CN114640212A - 用于风力涡轮发电机的旋转冷却*** - Google Patents

用于风力涡轮发电机的旋转冷却*** Download PDF

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L·M·奥苏斯基
A·T·克罗斯
D·A·托里
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Abstract

本发明涉及用于风力涡轮发电机的旋转冷却***。具体而言，可在风力涡轮中使用的发电机具有承载第一绕组构造的第一静止构件和承载第二绕组构造的第二旋转构件。第二旋转构件包括本体部分和围绕本体部分间隔开并从本体部分径向地延伸的多个齿。第二绕组构造布置在限定在相邻齿之间的槽中。壳体围绕本体部分布置并与本体部分一起旋转。热交换回路布置在第二旋转构件上，并包括限定在齿中的冷却剂通道；泵；以及布置在壳体上以便与壳体一起旋转的热交换器，热交换器横向于壳体的旋转方向。

Description

用于风力涡轮发电机的旋转冷却***
技术领域
本发明总体上涉及风力涡轮发电机，并且更具体地涉及一种用于冷却旋转发电机构件的绕组的***。
背景技术
风力涡轮作为环境安全且相对廉价的替代能源已经受到增加的关注。随着这种增长的关注，已经投入了相当大的努力来开发可靠且高效的风力涡轮。
大体上，风力涡轮包括经由转子毂联接到涡轮的主轴的多个叶片。转子毂定位于管状塔架或基部的顶部上。公用级风力涡轮（即，设计为向公用电网提供电力的风力涡轮）可具有大转子（例如，直径为100或更多米）。转子叶片将风能转化为旋转转矩或力，其驱动旋转地联接到转子的发电机。
正在探索超导发电机用于在风力涡轮设施中（特别是在离岸设施中）使用。这些发电机使用超导场绕组，以及电枢线圈、冷却***和设置在电枢中的棒之间的非磁性齿的组件。在特定设计中，超导发电机包括电枢组件，与常规发电机构造不同，该电枢组件在超导场组件内旋转，该超导场组件包括低温恒温器，其中超导场线圈在低温恒温器内部。
本行业中公认需要为旋转电枢组件提供可靠且有效的冷却。例如，美国专利第7928616号描述了一种具有场组件的超导发电机，该场组件包括构造成产生耦合到电枢组件的电磁场的超导场绕组，其中电枢组件相对于静止场组件旋转。电枢组件是叠层构造，并且包括磁性本体部分和从磁性本体部分延伸的磁性齿部分。由磁性本体部分和相邻的齿部分限定槽，并且电枢棒接合在槽中。冷却腔部分地由齿部分限定并且与齿部分的前表面和后表面连通以冷却电枢棒，其中冷却腔可操作成接收空气或液体冷却剂以冷却电枢组件。管部件可接合在可操作成承载液体冷却剂的冷却腔中。
旋转电枢组件的液体冷却远比空气冷却更有效和高效。然而，冷却大旋转构件（如超导发电机中的电枢组件）的能力大体上需要在静止冷却设备和旋转电枢组件之间使用密封件。这种密封件复杂、大体上不可靠且易于泄漏/失效，并且显著增加了发电机的保养和维护成本。
因此，本行业将受益于可靠、成本效益合算并且不依赖于其旋转构件和静止构件之间的密封件的用于发电机的旋转构件的液体冷却***。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或可从描述清楚，或可通过实施本发明而学习。
一方面，本公开涉及一种发电机，尽管不限于这种用途，但此发电机特别适合在风力涡轮设施（离岸或陆上风力涡轮设施）中使用。发电机包括承载第一电磁构件构造（如绕组或磁体构造）的第一静止构件和承载第二电磁构件构造（如绕组或磁体构造）的第二旋转构件，其中第二旋转构件布置成围绕第一静止构件旋转。应当认识到，旋转构件也可设置在静止构件内而不限制本文的公开。第二旋转构件可构造有场绕组构造或电枢绕组构造，并且包括本体部分和围绕本体部分间隔开并从本体部分径向地延伸的多个齿，本体部分和齿在相对端面之间纵向地延伸。槽限定在相邻齿之间，其中第二电磁构件构造布置在槽中（例如，呈线圈或棒的形式）。壳体围绕本体部分布置并可与本体部分一起旋转。热交换回路布置在第二旋转构件上，并且包括在齿的相对端面之间纵向地限定在齿中的一个或多个冷却剂通道。一个或多个泵由第二旋转构件承载，例如在静止构件外侧布置在壳体下方以便与壳体一起旋转。热交换器布置在壳体上，以便可与壳体一起旋转，热交换器布置成横向于壳体的旋转方向跨越壳体，使得壳体的旋转迫使空气流过热交换器。热交换器位置可成角度，以便优化通过热交换器的空气流量。提供液体冷却剂，并且热交换器、泵和冷却剂通道处于闭环构造，使得液体冷却剂被泵送通过热交换器和冷却剂通道以冷却第二绕组构造。
