冷卻裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種冷卻裝置（1），其實施成冷卻在發(fā)電機(jī)殼體（40）中包圍的定子（3）的定子繞組（30），所述冷卻裝置（1）包括風(fēng)扇裝置（14），其實施成將氣態(tài)冷卻介質(zhì)（AF）引導(dǎo)到腔（200R、200F）中，所述腔（200R、200F）由定子端面（32R、32F）和發(fā)電機(jī)殼體（40）限定；在定子端面（32F、32R）中的旁路開口（10）的裝置，其中，旁路開口（10）提供進(jìn)入定子（3）的內(nèi)部（31）的路徑；以及歧管（11），其布置成在旁路開口（10）上延伸并且至少部分地在定子繞組（30）的繞組懸垂部（300、300H）上延伸，并且實施成導(dǎo)引冷卻流（AFy）通過繞組懸垂部（300、300H）進(jìn)入定子內(nèi)部（31）。本發(fā)明還涉及一種直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機(jī)（2）、一種冷卻定子（3）的定子繞組（30）的方法以及一種改造風(fēng)力渦輪機(jī)（5）的方法。
【專利說明】
冷卻裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于冷卻定子的定子繞組的冷卻裝置，一種包括這樣的冷卻裝置的直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機(jī)，以及一種冷卻定子繞組的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中，必須要有某種方式來冷卻電樞(通常是定子)的燙的線圈或繞組，因為繞組的電阻與其溫度成正比，電阻越大，發(fā)電機(jī)的功率輸出就越低。此外，定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙一般很小，使得繞組發(fā)出的熱也可能被傳遞到磁體。磁體中的溫度過高，可能導(dǎo)致磁體久而久之發(fā)生退化。因此，必須確保繞組溫度保持在可接受的低水平。
[0003]繞組或線圈一般包括低電阻金屬“圈”，兩個半部沿著定子的長度延伸，而每個繞組的一半布置在平行的定子齒之間。在定子的任一端，繞組發(fā)生180°旋轉(zhuǎn)。風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)一般實施為三相機(jī)器，即，繞組布置成三個一組的交錯群組。因為每個繞組必須在定子的每一端發(fā)生180°旋轉(zhuǎn)，所以三相的繞組的端部必須交錯，并且交錯的繞組端部用“繞組懸垂部”的形式延伸超出定子的外端。為了確保損失極小且相位平衡，繞組懸垂部一般用盡可能緊湊的方式實施。
[0004]在這樣的發(fā)電機(jī)的一種冷卻方法中，可以將諸如空氣之類的氣態(tài)冷卻劑吹送到氣隙中，在這里，氣態(tài)冷卻劑吸收繞組發(fā)出的熱量。加溫后的空氣然后可以從發(fā)電機(jī)中排出。替代地，空氣可以從氣隙穿過定子主體中的通道進(jìn)入定子內(nèi)部。加溫后的空氣可以使用布置在定子內(nèi)腔中的熱交換器來冷卻，或者通過任何其它適當(dāng)?shù)睦鋮s技術(shù)來冷卻，并且冷卻后的空氣可以再次被吹送到氣隙中。
[0005]已知的冷卻裝置的一個問題是，繞組懸垂部難以冷卻，因為任何被吹送或抽吸到氣隙中的冷卻氣態(tài)都將實際上繞過這個區(qū)域。懸垂部的交錯的繞組端部延伸到定子每一端之外的一定距離，并且繞組懸垂部中的180°旋轉(zhuǎn)對任何氣態(tài)冷卻介質(zhì)有效地形成屏障或阻擋。氣態(tài)冷卻劑在流往氣隙的途中將始終遵循最容易的路徑，因此就是在繞組懸垂部周圍流動。這樣會導(dǎo)致對繞組端部區(qū)域的冷卻不足。結(jié)果是，繞組懸垂部的一個或更多個區(qū)域中的溫度可能明顯比定子齒之間的直的繞組區(qū)部的溫度更燙。因為繞組端部的傳導(dǎo)性會隨其溫度的升高而降低，所以發(fā)電機(jī)的熱相關(guān)損失會因此增加。因此，發(fā)電機(jī)的功率輸出實際上受到繞組懸垂部中的最熱溫度的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的是提供一種冷卻繞組懸垂部區(qū)域的改善的方式。
