[发明专利]定子装置、发电机和风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的发电机的定子装置。本发明还涉及一种发电机，例如包括这样的定子装置的用于风力涡轮机的直接驱动发电机，以及一种包括这样的发电机的风力涡轮机。

背景技术

每个风力涡轮机都包括发电机，例如大型直接驱动发电机，该发电机具有发电机定子和发电机转子，用于产生电能。风力涡轮机竖立在海岸上或近海中。特别是，当风力涡轮机竖立在近海中时，整个风力涡轮机以及发电机都暴露于恶劣的环境条件中，例如潮湿、有盐颗粒等。特别是当没有充分防护时，风力涡轮机发电机的定子部件由于腐蚀而受到损害，并增加了在这种近海环境条件下发生电故障的危险。因此，通常希望这样的发电机完全封闭。

不过，在特定情况下，将大型风力涡轮机发电机布置成不完全封闭会比较方便。一个示例是当发电机定位在位于风力涡轮机转子和支柱之间的塔前部，从而位于支柱的上风侧时。在这种情况下，通向转子轮毂的通道(例如用于维护)最好布置成穿过发电机的通路，这显然与希望具有总体封闭的发电机相冲突。

另外，发电机定子包括一系列独立的定子段是有益的。分段定子具有的优点是当发生故障时，可以更换各个受影响的定子段，其所需的成本和工作只是更换整个定子所需的成本和工作的一小部分。不过，在各定子段的运输和处理过程中，例如在风力涡轮机的竖立过程中，定子段暴露于潮湿和有盐的环境条件中可能会引起单个定子段损坏。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种如开始所述的定子装置、发电机和风力涡轮机，它优选是能够避免由于恶劣的环境条件而引起的定子装置损坏。

根据本发明，该目的通过一种用于风力涡轮机的优选是直接驱动发电机的定子装置或定子来实现，该定子装置或定子包括多个定子段，这些定子段基本形成发电机的定子，其中，每个定子段具有至少一个定子绕组和/或一叠片组，其中，每个定子段优选是被完全模制或铸造到具有电绝缘特性和/或防腐蚀特性和/或导热特性的材料内。通过优选是完全使用具有全部三个所述特性的所述材料来模制或铸造每个定子段，每个定子段的该至少一个定子绕组和/或该叠片组以及这些叠层板将分别受到特别保护，以防腐蚀、潮湿、盐和尘土颗粒。这样就能够避免由于恶劣外部环境条件所造成的定子段的损坏，特别是在运输、处理和工作过程中。结果就是能够延长定子段的寿命。

具有多个被模制或铸造成并由此受到全面保护的定子段的定子装置或定子的设计还能够允许不完全封闭的发电机，例如没有完全封闭的大型直接驱动发电机。因此，发电机能够包括穿过该发电机的通路，该通路的益处是便于维护风力涡轮机，特别是当发电机位于处在风力涡轮机转子和支柱之间并处于风力涡轮机的支柱的上风侧时。

另外，具有独立定子段的定子装置或定子的模块化设计还能够在单个定子段故障时只更换单个受影响的定子段，而不是更换整个定子装置、定子或者甚至整个发电机。因此维护进一步得到简化。

优选是，每个定子段为环段形的段。这样，当独立的环段形段在它们的侧面上相互连接时，它们形成环形定子装置或定子。该定子装置或定子典型地布置成环绕风力涡轮机发电机的发电机转子或者布置在该发电机转子的内部。

根据本发明的变体，具有电绝缘特性和/或防腐蚀特性和/或导热特性的材料是树脂、铸造树脂、环氧树脂或环氧铸造树脂。还可以添加材料到树脂中，通常用于铸造树脂改造，该添加材料例如是用于改进导热性的二氧化硅(SiO₂)和/或用于避免树脂破裂的玻璃纤维。如前所述，每个定子段优选被完全模制或铸造到相应材料中，以便完全保护定子段免受恶劣的周围环境条件。

在本发明的另一种发展中，定子段包括至少用于冷却各自定子段的冷却装置。优选是，冷却装置用于使模制或铸造成的定子段保持在工作温度限制范围内。

根据本发明的一个实施例，定子段的冷却装置包括用于冷却介质的至少一个导管。优选是，导管是集成在模制或铸造定子段中的夹套或管子。根据本发明的变体，冷却介质是通过导管引导或泵送的冷却气体、冷却油或水。因此，定子段能够得到有效冷却。

根据本发明的另一种实施例，定子段的冷却装置包括各定子段的外表面，该外表面具有散热特性。在本发明的一个变体中，外表面是各定子段的模制或铸造材料的表面，特别是当模制或铸造材料具有导热特性时。在本发明的另一变体中，外表面是具有散热特性的材料表面，该材料表面附接(例如粘接)到各定子段的模制或铸造材料上。该外表面可以是具有相对良好导热和散热特性的(例如金属板)表面，例如铝，并与模制或铸造材料粘接。这样定子段也能够得到冷却。