在特定实施例中，发电机是超导发电机，并且第一静止构件包括超导场绕组构造，并且第二旋转构件包括具有第二电磁构件构造的电枢组件，第二电磁构件构造具有布置在槽中的线圈或棒。
在某个实施例中，热交换器可枢转地布置在壳体上，并且在从壳体径向地向外延伸的功能位置与抵靠壳体向下折叠的收起位置之间枢转。
热交换回路可具有各种构造。例如，回路可包括与限定在齿中的冷却剂通道流体连通的入口歧管和出口歧管。液体冷却剂从入口歧管被泵送，通过冷却剂通道，并进入出口歧管。入口歧管和出口歧管可各自布置在本体的相对端面中的一个处。备选地，入口歧管和出口歧管布置在本体的端面中的共同端面处，使得冷却剂流在相对端面处反转以返回到出口歧管（例如，冷却剂在各个齿中进行至少两个行程）。
热交换回路可包括设置通过冷却剂通道以引导液体冷却剂通过其中的导热管（例如，不锈钢管），该管连接到入口歧管和出口歧管。在该实施例中，入口歧管和出口歧管可布置在本体的端面中的共同端面处，其中管设置在齿中的冷却剂通道中的第一冷却剂通道中，在本体的相对端面处反转方向，并行进通过相同齿中的冷却剂通道中的第二冷却剂通道。
热交换回路可包括多个泵和多个热交换器，热交换器中的各个可枢转地布置在壳体上并且在从壳体径向地向外延伸的功能位置与抵靠壳体向下折叠的收起位置之间枢转。热交换器的面可仅面向切线方向，或同时面向切线方向和轴向方向。
泵和热交换器可不同地构造在热交换回路中。例如，热交换回路可具有与所有冷却剂通道成并联构造的所有热交换器和泵。在这种布置中，如果需要，泵中的单个泵和热交换器中的一个可服务所有冷却剂通道。
在备选实施例中，热交换回路分成多个子回路，其中子回路中的各个与冷却剂通道的子集构造成闭环，并且具有热交换器中的至少一个和泵中的至少一个。各个子回路可包括构造在本体的端面中的一个处的入口歧管和构造在本体的相对端面处的出口歧管，其中液体冷却剂从入口歧管被泵送，通过分配给子回路的冷却剂通道，并进入出口歧管。
本发明还包括使用超导发电机发电并向电网供电的风力涡轮（陆上或离岸设施）。超导发电机包括具有超导场绕组构造的静止场组件，以及旋转电枢组件，该旋转电枢组件围绕场组件旋转，并且包括本体部分和围绕本体部分间隔开并从本体部分径向地延伸的多个齿，本体部分和齿在相对端面之间纵向地延伸，并在齿之间限定槽。呈线圈或棒的形式的电枢绕组构造布置在槽中。壳体围绕本体部分布置并可与本体部分一起旋转。热交换回路布置在旋转电枢组件上，并且包括泵和至少一个冷却剂通道，该至少一个冷却剂通道在齿的相对端面之间纵向地限定在齿中的各个中。热交换器布置在壳体上，并且可与壳体一起旋转，热交换器布置成部分地或完全地垂直于壳体的旋转方向跨越壳体，使得电枢组件的旋转迫使空气流过热交换器。提供液体冷却剂，其中热交换器、泵和冷却剂通道处于闭环构造，使得液体冷却剂被泵送通过热交换器和冷却剂通道以冷却电枢绕组。
风力涡轮的各种实施例可包括上述发电机的任何实施例。
技术方案1. 一种发电机，包括：
承载第一电磁构件构造的第一静止构件；
承载第二电磁构件构造的第二旋转构件，所述第二旋转构件布置成相对于所述第一静止构件旋转；
所述第二旋转构件包括：
本体部分；
围绕所述本体部分间隔开并从所述本体部分径向地延伸的多个齿，所述本体部分和所述齿在相对端面之间纵向地延伸；
限定在所述齿的相邻齿之间的槽，所述第二电磁构件构造布置在所述槽中；
围绕所述本体部分布置并可与所述本体部分一起旋转的壳体；
布置在所述第二旋转构件上的热交换回路，其包括：
冷却剂通道，其纵向地限定在所述齿中并在所述齿的相对端面之间延伸；
由所述第二旋转构件承载的泵；
热交换器，其布置在所述壳体上，以便可与所述壳体一起旋转，所述热交换器布置成横向于所述壳体的旋转方向跨越壳体，使得所述壳体的旋转迫使空气流过所述热交换器；
液体冷却剂；以及
其中所述热交换器、所述泵和所述冷却剂通道处于闭环构造，使得所述液体冷却剂被泵送通过所述热交换器和所述冷却剂通道以冷却所述第二绕组构造。
技术方案2. 根据技术方案1所述的发电机，其中，所述发电机是超导发电机，所述第一静止构件包括超导场绕组构造，并且所述第二旋转构件包括具有所述第二电磁构件构造的电枢组件，所述第二电磁构件构造包括布置在所述槽中的线圈或棒。
技术方案3. 根据技术方案1所述的发电机，其中，所述热交换器可枢转地布置在所述壳体上，并且在从所述壳体径向地向外延伸的功能位置与抵靠所述壳体向下折叠的收起位置之间枢转。
