在定子(4)的整个长度上延伸。
4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的发电机(1)，其中 在所述端板(11)之一中的冷却孔装备有能够安装管路的管接头。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的发电机(1)，其中 在所述端板(11)之一中的冷却孔装备有节流孔。
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的发电机(1)，其中 发电机(1)包括用于冷却流体(13 )的储存器(12 )，该储存器(12 )与冷却导管(15 )成流体连接。
7. 根据权利要求6和4所述的发电机(1),其中发电机(1)包括具有底部的壳体(5)，且用于冷却流体(13) 的储存器(12 )位于壳体(5 )的底部处，并经由该管路与冷却导管(15 ) 连接。
8. 根据权利要求6或7所述的发电机(1)，其中发电机(1 )包括在高温下稳定且具有电绝缘特性的冷却液体(13 )。
9. 根据权利要求8所述的发电机(1)，其中 该冷却液体(13)为变压器油。
10. 根据权利要求1至9中任意一项所述的发电机(1),其中 发电机(1)包括泵(14)，该泵用于泵送冷却流体(13)通过包括冷却导管(15)在内的回路。
11. 根据权利要求1至10中任意一项所述的发电机(1),其中 发电机(1)包括开路式冷却流体回路。
12. 根据权利要求10或11所述的发电机(1)，其中所述回路包括换热器(20)。
13. —种风力涡轮机，包括如权利要求1至12中任意一项所述的发 电机(1)。
14. 一种用于冷却发电机(1)的叠层定子(4)的方法，其特征 在于将冷却液体(13)从冷却液体储存器(12)经由管路引导至该叠 层定子(4)中的至少一个局部开路的冷却导管(15)中。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于 冷却液体(13 )被泵送入冷却导管(l5 )中。
16. 根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于 冷却液体(13)仅在重力作用下返回储存器(12)。
17. 根据权利要求14至16中任意一项所述的方法，其特征在于 使用在高温下稳定且具有电绝缘特性的冷却液体(13)。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于 变压器油用作冷却液体(13)。
19. 根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于 使用由定子材料自身中的孔(21)所形成的冷却导管(15)。
全文摘要
本发明涉及定子包括冷却导管的发电机及冷却发电机叠层定子的方法。介绍了一种例如风力涡轮机的发电机(1)，它包括两个端板(11)和布置在两个端板(11)之间的多个定子叠层板(7)。各叠层板(7)和各端板(11)包括多个冷却孔(21)，这些冷却孔定位成使得叠层板(7)的冷却孔(21)和端板(11)的冷却孔相互对齐，以便由定子材料自身形成多个冷却导管(15)。此外，公开了一种用于冷却发电机(1)的叠层定子(4)的方法，其中，将冷却液体(13)从冷却液体储存器(12)经由管路引导至叠层定子(4)中的至少一个局部开路的冷却导管(15)中。
文档编号H02K15/02GK101557131SQ200910134329
公开日2009年10月14日 申请日期2009年4月10日 优先权日2008年4月10日
发明者H·斯蒂斯达尔 申请人:西门子公司