[0007]通過一種冷卻裝置，通過一種直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機(jī)，通過一種冷卻定子繞組的方法，以及通過一種改造風(fēng)力渦輪機(jī)的方法來實現(xiàn)這個目的。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置實施成冷卻在發(fā)電機(jī)殼體中包圍的定子的定子繞組，所述冷卻裝置包括:風(fēng)扇裝置，其實施成將氣態(tài)冷卻介質(zhì)引導(dǎo)到腔中，所述腔由定子端面和所述發(fā)電機(jī)殼體限定;在定子端面中的旁路開口的裝置，其中，旁路開口提供進(jìn)入所述定子的內(nèi)部的路徑；以及歧管，其布置成在所述旁路開口上延伸并且至少部分地在所述定子繞組的繞組懸垂部上延伸，并且實施成導(dǎo)引冷卻流通過所述繞組懸垂部進(jìn)入所述定子內(nèi)部。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機(jī)包括:外部轉(zhuǎn)子和內(nèi)部定子，其中，所述外部轉(zhuǎn)子布置在可旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)殼體上；以及根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置，用于冷卻所述定子繞組和繞組懸垂部。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的冷卻在發(fā)電機(jī)殼體中包圍的定子的定子繞組的方法包括下面的步驟:在定子端面中提供多個旁路開口，其中，旁路開口提供用于氣態(tài)冷卻介質(zhì)進(jìn)入定子內(nèi)部的路徑;布置歧管使其在所述旁路開口上延伸并且至少部分地在所述定子繞組的繞組懸垂部上延伸；以及將氣態(tài)冷卻介質(zhì)引導(dǎo)到由定子端面和所述發(fā)電機(jī)殼體限定的腔中，從而使得氣態(tài)冷卻介質(zhì)從所述腔通過所述繞組懸垂部并且經(jīng)由所述旁路開口進(jìn)入所述定子內(nèi)部。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的改造風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)已經(jīng)包括在發(fā)電機(jī)殼體中包圍的定子以及用于冷卻所述定子的定子繞組的氣態(tài)冷卻裝置;所述方法包括下面的步驟:在定子端面的對應(yīng)于最熱的繞組懸垂部區(qū)域的區(qū)域中形成至少一個旁路開口；以及布置歧管使其在所述旁路開口上延伸并且至少部分地在所述繞組懸垂部上延伸。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，冷卻裝置實施成冷卻在發(fā)電機(jī)殼體中包圍的定子的定子繞組，并且包括:風(fēng)扇裝置，用于將氣態(tài)冷卻介質(zhì)引導(dǎo)到由定子端面和發(fā)電機(jī)殼體限定的腔中；在定子端面中的旁路開口的裝置，其中，旁路開口為氣流進(jìn)入定子內(nèi)部提供路徑；以及歧管，其布置成在旁路開口上延伸，并且至少部分地在定子繞組的繞組懸垂部上延伸，其中，歧管實施成使冷卻氣流的一部分從腔偏轉(zhuǎn)到定子內(nèi)部。
[0013]在本發(fā)明的背景下，歧管可以理解成是罩蓋或屏蔽物，其用于促進(jìn)或強(qiáng)迫氣流經(jīng)過繞組懸垂部進(jìn)入旁路開口中。歧管可以由任何合適的材料制成，例如纖維玻璃或塑料，因為這些材料很輕，而且相對輕松就能得到任何期望形狀。為了用作冷卻氣流的導(dǎo)引件，歧管布置成繞組懸垂部區(qū)域周圍的腔部分與腔的其余部分之間的“分隔物”或掩蔽物。歧管可以固定至定子端面以便限定一個包含旁路開口和繞組懸垂部區(qū)域的區(qū)域或空間。這個區(qū)域或空間基本上是封閉的，只有靠近繞組懸垂部的用于允許冷卻氣流進(jìn)入這個空間的間隙或入口除外。根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的一個優(yōu)點是，歧管與旁路開口配合用于促進(jìn)或強(qiáng)迫冷卻氣流的一部分通過問題存在的繞組懸垂部區(qū)域。因此，冷卻氣流可以有意地受到引導(dǎo)而通過繞組懸垂部區(qū)域。