技术方案4. 根据技术方案1所述的发电机，其中，所述热交换回路包括构造的入口歧管和出口歧管，其中所述液体冷却剂从所述入口歧管被泵送，通过所述冷却剂通道，并进入所述出口歧管。
技术方案5. 根据技术方案4所述的发电机，其中，所述热交换回路包括设置通过所述冷却剂通道以引导所述液体冷却剂通过其中的管，所述管连接到所述入口歧管和所述出口歧管。
技术方案6. 根据技术方案5所述的发电机，其中，所述入口歧管和所述出口歧管各自布置在所述本体的相对端面中的一个处。
技术方案7. 根据技术方案5所述的发电机，其中，所述入口歧管和所述出口歧管布置在所述本体的相对端面中的共同端面处，所述管设置在所述齿中的冷却剂通道中的第一冷却剂通道中，在所述本体的相对端面处反转方向，并行进通过相同齿中的冷却剂通道中的第二冷却剂通道。
技术方案8. 根据技术方案1所述的发电机，其中，所述热交换回路包括多个泵和多个热交换器，所述热交换器中的各个可枢转地布置在所述壳体上并且在从所述壳体径向地向外延伸的功能位置与抵靠所述壳体向下折叠的收起位置之间枢转。
技术方案9. 根据技术方案8所述的发电机，其中，所述热交换回路包括与所有所述冷却剂通道成并联构造的所有所述热交换器和所述泵。
技术方案10. 根据技术方案8所述的发电机，其中，所述热交换回路包括多个子回路，所述子回路中的各个与所述冷却剂通道的子集构造成闭环，并且包括所述热交换器中的至少一个和所述泵中的至少一个。
技术方案11. 根据技术方案10所述的发电机，其中，所述子回路中的各个包括多个所述热交换器和多个所述泵。
技术方案12. 根据技术方案10所述的发电机，其中，所述子回路中的各个包括构造在所述本体的端面中的一个处的入口歧管和构造在所述本体的相对端面处的出口歧管，其中所述液体冷却剂从所述入口歧管被泵送，通过分配给所述子回路的所述冷却剂通道，并进入所述出口歧管。
技术方案13. 一种风力涡轮，包括：
超导发电机，其包括：
具有超导场绕组构造的静止场组件；
旋转电枢组件，其相对于所述场组件旋转，并且包括本体部分和围绕所述本体部分间隔开并从所述本体部分径向地延伸的多个齿，所述本体部分和所述齿在相对端面之间纵向地延伸，并在所述齿之间限定槽；以及
包括布置在所述槽中的线圈或棒的电枢绕组构造；
围绕所述本体部分布置并可与所述本体部分一起旋转的壳体；
布置在所述旋转电枢组件上的热交换回路，所述热交换回路包括：
在所述齿的相对端面之间纵向地限定在所述齿中的各个中的至少一个冷却剂通道；
由所述旋转电枢组件承载的泵；
热交换器，其布置在所述壳体上，以便可与所述壳体一起旋转，所述热交换器布置成横向于所述壳体的旋转方向跨越所述壳体，使得所述电枢组件的旋转迫使空气流过所述热交换器；
液体冷却剂；以及
其中所述热交换器、所述泵和所述冷却剂通道处于闭环构造，使得所述液体冷却剂被泵送通过所述热交换器和所述冷却剂通道以冷却所述电枢绕组。
技术方案14. 根据技术方案13所述的风力涡轮，其中，所述热交换回路包括构造的入口歧管和出口歧管，其中所述液体冷却剂从所述入口歧管被泵送，通过所述冷却剂通道，并进入所述出口歧管。
技术方案15. 根据技术方案14所述的风力涡轮，其中，所述热交换回路包括设置通过所述冷却剂通道以引导所述液体冷却剂通过其中的管，所述管连接到所述入口歧管和所述出口歧管。
技术方案16. 根据技术方案14所述的风力涡轮，其中，所述入口歧管和所述出口歧管布置在所述本体的相对端面中的共同端面处，所述管设置在所述齿中的冷却剂通道中的第一冷却剂通道中，在所述本体的相对端面处反转方向，并行进通过相同齿中的冷却剂通道中的第二冷却剂通道。
技术方案17. 根据技术方案13所述的风力涡轮，其中，所述热交换回路包括多个泵和多个热交换器，所述热交换器中的各个可枢转地布置在所述壳体上并且在从所述壳体径向地向外延伸的功能位置与抵靠所述壳体向下折叠的收起位置之间枢转。
技术方案18. 根据技术方案17所述的风力涡轮，其中，所述热交换回路包括多个子回路，所述子回路中的各个与所述冷却剂通道的子集构造成闭环，并且包括所述热交换器中的至少一个和所述泵中的至少一个。
技术方案19. 根据技术方案18所述的风力涡轮，其中，所述子回路中的各个包括入口歧管和出口歧管，其中所述液体冷却剂从所述入口歧管被泵送，通过分配给所述子回路的所述冷却剂通道，并进入所述出口歧管。
附图说明
包括针对本领域的普通技术人员的其最佳模式的本发明的完整且充分的公开在参考附图的说明书中阐述，在附图中：
图1是常规风力涡轮的视图；
图2是具有超导发电机的常规机舱构造的剖面透视图；
图3是根据本发明的方面的构造有冷却***的发电机的侧视图；
