[发明专利]冷却装置

说明书

技术领域

本发明描述了一种用于冷却定子的定子绕组的冷却装置；一种直接驱动式风力涡轮机；一种冷却定子绕组的方法；以及一种改装风力涡轮机的方法。

背景技术

在风力涡轮发电机中，一些冷却电枢（通常为定子）的热的线圈或绕组的方式是必要的，这是因为这些绕组的电阻与它们的温度成比例，并且发电机的功率输出随着电阻增加而降低。此外，定子和转子之间的气隙一般是非常小的，使得来自绕组的热也可能被传递到磁体。磁体中过高的温度能够使这些磁体随着时间的推移而恶化（deteriorate）。因此，有必要确保绕组的温度被保持在低水平。

绕组或线圈一般包括低电阻金属的“环路”，其中，两个半体（halves）沿定子的长度延伸，并且其中，每个绕组半体布置在平行的定子齿部之间。在定子的每一端处，绕组经历180°的转弯。风力涡轮发电机一般被实现为三相机器（three-phasemachine），即，绕组以三相的交错的组来布置。由于每个绕组在定子的每一端处必须经历180°的转弯，所以针对三相的绕组的末端必须是交错的，并且交错的绕组末端延伸到定子在“绕组端部”中的外部末端之外。为了确保最小的损耗和平衡的相位（balancedphases），绕组端部一般以尽可能紧凑的方式来实现。

在一种冷却这样的发电机的方法中，例如空气之类的气体冷却剂能够被吹到气隙中，在那里，它从绕组吸收热。然后，变暖的空气能够从发电机排出。可替代地，空气能够从气隙穿过定子主体中的通道并且进入到定子内部中。所述变暖的空气在再一次被吹到气隙中之前能够使用热交换器或任何其他适当的冷却技术来冷却。

已知的冷却装置的一个问题在于气体冷却剂将总是依循最容易的路径，并且这导致绕组端部的不充分的冷却。之所以这样的原因在于绕组端部延伸到发电机和发电机壳体之间的腔中。交错的绕组末端延伸到定子的末端之外一定距离，并且最外部的绕组的180°转弯有效地呈现为对任何气体冷却介质的屏障或妨碍物。由于各种原因，绕组端部的外端和发电机壳体之间的腔是必要的，例如因为设计公差等，或较长的发电机壳体可以被设计成之后容纳较长的定子，但最初收容较短的定子，使得腔最初相对大。在所述腔中，气体冷却剂在其到气隙的路上将趋于仅围绕绕组端部流动，从而有效地绕过紧凑的绕组端部。结果，绕组端部中的温度能够显著地比定子齿部之间的绕组半体的温度热。如上文所指示，发电机的功率输出受绕组中最热的温度限制。此外，绕组末端的传导率随着它们的温度增加而降低，因此增加发电机的热相关损耗。

因此，本发明的一个目的在于提供一种确保绕组端部以更高效的方式被冷却的方法。

发明内容

这个目的通过权利要求1的冷却装置、通过权利要求11的直接驱动式风力涡轮机、通过权利要求12的冷却定子绕组的方法以及通过权利要求14的改装风力涡轮机的方法来实现。

根据本发明，实现成冷却包围在发电机壳体中的定子的定子绕组的冷却装置包括：风扇结构，其用于朝向定子绕组的绕组端部导引气体冷却介质；以及减容装置，其布置成减少所述绕组端部和发电机壳体的内边缘或角部之间的空间容积。

在本发明的背景下，发电机壳体的“内边缘”或“角部”可以被理解为是基本上圆筒形的壳体部分和邻接的壳体末端件（例如，处于发电机的非驱动端处的制动盘）的结合部。通过此结合部形成的内边缘可以是基本上环状或环形的，并且能够形成剖切发电机壳体的径向截面中的“角部”。根据本发明的冷却装置的一个优点在于减容装置迫使气体介质穿过绕组端部。虽然一些气体冷却剂仍可能围绕绕组端部流动，但绕组端部和发电机壳体之间减少的空间容积意味着穿过绕组端部现在对气体冷却剂而言是更容易的选择。

根据本发明，所述直接驱动式风力涡轮机包括外部转子和内部定子，其中，所述外部转子被布置在可旋转的发电机壳体上。所述直接驱动式风力涡轮机还包括根据本发明的冷却装置，其实现成冷却定子的定子绕组。

根据本发明的直接驱动式风力涡轮机的一个优点在于绕组端部能够被更高效地冷却，使得在绕组端部中的温度以及在平行的绕组装置中的温度将被保持为有利的水平。能够最小化绕组端部和平行的绕组装置之间的温度差，从而指示冷却在以很高的效率程度执行。

根据本发明，冷却包围在发电机壳体中的定子的定子绕组的方法包括如下步骤，即：减少绕组端部和发电机壳体的内角部或“内边缘”之间的空间容积；以及朝向绕组端部导引气体冷却介质。