用於發電機的定子的定子堆及用於發電機的定子的製作方法
2023-06-02 21:11:31 1
用於發電機的定子的定子堆及用於發電機的定子的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及用於發電機的定子的定子堆及用於發電機的定子，具體地發電機定子（120）的定子堆（100、110），發電機特別是風力渦輪機發電機。定子堆（100、110）包括第一層壓板（101）、第二層壓板（102）和第一中間層壓板（103）。第一層壓板（101）、第一中間層壓板（103）和第二層壓板（102）沿發電機軸向方向相鄰彼此被附接，其中第一中間層壓板（103）設置在第一層壓板（101）和第二層壓板（102）之間。第一中間層壓板（103）包括第一切口（201）以在第一層壓板（101）和第二層壓板（102）之間形成冷卻通道（105、105』、105」），以便冷卻流體可引導通過冷卻通道（105、105』、105」）。
【專利說明】用於發電機的定子的定子堆及用於發電機的定子
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及用於發電機的定子的定子堆，該發電機特別是用於風力渦輪機的發電機。此外，本實用新型涉及操作發電機的方法，特別是操作用於風力渦輪機的發電機的方法。
【背景技術】
[0002]在用於風力渦輪機的發電機中，當將機械能轉換為電能時會生成熱。具體地在發電機的定子繞組中生成熱。必須移除所生成的熱以便避免熱點。
[0003]通常通過在定子內部吹動空氣，例如通過將空氣吹送通過繞組並通過發電機轉子和定子之間的空氣間隙或通過定子內的徑向延伸管道，來冷卻定子及其繞組。
[0004]定子外殼可以由多個定子層壓板構成，所述層壓板沿定子的軸向方向相繼地附接並且形成定子的定子堆。間隔件被焊接在兩個層壓的板之間以便在所述兩個相鄰層壓的板之間形成管道，以便冷卻流體可以沿發電機的大體徑向方向流過管道。
[0005]由於定子堆內的管道並且由於流動通過管道的冷卻流體，耗散到定子內的熱會被傳遞到冷卻流體並且可以被傳輸離開定子。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目標可以是提供用於發電機的定子，其易於製造並且包括適當的熱管理。
[0007]通過用於發電機定子的定子堆、通過用於發電機的定子以及通過操作包括定子的發電機的方法來實現該目標。
[0008]根據本實用新型的第一方面，提出了用於發電機的定子的定子堆，該發電機特別是用於風力渦輪機的發電機。該定子堆包括第一層壓板、第二層壓板和第一中間層壓板。第一層壓板、第一中間層壓板和第二層壓板沿發電機的軸向方向相鄰彼此被附接。第一中間層壓板被設置在第一層壓板和第二層壓板之間。第一中間層壓板包括第一切口以用於在第一層壓板和第二層壓板之間形成冷卻通道，以便冷卻流體可引導通過冷卻通道。
[0009]根據本實用新型的另一方面，提出了用於發電機的定子，特別是用於風力渦輪機的發電機的定子。定子包括第一定子堆，該第一定子堆是如上所述的定子堆。此外，定子包括第二定子堆。第一定子堆和第二定子堆沿發電機的軸向方向相繼地設置。此外，定子包括加緊杆，第一定子堆和第二定子堆被設置於該加緊杆。第一定子堆和第二定子堆被加緊杆收緊在一起。
[0010]根據本實用新型的另一方面，提出了操作包括上述定子的發電機的方法。根據該方法，冷卻流體被引導通過由中間層壓板的第一切口形成的定子堆的冷卻通道。