图4是冷却***的旋转构件的透视图，其中热交换器的实施例围绕旋转电枢的***安装；
图5是根据本发明的实施例的构造有冷却***的电枢组件的视图；
图6是根据本发明的另一个实施例的构造有冷却***的电枢组件的视图；
图7是根据本发明的实施例的旋转发电机构件上的冷却回路的布置的图解视图；
图8是根据本发明的另一个实施例的旋转发电机构件上的冷却回路的布置的图解视图；以及
图9是根据本发明的又一个不同实施例的旋转发电机构件上的冷却回路的布置的图解视图。
具体实施方式
现在将对本发明的实施例进行详细参考，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例通过阐释本发明而不限制本发明的方式提供。实际上，本领域的技术人员将清楚，可在本发明中制作出各种改型和变型，而不会脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。因此，意图本发明覆盖如归入所附权利要求书和其等同物的范围内的此类改型和变型。
参考附图，图1示出了风力涡轮10的透视图。如所提到的，本公开涉及一种发电机，尽管不限于这种用途，但此发电机特别适合在风力涡轮10中使用。尽管图1描绘了“陆上”（陆基）风力涡轮10设施，但应当认识到，本发明不限于陆上风力涡轮，并且同样适用于“离岸”（水基）风力涡轮设施。
尽管在附图中描绘并在本文中描述了超导发电机，但是应当理解，本发明不限于超导发电机，并且适用于具有需要冷却的旋转构件的任何发电机构造。例如，发电机可构造成使得电枢组件围绕静止场组件旋转，其中电枢组件结合根据本发明的冷却***。在备选的发电机构造中，场组件可围绕静止电枢组件旋转，其中场组件结合冷却***。在又一备选发电机构造中，旋转永磁场可能需要冷却以允许使用较廉价的永磁材料。
再次参考图1，风力涡轮10包括从支承表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16，以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和联接到毂20且从毂向外延伸的至少一个转子叶片22。例如，在所示实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个转子叶片22。各个转子叶片22可围绕毂20间隔开，以便于使转子18旋转来使动能能够从风转化为可用的机械能，并随后转化为电能。例如，毂20可以可旋转地联接到定位在机舱16内的发电机（未示出），以允许产生电能。
图2描绘了容纳在机舱16内并直接连接到转子毂20的超导发电机23。支承管40直接连接到毂20并支承电枢组件24（包括电枢绕组27和轭部或本体30）。因此，电枢组件24认作是具有呈绕组构造27（具有端匝28）的形式的旋转第一电磁构件构造的发电机23的旋转构件，其围绕具有第二电磁构件构造的静止场组件26（如超导场绕组组件26）旋转。
超导场绕组组件26包括超导线圈63，其可为形成为跑道形状的一组线。线圈63受约束以保持跑道形状。各个超导线圈63支承在壳71中的凹部/通路83中，并且由氦浴冷却到低温或由低温工程领域已知的一些其它方法冷却。壳71支承在固定到基管44的低温恒温器壳体56中。安装件47支承机舱16内的基管44。超导线圈63并排布置成围绕壳71延伸的环形阵列。例如，三十六（36）个线圈可形成场绕组的环形阵列，其用作发电机的定子场绕组。超导线圈63可各自由围绕跑道形式（其可包括用于氦的冷却导管）缠绕成螺旋的（NbTi或其它超导）线形成。超导场绕组组件包括超导线圈磁体68，其封闭在壳71中并通过冷却凹部/通路83接收致冷剂。
致冷剂再冷凝器60、64可容纳在机舱16中，只要再冷凝器中的致冷剂冷却液体至少部分地升高到超导场绕组上方以提供致冷剂到绕组的重力供给。备选地，再冷凝器60、64可安装在机舱的顶部上。
图3是以截面示出直接驱动超导发电机的示意性图解，该直接驱动超导发电机具有围绕静止超导场绕组组件26的环形旋转电枢组件24（“电枢24”）。电枢24基本上是围绕场绕组组件26旋转的外环形环构造（图4）。电枢24包括沿电枢24的长度纵向地布置并在电枢24的内部圆柱表面上的传导绕组27，例如线圈或棒。线圈或棒27可在其相对端处由传导端匝28连接到彼此。纵向线圈或棒27之间的端匝连接28取决于其数量和布置，以及将在电枢绕组27中产生的电相位。电枢绕组27的内部圆柱表面由窄空气间隙（例如约10至25毫米）与静止场绕组组件26的外表面分开。
