沿發(fā)電機的軸向方向具有不同定子間隙的用于風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于風(fēng)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(fēng)扇，所述至少一個冷卻風(fēng)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(shù)】
[0002]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。
[0003]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(dǎo)致較高的DC繞組損失，其進而負(fù)面地影響年度發(fā)電量(AEP)。
[0004]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(dǎo)致不均勻的磁通損失。不均勻的磁特性進而導(dǎo)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】

[0005]這些缺點可以由根據(jù)獨立權(quán)利要求所述的主題得到克服。本發(fā)明的有利實施例由從屬技術(shù)方案來描述。
[0006]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
[0007]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
[0008]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。
[0009]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(jié)構(gòu)和/或尺寸在軸向方向上不同。
[0010]本發(fā)明的該方面基于以下構(gòu)思:根據(jù)情況a)和/或b)改變定子間隙的幾何結(jié)構(gòu)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。
[0011]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(xué)阻力小于發(fā)電機的中心區(qū)域中的空氣動力學(xué)阻力。相應(yīng)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。
[0012]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t匕，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。
[0013]還有益的是: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)電機的兩個軸向端部處的所述徑向方向與定子間隙之間的角度。通過這些措施，可以在增大的熱量產(chǎn)生于發(fā)電機的兩個端部處的情況下，使溫度輪廓平衡/均勻化。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，在情況b)中，所述發(fā)電機的中心區(qū)域中的軸向相鄰部段之間的定子間隙的寬度小于所述發(fā)電機的軸向端部區(qū)域中的軸向相鄰部段之間的定子間隙的寬度。這是另一方式來改變空氣動力學(xué)阻力從而改變發(fā)電機的軸向延伸方向之上的散熱。再次，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。情況b)的措施可以被采納為獨立于情況b)的措施或與它們結(jié)合。
[0015]在以上背景中，有益的是:所述發(fā)電機的中心區(qū)域中的定子間隙的寬度小于所述發(fā)電機的驅(qū)動端部的區(qū)域中的定子間隙的所述寬度。通過這些措施，可以在增大的熱量產(chǎn)生于發(fā)電機的驅(qū)動端部處的情況下，使溫度輪廓平衡/均勻化。
[0016]在以上背景中，還有益的是:所述發(fā)電機的中心區(qū)域中的定子間隙的寬度小于所述發(fā)電機的兩個軸向端部處的定子間隙的所述寬度。通過這些措施，可以在增大的熱量產(chǎn)生于發(fā)電機的兩個端部處的情況下，使溫度輪廓平衡/均勻化。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種發(fā)電機組件，其包括以上類型的發(fā)電機和至少一個冷卻風(fēng)扇，所述至少一個冷卻風(fēng)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。這樣，可以產(chǎn)生用于冷卻發(fā)電機的空氣流。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，轉(zhuǎn)子定子間隙中的空氣流與傾斜定子間隙中的空氣流之間的角度>90°。這樣,空氣動力學(xué)阻力相對較低。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，所述轉(zhuǎn)子定子間隙中的空氣流與所述定子間隙中的空氣流之間的角度在所述發(fā)電機的軸向端部區(qū)域中> 90°而在所述發(fā)電機的中心區(qū)域中<90°。這樣，空氣動力學(xué)阻力在發(fā)電機的軸向端部區(qū)域中相對較低，而在發(fā)電機的中心區(qū)域中相對較高。
[0020]必須指出的是:已經(jīng)參考不同的主題描述了本發(fā)明的實施例。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從以上和以下描述推斷出:除非另有指明，除了屬于一種類型的主題的特征的任意組合之外，關(guān)聯(lián)于不同主題的特征之間的任意組合也視為被本文公開。
[0021]本發(fā)明的以上限定出的多個方面和再一些方面將從在以下描述的實施例中變得清楚明了，并且參考實施例得到說明。下面將參考實施例的示例詳細(xì)描述本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于所述實施例的示例。
【附圖說明】
[0022]圖1示出了具有傾斜定子間隙的一示例性發(fā)電機組件的示意性截面；
[0023]圖2示出了在兩個軸向端部處具有傾斜定子間隙的再一示例性發(fā)電機組件；
[0024]圖3示出了定子間隙具有不同寬度的一示例性發(fā)電機組件的詳情；并且
[0025]圖4示出了風(fēng)扇的配置的斜視圖。
【具體實施方式】
[0026]附圖中的圖示是示意性的。應(yīng)指出的是:在不同圖中，相似或相同的要素或特征被提供相同的附圖標(biāo)記或被提供只在第一位數(shù)內(nèi)不同于相應(yīng)附圖標(biāo)記的附圖標(biāo)記。為了避免不必要的重復(fù)，已經(jīng)相對于前述實施例闡述過的要素或特征在以后的描述位置不再進行闡述。
[0027]圖1示出了一示例性發(fā)電機組件11的示意性截面，所述示例性發(fā)電機組件11包括定子2、轉(zhuǎn)子3和多個冷卻風(fēng)扇4。在它們的啟用狀態(tài)中，冷卻風(fēng)扇4使空氣流F穿過所述轉(zhuǎn)子3與所述定子2之間的轉(zhuǎn)子定子間隙5以及穿過所述定子2的軸向相鄰部段7之間的定子間隙6。另外，圖1示出了軸承9、殼體8和發(fā)電機組件11的軸線X。
[0028]相對于所示軸向縱截面，與所述發(fā)電機組件I的徑向方向(垂直于軸線X)相比，數(shù)個定子間隙5是傾斜的。此外，發(fā)電機組件11的所述徑向方向與定子間隙6之間的傾斜度在軸向方向上不同。
[0029]具體地，在本示例中，發(fā)電機組件11的中心區(qū)域中的所述徑向方向與定子間隙6之間的角度α I小于發(fā)電機組件11的軸向端部區(qū)域A中的所述徑向方向與定子間隙6之間的角度α2。更具體地，發(fā)電