專利名稱：用于發(fā)電機(jī)定子的磁帽元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)電機(jī)的定子系統(tǒng)，特別是用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的定子系統(tǒng)。而且，本發(fā)明涉及用于制造發(fā)電機(jī)特別是風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的定子系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
在風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)中，在將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能時(shí)，產(chǎn)生熱量。例如因焦耳損失而在形成定子繞組的銅導(dǎo)線中產(chǎn)生熱量。產(chǎn)生的熱量必須被帶走以免產(chǎn)生熱斑和絕熱磨損。一般通過(guò)將空氣吹進(jìn)定子內(nèi)部來(lái)冷卻定子外殼和所附繞組。在定子外殼的軸向端部部分，這些繞組突出出來(lái)并形成半環(huán)。這些繞組的突出的半環(huán)形成定子繞組的端部繞組。 通過(guò)將空氣吹過(guò)(例如，轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙中的)繞組或者吹過(guò)定子外殼的徑向延伸導(dǎo)管而冷卻定子繞組。將冷卻管或中空銅絞線附接到定子外殼來(lái)提供液體冷卻也是已知的。因此，附接到定子外殼的繞組的導(dǎo)線部分被冷卻，但突出的端部繞組僅僅在較低效率的情況下被冷卻，使得熱斑可能在端部繞組處出現(xiàn)，并且可能導(dǎo)致定子繞組損壞。冷卻管被附接到沿著定子外殼的凹槽中。電磁通量可能被凹槽和所附接的冷卻管中斷或者受到消極影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供對(duì)定子系統(tǒng)的合適冷卻。該目的由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的用于發(fā)電機(jī)(特別是風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī))的定子系統(tǒng)以及用于制造發(fā)電機(jī)(特別是風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī))的定子系統(tǒng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種發(fā)電機(jī)(特別是風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī))的定子系統(tǒng)。該定子系統(tǒng)包括具有凹槽的外殼元件和帽元件。該帽元件適用于封閉該凹槽，使得用于引導(dǎo)該凹槽內(nèi)的冷卻流體的通道被形成。該帽元件包括磁性材料。根據(jù)進(jìn)一步的示范性實(shí)施例，提出了一種制造發(fā)電機(jī)(特別是風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī))的定子系統(tǒng)的方法。根據(jù)該方法，在定子系統(tǒng)的外殼元件中形成凹槽。帽元件被安裝到用于封閉該凹槽的外殼元件，使得用于引導(dǎo)該凹槽內(nèi)的冷卻流體的通道被形成。一種帽元件，包括磁性材料。該外殼元件形成發(fā)電機(jī)的定子的單獨(dú)部分或整個(gè)外殼。如果該外殼元件僅僅是定子外殼的一部分，則多個(gè)外殼元件可以彼此附接以便形成定子外殼，即定子堆疊。該定子的這些外殼元件圍繞發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的軸延伸。因此，這些外殼元件可以包括相對(duì)于該軸沿圓周方向的圓形或弧形延伸部。而且，這些外殼元件包括縱向方向，其中該縱向方向基本上平行于該軸的軸向方向。該外殼元件可以包括多個(gè)沿該軸向方向固定在一起的薄板，使得定子疊片被形成。該定子疊片形成該外殼元件。該外殼元件包括內(nèi)表面和外表面，其中該內(nèi)表面比該外表面在徑向方向上更接近該軸。
3