因此，在根据本发明的广义上，电枢24可构成具有旋转电磁构件构造的发电机的旋转构件（例如，绕组27和端匝28），而静止场组件26可构成具有静止电磁构件构造的静止构件（超导线圈63和磁体68（图2））。
电枢24包括支承线圈/棒27的圆柱轭部或本体102（在本文中称为“本体”）。具体而言，如本领域公知的，线圈/棒27包含在槽110（图5）中，该槽110限定在从本体102径向地延伸的相邻齿106之间。本体102和齿106可为分层的叠层构造。本体30的外表面固定到与电枢24一起旋转的圆柱壳体32。壳体32装配到圆盘34，圆盘34支承壳体32和电枢24。盘34在其中心处具有圆形孔口，其安装到环形支架36，风力涡轮的毂20的环形基部38附接到环形支架36。支架36和基部38可由围绕支架和基部以圆形阵列布置的螺栓固定在一起。盘34可具有开口或孔35以用于重量减轻。
支架36安装在旋转圆柱支承管40的端部上。加强环37固定到支架36与支承管40之间的内角部。在支承管40的外部表面上，滑环组件41设有用于由发电机产生的AC电力的各个相的触点和接地连接。滑环41电联接到旋转电枢24的绕组27并与支承管40一起旋转。静止连接（例如碳刷（未示出））将电从滑环41和电枢24传导到导线，导线在沿塔架向下行进之前延伸到电子电力转换器和升压变压器，并联接到公用电网、工厂或其它电力负载。
一对环形轴承42朝向支承管40的相对端部布置，并且将支承管40可旋转地支承在静止基管44上，该静止基管44附接到由机舱的底板支承的安装件47。环形支架46可将安装件47附接到用于基管的支架45。螺栓将支架45、46固定在一起。
如果风变得过大并且叶片旋转太快，盘式制动器48抓住壳体32的端部上的环形唇缘50并且可用来减慢或停止叶片的旋转。薄且重量轻的角撑板52从圆盘34延伸到支承管40并用于加强盘34。
基管44支承场绕组支承盘54，静止场绕组组件26安装在该场绕组支承盘54上。盘可具有切口或孔55以减轻重量。盘54附接到容纳场绕组组件26的超导线圈63（图2）的低温恒温器壳体56的端部。壳体56及其冷却构件形成冷却场绕组的超导线圈的低温恒温器。
低温恒温器壳体56使超导线圈绝热，使得它们可冷却到接近绝对零度，例如，到10开尔文（K）并且优选地到4K。为了冷却绕组，低温恒温器壳体56包括绝热导管58以接收液氦（He）或其它类似的低温液体（称为致冷剂）。常规的两级再冷凝器60安装在机舱的上部区域中、机舱的顶部上或塔架的顶部上，以及场绕组上方，以使用重力供给来提供致冷剂，例如液He。第二再冷凝器64向低温恒温器壳体56的内热屏障提供第二冷却液体，例如液氮或氖。
大体上参考图3-5，热交换回路100布置在第二旋转构件（例如，电枢24）上并且包括一个或多个冷却剂通道112，该一个或多个冷却剂通道112在各个齿106的相对端面108之间纵向地限定在齿106中。因此，冷却剂通道112基本上沿电枢24中的棒27的长度延伸通过齿106。
如由图5中的流动箭头所示，冷却剂通道112引导液体冷却剂118通过其中。例如，冷却剂118可为水或水与乙二醇的混合物。本发明不限于任何特定类型或混合物的液体冷却剂。
参考图5，热交换回路100包括一个或多个泵114，其由电枢组件24承载以与其一起旋转。一个泵114可能就足够了，但是出于冗余目的可能期望并联构造的多个泵114。泵114可容纳在电枢的本体102/齿106的“下方”（径向向内），在本体的纵向端部中的一个处的空间中，该空间延伸超过场绕组组件26的纵向端部。泵114可位于允许与电枢24一起旋转而不干扰场绕组组件26的任何空间中。
一个或多个热交换器116布置在电枢24的壳体32上，以便可与壳体32和电枢24一起旋转。如图3和图4中所示，热交换器116布置成跨越壳体32，使得热交换器116的面横向于壳体32的旋转方向（例如，相对于旋转方向成非零角度，其可能是垂直的）。因此，电枢24和壳体32的旋转迫使空气流过热交换器116，空气流的流速是电枢24的旋转速度的函数。可使用各种类型的热交换器116。例如，热交换器116可为被动式液体对空气设计，其依赖于通过装置的气流来从通过管（其附接到热传递翅片）循环的液体冷却剂118去除热量。在主动设计中，可提供风扇以迫使附加的空气通过热交换器116（除了由电枢24的旋转产生的空气流之外）。
如图3和图5中所示，热交换回路100优选地是闭环***，其中热交换器116、泵114和冷却剂通道112与合适的导管132连接，使得液体冷却剂118在闭环中被泵送通过热交换器116和冷却剂通道112，以冷却电枢24中的绕组27、28。