以此方式，可以在繞組懸垂部中維持有利的低溫，從而使熱相關(guān)損失盡量減小，使得發(fā)電機(jī)的功率輸出可以相應(yīng)增加。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機(jī)包括:外部轉(zhuǎn)子和內(nèi)部定子，其中，外部轉(zhuǎn)子布置在可旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)殼體上；以及根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置，其實施成冷卻定子的定子繞組。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機(jī)的一個優(yōu)點是，它提供的功率輸出高于帶有常規(guī)冷卻裝置的相當(dāng)?shù)娘L(fēng)力渦輪機(jī)。此外，這個功率輸出的改進(jìn)可以用相對低的成本和工作量實現(xiàn)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，冷卻發(fā)電機(jī)殼體中包圍的定子的定子繞組的方法包括下面的步驟:在定子端面中提供多個旁路開口，其中，旁路開口為氣流進(jìn)入定子內(nèi)部提供路徑;布置歧管使其在旁路開口上延伸，并且至少部分地在定子繞組的繞組懸垂部上延伸；以及將氣態(tài)冷卻介質(zhì)引導(dǎo)到由定子端面和發(fā)電機(jī)殼體限定的腔中。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的冷卻定子繞組的方法的一個優(yōu)點是，冷卻氣流的一部分可以有意地被迫通過相對熱的繞組懸垂部，從而使得這個熱的區(qū)域可以用有效的方式得到冷卻。此外，可以用直接的方式實現(xiàn)冷卻裝置的效率的這種改善。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，改造風(fēng)力渦輪機(jī)的方法包括下面的步驟(風(fēng)力渦輪機(jī)包括發(fā)電機(jī)殼體中包圍的定子以及用于冷卻定子的定子繞組的氣態(tài)冷卻裝置):在定子端面的對應(yīng)于最熱的繞組懸垂部區(qū)域的區(qū)域中形成至少一個旁路開口；以及布置歧管使其在旁路開口上延伸，并且至少部分地在定子繞組的繞組懸垂部上延伸，從而使得冷卻氣流從腔引導(dǎo)到定子內(nèi)部。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的改造風(fēng)力渦輪機(jī)的方法的一個優(yōu)點是，可以用相對少的工作量和低成本實現(xiàn)冷卻效率的明顯改善。已經(jīng)配有合適的氣態(tài)冷卻裝置的任何風(fēng)力渦輪機(jī)可以用下面的方式來調(diào)適:在一個或兩個定子端板中形成旁路開口，并且將歧管布置在這些旁路開口上。當(dāng)在發(fā)電機(jī)操作期間激活氣態(tài)冷卻裝置時，歧管下方的繞組懸垂部區(qū)域中的冷卻效應(yīng)提高，可以使發(fā)電機(jī)的效率提高。因此，這樣的風(fēng)力渦輪機(jī)提供的功率輸出比使用常規(guī)冷卻裝置的相當(dāng)?shù)娘L(fēng)力渦輪機(jī)提高。
[0020]從屬權(quán)利要求提出本發(fā)明的尤其有利的實施例和特征，下面的描述中予以揭示。在適當(dāng)?shù)那闆r下，不同的權(quán)利要求類別的特征可以組合，以得到本文中未描述的更多實施例。
[0021]下文中可以假設(shè)發(fā)電機(jī)是風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，尤其是一種直接驅(qū)動式發(fā)電機(jī)，其外部轉(zhuǎn)子直接因為轉(zhuǎn)子葉片的動作而旋轉(zhuǎn)。此外，可以假設(shè)冷卻裝置使用的氣體是空氣，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以使用任何合適的氣體。下文中使用的“冷卻氣流”這個術(shù)語因此可以理解成冷卻空氣流。冷卻氣流可以吸收熱源發(fā)出的熱，加溫后的空氣隨后可以從風(fēng)力渦輪機(jī)中排出。同樣，加溫后的空氣可以“再循環(huán)”，即，它可以被冷卻，然后作為冷卻氣流再利用。
