[發(fā)明專利]冷卻和支撐特別是風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)用的機(jī)電機(jī)器的定子節(jié)段

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310149550.5
• 申請(qǐng)日: 2013-04-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103378667B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E.萊馬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門(mén)子公司
• 主分類號(hào): H02K1/20
• 分類號(hào): H02K1/20;H02K1/18;H02K9/19;H02K15/02
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 成城,楊楷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于電機(jī)的定子的定子節(jié)段的冷卻支撐元件，該電機(jī)具體是發(fā)電機(jī)。此外，本發(fā)明涉及包括這種冷卻支撐元件的定子節(jié)段。此外，本發(fā)明涉及包括所述定子節(jié)段的定子。此外，本發(fā)明涉及包括所述定子的電機(jī)，例如用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。除此之外，本發(fā)明涉及用于制造這種冷卻支撐元件的方法。

背景技術(shù)

電機(jī)，例如用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)，可以由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成。定子可以由疊片堆組成，其中一個(gè)或更多個(gè)線圈或繞組可以被設(shè)置在定子疊片堆的凹槽內(nèi)。

在這種電機(jī)中，當(dāng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能時(shí)產(chǎn)生熱量且反之亦然。在形成定子繞組的銅導(dǎo)體內(nèi)通過(guò)焦耳損失以及在磁活性部件的鐵部分中通過(guò)渦電流損失產(chǎn)生熱量。產(chǎn)生的熱量必須被移除以便避免熱點(diǎn)、由于磁體溫度增加導(dǎo)致的功率減小以及絕緣磨損。

在常見(jiàn)系統(tǒng)中，定子疊片堆和附接的繞組通過(guò)在定子內(nèi)部吹送空氣來(lái)冷卻。在定子外殼的軸向端部區(qū)段，繞組突出并形成半匝。繞組的突出半匝形成定子繞組的端部繞組。通過(guò)將空氣吹送通過(guò)繞組，例如在轉(zhuǎn)子和定子之間的空氣間隙內(nèi)或者通過(guò)定子外殼的徑向延伸管道吹送空氣，從而冷卻定子繞組。已經(jīng)使用被安裝在每個(gè)節(jié)段的空氣-空氣熱交換器來(lái)承擔(dān)對(duì)節(jié)段的冷卻。隨著節(jié)段數(shù)量的增加，冷卻需求增加并且因此增加定子和冷卻部件的重量和幾何復(fù)雜性。所述安裝和空氣管件還將具有構(gòu)造問(wèn)題，并且由于較大的維修需求而將不能實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的預(yù)期使用壽命。在這樣的系統(tǒng)中，定子疊片被焊接到底層T形條并且通過(guò)壓力板固定在端部。定子堆具有多個(gè)軸向間隔件以便冷卻且因此減少組裝后節(jié)段的剛性。

不均勻的冷卻空氣流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生于這樣的冷卻系統(tǒng)中，并且會(huì)導(dǎo)致與溫度有關(guān)的不一致的機(jī)器性能，并且會(huì)進(jìn)一步需要更大的風(fēng)扇功率來(lái)處理特別是在端部繞組內(nèi)的熱點(diǎn)。此外，設(shè)置在定子堆內(nèi)的軸向冷卻通道會(huì)降低節(jié)段的結(jié)構(gòu)完整性。

因此，會(huì)需要用于從定子疊片堆耗散熱量的改良系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

可以通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)滿足這種需要。通過(guò)從屬權(quán)利要求來(lái)描述本發(fā)明的有利實(shí)施例。

根據(jù)實(shí)施例，提供用于電機(jī)的定子節(jié)段的冷卻支撐元件，該電機(jī)具體是發(fā)電機(jī)。冷卻支撐元件包括：具有上表面和下表面的第一板，其中所述第一板的上表面包括錨定器件，該錨定器件用于錨定可附接到所述冷卻支撐元件的定子疊片堆；具有上表面和下表面的第二板，其中所述第二板的下表面包括入口和出口，其中所述第一板被附接到第二板以使得所述第一板的下表面面向所述第二板的上表面，其中隔離元件被置于所述第一板的下表面和所述第二板的上表面之間以便在所述第一板和所述第二板之間提供冷卻通道，并且其中冷卻流體可從所述入口通過(guò)所述冷卻通道被引導(dǎo)到所述出口以便從所述定子疊片堆耗散熱量。

這種實(shí)施例是基于如下構(gòu)思，即：可以使用支撐元件，定子疊片堆可以被安裝在該支撐元件上，其中該支撐元件還提供冷卻功能。根據(jù)這種實(shí)施例，引入了簡(jiǎn)單且高效的方法來(lái)支撐或安裝定子疊片堆且同時(shí)冷卻這個(gè)定子疊片堆。

所述冷卻支撐元件解決了定子節(jié)段的冷卻問(wèn)題，例如定子疊片堆和設(shè)置在定子疊片堆上的繞組的冷卻問(wèn)題，并且解決了定子節(jié)段生產(chǎn)所涉及的制造過(guò)程的問(wèn)題。這里提出的冷卻功能可以實(shí)現(xiàn)較冷的機(jī)器性能而不需要大型的空氣-空氣熱交換器。所述冷卻支撐元件可以提供與風(fēng)力渦輪機(jī)冷卻形成整體的定子冷卻機(jī)構(gòu)。

在常見(jiàn)系統(tǒng)中的不均勻冷卻空氣流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致與溫度有關(guān)的不一致機(jī)械性能并且會(huì)需要更大的風(fēng)扇功率來(lái)解決尤其在端部繞組內(nèi)的熱點(diǎn)問(wèn)題。設(shè)置在定子堆內(nèi)的軸向冷卻通道會(huì)減少節(jié)段的結(jié)構(gòu)完整性，而通過(guò)這里描述的冷卻支撐元件所提供的液體冷卻會(huì)消除該問(wèn)題。

通過(guò)冷卻通道的液體流動(dòng)可以變化以便能夠產(chǎn)生可變流動(dòng)并且因此控制能夠被集成以便根據(jù)機(jī)械功率輸出來(lái)優(yōu)化冷卻（在存在或不存在無(wú)傳感器控制的情況下）。

所述冷卻支撐元件可以被用于定子節(jié)段。因此可以用每個(gè)節(jié)段來(lái)制造并生產(chǎn)冷卻支撐元件的冷卻通道，并且在定子組裝期間僅需要管件連接。作為冷卻流體，可以使用水或任意其他流體，例如水或乙二醇混合物。乙二醇混合物是優(yōu)選的，這是因?yàn)槠湓谳^低工作溫度下具有防凍特性。基于冷卻流體流動(dòng)并且在具有優(yōu)化通道高度和寬度的情況下，因此產(chǎn)生必要的對(duì)流系數(shù)。

在本文中“定子疊片堆”可以指的是提供接收繞組的凹槽的定子部件。通過(guò)堆疊多個(gè)硅鋼板元件薄片來(lái)形成該定子部件。

在本文中“耗散熱量”可以指的是可能在端部區(qū)段處出現(xiàn)的在定子節(jié)段內(nèi)生成的任意熱量可以從端部區(qū)段被耗散或?qū)ё摺?/p>

這里描述的冷卻支撐元件可以用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的定子。其還可以用于任意其他類型的電機(jī)，例如馬達(dá)。