CN102246395B - 环形发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风能设备的环形发电机，其具有：定子，所述定子具有用于容纳定子绕组的环绕的定子环；电枢，所述电枢安装成可相对于定子围绕转动轴线转动，其中定子环具有用于通过气流冷却定子的冷却管道。此外，本发明还涉及一种风能设备的环形发电机，其具有：定子，所述定子具有用于容纳定子绕组的环绕的定子环；电枢，所述电枢安装成可相对于定子转动；与定子环连接的定子罩，所述定子罩用于提供具有过压或低压的压力腔，所述过压或低压用于提供穿过和/或沿着定子和/或电枢的气流，以冷却环形发电机，其中定子罩具有至少一个配有风扇的风扇口，并且风扇借助运动机构可移动地安装，以便为了维护目的和/或为了使人员通过而临时打开风扇口。

Description

环形发电机

技术领域

本发明涉及一种风能设备的环形发电机。此外，本发明涉及一种用于控制风能设备的方法，并且本发明涉及一种风能设备。

背景技术

风能设备借助于电动发电机将从风中获得的机械功转化为电能。在此，环形发电机是一种缓慢转动的发电机，所述发电机无需在发电机的电枢和机械转子之间的传动装置，所述机械转子具有转子叶片。为了所述目的，所述环形发电机具有多个极。数量能够在20直到84个极的数量级中，并且还能更多。在此，所述环形发电机具有与它的轴向延伸相比相对大的直径。具有7兆瓦或者以上的额定功率的现代的风能设备的环形发电机例如具有在空气隙上的大致10米的直径，相反地，所述空气隙沿轴向的延伸在1米的范围内。在此，所述空气隙是已知的在电动发电机的定子和电枢之间的间隙。所述电枢和／或所述定子在这种情况下基本上具有环形的形状，这是可以命名为环形发电机的原因。

由于风能设备的环形发电机的电枢的缓慢的转动速度，——作为额定转速，所述转动速度能够在大致5到50转／分钟的范围内，特别是10到30转／分钟的范围内——，通过与所述电枢机械地固定连接的螺旋桨的自冷却是不可能的，或至少是低效的。与此相比，参照其它发电机，所述发电机在风能设备中与增加的传动装置共同使用，并且具有在每分钟几千转的范围内的额定转速。这样的发电机的解决方案不可应用在缓慢转动的环形发电机上。

从DE10936591A1中已知一种用于作为外电枢的无传动装置的风能转换器的发电机。在那里在吊舱的外部设置发电机的整个起磁性作用的部分。由于冷却的原因，特别提出一种外电枢，在所述外电枢中沿径向观察，所述电枢设置在定子的外部。支承臂从设置在定子内部的支承装置导向外置的电枢。所述电枢的支承臂同时构成为叶片，以便将冷空气输送到所述定子的冷却管道中。但是，这样的构造是极其复杂和昂贵的。

在DE102004046700B4中为具有作为内电枢的环形发电机的风能设备提出，通过在吊舱外壳中的通风装置将空气压进吊舱中并且穿过环形发电机的空气隙，以便因此冷却所述环形发电机。

作为通常的其它现有技术参见下述文献：DE19636591A1、DE10246690A1、DE60021492T2、DE19608286B4、DE60029977T2、EP1837519A2以及DE10233947A1。

为了提高环形发电机的冷却，所述定子，特别是定子环，可以提供用于水冷却，特别是用于引导水流。但是，在这种情况下不利的是，由于应用水冷却，特别是对如定子环的金属物体基本上要承受腐蚀危险。

发明内容

因此，本发明的目的是，尽可能改进一种环形发电机，特别是提高和／或更有效地构成环形发电机的冷却，或者提出至少一种可选的环形发电机。

因此，根据本发明提出一种根据本发明的风能设备，一种风能设备，所述风能设备具有吊舱、带有转子叶片的转子、机器支架和环形发电机，其中所述风能设备的环形发电机具有：定子，所述定子具有用于容纳定子绕组的环绕的定子环；和相对于所述定子能够围绕转动轴线转动地安装的电枢，所述环形发电机还包括与所述定子连接的定子罩，以用于提供具有过压和低压的压力腔，所述过压或低压用于提供穿过或沿着所述定子的、或者穿过且沿着所述定子的主动的气流，以便冷却所述环形发电机，并且其中，在所述定子罩中设有具有风扇的风扇口，并且其中定子罩设计成支承所述定子环，并且因此所述定子环由所述定子罩支承，其中所述定子罩固定在所述机器支架上。风能设备的将从风中获得的机械功转化为电能的这样的环形发电机具有定子和可相对于定子围绕转动轴线转动地安装的电枢。在这里结合所述环形发电机，使用术语电枢来代替转子，以便避免与风能设备的机械转子的可能的混淆，所述机械转子基本上由转子轮毂和至少一个、通常三个转子叶片形成。所述术语电枢的使用在任何情况下不应对使用的发电机类型给以提示。但是，优选应用同步发电机。