定子的繞組通常附接到外殼元件的內(nèi)表面或外表面。例如，這些繞組可以附接到形成在內(nèi)表面或外表面且大致沿軸的軸向方向延伸的狹槽。該凹槽可以沿該外殼元件的內(nèi)表面或外表面形成。該槽可以沿圍繞該軸的圓周方向或者沿該外殼元件的縱向方向(即沿相對(duì)于該軸的軸向方向)形成。帽元件可安裝到該外殼元件，用以封閉該凹槽。該帽元件的材料可以包括永磁特性或鐵磁特性。該帽元件可以以這種方式安裝到該凹槽，即該凹槽是不漏液體的，使得冷卻流體的泄漏被阻止。因此，可以不需要另外的冷卻管。另外或作為替代，該凹槽以冷卻管可插入到該凹槽中的方式被形成。由于設(shè)置了包括磁性材料的帽元件，沿該定子內(nèi)表面或外表面的電磁通量不受或很少受冷卻流體凹槽的影響。該電磁通量可以從外殼元件沿該磁帽元件流動(dòng)并且不會(huì)被形成在該外殼元件中的凹槽中斷。因此，獲得了合適的電磁通量，而這導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的效率提高。根據(jù)進(jìn)一步的示范性實(shí)施例，該定子系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于該帽元件與該凹槽的內(nèi)部體積之間的絕熱層。該絕熱層可以包括例如橡膠密封或氈墊層。該絕熱層具有可以實(shí)現(xiàn)改善該帽元件與該冷卻流體之間熱接觸的技術(shù)效果。特別地，可以減少通過(guò)該凹槽的開口的冷卻液體的熱損。而且，該凹槽可以被隔離，使得冷卻流體的泄漏被阻止。根據(jù)進(jìn)一步的示范性實(shí)施例，該定子系統(tǒng)進(jìn)一步包括樹脂層。該樹脂層覆蓋該外殼元件和帽元件。通過(guò)在該帽元件中涂敷用于覆蓋該外殼元件的樹脂層，可以形成沒(méi)有突出的均勻表面。根據(jù)進(jìn)一步的示范性實(shí)施例，該外殼元件包括第一三維輪廓，而該帽元件包括第二三維輪廓。第二三維輪廓以這樣的方式與第一三維輪廓的互補(bǔ)，即使得該帽元件可滑動(dòng)地連接到第一三維輪廓，用以將該帽元件安裝到該外殼元件。特別地，根據(jù)進(jìn)一步的示范性實(shí)施例，該外殼單元的第一三維輪廓包括導(dǎo)向槽口， 其中該帽元件的第二三維輪廓包括邊緣部分，其中該導(dǎo)向槽口以這樣的方式形成，即該帽元件的邊緣部分(例如具有突出)可滑動(dòng)地插入到導(dǎo)向槽口中，用以將該帽元件安裝到該外殼元件。為了提供更堅(jiān)固的連接，帽元件的邊緣部分包括楔形剖面(例如，V形突出)，并且導(dǎo)向槽口包括(互補(bǔ)的)V形剖面(凹部)，其中V形剖面與根據(jù)示范性實(shí)施例的帽元件的邊緣部分的楔形剖面相符。在另一示范性實(shí)施例中，該V形剖面(凹部)可以形成在該帽元件中，并且邊緣部分，其可以是突出或?qū)к?，可以形成在該凹槽的?cè)壁中。因此，通過(guò)使得帽元件可滑動(dòng)插入到該外殼元件中的上述連接，可以實(shí)現(xiàn)定子系統(tǒng)的合適制造方法。該帽元件可以簡(jiǎn)單滑到外殼元件的凹槽部分，以便實(shí)現(xiàn)容易且快速地安裝該帽元件。而且，通過(guò)碾磨第一三維輪廓得到外殼元件的凹槽，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有定子外殼元件的改裝，使得對(duì)帽元件的改裝是可能的。根據(jù)進(jìn)一步的示范性實(shí)施例，該凹槽呈矩形。該凹槽包括開口側(cè)和外殼元件內(nèi)的三個(gè)或更多與冷卻流體相接觸的平坦表面，使得可以實(shí)現(xiàn)改善冷卻元件與外殼元件中的熱量之間的傳熱。在進(jìn)一步的示范性實(shí)施例中，該凹槽包括剖面(輪廓)，該剖面(輪廓)適配于可插入冷卻管的剖面。特別地，該冷卻管可以具有矩形形狀或圓形形狀(即橫截面)。因此，如果該凹槽的剖面適配于冷卻管的剖面，該冷卻管與外殼元件之間的接觸面積被增大，使得可以實(shí)現(xiàn)改善冷卻流體與外殼元件之間的傳熱。根據(jù)該方法的進(jìn)一步的實(shí)施例，絕熱層(例如，包括氈墊材料)被插在該帽元件與該凹槽的內(nèi)部體積之間。根據(jù)進(jìn)一步的示范性實(shí)施例，通過(guò)樹脂浸漬工藝浸漬該外殼元件和該帽元件。通過(guò)應(yīng)用樹脂浸漬工藝，將包括例如帽元件、外殼元件和/或絕熱層的定子系統(tǒng)浸入樹脂浴中，使得例如在固化之后可以制造均勻的組件。特別地，該絕熱層可以由氈墊形成。當(dāng)應(yīng)用樹脂浸漬工藝時(shí)，氈墊浸泡在一些樹脂中并膨脹。因此，氈墊可以充當(dāng)彈簧，其將該帽元件擠壓向外殼元件。另外或者作為替代，用樹脂浸泡的氈墊元件充當(dāng)彈簧并且擠壓該帽元件離開凹槽內(nèi)的冷卻管，使得該帽元件的第二三維輪廓被擠壓向第一三維輪廓。因此，充當(dāng)彈簧的氈墊增強(qiáng)了該帽元件與該外殼元件之間的連接，并且還將該冷卻管緊緊壓進(jìn)凹槽，使得還實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷卻管的固定。必須注意的是，已經(jīng)對(duì)于不同的主題描述了本發(fā)明的實(shí)施例。特別地，對(duì)于裝置類型權(quán)利要求，已經(jīng)描述了一些實(shí)施例，而對(duì)于方法類型權(quán)利要求描述了另一些實(shí)施例。然而，根據(jù)上文和后文的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，除非另行說(shuō)明，除了屬于同一類型主題的特征可任意結(jié)合外，與不同主題相關(guān)的特征之間也可任意結(jié)合，特別是裝置類型權(quán)利要求的特征與方法類型權(quán)利要求的特征之間可任意結(jié)合，應(yīng)認(rèn)為這些結(jié)合已被本申請(qǐng)公開。


