風輪機旋轉電機的製作方法

2023-12-03 22:21:36

專利名稱：風輪機旋轉電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種風輪機旋轉電機。更具體地，本發明涉及ー種電機，包括繞給定軸線旋轉且包括旋轉體的轉子以及固定到該旋轉體的多個永磁體。
背景技術：
通常安裝在風輪機上的上述類型的電機巨大，而且效率與永磁體的溫度成反比，永磁體的磁場強度隨溫度升高而降低。

發明內容
本發明的ー個目的在於提供ー種被設計為有效地冷卻永磁體的旋轉電機。根據本發明，提供一種風輪機旋轉電機，包括轉子，其圍繞給定軸線旋轉且包括旋轉體；多個永磁體，其裝配於旋轉體；多個冷卻通道，其靠近永磁體；以及多個導熱體，每個導熱體定位成部分地接觸至少ー個永磁體並且部分地位於冷卻通道內。永磁體產生的熱由此通過傳導而部分地傳遞到冷卻通道內，並通過冷卻流體帶走。通過靠近永磁體的冷卻通道以及導熱體兩種方式實現熱傳遞。導熱體可定位成以各種配置接觸永磁體。例如,每個導熱體可定位成接觸ー個或多個永磁體，或者接觸兩個軸向或徑向對準的永磁體。各種可用的導熱體配置使得本發明更通用。在本發明的一個優選實施方式中，姆個永磁體具有用於容納導熱體的支座。該特徵提供了大面積的導熱體-永磁體接觸面，這通過永磁體與導熱體之間的傳導改進了熱交換。在本發明的另ー優選實施方式中，導熱體為熱管(heat pipe)。已經證明熱管作為熱交換器而特別適合於此類應用，因此單位時間和面積內傳遞大量的熱。因為結構合理，導熱體最好製成為大致直杆的形式並且徑向定位，這不會在冷卻通道內產生明顯的負載損失。冷卻翅片還便利地沿著位於冷卻通道內的導熱體的一部分設置。冷卻翅片優選地平行於給定軸線，以在不明顯地增加沿著冷卻通道的冷卻流體流動的負載損失的條件下提高熱交換效率。在本發明的ー個優選實施方式中，每個冷卻通道在旋轉體與至少ー個永磁體之間軸向延伸。將冷卻通道靠近永磁體定位極大地提高了冷卻流體的效能。冷卻通道優選地包括第一冷卻通道，每個第一冷卻通道軸向延伸並由ー排永磁體、轉子的旋轉體的圓柱壁以及用幹支撐永磁體的兩個夾片界定。冷卻流體與一排永磁體的直接接觸使得去除大量的熱。
在ー個優選實施方式中，冷卻通道包括第二冷卻通道，每個第二冷卻通道由兩排徑向隔開的永磁體界定。這種配置使得同時冷卻兩排永磁體。 該電機有利地具有分段結構。更具體地，轉子包括多個扇片，每個扇片平行於給定軸線延伸並且與至少ー個冷卻通道相關。因此，每個活動扇片獨立於其他的活動扇片而被冷卻。在本發明的ー個優選實施方式中，轉子包括多個活動扇片，每個活動扇片包括兩 個磁導引(magnetic guide);並且兩排徑向隔開的永磁體被夾在兩個磁導引之間。這還使得有效地冷卻磁導引。本發明可有利地用於直接驅動式風輪機中，其中，支撐多個葉片的輪轂直接連接至旋轉電機轉子。在這類大型機械中，轉子冷卻對機械效率具有重要影響；並且對於給定的風輪機的設計，轉子通常難以冷卻，尤其是當轉子位於定子內吋。


將通過實例並參照附圖描述本發明的幾個非限制性實施方式，附圖中圖I示出了包括根據本發明的旋轉電機的風輪機的局部剖視圖，為了清楚，去掉了一些部件；圖2示出了圖I中旋轉電機的細節的放大前視圖，為了清楚，去掉了ー些部件；圖3至圖5以立體方式示出了連接永磁體和導熱體的各種方式的放大視圖，為了清楚，去掉了ー些部件；圖6示出了圖2的變型的前視圖，為了清楚，去掉了ー些部件。
具體實施方式

