[發(fā)明專利]沿發(fā)電機的軸向方向具有不同定子間隙的用于風力渦輪機的發(fā)電機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410312326.8
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN104810938B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設計）人: G·艾羅爾迪;N·馬達尼;X·圖爾德
• 申請（專利權）人: 西門子歌美颯可再生能源公司
• 主分類號: H02K1/12
• 分類號: H02K1/12;H02K9/04
• 代理公司: 72001 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李濤;何逵游

描述了一種用于風力渦輪機的發(fā)電機，其包括定子(2)、轉(zhuǎn)子(3)和處于所述定子(2)的軸向相鄰部段(7)之間的多個定子間隙(6)。相對于軸向縱截面，與所述發(fā)電機的徑向方向相比，至少一個定子間隙(6)是傾斜的，并且所述發(fā)電機的所述徑向方向與所述定子間隙(6)之間的所述傾斜在軸向方向上不同。替代地或附加地，所述定子(2)的軸向相鄰部段(7)之間的定子間隙(6)的寬度(w1、w2)在軸向方向上不同。另外，還公開了包括發(fā)電機和風扇(4)的發(fā)電機組件(1)。

技術領域

本發(fā)明涉及用于風力渦輪機的發(fā)電機，其包括定子、轉(zhuǎn)子和處于所述定子的軸向相鄰部段之間的多個定子間隙。本發(fā)明還涉及發(fā)電機組件(arrangement)，其包括以上類型的發(fā)電機和至少一個冷卻風扇，所述至少一個冷卻風扇在其啟用狀態(tài)中使空氣流穿過所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的轉(zhuǎn)子定子間隙以及穿過所述定子間隙。

背景技術

以上類型的發(fā)電機，其可以被實施為直接驅(qū)動發(fā)電機，是眾所周知的。通常，這類發(fā)電機具有處于3米及更大范圍內(nèi)的直徑，以處于高達16rpm范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度進行操作，并產(chǎn)生處于數(shù)兆瓦特范圍內(nèi)的電力。為了驅(qū)散由發(fā)電機產(chǎn)生的非需熱量，可使冷卻空氣吹過定子間隙。

最近的研究活動已表明定子的溫度在發(fā)電機的軸向方向上不同。具體而言，驅(qū)動端部處的溫度高于其它部分。一般來說，定子中的較高溫度造成較高的磁體溫度，其進而造成較弱的磁特性。這意味著：為了產(chǎn)生相同的扭矩，由于較高的磁體溫度而需要較高的電流。然而，較高的電流導致較高的DC繞組損失，其進而負面地影響年度發(fā)電量(AEP)。

還觀察到：高溫在壽命期間造成磁通損失。相對于發(fā)電機的軸向延伸方向的不同磁體溫度在幾年操作之后導致不均勻的磁通損失。不均勻的磁特性進而導致發(fā)電機的不平衡性能且伴隨著增大的振動和疲勞。

發(fā)明內(nèi)容

這些缺點可以由根據(jù)本發(fā)明的用于風力渦輪機的發(fā)電機得到克服。本發(fā)明的有利實施例由從屬技術方案來描述。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種如在首段中公開的發(fā)電機，其中

a)相對于軸向縱截面，與所述發(fā)電機的徑向方向相比，至少一個間隙是傾斜的，并且其中所述發(fā)電機的所述徑向方向與所述定子間隙之間的所述傾斜在軸向方向上不同，并且/或者

b)所述定子的軸向相鄰部段之間的定子間隙的寬度在軸向方向上不同。

換言之，提供了一種如在首段中公開的發(fā)電機，其中所述定子的軸向相鄰部段之間的定子間隙的幾何結構和/或尺寸在軸向方向上不同。

本發(fā)明的該方面基于以下構思：根據(jù)情況a)和/或b)改變定子間隙的幾何結構和/或尺寸，也會改變沿著發(fā)電機的軸向延伸方向穿過定子間隙的空氣流。通過該措施，相對于發(fā)電機的較冷部分，可以在較熱部分中增大冷卻空氣的空氣流。這樣，可以避免以上提及的缺點。具體而言，可以防止或至少降低與發(fā)電機的不平衡性能以及增大的振動和疲勞相隨的不均勻磁通損失以及不均勻磁特性。

根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，在情況a)中，所述發(fā)電機的中心區(qū)域中的所述徑向方向與定子間隙之間的角度小于所述發(fā)電機的軸向端部區(qū)域中的所述徑向方向與定子間隙之間的角度。這樣，發(fā)電機的軸向端部區(qū)域中的空氣動力學阻力小于發(fā)電機的中心區(qū)域中的空氣動力學阻力。相應地，與通過所述中心區(qū)域中的定子間隙的冷卻空氣相比，有更多冷卻空氣通過所述端部區(qū)域中的定子間隙。因此，與中心區(qū)域中的散熱相比，在端部區(qū)域中散熱較高。總而言之，可以獲得在發(fā)電機的軸向延伸方向之上的平衡的或均勻的溫度輪廓。

在此背景中，有益的是：所述發(fā)電機的中心區(qū)域中的所述徑向方向與定子間隙之間的角度小于所述發(fā)電機的驅(qū)動端部的區(qū)域中的所述徑向方向與定子間隙之間的角度。通常，大部分熱量產(chǎn)生在發(fā)電機的驅(qū)動端部處。通過所提出的措施，與中心區(qū)域中的散熱相比，驅(qū)動端部處的散熱得到增大，因此在發(fā)電機的軸向延伸方向之上得到平衡/均勻的溫度輪廓。