热交换回路100可根据期望包括辅助构件。例如，图5和图6描绘了与热交换器116一起构造的溢流箱138和加热器140，在某些操作条件下可期望加热器140来加热冷却剂118（例如，在发电机23在冷环境下启动期间）。
具体参考图4，热交换器116可以可枢转地布置在壳体32上，以便从其中热交换器116从壳体32径向地向外延伸的功能位置120枢转至其中热交换器116抵靠壳体32向下折叠的收起位置122。可使用任何方式的机械枢转/铰链连接来将热交换器116安装到壳体32以实现该期望的功能。与热交换器116相关联的入口/出口导管132可断开，以便容易地将热交换器116枢转/折叠到收起位置122。通过将所有热交换器116枢转到收起位置，可提供更紧凑的电枢24以用于运输以及在风力涡轮现场安装，其中热交换器116在制造工厂处预先安装到壳体32。
热交换回路100可具有各种构造。例如，参考图3-6，回路100可包括与限定在齿106中的冷却剂通道112流体连通的入口歧管124和出口歧管126。如由图5中的流动箭头所示，液体冷却剂118在闭环***中被泵送进入入口歧管124，并然后进入单独冷却剂通道112，通过冷却剂通道112，进入出口歧管126，并通过热交换器116返回。入口歧管124和出口歧管126可由具有与相应冷却剂通道112的单独连接的任何合适的通道、管道等限定。如图4中所示，入口歧管124可设在电枢24的端面104上，并且出口歧管126可设在相对端面104处。图5中示意性地描绘了这种布置。
在图6中示意性地描绘的备选实施例中，入口歧管124和出口歧管126布置在本体102的端面104中的共同端面处。冷却剂118流经由例如通过单独的冷却剂通道112的管/导管136在相对端面处反转，以返回到出口歧管126（例如，冷却剂在各个齿中进行至少两个行程）。
冷却剂通道112可包括通过各个齿106的一个或多个通道。图5描绘了各种冷却剂通道112构造。在左侧齿106中，冷却剂通道112限定为“在齿中间”通过齿106的长度，这意味着冷却剂通道112不与棒27所位于的槽110直接流体连通。因此，热交换过程是通过齿106的材料进行的。
图5还描绘了导热管136可行进通过冷却剂通道112，其中该管136连接到入口歧管124和出口歧管126。管136可由任何合适的导热材料形成。期望地，这种材料在一定程度上也是电绝缘的，如不锈钢。
在图6中，导热管136行进通过各个齿中的第一冷却剂通道112，在齿106的相对端面108处反转方向，并且通过齿中的不同冷却剂通道112返回。
图5-6中的第三齿106（从左侧起）描绘了通向槽110的冷却剂通道112，其中至少一个这样的通道112分配给各个棒27。在该实施例中，液体冷却剂118可与棒27直接接触。备选地，导热管（如上所述）可设置在冷却剂通道112中的各个内，使得这些管与相应的棒27直接接触。
在图5-6中的最后两个齿106（从左侧起）中，单个冷却剂通道112限定在齿106的壁中，以便通向槽110。该单个冷却剂通道112具有一定长度以便与容纳在槽110中的两个棒27流体连通。导热管（如上所述）可设置在单个冷却剂通道112内，使得该管与棒27中的两者直接接触。
应当认识到，尽管在图中描绘了结合各个齿106的两个冷却剂通道112，但任何数量的通道（以及通道的形状）都是可行的，并且可在各个齿内限定多行程***106用于液体冷却剂118。合适的管/导管可设在齿106的端面108处，用于使通过多个冷却剂通道112的流反转。
如所提到的，热交换回路100可包括多个泵114和多个热交换器116，其中热交换器116中的各个可枢转地安装在壳体32上并且在从壳体32径向地向外延伸的功能位置120与抵靠壳体32向下折叠的收起位置122之间枢转。多个泵114和热交换器116可不同地构造在热交换回路100内。例如，图9描绘了一个实施例，其中所有热交换器116和泵114与所有冷却剂通道成并联构造。在这种布置中，如果需要，泵114中的单个泵和热交换器116中的单个热交换器可服务所有的冷却剂通道。
在图7中描绘的备选实施例中，热交换回路分成多个子回路130，其中各个子回路130具有至少一个热交换器116和至少一个泵114，它们与分配给子回路130的冷却剂通道112的子集142构造成闭环***。各个子回路130可包括其自己的入口歧管124和出口歧管126，其中液体冷却剂118从入口歧管124被泵送，通过分配给子回路130的冷却剂通道112，并进入出口歧管126。