圖I中的數字I整體表示用於產生電能的風輪機。風輪機I包括支撐結構2、發動機艙3、旋轉電機4、輪轂5、以及三個葉片6 (圖I中僅示出了兩個)。發動機艙3安裝成相對於支撐結構2圍繞軸線A轉動,並且輪轂5相對於發動機艙3圍繞軸線Al轉動。旋轉電機4包括定子7，其部分地限定發動機艙3或更精確地說是發動機艙3的外売；以及轉子8，其剛性連接至輪轂5。軸承9位於定子7與轉子8之間，在所示實例中，一個軸承9定位成靠近轉子8與輪轂5的連接處。定子7包括管狀體10以及圍繞軸線Al布置且裝配於管狀體10的多個活動定子扇片11 ;並且轉子8包括旋轉管狀體12以及圍繞軸線Al布置且裝配於管狀體12的多個活動轉子扇片13。在本發明中，管狀體12具有重量非常輕的優勢，但是可由帶有被設計成支撐活動扇片13的面的任何旋轉體替代。活動扇片11和13平行於軸線Al延伸，定位成面向且隔開ー氣隙，並且可相對於對應的管狀體10和12軸向插入和移除。在所示實例中，旋轉電機4為同步永磁體類型的，並且每個活動定子扇片11由耦接至線圈(圖中未示出)的磁導引限定；並且，如圖2所示，每個活動轉子扇片13由耦接至永磁體15的磁導引14限定。更具體地，永磁體15以徑向疊加的兩排布置，並且夾在兩個磁導引14之間。
參照圖2，管狀體12包括圓柱壁16 ;以及多個夾片17，其設計為沿著圓柱壁16限定用於容納多個活動扇片13(為了簡便，圖2中僅示出了ー個)的多個支座18。用於容納活動扇片13的每個支座18在兩個相対的夾片17之間延伸。用於限定對應支座18的各對相對扇片17圍繞軸線Al等間距隔開，且以尺寸允許夾片17周向彎曲的軸向間隙19隔開，以將活動扇片13插入對應的支座18以及從對應支座中抽出，並且回彈至夾緊活動扇片13的位置。夾片17直接作用在兩個相対的磁導引14上。每個夾片17包括鄰近圓柱壁16的底部20以及被設計成與活動扇片13接合的端部21，以便限定位於每對夾片17、活動扇片13以及圓柱壁16之間的通道22。換句話說，活動扇片13僅佔據支座18的一部分且部分地突出到支座之外。通道22被設計為允許冷卻流體以與ー排永磁體15直接接觸的方式均勻地循環。轉子8包括多個導熱體23 (為了簡便，圖2中僅示出了ー個)，每個導熱體定位成 部分地接觸至少ー個永磁體15並且部分地插入到冷卻通道22內。導熱體23定位成接觸一個或多個永磁體15。在圖2中，導熱體23的一部分位於兩個徑向對準的永磁體15內。在圖3和圖4中，導熱體23定位在兩個軸向對準的永磁體15之間，並且在圖5中，導熱體定位成部分地位於ー個永磁體15內。在圖4和圖5中，永磁體15具有用於導熱體23的支座。在圖4的實例中，每個永磁體15具有凹槽24 (在這種情況下，通過兩個耦接的永磁體15形成支座)；並且在圖5的實例中，永磁體15具有孔25。優選地，導熱體23通過形狀配合連接至永磁體15，以使導熱體23與永磁體15之間的接觸面積最大；並且可使用導熱膏消除導熱體23與永磁體15之間的支座內的任何遊隙(slack)。在所示實施方式中，導熱體23為熱管，並且優選地基本上為直的且徑向定位，如圖2中更清楚地示出。在本發明的ー個優選實施方式中，導熱體23具有平行於軸線Al的冷卻翅片26。在所示實施方式中，冷卻翅片26為環形的，容納於通道22內，並且與通道22內的導熱體23的一部分成一體。在一個實施方式中，通道22的壁也具有平行於軸線Al的冷卻翅片27，所述冷卻翅片從圓柱壁16和夾片17延伸。