发电机冷却装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明描述了实现为冷却发电机的定子绕组的冷却装置；具有实现用于连接到这样的冷却装置的定子的发电机；风力涡轮机；以及冷却发电机的定子绕组的方法。
【背景技术】
[0002]在诸如风力涡轮机发电机的发电机的操作期间，在绕组中感应出高水平的电流，并且因此绕组变得非常热。出于许多原因，绕组中的高温是不期望的。绕组的电阻在较高温度下增加并且对发电机的输出功率有有害影响。另外，来自发电机的热量传递到磁体并且可能对磁体的性能具有不利影响。诸如用于辅助设备的电路的发电机中的其它部件也可能受高温影响。因此，将更多努力投入在试图冷却发电机的过程中。
[0003]在其中内定子或外定子为电枢的已知发电机设计中，定子加载有多个绕组或线圈，并且对应的定子加载有磁体或磁极片。在定子周围，每个绕组布置在形成于相邻定子齿之间的狭槽中。为了冷却绕组，冷却空气流可被导向到转子和定子之间的空气间隙中，使得一些热量可被冷却空气流输送走。为了努力将热量从已横跨空气间隙被绕组依次加热的热磁体传递走，诸如冷却翅片的热耗散元件可安装在外表面上，例如，外转子的外表面上。其它冷却技术涉及冷却空气流进入内定子的内部以试图将热量从定子支撑结构带走。然而，这些方法在一定程度上都受限于定子设计。例如，在大部分设计中，不可以直接接近热绕组，因为每个绕组紧密地挤在相邻定子齿之间。在其它设计中，不可以接近绕组和支撑结构。因此，已知设计的有效性受限于不能从绕组和支撑结构带走热量。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的目标是提供移除在定子的绕组中生成的热量的改进的方式。
[0005]该目标通过权利要求1的冷却装置、权利要求9的发电机、权利要求13的风力涡轮机、以及权利要求15的冷却发电机的定子绕组的方法来实现。
[0006]根据本发明，冷却装置实现为冷却发电机的定子绕组，并且包括用于引导冷却空气流进入多个轴向绕组通道的空气流引导设备并随后进入定子的内部腔体中，其中，轴向绕组通道在基本上平行于发电机的旋转轴线的方向上沿着相邻定子绕组之间的间隙延伸。
[0007]在下文中，但在不以任何方式限制本发明的情况下，可假设定子为充当电枢的内定子，在该内定子上，绕组布置在安装在大致圆柱形的支撑结构的定子齿之间。本发明充分利用定子设计，在该设计中，在每对绕组之间存在自由空间，即，在该设计中，一对绕组布置在定子齿之间，并且该对绕组仅通过空间或间隙间隔。与其中单个线圈或绕组紧密地保持在相邻定子齿之间的狭槽中的已知的定子设计不同，该设计将成对的绕组布置在单个狭槽中。换句话讲，两个绕组放置在由相邻定子齿形成的狭槽中并且由间隙间隔，使得两个绕组彼此不接触。
[0008]根据本发明的冷却装置的优点在于，冷却空气流可沿着定子绕组被特别地导向，该定子绕组是发电机中的热量的主要来源，如上所述。本发明利用绕组在之间有间隙的情况下成对布置的事实。冷却装置将冷却空气流特别地导向通过该间隙并且随后进入定子内部，使得来自绕组和来自定子支撑结构的热量能够非常有效地释放到冷却空气流并且输送出定子。这样，可用相对非常少的努力实现非常有效的发电机冷却。
[0009]根据本发明，发电机包括外转子和内定子，该内定子包括围绕环形支撑结构的定子齿与成对地布置在相邻定子齿之间的多个绕组的布置，其中，在每对绕组之间具有轴向通道，并且其中，定子实现用于连接到根据本发明的冷却装置。
[0010]根据本发明的发电机的优点在于，定子的绕组在连接到根据本发明的冷却装置时能非常有效地冷却，如以上所述。由于冷却空气流可然后沿着绕组之间的轴向通道导向，冷却空气流沿着绕组直接输送以到达发电机的最热部分。另一个优点在于，可能仅需要相对小的调整，以便使发电机连接到根据本发明的冷却装置。
[0011]根据本发明，风力涡轮机包括:具有外转子和内定子的直接驱动发电机；和用于冷却定子绕组的根据本发明的冷却装置。
[0012]根据本发明的风力涡轮机的优点在于，发电机可非常有效地冷却，如以上所述。此夕卜，定子绕组的有效冷却确保转子磁体受到过热保护。这可显著增加风力涡轮机的输出并且也可降低本来可能由磁极的热损坏引起的维护成本。
