专利名称：轴向冷却式发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电机的领域，并且更具体地涉及包括冷却定子的发电机。
背景技术：
一些常规发电机使用径向气流来冷却内部部件。特别地，轴向气流被引导通过发电机的定子部分。定子包括多个通道，所述通道用作用于冷却气流的管道。冷却气流在一个方向上穿过多个通道以将热传导离开定子。诸如在风力涡轮机中使用的较小发电机也可以使用具有轴流通道的定子。该方法可能在具有比较长定子短的定子的机器中特别有效。然而轴向冷却的问题是热传递面积相对于径向冷却设计减小。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种发电机。该发电机包括转子和定子，定子具有定子叠片、一个或多个法兰环以及一个或多个芯环。定子叠片包括多个轴流通道并且一个或多个芯环包括与定子叠片中的多个轴流通道对准的多个芯环轴流通道。定子叠片中的多个轴流通道具有大致三角形横截面形状。根据本发明的另一个方面，提供一种风力涡轮机，其包括塔架；机舱，所述机舱由所述塔架支撑；一个或多个转子叶片，所述一个或多个转子叶片附连到毂，其中所述毂附连到所述机舱；发电机，所述发电机包括转子；定子，所述定子包括定子叠片、一个或多个法兰环以及一个或多个芯环；其中所述定子叠片包括多个轴流通道并且所述一个或多个芯环包括与所述定子叠片中的所述多个轴流通道对准的多个芯环轴流通道，并且其中所述定子叠片中的所述多个轴流通道具有大致三角形横截面形状。所述的风力涡轮机，所述大致三角形横截面形状形成桁架状结构。所述风力涡轮机，冷却介质穿过所述定子叠片中的所述多个轴流通道以及所述多个芯环轴流通道，并且所述冷却介质是空气或氢。所述的风力涡轮机，还包括多个端部绕组；一个或多个端部绕组支撑环，所述一个或多个端部绕组支撑环被配置成导向并且引导流越过所述多个端部绕组之间。所述的风力涡轮机，还包括多个连接环；一个或多个连接环支撑件，所述一个或多个连接环支撑件用于支撑所述多个连接环；其中所述一个或多个连接环支撑件被配置成导向并且引导流越过所述多个连接环之间。所述的风力涡轮机，还包括外壳，所述外壳具有多个输入口和多个离开口，其中所述多个输入口和所述多个离开口的形状为大致三角形形状。所述大致三角形形状形成桁架状结构。所述的风力涡轮机，还包括一个或多个歧管，所述一个或多个歧管连接到所述外壳并且与所述多个离开口流体连通。所述的发电机，还包括与所述多个输入口流体连通的一个或多个输入管道；与所述多个离开口流体连通的一个或多个离开管道；与述一个或多个输入管道流体连通的一个或多个吹风机；其中所述一个或多个吹风机将所述冷却介质迫入所述一个或多个输入管道中。根据本发明的又一个方面，提供了一种发电机，该发电机包括转子和定子，定子具有定子叠片、一个或多个法兰环以及一个或多个芯环。定子叠片包括多个轴流通道并且一个或多个芯环包括与定子叠片中的多个轴流通道对准的多个芯环轴流通道。定子叠片中的多个轴流通道具有大致三角形横截面形状、三角形横截面形状、卵形横截面形状、圆形横截面形状或多边形横截面形状中的至少一种。所述发电机是风力涡轮机的一部分。根据结合附图进行的以下描述，这些和其他优点和特征将变得更明显。
被视为本发明的主题特别地被指出并且在说明书结束时在权利要求中明确地要求得到保护。根据结合附图进行的以下详细描述，本发明的前述和其它特点和优点变得明显,其中图I是风力涡轮机的部分侧视正视图；图2是图I的风力涡轮机的机舱的内部的部分透视图；图3是根据本发明的方面的发电机的部分透视图；图4示出了根据本发明的方面的发电机的部分分解图；图5示出了根据本发明的方面的发电机的端视图；图6示出了根据本发明的方面的图5中的发电机的端视图的一部分的放大图；图7示出了根据本发明的方面的发电机的示意图；图8示出了根据本发明的方面的定子的部分透视图；图9示出了根据本发明的方面的发电机的部分示意图；图10示出了根据本发明的方面的用于发电机的排气外壳的透视图；图11示出了根据本发明的方面的用于发电机的排气外壳的透视图；以及图12示出了根据本发明的方面的具有用于冷却介质流的多个输入和输出连接的发电机的简化示意图。详细描述通过例子参考附图解释本发明的实施例以及优点和特征。附图标记列表100 风力涡轮机102 机舱104 塔架106 转子108 转子叶片110 毂112 控制面板114 变桨驱动器116 转子轴118 齿轮箱120 发电机122 联接器124 偏航驱动器126 偏航甲板128 吊杆130 主轴承132 主框架310 定子芯312 内径部分314 外径部分320 层叠叠片325 凹槽
410芯环420法兰环422法兰段430定子叠片堆432段440芯螺柱442紧固件500发电机511转子550狭槽610轴流通道612轴流通道710入口712出口720端部绕组支撑环722端部绕组部分 810芯螺柱狭槽820栓接块910连接环支撑件912连接环1010外壳1015输入口1025离开口1130歧管1210吹风机1212输入管道1232离开管道