[0011]發電機且特別是風力渦輪機發電機包括轉子和定子，定子繞組通常附接到定子。在風力渦輪機技術中，轉子被相應地聯接到風力渦輪機的轂和風力渦輪機葉片。迎向風力渦輪機葉片的風驅使轉子繞定子旋轉以便因此產生電力。在風力渦輪機技術中，可以應用用於風力渦輪機發電機的所謂的直接驅動技術，其中定子是內部定子，其由外部轉子圍繞。替代性地，在另一示例性實施例中，發電機是可以包繞內部轉子的外部定子。
[0012]大體而言，定子繞組被附接到定子的徑向內表面或徑向外表面。具體地，定子繞組被附接到面向轉子的定子表面。定子繞組所附接的相應定子表面可以包括散熱片，其中繞組被附接在凹槽內兩個相鄰散熱片之間，該凹槽由所述兩個相鄰散熱片形成。因此，定子繞組可以被嵌入定子表面內。
[0013]發電機的軸向方向在下文中指的是與發電機的轉子的旋轉軸線平行的方向。徑向方向指的是與旋轉軸線垂直的方向，其中徑向方向延伸穿過旋轉軸線。周向方向指的是繞旋轉軸線的方向。
[0014]定子由包括多個層壓板的定子堆形成。層壓板沿軸向方向相鄰彼此附接以形成定子堆。每個層壓板被層壓並且因此電隔離於相鄰層壓板以便防止在層壓板之間的例如渦電流。
[0015]層壓板可以具有環形輪廓以形成環形定子堆。替代性地，層壓板可以包括半環輪廓、四分之一環輪廓或一些更小的環輪廓。因此，為了形成環形定子，多個定子堆沿周向方向相鄰彼此設置和附接直到形成定子的閉合環形輪廓。
[0016]加緊杆可以被形成為大體沿軸向方向延伸的梁。相應端部板可以附接在加緊杆的端部處。第一定子堆和第二定子堆的相應層壓板和中間層壓板可以沿軸向方向被加緊杆壓
在一起。
[0017]根據本實用新型，第一層壓板和第二層壓板是同質(均質)形成的標準層壓板，其包括例如同質表面並且不包括用於形成冷卻通道或類似物的附件或其他元件。第一和/或第二中間層壓板被插在第一層壓板和第二層壓板之間。第一層壓板包括第一切口，通過該第一切口形成用於引導冷卻流體(例如冷卻空氣)的冷卻通道。與必須在兩個標準板之間應用額外焊接的間隔件的常規方法相比，本實用新型應用了包括相應切口的中間層壓板。
[0018]切口可以指的是例如具有U形或V形輪廓的溝槽或通孔。因此，如果第一中間層壓板在一側被第一層壓板覆蓋並且在另一側被第二層壓板覆蓋，則仍由第一切口形成空間(即冷卻通道)，以便冷卻流體可以流動通過第一切口形成的冷卻通道。換言之，冷卻通道可以被第一和/或第二層壓板和第一中間層壓板包繞。不需要進一步的設置，例如在兩個相鄰層壓板之間的焊接間隔件，這是因為通過第一中間層壓板的切口形成了冷卻通道。
[0019]通過在中間層壓板內直接形成冷卻通道(切口)，可以淘汰對於焊接間隔件的使用。具有限定的切口的中間層壓板包括比間隔件(且具體地比非層壓間隔件)更高的電磁性能。此外，因為相比於附接在層壓板之間的間隔件，中間層壓板和相鄰規則形狀的層壓板之間的接觸面積更大，所以定子的剛性可被增強。與使用常規間隔件來保持層壓板分開不同，在包括定製的切口的適當中間層壓板內直接獲得構成空氣管道的冷卻通道。
[0020]此外，由切口形成的冷卻通道可以包括更加靈活且更加多變的路程和直徑，因為與複雜的焊接間隔件相比，中間層壓板內的切口可以更加易於製造。由於通過使用根據本實用新型的上面提出的定子堆而獲得的冷卻通道具有更加靈活的路程以及更大的剛性，還可以獲得暴露於冷卻流體的層壓面積的增加。因此，可以實現向空氣傳遞更多的熱並且因此可以更加有效地降低定子的溫度。
[0021]根據進一步的示例性實施例，第一中間層壓板包括多個第一切口以用於形成多個相應冷卻通道，以便冷卻流體可引導通過所述多個相應冷卻通道中的每一個。
[0022]例如，第一中間層壓板的切口可以形成多個溝槽或切縫以便形成所述多個冷卻通道。因此，能夠產生通過定子堆的更大流量的冷卻流體並且因此增加了冷卻能力。此外，與包括具有與多個冷卻通道的總容積相同容積的一個較大冷卻通道的定子堆相比，包括具有所述多個冷卻通道的中間層壓板的定子堆具有更大的穩定性。
