[发明专利]冷却和支撑特别是风力涡轮机应用的机电机器的定子节段

说明书

技术领域

本发明涉及用于电机的定子的定子节段的冷却支撑元件，该电机具体是发电机。此外，本发明涉及包括这种冷却支撑元件的定子节段。此外，本发明涉及包括所述定子节段的定子。此外，本发明涉及包括所述定子的电机，例如用于风力涡轮机的发电机。除此之外，本发明涉及用于制造这种冷却支撑元件的方法。

背景技术

电机，例如用于风力涡轮机的发电机，可以由转子和定子构成。定子可以由叠片堆组成，其中一个或更多个线圈或绕组可以被设置在定子叠片堆的凹槽内。

在这种电机中，当将机械能转换成电能时产生热量且反之亦然。在形成定子绕组的铜导体内通过焦耳损失以及在磁活性部件的铁部分中通过涡电流损失产生热量。产生的热量必须被移除以便避免热点、由于磁体温度增加导致的功率减小以及绝缘磨损。

在常见系统中，定子叠片堆和附接的绕组通过在定子内部吹送空气来冷却。在定子外壳的轴向端部区段，绕组突出并形成半匝。绕组的突出半匝形成定子绕组的端部绕组。通过将空气吹送通过绕组，例如在转子和定子之间的空气间隙内或者通过定子外壳的径向延伸管道吹送空气，从而冷却定子绕组。已经使用被安装在每个节段的空气-空气热交换器来承担对节段的冷却。随着节段数量的增加，冷却需求增加并且因此增加定子和冷却部件的重量和几何复杂性。所述安装和空气管件还将具有构造问题，并且由于较大的维修需求而将不能实现发电机的预期使用寿命。在这样的系统中，定子叠片被焊接到底层T形条并且通过压力板固定在端部。定子堆具有多个轴向间隔件以便冷却且因此减少组装后节段的刚性。

不均匀的冷却空气流动会产生于这样的冷却系统中，并且会导致与温度有关的不一致的机器性能，并且会进一步需要更大的风扇功率来处理特别是在端部绕组内的热点。此外，设置在定子堆内的轴向冷却通道会降低节段的结构完整性。

因此，会需要用于从定子叠片堆耗散热量的改良系统。

发明内容

可以通过根据独立权利要求的主题来满足这种需要。通过从属权利要求来描述本发明的有利实施例。

根据实施例，提供用于电机的定子节段的冷却支撑元件，该电机具体是发电机。冷却支撑元件包括：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锚定器件，该锚定器件用于锚定可附接到所述冷却支撑元件的定子叠片堆；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，其中隔离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间以便在所述第一板和所述第二板之间提供冷却通道，并且其中冷却流体可从所述入口通过所述冷却通道被引导到所述出口以便从所述定子叠片堆耗散热量。

这种实施例是基于如下构思，即：可以使用支撑元件，定子叠片堆可以被安装在该支撑元件上，其中该支撑元件还提供冷却功能。根据这种实施例，引入了简单且高效的方法来支撑或安装定子叠片堆且同时冷却这个定子叠片堆。

所述冷却支撑元件解决了定子节段的冷却问题，例如定子叠片堆和设置在定子叠片堆上的绕组的冷却问题，并且解决了定子节段生产所涉及的制造过程的问题。这里提出的冷却功能可以实现较冷的机器性能而不需要大型的空气-空气热交换器。所述冷却支撑元件可以提供与风力涡轮机冷却形成整体的定子冷却机构。

在常见系统中的不均匀冷却空气流动会导致与温度有关的不一致机械性能并且会需要更大的风扇功率来解决尤其在端部绕组内的热点问题。设置在定子堆内的轴向冷却通道会减少节段的结构完整性，而通过这里描述的冷却支撑元件所提供的液体冷却会消除该问题。

通过冷却通道的液体流动可以变化以便能够产生可变流动并且因此控制能够被集成以便根据机械功率输出来优化冷却（在存在或不存在无传感器控制的情况下）。

所述冷却支撑元件可以被用于定子节段。因此可以用每个节段来制造并生产冷却支撑元件的冷却通道，并且在定子组装期间仅需要管件连接。作为冷却流体，可以使用水或任意其他流体，例如水或乙二醇混合物。乙二醇混合物是优选的，这是因为其在较低工作温度下具有防冻特性。基于冷却流体流动并且在具有优化通道高度和宽度的情况下，因此产生必要的对流系数。

在本文中“定子叠片堆”可以指的是提供接收绕组的凹槽的定子部件。通过堆叠多个硅钢板元件薄片来形成该定子部件。

在本文中“耗散热量”可以指的是可能在端部区段处出现的在定子节段内生成的任意热量可以从端部区段被耗散或导走。

这里描述的冷却支撑元件可以用于风力涡轮机的发电机的定子。其还可以用于任意其他类型的电机，例如马达。