具体实施例方式在一些配置中并且参考图I，风力涡轮机100包括容纳发电机(未在图I中显示)的机舱102。机舱102安装在高塔架104的顶部，在图I中仅仅显示了塔架的一部分。风力涡轮机100还包括转子106，所述转子包括附连到旋转毂110的一个或多个转子叶片108。尽管图I中所示的风力涡轮机100包括三个转子叶片108，但是对本发明所需的转子叶片108的数量没有具体限制。参考图2，各种部件容纳在机舱102中或风力涡轮机100的塔架104中。塔架104的高度基于本领域中已知的因素和状况进行选择。在一些配置中，控制面板112内的一个或多个微控制器包括用于总系统监测和控制的控制系统。在一些配置中使用备选的分布式或集中式控制架构。可变叶片变桨驱动器114可以被设置成控制由于风而驱动毂110的叶片108 (未在图2中显示)的桨距。叶片108的变桨角可以由叶片变桨驱动器114单独控制。毂110和叶片108 —起包括风力涡轮机转子106。风力涡轮机的传动系包括主转子轴116(也被称为“低速轴”)，该主转子轴116经由主轴承130连接到毂110并且(在一些配置中)在轴116的相对端部处连接到齿轮箱118。齿轮箱118驱动发电机120的高速轴。在其他配置中，齿轮箱和发电机被集成为一个单元。高速轴(未在图2中识别)用于驱动安装在主框架132上的发电机120。在一些配置中，转子扭矩经由联接件122传递。在本发明的一些配置中，发电机120直接安装在齿轮箱上。偏航驱动器124和偏航甲板126为风力涡轮机100提供偏航定向系统。气象吊杆128为涡轮机控制系统提供信息，所述信息可以包括风向和/或风速。在一些配置中，偏航系统安装在设在塔架104的顶部上的法兰上。图3是根据本发明构造的定子芯310的部分透视图。定子芯310相对于转子(未在图3中显示)同轴设置。如图所示，定子芯310由多个层叠叠片320形成。定子芯310包括形成于内径部分312上的多个狭槽/凹槽325和围绕外径部分314形成的多个压紧螺栓狭槽330。
图4示出了定子芯310的部分分解图。定子可以包括芯环410、法兰环420和定子叠片堆430。法兰环420由多个法兰段422形成。定子叠片堆430由芯叠片或段432的多个层形成。元件410、420、430的堆用多个芯螺柱440和紧固件442而保持在一起。芯螺柱可以由在两个端部上具有螺纹的杆形成，并且紧固件可以是任何合适的螺母。使用该布置，芯环410用于将多个叠片/堆420、430压靠在一起以为了结构和振动目的而形成一个实心体。应当理解的是使用螺母、螺栓和/或螺柱的任何其他合适的紧固布置也可以被使用。图5示出了发电机500的端视图，所述发电机包括定子310和转子511。芯环410置于定子310的两个轴向外端部上。用于定子绕组的多个狭槽550由定子叠片堆的各个层中的开口限定。图6示出了图5的一部分的放大图。法兰环420和定子叠片430的每一个中形成多个轴流通道610。轴流通道610为穿过定子310的冷却气流提供管道。每个芯环410也包括轴流通道612，并且芯环轴流通道612的尺寸可以被确定为包含轴流通道610中的两个轴流通道。轴流通道610的每一个具有大致三角形的横截面，并且该形状增大可用于热传递的表面积，同时也保持良好的结构强度而不明显妨碍磁通量。轴流通道的三角形也使得芯环410具有桁架状结构，这产生了良好的结构强度。然而，也可以使用轴流通道的 其他横截面形状，包括但不限于三角形、卵形、圆形和多边形。图7不出了发电机500的不意图。一个或多个入口 710用于将冷却介质(例如，空气或氢等)引导到发电机500中。冷却介质将流动通过发电机，并且该冷却介质的一部分将穿过转子511和定子310之间的间隙，并且然后通过一个或多个出口 712离开。该冷却介质的另一部分将越过端部绕组支撑环720，并且通过定子线圈的端部绕组部分722。端部绕组支撑环720被配置成引导流越过并且通过端部绕组722，并且这使得改善越过端部绕组722的冷却流。图8示出了定子310的部分透视图。端部绕组支撑环720帮助引导冷却介质流越过并且通过端部绕组并且通过轴流通道610。端部绕组支撑环720也可以用于将端部绕组捆绑在一起以提供结构支撑。另外设有多个芯螺柱狭槽810以允许定子310中的芯螺柱440的通过。芯螺柱狭槽被配置成也允许冷却介质的通过。在一些应用中，可以使用栓接块820，但是在其他应用中可以使用芯环410代替栓接块，或者两者可以一起使用。冷却介质通过芯螺柱狭槽810改善了定子310的冷却。图9示出了发电机500的部分示意图。连接环支撑件910支撑连接环912，并且被配置成控制越过连接环912的冷却介质的流动方向。连接环支撑件910也可以用于将连接环捆绑在一起并且提供结构支撑。