[0023]根據進一步的示例性實施例，第一切口被形成為使得冷卻通道的第一橫截面處的流動直徑不同於冷卻通道的第二橫截面處的另一流動直徑。第一橫截面與第二橫截面分隔開。流動直徑代表例如冷卻通道的液力直徑。例如，第一橫截面處的流動直徑可以小於冷卻通道的第二橫截面的所述另一流動直徑。因此，通過第一橫截面的較小流動直徑形成噴嘴或擴散器(取決於冷卻通道內冷卻流體的流動方向)。具體地，由於變化的橫截面的原因，可以減少冷卻通道開口處突然擴張所導致的壓降。
[0024]根據進一步的示例性實施例，定子堆進一步包括第二中間層壓板。第二中間層壓板被設置在(a)在一側的第一中間層壓板和(b)在另一側的第一層壓板或第二層壓板之間。換言之，沿軸向方向，第一層壓板、第一中間層壓板、第二中間層壓板和第二層壓板可以相繼地設置。
[0025]具體地，根據進一步的示例性實施例，第二中間層壓板可以包括第二切口以用於形成冷卻通道以便冷卻流體可引導通過冷卻通道。
[0026]例如，如果第一中間層壓板和第二中間層壓板沿軸向方向相繼地設置，則可以在第一切口和第二切口之間沿軸向方向部分地形成冷卻通道。因此，通過提供相應中間層壓板的第一切口和第二切口的流體聯接，可以提供更靈活且可變的冷卻通道路程。此外，如果第一切口對齊於第二切口，則可以實現更大容積的冷卻通道。例如，冷卻通道的高度可以具有第一和第二中間層壓板的厚度之和的高度。因此，冷卻通道的高度可以是第一或第二中間層壓板的高度的兩倍。
[0027]第二切口可以包括與第一切口相同的(幾何)特徵。第二切口可以例如是在第二中間層壓板內形成的溝槽或通孔。第二切口可以是例如具有U形或V形輪廓的溝槽或者是通孔。此外，第一切口和第二切口可以一同在冷卻通道的第一橫截面處形成相應流動直徑且在冷卻通道的第二橫截面處形成相應另一流動直徑。
[0028]根據進一步的示例性實施例，第二中間層壓板包括另一第二切口以用於形成另一冷卻通道以便另一冷卻流體可引導通過冷卻通道。
[0029]因此，通過所述示例性實施例，通過所述另一第二切口形成所述另一冷卻通道，其中所述另一冷卻通道分離於且隔離於由第一切口和第二切口形成的冷卻通道。因此，另一冷卻流體可以分離於流動通過冷卻通道的冷卻流體。
[0030]根據另一示例性實施例，第一定子堆具有徑向外表面和徑向內表面。用於形成冷卻通道的第一切口和/或第二切口被形成為使得在第一定子堆的徑向內表面和徑向外表面之間可引導冷卻流體。
[0031]相比於徑向外表面，徑向內表面位於更靠近發電機的旋轉軸線。
[0032]根據另一示例性實施例，第二定子堆是如上所述的堆。第二定子堆可因此還包括具有相應切口的相應中間層壓板，其中中間層壓板位於相應第一和相應第二層壓板之間。
[0033]應該注意到，已經參考不同主題描述了本實用新型的實施例。具體而言，已經參考設備型權利要求描述了一些實施例，而參考方法型權利要求描述了另一些實施例。不過，除非另有提示，本領域的技術人員將從上文和下文描述中得出，除了屬於一種主題類型的特徵的任意組合之外，涉及不同主題的特徵之間的任意組合，具體是設備型權利要求的特徵和方法型權利要求的特徵之間的任意組合，也被認為被本申請所公開。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]從之後描述的實施例示例可以顯而易見到本實用新型的上述方面和其他方面，並且參考實施例示例解釋了各方面。此後，將參考實施例的示例更加具體地描述本實用新型，不過本實用新型不限於這些示例。
[0035]圖1示出了 根據本實用新型的示例性實施例的定子的一部分的立體圖；