在图8的实施例中，各个子回路130包括至少两个热交换器116和至少两个泵114以服务分配给子回路130的冷却剂通道112。
还提到的是，本发明还包括使用发电机（常规或超导）发电并向电网供电的风力涡轮10（陆上或离岸设施），其中该发电机根据上述的任何实施例。
本发明的其它方面由以下条款的主题提供：
条款1：一种发电机，包括：
承载第一绕组构造的第一静止构件；
承载第二绕组构造的第二旋转构件，第二旋转构件布置成围绕第一静止构件旋转；
第二旋转构件包括：
本体部分；
围绕本体部分间隔开并从本体部分径向地延伸的多个齿，本体部分和齿在相对端面之间纵向地延伸；
限定在齿中的相邻齿之间的槽，第二绕组构造布置在槽中；
围绕本体部分布置并可与本体部分一起旋转的壳体；
布置在第二旋转构件上的热交换回路，其包括：
冷却剂通道，其纵向地限定在齿中并在齿的相对端面之间延伸；
由第二旋转构件承载的泵；
热交换器，其布置在壳体上，以便可与壳体一起旋转，热交换器布置成横向于壳体的旋转方向跨越壳体，使得壳体的旋转迫使空气流过热交换器；
液体冷却剂；以及
其中热交换器、泵和冷却剂通道处于闭环构造，使得液体冷却剂被泵送通过热交换器和冷却剂通道以冷却第二绕组构造。
条款2：如条款1中的发电机，其中发电机是超导发电机，第一静止构件包括超导场绕组构造，并且第二旋转构件包括具有第二绕组构造的电枢组件，第二绕组构造包括布置在槽中的线圈或棒。
条款3：如条款1中的发电机，其中热交换器可枢转地布置在壳体上，并且在从壳体径向地向外延伸的功能位置与抵靠壳体向下折叠的收起位置之间枢转。
条款4：如条款1中的发电机，其中热交换回路包括构造的入口歧管和出口歧管，其中液体冷却剂从入口歧管被泵送，通过冷却剂通道，并进入出口歧管。
条款5：如条款4中的发电机，其中热交换回路包括设置通过冷却剂通道以引导液体冷却剂通过其中的管，该管连接到入口歧管和出口歧管。
条款6：如条款5中的发电机，其中入口歧管和出口歧管各自布置在本体的相对端面中的一个处。
条款7：如条款5中的发电机，其中入口歧管和出口歧管布置在本体的相对端面中的共同端面处，管设置在齿中的冷却剂通道中的第一冷却剂通道中，在本体的相对端面处反转方向，并行进通过相同齿中的冷却剂通道中的第二冷却剂通道。
条款8：如条款1中的发电机，其中热交换回路包括多个泵和多个热交换器，热交换器中的各个可枢转地布置在壳体上并且在从壳体径向地向外延伸的功能位置与抵靠壳体向下折叠的收起位置之间枢转。
条款9：如条款8中的发电机，其中热交换回路包括与所有冷却剂通道成并联构造的所有热交换器和泵。
条款10：如条款8中的发电机，其中热交换回路包括多个子回路，子回路中的各个与冷却剂通道的子集构造成闭环，并且包括热交换器中的至少一个和泵中的至少一个。
条款11：如条款10中的发电机，其中子回路中的各个包括多个热交换器和多个泵。
条款12：如条款10中的发电机，其中子回路中的各个包括构造在本体的端面中的一个处的入口歧管和构造在本体的相对端面处的出口歧管，其中液体冷却剂从入口歧管被泵送，通过分配给子回路的冷却剂通道，并进入出口歧管。
条款13：一种风力涡轮，包括：
超导发电机，其包括：
具有超导场绕组构造的静止场组件；
旋转电枢组件，其相对于场组件旋转，并且包括本体部分和围绕本体部分间隔开并从本体部分径向地延伸的多个齿，本体部分和齿在相对端面之间纵向地延伸，并在齿之间限定槽；以及
包括布置在槽中的线圈或棒的电枢绕组构造；
围绕本体部分布置并可与本体部分一起旋转的壳体；
布置在旋转电枢组件上的热交换回路，该热交换回路包括：
在齿的相对端面之间纵向地限定在齿中的各个中的至少一个冷却剂通道；
由旋转电枢组件承载的泵；
热交换器，其布置在壳体上，以便可与壳体一起旋转，热交换器布置成横向于壳体的旋转方向跨越壳体，使得电枢组件的旋转迫使空气流过热交换器；
液体冷却剂；以及
其中热交换器、泵和冷却剂通道处于闭环构造，使得液体冷却剂被泵送通过热交换器和冷却剂通道以冷却电枢绕组。
条款14：如条款13中的风力涡轮，其中热交换回路包括构造的入口歧管和出口歧管，其中液体冷却剂从入口歧管被泵送，通过冷却剂通道，并进入出口歧管。
条款15：如条款14中的风力涡轮，其中热交换回路包括设置通过冷却剂通道以引导液体冷却剂通过其中的管，该管连接到入口歧管和出口歧管。
条款16：如条款14中的风力涡轮，其中入口歧管和出口歧管布置在本体的相对端面中的共同端面处，管设置在齿中的冷却剂通道中的第一冷却剂通道中，在本体的相对端面处反转方向，并行进通过相同齿中的冷却剂通道中的第二冷却剂通道。