[0022]在直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機(jī)中，定子繞組布置在圓柱形的定子主體上，圓柱形的定子主體的直徑可能是幾米。定子內(nèi)部基本上是空的，并且為各種部件尤其是冷卻裝置的部件提供空間。定子腔可以通過發(fā)電機(jī)的驅(qū)動端處的端板和非驅(qū)動端處的端板相對于外部封閉。
[0023]磁體(通常是永磁體)安裝在外部轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面上，并且通過狹窄的氣隙從定子繞組隔開。如上文提到的，發(fā)電機(jī)的構(gòu)造使得很難讓冷卻介質(zhì)靠近熱源，即繞組。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，冷卻裝置包括多條軸向冷卻通道，其中，一條軸向冷卻通道在布置在定子上的鄰近繞組之間延伸。冷卻氣流可以沿著這些軸向冷卻通道被引導(dǎo)，從而使得可以在熱源附近吸收熱。
[0024]在一個實施例中，冷卻氣流可以進(jìn)入定子一端處的氣隙，而加溫后的空氣可以從定子另一端處的氣隙流出。然而，這樣的實施方式可能導(dǎo)致對繞組的冷卻不均勻。因此，在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，冷卻裝置包括多條徑向通道，其中，一條徑向通道從軸向冷卻通道延伸到定子內(nèi)部。在這個實施方式中，冷卻氣流可以在定子兩端進(jìn)入軸向冷卻通道，并且加溫后的空氣可以從軸向通道進(jìn)入定子內(nèi)部，在定子內(nèi)部，可以用合適的方式收集和處理加溫后的空氣。這個實施例確保對直的繞組區(qū)部的冷卻更均勻。
[0025]冷卻裝置的效率將在一定程度上取決于冷卻氣流流過熱繞組的速度。因此，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，冷卻裝置包括抽吸設(shè)備，其實施成抽取冷卻氣流使其流過定子繞組并且流入定子內(nèi)部。抽吸設(shè)備可以包括一個或更多個風(fēng)扇，所述風(fēng)扇裝置在定子內(nèi)部以從徑向冷卻通道和軸向冷卻通道抽取或抽吸加溫后的空氣。
[0026]如上文提到的，加溫后的空氣可以“再循環(huán)”并且作為冷卻氣流再利用。為此目的，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，冷卻裝置包括一個或更多個熱交換器，其布置在定子內(nèi)部，其中，熱交換器實施成冷卻被抽取到定子內(nèi)部的加溫后的氣流。為了再利用冷卻后的氣流，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，風(fēng)扇裝置還實施成引導(dǎo)冷卻后的氣流流出定子內(nèi)部進(jìn)入DE腔和/或NDE腔。風(fēng)扇裝置可以包括幾個風(fēng)扇，其布置成引導(dǎo)冷卻后的空氣從定子內(nèi)部流出。為此目的，可以將風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)單元安裝至定子端板中形成的風(fēng)扇出口開口。
[0027]在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，冷卻裝置實施成產(chǎn)生壓力差，包括定子內(nèi)部的相對欠壓和腔中的相對超壓。例如，可以通過如下方式實現(xiàn)這種效果:驅(qū)動鼓風(fēng)機(jī)單元或風(fēng)扇將冷卻氣流吹送到驅(qū)動端和/或非驅(qū)動端的腔中以便實施期望的更高壓力。這樣可以顯著改善旁路開口 /歧管裝置的有效性。不管這個壓力差是用哪種方式獲得，空氣穿過繞組懸垂部進(jìn)入旁路開口的過程都將得到促進(jìn)，只要腔中的壓力高于定子內(nèi)部的壓力即可。
[0028]定子的內(nèi)腔通常還容納著一條通路，其用于接近發(fā)電機(jī)正面的驅(qū)動端，例如以允許技術(shù)員接近軸轂、轉(zhuǎn)子葉片、葉距馬達(dá)等等。如上所述，冷卻氣流發(fā)源于定子內(nèi)腔中。然而，由于必須在定子腔中結(jié)合一個或更多個這樣的接近通路，所以很難或不可能將冷卻氣流均勻地引導(dǎo)到熱的繞組區(qū)域中。出于這個原因，常規(guī)的冷卻裝置的特征就是繞組和繞組懸垂部區(qū)域中的溫度分布不均勻。