[0036]圖2示出了根據本實用新型的示例性實施例的定子堆的示意圖；
[0037]圖3和圖4示出了根據本實用新型的示例性實施例的中間層壓板；以及
[0038]圖5示出了根據本實用新型的示例性實施例的第一或第二層壓板的示意圖。
【具體實施方式】
[0039]附圖中的圖釋是示意性的。應該注意，不同附圖中，類似或相同元件具有相同附圖
己 O
[0040]圖1示出了用於發電機的定子120，特別是用於風力渦輪機的發電機。定子120包括第一定子堆節段1、第二定子堆節段II和第三定子堆節段III。相應定子堆節段1-1II沿周向方向相繼地設置以形成定子120。
[0041]如圖1所示，第一定子堆節段I包括第一定子堆100和第二定子堆110，其沿定子120的軸向方向相繼地設置。
[0042]軸向方向是與發電機的轉子的旋轉軸線121平行的方向。相應地，徑向方向122是延伸通過旋轉軸線121的方向，其中徑向方向122垂直於旋轉軸線121。周向方向描述了繞旋轉軸線121的方向。
[0043]圖1中更具體地示出了第一定子堆100。為了簡明，沒有具體示出第二定子堆110的單個層壓板和第二定子堆節段II和第三定子堆節段III的層壓板。不過，第一定子堆節段1、第二定子堆節段II和第三定子堆節段III可以例如包括根據本實用新型的多個第一定子堆100或第二定子堆110。此外，為了簡明，圖1僅示出了定子120的一個區段。不過定子120可以大體形成閉合環輪廓。
[0044]如圖1更具體示出的，定子120包括第一定子堆100和第二定子堆110(參見定子堆節段I)。第一定子堆100和第二定子堆110沿發電機的軸向方向相繼地設置。具體地，設置有第一定子堆100和第二定子堆110的加緊杆(未示出)將第一定子堆100和第二定子堆110收緊在一起。
[0045]第一定子堆100包括第一層壓板101、第二層壓板102和第一中間層壓板103。第一層壓板101、第一中間層壓板103和第二層壓板102沿發電機的軸向方向彼此相鄰地附接。第一中間層壓板103被設置在第一層壓板101和第二層壓板102之間。
[0046]此外，如圖1所示，第二中間層壓板104可以被附接在一側的第一中間層壓板103和另一側的第二層壓板102之間。[0047]第一中間層壓板103包括第一切口 201 (具體參考圖2)以用於在第一層壓板101和第二層壓板102之間形成冷卻通道105、105』(圖1中以虛線示出)，以便冷卻流體可引導通過冷卻通道105、105』。
[0048]具體如圖1所示，冷卻通道105、105』被第一層壓板101、第二層壓板102和第一中間層壓板103包繞。
[0049]如圖1所示，在不使用間隔件的情況下，通過第一和第二中間層壓板103、104的切口 201、202形成冷卻通道105、105』。切口 201、202可以被一體地形成在相應中間層壓板103,104中，使得冷卻流體從定子120的徑向外表面流到定子120的徑向內表面或反之亦然。如圖1中的箭頭106示例性所示，冷卻流體可以從定子120的徑向外表面沿朝向定子的徑向內表面的方向流動通過冷卻通道105、105』。
[0050]此外，層壓板101、102、103、104可以形成一個或更多個周向間隔開的散熱片區段108，其沿徑向方向從基底區段109延伸以使得在相鄰散熱片區段108之間形成繞組槽107，例如在定子120的徑向外表面中形成繞組槽107。與從基底區段109延伸的相應散熱片區段108的周向寬度相比，基底區段109包括大體上更大的周向寬度。如圖1示例性示出的，相應定子堆節段1、I1、III的周向相鄰的散熱片區段108可以形成散熱片區段108。定子120的繞組可以附接在繞組槽107內部。