条款17：如条款13中的风力涡轮，其中热交换回路包括多个泵和多个热交换器，热交换器中的各个可枢转地布置在壳体上并且在从壳体径向地向外延伸的功能位置与抵靠壳体向下折叠的收起位置之间枢转。
条款18：如条款17中的风力涡轮，其中热交换回路包括多个子回路，子回路中的各个与冷却剂通道的子集构造成闭环，并且包括热交换器中的至少一个和泵中的至少一个。
条款19：如条款18中的风力涡轮，其中子回路中的各个包括入口歧管和出口歧管，其中液体冷却剂从入口歧管被泵送，通过分配给子回路的冷却剂通道，并进入出口歧管。
本书面描述使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或***，以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括并非不同于权利要求书的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的书面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其它示例意图在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种发电机，包括：
承载第一电磁构件构造的第一静止构件；
承载第二电磁构件构造的第二旋转构件，所述第二旋转构件布置成相对于所述第一静止构件旋转；
所述第二旋转构件包括：
本体部分；
围绕所述本体部分间隔开并从所述本体部分径向地延伸的多个齿，所述本体部分和所述齿在相对端面之间纵向地延伸；
限定在所述齿的相邻齿之间的槽，所述第二电磁构件构造布置在所述槽中；
围绕所述本体部分布置并可与所述本体部分一起旋转的壳体；
布置在所述第二旋转构件上的热交换回路，其包括：
冷却剂通道，其纵向地限定在所述齿中并在所述齿的相对端面之间延伸；
由所述第二旋转构件承载的泵；
热交换器，其布置在所述壳体上，以便可与所述壳体一起旋转，所述热交换器布置成横向于所述壳体的旋转方向跨越壳体，使得所述壳体的旋转迫使空气流过所述热交换器；
液体冷却剂；以及
其中所述热交换器、所述泵和所述冷却剂通道处于闭环构造，使得所述液体冷却剂被泵送通过所述热交换器和所述冷却剂通道以冷却所述第二绕组构造。
2.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述发电机是超导发电机，所述第一静止构件包括超导场绕组构造，并且所述第二旋转构件包括具有所述第二电磁构件构造的电枢组件，所述第二电磁构件构造包括布置在所述槽中的线圈或棒。
3.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述热交换器可枢转地布置在所述壳体上，并且在从所述壳体径向地向外延伸的功能位置与抵靠所述壳体向下折叠的收起位置之间枢转。
4.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述热交换回路包括构造的入口歧管和出口歧管，其中所述液体冷却剂从所述入口歧管被泵送，通过所述冷却剂通道，并进入所述出口歧管。
5.根据权利要求4所述的发电机，其中，所述热交换回路包括设置通过所述冷却剂通道以引导所述液体冷却剂通过其中的管，所述管连接到所述入口歧管和所述出口歧管。
6.根据权利要求5所述的发电机，其中，所述入口歧管和所述出口歧管各自布置在所述本体的相对端面中的一个处。
7.根据权利要求5所述的发电机，其中，所述入口歧管和所述出口歧管布置在所述本体的相对端面中的共同端面处，所述管设置在所述齿中的冷却剂通道中的第一冷却剂通道中，在所述本体的相对端面处反转方向，并行进通过相同齿中的冷却剂通道中的第二冷却剂通道。
8.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述热交换回路包括多个泵和多个热交换器，所述热交换器中的各个可枢转地布置在所述壳体上并且在从所述壳体径向地向外延伸的功能位置与抵靠所述壳体向下折叠的收起位置之间枢转。
9.根据权利要求8所述的发电机，其中，所述热交换回路包括与所有所述冷却剂通道成并联构造的所有所述热交换器和所述泵。
10.根据权利要求8所述的发电机，其中，所述热交换回路包括多个子回路，所述子回路中的各个与所述冷却剂通道的子集构造成闭环，并且包括所述热交换器中的至少一个和所述泵中的至少一个。
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