[0029]因此，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在第一繞組懸垂部區(qū)域與第二繞組懸垂部區(qū)域之間的溫差的基礎(chǔ)上，確定定子的端面上的旁路開口的位置。例如，可以在端板的靠近維修艙口的區(qū)域中形成一個或更多個旁路開口。類似地，可以在端板的遠(yuǎn)離風(fēng)扇出口開口的區(qū)域中形成一個或更多個旁路開口。旁路開口和歧管因此可以抵消必須考慮定子端板中的維護(hù)艙口而限制風(fēng)扇出口開口的放置的負(fù)面效應(yīng)。
[0030]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在繞組懸垂部區(qū)域與軸向繞組區(qū)域之間的溫差的基礎(chǔ)上確定布置在端面中的旁路開口的數(shù)目。例如，可以在操作中的風(fēng)力渦輪機(jī)的各種相關(guān)位置測量溫度一一例如在驅(qū)動端和非驅(qū)動端的繞組懸垂部中的各點?？梢苑治鲞@些測量值以確定最熱的繞組懸垂部區(qū)域，并且確定這些最熱的區(qū)域與最冷的繞組懸垂部區(qū)域之間的溫差。溫差將代表冷卻最熱的繞組懸垂部區(qū)域以便達(dá)到接近于更冷的繞組懸垂部區(qū)域的溫度所必需的額外工作量。
[0031]另外，可以在直的繞組區(qū)部中的定子主體上的幾個點測量溫度。這個信息可以用于確定是否可以節(jié)省一些現(xiàn)有的冷卻能力，用于熱的繞組懸垂部區(qū)域必需的額外冷卻，或者是否應(yīng)當(dāng)提高冷卻裝置的能力。例如，現(xiàn)有的熱交換器單元和/或現(xiàn)有的鼓風(fēng)機(jī)單元可以更換成更強(qiáng)大的單元，以便提高冷卻裝置的冷卻能力。
[0032]取決于發(fā)電機(jī)構(gòu)造，定子內(nèi)部可以僅容納相對少量的鼓風(fēng)機(jī)單元和/或熱交換器。在這樣的實施方式中，通過旁路開口和歧管的合適的裝置，可以明顯改善冷卻裝置的效率。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，因此，旁路開口的布置在整個端面的周邊周圍延伸。在這個實施例中，歧管可以用圓錐環(huán)或圈的形式來實施。
[0033]通過下面的詳細(xì)描述配合附圖考慮，本發(fā)明的其它目的和特征將變得明顯。然而，應(yīng)理解的是，圖式只是為了圖解說明目的設(shè)計的，而不是用于限定對本發(fā)明的限制。
【附圖說明】
[0034]圖1示出了帶有根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的第一實施例的直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機(jī)；
圖2不出了圖1的一部分的放大圖；
圖3示出了圖1所示的冷卻裝置的另一個視圖；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置I的第二實施例；
圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)的冷卻裝置。
[0035]各圖中始終用相同的元件符號表示相同的物件。圖中的物件未必是按比例繪制的。
【具體實施方式】
[0036]圖1是根據(jù)本發(fā)明的直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機(jī)2的實施例的非常簡化的圖。吊籃安裝在塔架頂上。帶有轉(zhuǎn)子葉片的軸轂安裝至直接驅(qū)動式發(fā)電機(jī)，包括外部轉(zhuǎn)子4和內(nèi)部定子3。操作期間，使得外部轉(zhuǎn)子4圍繞旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)。內(nèi)部定子3上的繞組30通過下面的方式得到冷卻:將冷卻氣流AFx導(dǎo)引到轉(zhuǎn)子4與定子3之間的氣隙20中，然后通過定子繞組30將氣流AFx抽取到定子3的內(nèi)腔31中。這個內(nèi)腔31在主軸周圍圍繞旋轉(zhuǎn)軸R延伸。在這個實施例中，被抽取到內(nèi)腔31中的加溫后的空氣AF’通過多個熱交換器15得到冷卻，然后通過多個風(fēng)扇14從內(nèi)腔31中吹出，風(fēng)扇14將冷卻后的氣流AF引導(dǎo)回到定子3每一端的腔200R、200F中。圖中示出了繞組懸垂部300延伸到非驅(qū)動端處的轉(zhuǎn)子殼體40與發(fā)電機(jī)的制動盤41之間的腔200R中一段距離，并且延伸到驅(qū)動端處的轉(zhuǎn)子殼體40與正面32F之間的腔200F中。在非驅(qū)動端，腔200R受到圓柱形的轉(zhuǎn)子殼體主體40和制動盤41限界，并且通過合適的罩蓋45或密封件45相對于吊籃或艙蓋44密封。