[0051]例如，第一切口 201可以被形成於第一中間層壓板103內，使得冷卻通道105』的開口形成在散熱片區段108的區域內。因此，實現了冷卻通道105』的適當冷卻效率，這是因為冷卻通道105』可以將冷卻流體吹入繞組槽107內，以便繞組槽107內的繞組可以被有效冷卻。
[0052]此外，為了簡明，圖1中僅示出了第一切口 201。第一中間層壓板103還可以包括多個第一切口 201以用於形成多個相應冷卻通道105、105』。此外，第二中間層壓板104也可以例如包括第二切口 202 (見圖2)和另一些第二切口。
[0053]此外，如所示在冷卻通道105的徑向內端處，通過第一切口 201形成的冷卻通道可以包括不同的流動直徑。例如，在冷卻通道105的徑向內側處的流體出口處，形成增加的流動直徑以便提供擴散器。因此，可以減少在徑向內側和徑向外側之間的冷卻流體的壓降。
[0054]圖2示出了根據本實用新型的示例性實施例的定子堆100、110。第一層壓板101可以是常規層壓板，其包括同質表面並且不具有用於引導冷卻流體的任何切口或引導器件。為了更好地定向，圖2示出了發電機的旋轉軸線121和徑向方向122。
[0055]第二中間層壓板104被附接到第一層壓板101的面向軸向的表面上。第一中間層壓板103被附接到第二中間層壓板104的面向軸向的表面上。為了更好的觀察，在圖2中沒有示出第二層壓板102以便示出相應的第一切口 201和第二切口 202。
[0056]如圖2的示例性實施例中所示，第一中間層壓板103包括多個第一切口 201，其中每個切口 201形成相應冷卻通道105、105』、105」。冷卻通道105、105』、105」大體沿徑向方向122延伸。具體地，冷卻通道105、105』、105」部分地沿相應層壓板101、102、103、104的散熱片區段108延伸。
[0057]此外，如圖2所示，第二中間層壓板104包括第二切口 202。例如，沿徑向方向122形成第二切口 202。在重疊區段203，第一切口 201與第二切口 202重疊。因此，第二切口202和第一切口 201 二者形成相應冷卻通道105、105』、105」，以便冷卻流體可以部分地沿第二切口 202徑向流動到重疊區段，之後部分地軸向流動到重疊區段203內的第二切口 202並且之後進一步沿散熱片區段108沿第一切口 201在徑向方向流動。
[0058]圖3示出了圖2的第二中間層壓板104。如圖3所示，第二切口 202被形成於第二中間層壓板104的基底區段109內。第二中間層壓板104的散熱片區段108是實心的並且不包括進一步的切口。
[0059]在圖4中，示出了圖2所示的第一中間層壓板103。第一切口 201被形成到散熱片區段108內，其中第一切口 201部分地延伸到第一中間層壓板103的基底區段109內部。
[0060]圖5示出了第一層壓板101。如能夠看出的，第一層壓板101可以是常規層壓板101，其在散熱片區段108或在基底區段109處不具有間隔件或切口。第一層壓板101和第二層壓板102可以包括例如相同特徵和形狀。
[0061]應該注意，術語「包括」不排除其他要素或步驟並且「一」或「一種」不排除多個。而且，與不同實施例相關的要素可以相結合。還應該注意到，權利要求中的附圖標記不意味著限制權利要求的範圍。
【權利要求】
