[发明专利]冷却装置

说明书

本发明描述了一种用于发电机（2）的冷却装置（1），其包括固定的电枢（20），所述电枢（20）具有由电枢前板（20F）、电枢后板（20B）和主轴（24）界定的内腔（21），所述冷却装置（1）包括：分隔件（10），其布置成将所述内腔（21）分成与所述电枢（20）相邻的外部环形区域（21_outer）和围绕所述主轴（24）的内部环形区域（21_outer），并且其中，所述分隔件（10）包括若干个热交换器单元（11）；以及风扇组件（12），其布置在所述内腔（21）中，以促使热空气（AF_hot）从所述外部环形区域（21_outer）通过所述分隔件（10）的所述热交换器单元（11）进入到所述内部环形区域（21_outer）中，并且从所述内腔（21）的所述内部环形区域（21_outer）排出冷却的空气（AF_cool）。本发明还包括：风力涡轮机（3），其包括这样的冷却装置（1）用于冷却发电机（2）；以及冷却发电机（2）的方法。

技术领域

本发明描述了用于发电机的冷却装置；风力涡轮机；以及冷却发电机的方法。

背景技术

发电机可包括固定的电枢和旋转的场，或反之亦然。电枢可被布置在该场内，或反之亦然。在例如永磁同步发电机之类的发电机中，承载磁体的场通常是转子，而承载绕组的电枢通常是定子。包括这样的发电机的风力涡轮机可被实现为直驱式风力涡轮机，对于该直驱式风力涡轮机，旋转轮毂被直接安装到外部的转子。通常为三个的多个转子叶片被安装到轮毂，使得外部的转子和轮毂以相同的速度旋转。

在发电机的操作期间，由于在绕组中感生的高电流，绕组将变得非常热。对于为高功率输出的风力涡轮机开发和安装的类型的非常大的发电机，增加的发电机容量导致更大的热损失，并且需要从发电机移除随之产生的热。发电机的低效冷却可对其效率具有严重影响，并且还可导致对磁体的热损伤。

当发电机被安装在例如直驱式风力涡轮机之类的风力涡轮机中时，它通常围绕固定的主轴安装，该主轴从轮毂延伸到罩盖或机舱中，并且可用于将发电机和轮毂安装在塔架的顶部上。特别是在直驱式发电机的情况下，电枢的直径非常大，并且在电枢和主轴之间通常存在大的腔或内部空间。在冷却大型发电机的已知方法中，电枢被设计成允许冷却气流越过热的绕组并通过电枢体中的径向通道进入到电枢腔中。热空气由安装在电枢腔内的若干个冷却单元来冷却。每个单独的冷却单元包括风扇、具有冷却矩阵（cooling matrix）的热交换器（或“冷却器”）以及两个歧管。第一歧管将风扇连接到热交换器，并且第二歧管将风扇连接到电枢的端板。在操作期间，风扇将空气抽吸通过热交换器的矩阵（该矩阵可以是薄金属翅片的密集布置结构，该薄金属翅片当空气越过它们时吸收热）。第一歧管被装配在热交换器和风扇之间，使得风扇可将空气抽取或吸取通过冷却矩阵。第二歧管通常被装配在风扇出口和电枢端板之间，使得冷却的空气可离开电枢，并且随后，其回到气隙中，以再次越过热的绕组。为了冷却较大尺寸的发电机，该方法通常是简单地在电枢腔中安装更多数量的这种冷却单元。

然而，这种方法的缺点是：需要相对大量的风扇马达；流体冷却剂从热交换器泄漏的可能性较高；冷却单元所需的歧管数量；以及在风扇故障的情况下性能的显著下降。当风扇由于某种原因而停止运转时，它所连接到的冷却器也实际上不能起作用，这是因为空气不再被抽吸通过冷却矩阵。这样的装置的冷却能力被量化为乘积n·U·A，其中n是（相同的）冷却单元的数量，U是冷却单元的传热系数，并且A是冷却单元的热交换器面积。显然，一个或多个风扇的故障将显著地降低冷却能力。