[0013]根据本发明，冷却发电机的定子绕组的方法包括下列步骤:提供多个轴向绕组通道，使得轴向绕组通道在基本上平行于发电机的旋转轴线的方向上沿着相邻定子绕组之间的间隙延伸；沿着多个轴向绕组通道并随后向定子的内部腔体内引导冷却空气流。
[0014]根据本发明的方法的优点在于，冷却空气可以以有利地简单的方式导向到发电机的最热区域(即，紧邻绕组的区域)中。来自绕组和来自定子支撑结构的热量可因此以有效而简单的方式从该区域输送走。
[0015]本发明的特别有利的实施例和特征由在下面的描述中揭示的从属权利要求给出。不同的权利要求类别的特征可以在适当时结合以提供本文未描述的另外的实施例。
[0016]在下文中，但在不以任何方式限制本发明的情况下，可假设定子包括分段的叠片齿，该叠片齿安装在通常称为“定子轭”的内部结构上，或者说是由内部结构支撑。该内部结构可包括圆柱形筒，例如钢筒。定子齿可独立地制造并且可成形为钩到或以其它方式连接到彼此和/或支撑结构。由相邻定子齿形成的狭槽可假设为足够大以容纳至少两个绕组，使得在相邻绕组之间留有至少3.0mm的间隙。在本发明的上下文中的“绕组”或“线圈”可包括优选地布置在矩形阵列或叠堆中的任何合适数量的导体。
[0017]在下文中，但在不以任何方式限制本发明的情况下，可假设定子具有通常称为驱动端的前端，因为发电机在该端连接到用来使转子旋转的转子轮毂。还可以假设，定子的后端为非驱动端，其通常面向风力涡轮机的机舱或舱罩内。
[0018]冷却空气流吸收来自其经过的表面的热量的能力在一定程度上取决于空气流移动的速度。因此，在根据本发明的特别优选的实施例中，冷却装置包括用于辅助冷却空气流的流入和/或流出的至少一个风扇。例如，风扇或“鼓风机”可定位在流入引导设备的进气管道中，并且可被控制以“推动”空气进入定子中。备选地或除此之外，风扇可定位在流出引导设备的排气管道中，并且可被控制以将空气从轴向绕组通道和定子内部腔体“吸”出，使得较冷的空气被自动地吸入轴向绕组通道中以取代正被主动地抽出的加温的空气。这样的排气管道可被安装成在例如机舱的某个方便部分处具有外部开口。通过将加热的空气吸入排气管道中并且然后将其排出机舱，确保热空气被从机舱和发电机的内部有效地移除。
[0019]在另一个实施例中，定子内部腔体可与外部有效地密封隔离，并且冷却空气流可相反在定子内流通。在这样的实施例中，加热的空气可使用在定子内部腔体内部的热交换器布置来冷却，并且多个风扇可用来在热交换器上吸取加热的空气并且将冷却的空气导向回轴向绕组通道，该冷却的空气可从绕组通道以某种合适的方式传递回定子内部腔体。
[0020]在以上所述的优选实施例中，冷却空气流可被故意且主动地吸入通过轴向绕组通道并且在一定程度上经过定子轭的热表面，使得来自绕组和轭的热量可被有效地传递到冷却空气流。
[0021]从外部吸入用来冷却定子的空气可将诸如水分、灰尘等的不期望的气载杂质引入风力涡轮机的内部中，这可导致损坏敏感的发电机部件。因此，根据本发明的风力涡轮机的优选实施例包括布置在进气管道的入口处的除雾器和/或过滤布置。除雾器可从进气有效地移除水分，使得空气在到达定子之前被干燥。过滤布置可有效地移除来自进气的杂质，例如盐颗粒、花粉、灰尘等。这样的除雾器和/或过滤布置的合适的实现可有利地降低风力涡轮机的维护要求。
[0022]冷却装置可实现为基本上在沿着绕组通道的任何点处将冷却空气流导向到轴向绕组通道中。然而，在本发明的特别优选的实施例中，冷却装置实现为基本上沿着轴向绕组通道的整个长度导向冷却空气流。为此，冷却空气流可在一端(例如，驱动端)处进入轴向绕组通道并且可沿着轴向绕组通道行进以在另一端(例如，非驱动端)处离开。然而，在这样的实现中，冷却空气流在其进入点处是最冷的并且在其退出点处是最暖的。因此，结果可能是绕组的不平衡冷却，这然后可能在定子的驱动端和非驱动端之间呈现不利的温差。因此，在本发明的优选实施例中，轴向绕组通道包括进入定子的内部腔体的多个流出开口，使得冷却空气流可在两端处输送到轴向绕组通道中。因此，冷却空气流从轴向绕组通道的每端传送直到其到达流出开口，冷却空气流在该点处离开轴向绕组通道。该布置允许绕组的更有利地平衡的冷却。
[0023]由于绕组与定子齿和支撑结构紧密接触，热量也传递到支撑结构的内表面中。因此，在本发明的另一优选实施例中，冷却装置实现