1.一種用於發電機的定子(120)的定子堆(100、110)，其特徵在於，所述定子堆(100、110)包括: 第一層壓板(101)， 第二層壓板(102)，和 第一中間層壓板(103)， 其中所述第一層壓板(101 )、所述第一中間層壓板(103)和所述第二層壓板(102)沿所述發電機的軸向方向相鄰彼此被附接， 其中所述第一中間層壓板(103)被設置在所述第一層壓板(101)和所述第二層壓板(102)之間，以及 其中所述第一中間層壓板(103)包括第一切口(201)以用於在所述第一層壓板(101)和所述第二層壓板(102)之間形成冷卻通道(105、105』、105」)，以便冷卻流體可引導通過所述冷卻通道(105、105』、105」)。
2.根據權利要求1所述的用於發電機的定子(120)的定子堆(100、110)，其特徵在於， 所述第一中間層壓板(103)包括多個第一切口(201)以用於形成多個相應冷卻通道(105、105』、105」)，以便所述冷卻流體可引導通過所述多個相應冷卻通道(105、105』、105」)中的每一個。
3.根據權利要求1所述的用於發電機的定子(120)的定子堆(100、110)，其特徵在於， 所述第一切口(201)被形成為使得所述冷卻通道(105、105』、105」)的第一橫截面處的流動直徑不同於所述冷卻通道(105、105』、105」)的第二橫截面處的另一流動直徑， 其中所述第一橫截面與所述第二橫截面間隔開。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的用於發電機的定子(120)的定子堆(100、110)，其特徵在於，還包括: 第二中間層壓板(104)， 其中所述第二中間層壓板(104)被設置在所述第一中間層壓板(103)和所述第一層壓板(101)之間。
5. 根據權利要求4所述的用於發電機的定子(120)的定子堆(100、110)，其特徵在於， 所述第二中間層壓板(104)包括第二切口(202)以用於形成所述冷卻通道(105、105』、105」)，以便所述冷卻流體可引導通過所述冷卻通道(105、105』、105」)。
6.根據權利要求4所述的用於發電機的定子(120)的定子堆(100、110)，其特徵在於， 所述第二中間層壓板(104)包括另一第二切口以用於形成另一冷卻通道，以便所述另一冷卻流體可引導通過所述另一冷卻通道。
7.根據權利要求1-3中任一項所述的用於發電機的定子(120)的定子堆(100、110)，其特徵在於，所述發電機是用於風力渦輪機的發電機。
8.一種用於發電機的定子(120)，其特徵在於，所述定子(120)包括: 第一定子堆(100)，所述第一定子堆是根據權利要求1-7中任一項所述的定子堆， 第二定子堆(110)， 其中所述第一定子堆(100)和所述第二定子堆(110)沿所述發電機的所述軸向方向相繼地設置， 加緊杆，所述第一定子堆(100)和所述第二定子堆(110)被設置於所述加緊杆，其中所述第一定子堆(100)和所述第二定子堆(110)被所述加緊杆收緊在一起。
9.根據權利要求8所述的用於發電機的定子，其特徵在於， 所述第一定子堆(100)具有徑向外表面和徑向內表面， 其中用於形成所述冷卻通道(105、105』、105」)的所述第一切口(201)被形成為使得冷卻流體可在所述徑向內表面和所述徑向外表面之間被引導。
10.根據權利要求8或9所述的用於發電機的定子，其特徵在於， 所述第二定子堆(110)是根據權利要求1-3中任一項所述的定子堆。
11.根據權利要求8或9所述的用於發電機的定子，其特徵在於，所述發電機是用於風力渦輪機的發電機。
【文檔編號】H02K7/18GK203491805SQ201320308844
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年5月31日 優先權日:2012年6月1日
【發明者】G.艾羅爾迪, P.H.索倫森 申請人:西門子公司