[0037]為了確保冷卻氣流AF不是就在屏障狀繞組懸垂部300周圍流動，根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置I包括旁路開口 10的裝置與歧管11。在這個示例性實施例中，旁路開口 10形成在定子的正面32F和定子的背面32R上。當(dāng)冷卻氣流AF從定子內(nèi)部31引導(dǎo)到腔200R、200F中且在氣隙20的方向上引導(dǎo)時，定子內(nèi)部31中的欠壓起到抽取冷卻氣流AF的一部分AFy使其通過繞組懸垂部300H中的狹窄空間的作用。歧管11布置成確保加溫后的空氣然后通過旁路開口 10直接流到定子內(nèi)部31中。冷卻氣流AF的這個部分AFy有效地“繞過”氣隙并且用較短的路線進(jìn)入定子內(nèi)部31。定子內(nèi)腔31中的欠壓可以是相對的，S卩，只要定子內(nèi)部31中的壓力低于腔200R、200F中的壓力即可，冷卻氣流AF的一部分將受到推進(jìn)而通過繞組懸垂部300中的空間，因為開口 10提供了一條進(jìn)入定子內(nèi)部31的路徑。壓力差的實現(xiàn)可以是通過驅(qū)動多個風(fēng)扇14將冷卻后的空氣AF吹送到腔200R、200F中。腔200F、200R中的相對較小的空間(因為存在歧管11而更進(jìn)一步減小)能促進(jìn)這樣的壓力差。
[0038]軸向冷卻通道100和徑向通道101(圖2中示出)為冷卻氣流AF的一部分AFx提供了一條在繞組30旁邊和進(jìn)入定子內(nèi)部31的路徑。冷卻氣流部分AFx可以在任一端進(jìn)入氣隙20，并且可以沿著軸向冷卻通道100行進(jìn)，然后通過徑向通道101進(jìn)入定子內(nèi)部31。在更早的階段，可能已經(jīng)獲得了針對這種類型的發(fā)電機(jī)進(jìn)行的溫度測量的結(jié)果，以確定任何繞組懸垂部熱點300H的位置和旁路開口 10的必需的數(shù)量和位置，還有歧管11的尺寸和位置。也可能已經(jīng)分析了溫度測量值以確定有多少冷卻能力可以改成用來冷卻繞組懸垂部熱點300H，和/或是否應(yīng)當(dāng)增加冷卻裝置I的冷卻能力。
[0039]圖2示出了圖1的風(fēng)力渦輪機(jī)2的定子3上的繞組裝置30的一部分的放大圖。圖中示出了繞組30的并聯(lián)布置，并且圖解說明了繞組懸垂部300的復(fù)雜的交錯形狀。圖中還示出了歧管11的存在配合定子正面32F或背面32R(該圖適用于定子3的驅(qū)動端和非驅(qū)動端)中的旁路開口 10如何用于抽取冷卻氣流AF的一部分AFy使其通過繞組懸垂部300中的狹窄的間隙，接著通過旁路開口 10然后進(jìn)入定子內(nèi)部31。
[0040]圖3示出了從發(fā)電機(jī)的非驅(qū)動端看的圖1的冷卻裝置的視圖。該圖示出了兩個歧管11，背面32R的左側(cè)和右側(cè)各一個。圖中還示出了背面32R中的兩個維護(hù)艙口 33。因為風(fēng)扇不能布置在那些位置，所以維護(hù)艙口 33附近的繞組懸垂部區(qū)域300H中的溫度高于其余繞組懸垂部區(qū)域中的溫度。歧管11后方的這些“熱點”繞組懸垂部區(qū)域300H用虛線表示。旁路開口10布置在背面32R中，也用虛線表示。旁路開口 10與歧管11的組合確保冷卻氣流AF(通過風(fēng)扇14的出口開口提供)受到推進(jìn)而通過繞組懸垂部熱點300H。在定子的正面端部，可以使用類似的布置。熱點冷卻的有效性可以通過下面的方式得到提高:確保定子內(nèi)部31中的壓力低于背面端部腔(或正面端部腔)中的壓力。
[0041]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置I的第二實施例。這里，環(huán)狀歧管11圍繞整個繞組懸垂部300延伸，旁路開口 10在定子的面各處基本上均勻地布置。這里，示出了背面32R。這個實施例可以有利于在整個繞組懸垂部上得到相對均勻的更高溫度的定子設(shè)計。這個實施例可以用于定子3的任一端。替代地，在適當(dāng)?shù)那闆r下，這個實施例可以用于定子3的一端，而圖1至圖3中說明的實施例可以用于另一端。