以上限定的方面以及本發(fā)明的其他方面由于下文將要描述的實(shí)施例的例子而容易明白，并且參照實(shí)施例的例子被說(shuō)明。下面將參照實(shí)施例的例子更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的包括磁帽元件的外殼元件的三維視圖； 以及
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的包括帽元件的外殼元件的詳細(xì)視圖。
具體實(shí)施例方式附圖中的圖示是示意性的。注意，在不同附圖中，為類似或相同的元件提供了相同的附圖標(biāo)記。圖1示出發(fā)電機(jī)特別是涉及風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的定子系統(tǒng)100。定子系統(tǒng)100 包括外殼元件101，外殼元件101包括凹槽102。而且，定子系統(tǒng)100包括帽元件103，用于封閉凹槽102，使得用于引導(dǎo)凹槽102內(nèi)的冷卻流體的通道被形成。該帽元件103包括磁性材料。在圖1中，詳細(xì)示出了右外殼元件101，包括凹槽103和狹槽104。以簡(jiǎn)化方式示出了左外殼元件101，雖然左外殼元件101也可以包括右外殼元件101的特征。定子系統(tǒng) 100的繞組可被插入和附接到狹槽104。為了冷卻狹槽104和插入的定子繞組，凹槽103被形成為靠近狹槽104。
如圖1所示，外殼元件101包括相對(duì)于發(fā)電機(jī)的軸105的徑向方向的內(nèi)表面和外表面。在圖1的示范性實(shí)施例中，凹槽103被形成到內(nèi)表面并且狹槽104被形成到外殼元件101的外表面。狹槽104和凹槽103沿外殼元件101的縱向方向，其中該縱向方向基本上平行于軸105的軸向方向。如圖1所示，凹槽102被附接到外殼元件101的內(nèi)表面的帽元件103封閉。圖2示出定子系統(tǒng)100的更詳細(xì)的視圖。凹槽102被形成到外殼元件101。冷卻流體可以在凹槽102內(nèi)流動(dòng)。特別地，冷卻管201可以附接到冷卻流體流過(guò)的凹槽102。凹槽102可以包括適配(符合)于冷卻管201的剖面(橫截面)的剖面，以便在外殼元件101與冷卻管之間形成較大的接觸區(qū)域，這使得更好的熱對(duì)流(即熱交換)成為可能。為了改善冷卻管201與外殼元件101之間的熱連接，可以將樹脂202噴射在冷卻管201周圍。另外，在帽元件103與冷卻管201之間或者在帽元件103與凹槽102的內(nèi)部體積之間，可以插入諸如(例如由天然纖維或塑料制成的)氈墊的絕熱層203。因此，可以用絕熱層203生成防水凹槽102。而且，如果絕熱層203包括氈墊，該氈墊可以用通過(guò)樹脂浸漬工藝注入的樹脂進(jìn)行浸泡，使得絕熱層203的氈墊增大其尺寸，并且將冷卻管201擠壓進(jìn)外殼元件101，并且可以實(shí)現(xiàn)該冷卻管更好地固定到凹槽102的并且實(shí)現(xiàn)更好的傳熱。另外，如果絕熱層203的氈墊通過(guò)浸泡樹脂而增大其尺寸，則帽元件103被壓成第一三維輪廓，使得帽元件103到外殼元件101的固定也可被改善。外殼元件101的第一三維輪廓205例如可以形成諸如V形槽口的導(dǎo)向槽口。帽元件103可以包括第二三維輪廓206，其可以特別在帽元件103的邊緣部分形成與外殼元件 101的導(dǎo)向槽口相配合楔形剖面。因此，可以生成帽元件103與外殼元件101之間的可滑動(dòng)連接，以便帽元件103可以容易地安裝到外殼元件101。為了固定帽元件103以防止相對(duì)外殼元件101進(jìn)一步滑動(dòng)，絕熱層203的浸泡過(guò)樹脂的氈墊，其例如充當(dāng)彈簧，可以插在帽元件103與該外殼元件和/或冷卻管201之間。作為拋光層，樹脂層204可以覆蓋外殼元件101和帽元件103，以便實(shí)現(xiàn)均勻的表面。應(yīng)該注意的是，術(shù)語(yǔ)“包括”并不排除其它元件或步驟，并且標(biāo)示不定冠詞的“一” 并不排除多個(gè)。此外，可以結(jié)合那些參考不同實(shí)施例描述的元件。