可以看到，连接环支撑件910径向地延伸经过连接环912，并且这导向通过并且越过连接环的冷却介质。连接环支撑件910还包括在其间延伸的、也支撑连接环912的轴向支撑部件(未显示)。图10和图11示出了便于冷却介质大致均匀地流动通过发电机500的排气外壳。外壳1010包括多个输入口 1015，输入冷却介质流可以被弓I导通过所述输入口。然后冷却介质将穿过定子和/或转子并且通过离开口 1025离开。一个或多个歧管1130可以用于收集从一组离开口 1025离开的冷却介质。输入口和离开口可以具有大致三角形，并且该形状提供良好的结构刚性和理想的冷却介质流水平。输入口和离开口的三角形也使得外壳具有桁架状结构，这产生了良好的结构强度。图12示出了具有用于冷却介质流的多个输入和输出连接的发电机500的简化示意图。吹风机或风扇1210可以连接到输入管道1212，并且输入管道1212连接到外壳1010中的输入口 1015。应当理解的是一个或多个吹风机1210可以连接到一个或多个输入管道1212，并且吹风机还与冷却介质(例如，空气或氢)源连通。冷却介质从吹风机1210通过输入管道1212而经由输入口 1015传到定子和/或转子中。冷却介质从离开口 1025、歧管1130离开，然后从离开管道1232离开。吹风机1210可以位于发电机的上游并且有助于保证冷却介质加压并且减小发电机500内的灰尘或其他杂质污染的可能性。尽管仅仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易理解本发明不限于这样的公开实施例。相反地，本发明可以进行修改以包含前文未描述的、但是符合本发明的精神和范围的任何数量的变型、改变、替代或等效布置。另外，尽管已描述了本发明的
各种实施例，但是应当理解本发明的方面可以仅仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应当被看作由前面的描述限制，而是仅仅由附带权利要求的范围限制。
权利要求
1.一种发电机(500),其包括 转子(511)； 定子(310)，所述定子包括定子叠片(320)、一个或多个法兰环(420)以及一个或多个芯环(410)； 其中所述定子叠片(320)包括多个轴流通道(610)，并且所述一个或多个芯环(410)包括与所述定子叠片中的所述多个轴流通道对准的多个芯环轴流通道￠12)，并且其中所述定子叠片中的所述多个轴流通道具有大致三角形横截面形状。
2.根据权利要求I所述的发电机，其特征在于，所述大致三角形横截面形状形成桁架状结构。
3.根据权利要求I所述的发电机，其特征在于，冷却介质穿过所述定子叠片中的所述 多个轴流通道(610)以及所述多个芯环轴流通道，并且所述冷却介质是空气或氢。
4.根据权利要求3所述的发电机，其特征在于，还包括 多个端部绕组(722)； 一个或多个端部绕组支撑环(720)，所述一个或多个端部绕组支撑环被配置成导向并且弓I导流越过所述多个端部绕组之间。
5.根据权利要求3所述的发电机，其特征在于，还包括 多个连接环(912)； 一个或多个连接环支撑件(910)，所述一个或多个连接环支撑件用于支撑所述多个连接环； 其中所述一个或多个连接环支撑件被配置成导向并且引导流越过所述多个连接环之间。
6.根据权利要求3所述的发电机，其特征在于，还包括 外壳(1010)，所述外壳具有多个输入口(1015)和多个离开口(1025)，其中所述多个输入口和所述多个离开口的形状为大致三角形形状。
7.根据权利要求6所述的发电机，其特征在于，所述大致三角形形状形成桁架状结构。
8.根据权利要求6所述的发电机，其特征在于，还包括 一个或多个歧管(I 130)，所述一个或多个歧管连接到所述外壳并且与所述多个离开口流体连通。
9.根据权利要求8所述的发电机，其特征在于，还包括 与所述多个输入口流体连通的一个或多个输入管道(1212)； 与所述多个离开口流体连通的一个或多个离开管道(1232)； 与所述一个或多个输入管道流体连通的一个或多个吹风机(1210)； 其中所述一个或多个吹风机将所述冷却介质迫入所述一个或多个输入管道中。
全文摘要
本发明涉及一种发电机以及具有发电机的风力涡轮机。所述发电机包括转子和定子，所述定子具有定子叠片、一个或多个法兰环以及一个或多个芯环。所述定子叠片包括多个轴流通道并且所述一个或多个芯环包括与所述定子叠片中的所述多个轴流通道对准的多个芯环轴流通道。所述定子叠片中的所述多个轴流通道具有大致三角形横截面形状。
文档编号H02K1/20GK102738913SQ20121009949
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月29日 优先权日2011年3月31日
发明者A·D·马杜斯库伊, P·A·迪罗伦佐, S·S·希拉德, S·巴, S·拉姆塔哈尔, T·曼丘索 申请人:通用电气公司