在圖6的變型中，每個活動扇片13包括兩排徑向隔開的軸向永磁體15，以限定位於兩排永磁體15與兩個磁導引14之間的另ー個冷卻通道28。在這種情況下，空氣沿著每排中的永磁體15的兩個相對面流動；每排永磁體15與對應的導熱體23 (在所示實例中，為熱管)相關，導熱體定位成部分地接觸永磁體15且部分地位於冷卻通道22、28內；導熱體23的尺寸根據可用空間形成，並且有利地具有沿著通道22、28內的一部分的冷卻翅片。在附圖所示的實例中，旋轉電機為管狀類型的，其中轉子位於定子內；然而，應當理解，本發明也適用於轉子環繞定子的發電機。
權利要求
1.一種風輪機旋轉電機(4)，包括轉子(8)，其圍繞給定軸線(Al)旋轉並且包括旋轉體(12);多個永磁體(15)，其裝配於所述旋轉體(12);多個冷卻通道(22 ;28)，其靠近所述永磁體(15);以及多個導熱體(23)，每個導熱體定位成部分地接觸至少一個永磁體(15)且部分地位於冷卻通道(22 ；28)內。
2.根據權利要求I所述的旋轉電機,其中，每個導熱體(23)定位成接觸兩個永磁體(15)。
3.根據權利要求I所述的旋轉電機，其中，所述導熱體(23)定位在兩個軸向對準的永磁體(15)之間。
4.根據權利要求I所述的旋轉電機，其中，所述導熱體(23)定位成接觸兩個徑向對準的永磁體(15)。
5.根據權利要求I所述的旋轉電機，其中，每個永磁體(15)具有用於容納所述導熱體(23)的支座(24，25)。
6.根據權利要求I所述的旋轉電機，其中，所述導熱體(23)為熱管。
7.根據權利要求I所述的旋轉電機，其中，所述導熱體(23)基本上為直的並且徑向定位。
8.根據權利要求I所述的旋轉電機，其中，所述導熱體(23)具有位於所述冷卻通道(22 ；28)內的冷卻翅片(26)。
9.根據權利要求I所述的旋轉電機，其中，所述冷卻通道(22；28)包括第一冷卻通道(22)，每個第一冷卻通道軸向延伸並由一排永磁體(15)、所述轉子的旋轉體的圓柱壁(16)以及用於支撐所述永磁體(15)的兩個夾片(17)界定。
10.根據權利要求I所述的旋轉電機，其中，所述冷卻通道(22；28)包括第二冷卻通道(28)，每個第二冷卻通道由徑向隔開的成排的永磁體(15)界定。
11.根據權利要求I所述的旋轉電機，其中，所述轉子(8)包括多個活動扇片(13)，每個活動扇片平行於所述給定軸線(Al)延伸並與至少一個對應的冷卻通道(22 ;22，28)相關。
12.根據權利要求11所述的旋轉電機，其中，所述轉子(8)包括多個活動扇片(13)，每個活動扇片包括兩個磁導引(14);並且兩排徑向隔開的永磁體(15)被夾在所述兩個磁導引(14)之間。
13.—種風輪機，包括輪轂(5);裝配於所述輪轂(5)的多個葉片￠);以及根據權利要求I所述的旋轉電機(4)。
全文摘要
一種風輪機旋轉電機，具有轉子(8)，其圍繞給定軸線(A1)旋轉並且具有旋轉體(12)；多個永磁體(15)，其裝配於旋轉體(12)；多個冷卻通道(22)，其靠近永磁體(15)；以及多個導熱體(23)，每個導熱體定位成部分地接觸至少一個永磁體(15)且部分地位於冷卻通道(22)內。
文檔編號H02K9/22GK102684336SQ20121006237
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月9日 優先權日2011年3月10日
發明者喬治·弗利, 馬特奧·卡薩扎 申請人:威力克有限公司