[0042]當(dāng)然，歧管可以有其它形式。例如，歧管可以實施成在定子正面端部32F或背面端部32R的圓周的任何部分上延伸。同樣，旁路開口 10可以像期望的一樣小或一樣大，這取決于通過繞組懸垂部區(qū)域的期望氣流速度。任何合適數(shù)量的旁路開口可以提供在歧管下方，并且可以布置成任何合適的圖案。
[0043]圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機(jī)5的非驅(qū)動端中的一個區(qū)域的放大圖。圖中示出了繞組懸垂部300延伸到轉(zhuǎn)子殼體40與制動盤41之間的腔200R中，并且延伸到轉(zhuǎn)子殼體40與軸轂界面42之間的腔200F中。冷卻氣流AF朝向繞組懸垂部300，但是在很大程度上繞過這些繞組懸垂部300，因為它將傾向于在到氣隙20的途中采用繞組懸垂部300周圍更容易的路徑。結(jié)果是，繞組懸垂部300未被充分冷卻，并且繞組懸垂部300與定子齒之間的更優(yōu)地冷卻的并聯(lián)繞組布置之間可能形成明顯溫差。這個溫差表明繞組懸垂部300以及繞組的其余部分未得到冷卻。導(dǎo)體的最熱溫度決定了它將攜帶的電流，因此可以說現(xiàn)有技術(shù)的冷卻裝置在此方面效率不高。
[0044]雖然已經(jīng)用優(yōu)選實施例及其變體的形式公開了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是，可以對其進(jìn)行許多另外的修改和變動，而并不背離本發(fā)明的范圍。
[0045]為了清楚起見，應(yīng)當(dāng)理解，本申請通篇中使用“一”或“一個”并不排除復(fù)數(shù)，而且“包括”不排除其它步驟或元件。
【主權(quán)項】
1.一種冷卻裝置(1)，其實施成冷卻在發(fā)電機(jī)殼體(40)中包圍的定子(3)的定子繞組(30)，所述冷卻裝置(1)包括: -風(fēng)扇裝置(14)，其實施成將氣態(tài)冷卻介質(zhì)(AF)引導(dǎo)到腔(200R、200F)中，所述腔(200R、200F)由定子端面(32R、32!0和所述發(fā)電機(jī)殼體(40)限定； -在定子端面(32R、32F)中的旁路開口(10)的裝置，其中，旁路開口(10)提供進(jìn)入所述定子(3)的內(nèi)部(31)的路徑；以及 -歧管(11)，其布置成在所述旁路開口(10)上延伸并且至少部分地在所述定子繞組(30)的繞組懸垂部(300、300H)上延伸，并且實施成導(dǎo)引冷卻流(AFy)通過所述繞組懸垂部(300、300H)進(jìn)入所述定子內(nèi)部(31)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其中，在第一繞組懸垂部區(qū)域與第二繞組懸垂部區(qū)域之間的溫差的基礎(chǔ)上，確定旁路開口( 1 )在端面(32R、32F)上的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的冷卻裝置，其中，在繞組懸垂部區(qū)域(300、300H)與軸向繞組區(qū)域之間的溫差的基礎(chǔ)上，確定布置在端面(32R、32F)中的旁路開口(10)的數(shù)量。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的冷卻裝置，其中，旁路開口(10)的裝置和歧管(11)在整個端面(32F、32R)的周邊周圍延伸。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的冷卻裝置，其包括多個軸向冷卻通道(100)，其中，軸向冷卻通道(100)在布置在所述定子(3)上的鄰近繞組(30)之間延伸。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的冷卻裝置，其包括多個徑向通道(101)，其中，徑向通道(101)從軸向冷卻通道(100)延伸到所述定子內(nèi)部(31)。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的冷卻裝置，其實施成產(chǎn)生壓力差，所述壓力差包括所述定子內(nèi)部(31)中的相對欠壓和腔(200R、20(F)中的相對超壓。