應(yīng)該注意，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.用于發(fā)電機(jī)的定子系統(tǒng)(100)，特別是用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的定子系統(tǒng) (100)，所述定子系統(tǒng)(100)包括外殼元件(101)，所述外殼元件(101)包括凹槽(102)，和帽元件(103)，用于封閉所述凹槽(102)，使得用于引導(dǎo)所述凹槽(102)內(nèi)的冷卻流體的通道被形成，其中所述帽元件(103)包括磁性材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子系統(tǒng)(100)，進(jìn)一步包括絕熱層(203)，其位于所述帽元件(103)與所述凹槽(102)的內(nèi)部體積之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定子系統(tǒng)(100)，進(jìn)一步包括 樹脂層(204)，其中所述樹脂層(204)覆蓋所述外殼元件(101)和所述帽元件(103)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的定子系統(tǒng)(100)， 其中所述外殼元件(101)包括第一三維輪廓，其中所述帽元件(103)包括第二三維輪廓，其中第二三維輪廓以這樣的方式與第一三維輪廓互補(bǔ)，即使得所述帽元件(103)可滑動(dòng)地連接到所述第一三維輪廓，以便將所述帽元件(103)固定到所述外殼元件(101)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定子系統(tǒng)(100)，其中所述外殼元件(101)的第一三維輪廓包括導(dǎo)向槽口， 其中所述帽元件(103)的第二三維輪廓包括邊緣部分，其中所述導(dǎo)向槽口以這樣的方式形成，即所述帽元件(103)的邊緣部分可滑動(dòng)地插入所述導(dǎo)向槽口，以便將所述帽元件(103)固定到所述外殼元件(101)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的定子系統(tǒng)(100)，其中所述帽元件(103)的邊緣部分包括楔形剖面， 其中所述導(dǎo)向槽口包括V形剖面，并且其中所述V形剖面與所述帽元件(103)的邊緣部分的楔形剖面相符。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的定子系統(tǒng)(100)， 其中所述槽(102)呈矩形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的定子系統(tǒng)(100)，其中所述槽(102)包括剖面，其適配于可插入凹槽(102)的冷卻管(201)的剖面。
9.用于制造發(fā)電機(jī)特別是風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的定子系統(tǒng)(100)的方法，所述方法包括在定子系統(tǒng)(100)的外殼元件(101)中形成凹槽(102)，以及將帽元件(103)安裝到外殼元件(101)，用以封閉凹槽(102)，使得用于引導(dǎo)凹槽(102) 內(nèi)的冷卻流體的通道被形成，其中所述帽元件(103)包括磁性材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，在所述帽元件(103)與所述凹槽(102)的內(nèi)部體積之間插入絕熱層(203)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，采用樹脂浸漬工藝浸漬所述帽元件(101)和所述帽元件(103)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于發(fā)電機(jī)定子的磁帽元件。具體地，提供了用于發(fā)電機(jī)特別是風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的定子系統(tǒng)(100)。該定子系統(tǒng)(100)包括外殼元件(101)，所述外殼元件(101)包括凹槽(102)；和用于封閉凹槽(102)的帽元件(103)，使得用于引導(dǎo)凹槽(102)內(nèi)的冷卻流體的通道被形成。帽元件(103)包括磁性材料。
文檔編號(hào)H02K1/20GK102468697SQ20111034507
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者斯蒂斯達(dá)爾 H., 勒比納雷 J. 申請(qǐng)人:西門子公司