[發明專利]用于風力渦輪發電機的旋轉冷卻系統

在審

• 申請號: 202111535897.4
• 申請日: 2021-12-15
• 公開（公告）號: CN114640212A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: R·W·舒林;L·M·奧蘇斯基;A·T·克羅斯;D·A·托里
• 申請（專利權）人: 通用電氣可再生能源西班牙有限公司
• 主分類號: H02K5/20
• 分類號: H02K5/20;H02K3/24;H02K9/08;H02K9/19
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張珺;楊忠

本發明涉及用于風力渦輪發電機的旋轉冷卻系統。具體而言，可在風力渦輪中使用的發電機具有承載第一繞組構造的第一靜止構件和承載第二繞組構造的第二旋轉構件。第二旋轉構件包括本體部分和圍繞本體部分間隔開并從本體部分徑向地延伸的多個齒。第二繞組構造布置在限定在相鄰齒之間的槽中。殼體圍繞本體部分布置并與本體部分一起旋轉。熱交換回路布置在第二旋轉構件上，并包括限定在齒中的冷卻劑通道；泵；以及布置在殼體上以便與殼體一起旋轉的熱交換器，熱交換器橫向于殼體的旋轉方向。

技術領域

本發明總體上涉及風力渦輪發電機，并且更具體地涉及一種用于冷卻旋轉發電機構件的繞組的系統。

背景技術

風力渦輪作為環境安全且相對廉價的替代能源已經受到增加的關注。隨著這種增長的關注，已經投入了相當大的努力來開發可靠且高效的風力渦輪。

大體上，風力渦輪包括經由轉子轂聯接到渦輪的主軸的多個葉片。轉子轂定位于管狀塔架或基部的頂部上。公用級風力渦輪（即，設計為向公用電網提供電力的風力渦輪）可具有大轉子（例如，直徑為100或更多米）。轉子葉片將風能轉化為旋轉轉矩或力，其驅動旋轉地聯接到轉子的發電機。

正在探索超導發電機用于在風力渦輪設施中（特別是在離岸設施中）使用。這些發電機使用超導場繞組，以及電樞線圈、冷卻系統和設置在電樞中的棒之間的非磁性齒的組件。在特定設計中，超導發電機包括電樞組件，與常規發電機構造不同，該電樞組件在超導場組件內旋轉，該超導場組件包括低溫恒溫器，其中超導場線圈在低溫恒溫器內部。

本行業中公認需要為旋轉電樞組件提供可靠且有效的冷卻。例如，美國專利第7928616號描述了一種具有場組件的超導發電機，該場組件包括構造成產生耦合到電樞組件的電磁場的超導場繞組，其中電樞組件相對于靜止場組件旋轉。電樞組件是疊層構造，并且包括磁性本體部分和從磁性本體部分延伸的磁性齒部分。由磁性本體部分和相鄰的齒部分限定槽，并且電樞棒接合在槽中。冷卻腔部分地由齒部分限定并且與齒部分的前表面和后表面連通以冷卻電樞棒，其中冷卻腔可操作成接收空氣或液體冷卻劑以冷卻電樞組件。管部件可接合在可操作成承載液體冷卻劑的冷卻腔中。

旋轉電樞組件的液體冷卻遠比空氣冷卻更有效和高效。然而，冷卻大旋轉構件（如超導發電機中的電樞組件）的能力大體上需要在靜止冷卻設備和旋轉電樞組件之間使用密封件。這種密封件復雜、大體上不可靠且易于泄漏/失效，并且顯著增加了發電機的保養和維護成本。

因此，本行業將受益于可靠、成本效益合算并且不依賴于其旋轉構件和靜止構件之間的密封件的用于發電機的旋轉構件的液體冷卻系統。

發明內容

本發明的方面和優點將在下面的描述中部分地闡述，或可從描述清楚，或可通過實施本發明而學習。

一方面，本公開涉及一種發電機，盡管不限于這種用途，但此發電機特別適合在風力渦輪設施（離岸或陸上風力渦輪設施）中使用。發電機包括承載第一電磁構件構造（如繞組或磁體構造）的第一靜止構件和承載第二電磁構件構造（如繞組或磁體構造）的第二旋轉構件，其中第二旋轉構件布置成圍繞第一靜止構件旋轉。應當認識到，旋轉構件也可設置在靜止構件內而不限制本文的公開。第二旋轉構件可構造有場繞組構造或電樞繞組構造，并且包括本體部分和圍繞本體部分間隔開并從本體部分徑向地延伸的多個齒，本體部分和齒在相對端面之間縱向地延伸。槽限定在相鄰齒之間，其中第二電磁構件構造布置在槽中（例如，呈線圈或棒的形式）。殼體圍繞本體部分布置并可與本體部分一起旋轉。熱交換回路布置在第二旋轉構件上，并且包括在齒的相對端面之間縱向地限定在齒中的一個或多個冷卻劑通道。一個或多個泵由第二旋轉構件承載，例如在靜止構件外側布置在殼體下方以便與殼體一起旋轉。熱交換器布置在殼體上，以便可與殼體一起旋轉，熱交換器布置成橫向于殼體的旋轉方向跨越殼體，使得殼體的旋轉迫使空氣流過熱交換器。熱交換器位置可成角度，以便優化通過熱交換器的空氣流量。提供液體冷卻劑，并且熱交換器、泵和冷卻劑通道處于閉環構造，使得液體冷卻劑被泵送通過熱交換器和冷卻劑通道以冷卻第二繞組構造。