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的冷卻裝置，其包括風(fēng)扇裝置(14)，所述風(fēng)扇裝置(14)實施成將所述氣態(tài)介質(zhì)(AF’)抽取到所述定子內(nèi)部(31)。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的冷卻裝置，其包括布置在所述定子內(nèi)部(31)的熱交換器(15)，所述熱交換器(15)實施成冷卻被抽取到所述定子內(nèi)部(3)的所述氣態(tài)介質(zhì)(AF，)。10.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的冷卻裝置，其中，所述風(fēng)扇裝置(14)實施成將所述氣態(tài)冷卻介質(zhì)(ΑΠ從所述定子(3)的所述定子內(nèi)部(31)引導(dǎo)出來進(jìn)入腔(200R、20(F)中。11.一種直接驅(qū)動式風(fēng)力渦輪機(jī)(2 )，其包括: -外部轉(zhuǎn)子(4)和內(nèi)部定子(3)，其中，所述外部轉(zhuǎn)子(4)布置在可旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)殼體(40、41、42)上；以及 -根據(jù)權(quán)利要求1到10中的任一項所述的冷卻裝置(I)，用于冷卻所述定子繞組(30)和繞組懸垂部(300、300H)。12.一種冷卻在發(fā)電機(jī)殼體(40、41、42)中包圍的定子(3)的定子繞組(30 )的方法，所述方法包括下面的步驟: -在定子端面(32R、32F)中提供多個旁路開口(10)，其中，旁路開口(10)提供用于氣態(tài)冷卻介質(zhì)(AFy)進(jìn)入定子內(nèi)部(31)的路徑； -布置歧管(11)使其在所述旁路開口(10)上延伸并且至少部分地在所述定子繞組(30)的繞組懸垂部(300、300H)上延伸；以及 -將氣態(tài)冷卻介質(zhì)(AF)引導(dǎo)到由定子端面(32R、32F)和所述發(fā)電機(jī)殼體(40、41、42)限定的腔(200R、200F)中，從而使得氣態(tài)冷卻介質(zhì)(AFy)從所述腔(200R、200F)通過所述繞組懸垂部(300、300H)并且經(jīng)由所述旁路開口(10)進(jìn)入所述定子內(nèi)部(31)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其包括下面的步驟: -確定所述定子(3)的最熱的繞組懸垂部區(qū)域(300H);以及 -在所述定子端面(32F、32R)的對應(yīng)于所述最熱的繞組懸垂部區(qū)域(300H)的區(qū)域中提供至少一個旁路開口(10)。14.根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的方法，其包括下面的步驟:將所述氣態(tài)冷卻介質(zhì)(AFx)通過所述定子繞組(30)抽取到所述定子(3)的內(nèi)腔(31)中，和/或冷卻被抽取到所述定子(3)的所述內(nèi)腔(31)中的所述氣態(tài)冷卻介質(zhì)(AF’)，和/或?qū)⑺鰵鈶B(tài)冷卻介質(zhì)(AF)從所述定子(3)的所述內(nèi)腔(31)引導(dǎo)出來。15.—種改造風(fēng)力渦輪機(jī)(5)的方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)(5)已經(jīng)包括在發(fā)電機(jī)殼體(40、.41、42)中包圍的定子(3)以及用于冷卻所述定子(3)的定子繞組(30)的氣態(tài)冷卻裝置(14、.15)； 所述方法包括下面的步驟: -在定子端面(32F、32R)的對應(yīng)于最熱的繞組懸垂部區(qū)域(300H)的區(qū)域中形成至少一個旁路開口(10);以及 -布置歧管(11)使其在所述旁路開口( 10)上延伸并且至少部分地在所述繞組懸垂部(300H)上延伸。
【文檔編號】H02K1/20GK105871100SQ201610078696
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月4日
【發(fā)明人】G.艾羅爾迪, P.H.索倫森
【申請人】西門子公司