所述定子基本上具有用于容纳具有定子绕组的叠片组的环绕的定子环。所述电枢的相对于定子的转动运动在所述叠片组中激发交变磁场，这又导致在所述定子绕组中的电流，并且由于损失造成所述定子的温升。

所述定子环具有用于通过气流冷却所述定子的冷却管道。因此提供附加的空气冷却。这样的冷却管道可用于主动的冷却和被动的冷却，或者设置为两者的结合。因此，在所述主动的冷却的情况下产生人造气流，以用于冷却。

根据本发明，所述环形发电机构成为内电枢。相应地，所述电枢在所述定子的内部转动。例如在电枢和定子之间的所述空气隙基本上构成为(短的)圆柱形外壳。在这方面还包括如下结构，在所述结构中所述空气隙沿轴向方向具有略微减少或增加的直径，并且因此类似于锥形段。在这种情况下所述电枢特别是作为环形件沿径向方向设置在同样是环形的定子的内部。所述定子作为外环固定地设置。

优选的是，提供至少一些用于通过加压的气流主动冷却的冷却管道，并且可选地或者同时提供一些用于通过所述风被动冷却的冷却管道。特别是设有产生气流装置，并且所述相关的用于主动冷却的冷却管道具有用于使相关的气流流入或流出的孔。优选可提供一些用于主动冷却和另一些用于被动冷却的冷却管道。

此外，提出一种与所述定子连接的定子罩，以提供具有过压和低压的压力腔，所述过压或低压用于提供穿过和／或沿着定子和／或电枢的主动的气流，以便冷却环形发电机。因此，这样的定子罩包围与所述环形发电机相邻的并且邻接在其上的区域，在所述区域中从空气产生过压，并且所述空气能够通过在所述环形发电机中的部段，特别是通过在所述定子环中的冷却管道和／或通过所述空气隙逸出，以至于产生冷却的气流。所述定子罩具有环绕的、特别是圆形的固定段，以便固定在所述定子上，特别是固定在所述定子环上。在其它方面基本上不取决于所述定子罩的精确的形状。

根据一个实施方式，所述定子环相对于转动轴线具有用于主动地冷却的内环段和用于被动地冷却的外环段，并且，所述定子罩固定在所述定子环上，使得仅内环段由冷气流绕流。所述定子罩特别是相对于径向方向固定在所述内环段和外环段之间的圆形固定段中。因此，所述内环段基本上位于定子罩的内部，并且因此使所述定子罩的压力腔露出，相反，所述外环段设置在所述定子罩的外部。因此，通过在所述定子罩中的压力腔产生的气流仅到达所述内环段。

此外，要指出的是，在所述定子罩中原则上也可以产生空气低压，以便通过在所述环形发电机中的孔朝着定子罩吸入空气。

所述定子罩优选提供用于支承所述定子环，所述定子环又支承具有定子绕组的叠片组。在这种情况下，所述定子罩可以固定在所述定子环上，并且固定在风能设备中的机器支架上。在这种情况下，所述定子环通过所述定子罩固定在所述机器支架上。此外，但是所述定子罩不限于钟形构造，而是也可以具有通常的帽形或类似的形状。

根据另一实施方式，在所述定子罩中设有具有风扇的至少一个风扇口。通过这样的风扇，空气可以被吹入所述压力腔中，以便产生穿过和／或沿着所述定子和／或电枢的空气低压，以用于冷却所述环形发电机。在所述定子罩中同样可设有两个或多个风扇。

一些或所有冷却管道优选相对于转动轴线轴向地延伸。因此，所述环形发电机至少部分地提供用于沿轴向方向的冷却的气流。

多个冷却管道优选围绕所述转动轴线同心地设置，并且形成至少一个环形的冷却区域。

根据另一实施形式，所述环形发电机的特征在于，所述定子环，相对于所述转动轴线沿径向方向具有内部的、外部的和可选地中央的稳固的支承环，其中，在两个支承环之间构成有圆形的冷却区域。因此，所述定子环分成稳定的和冷却的区域。至少两个支承环构成为，在这两个支承环之间构成也基本上为圆形的冷却区域。在使用中央的支承环的情况下也可以设有两个环形的冷却区域，即一个在所述中央的和外部的支承环之间，另一个在所述中央的和内部的支承环之间。所述支承环基本上分别实心地构成。在所述内部的支承环上也固定有所述叠片组或其它具有良好的导磁性的区域。

在此，已提及的两个或三个支承环是优选的，并且特别是连同设置在它们之间的冷却区域一体式地制成，例如浇铸。也可称为支承环段的所述支承环应基本上提供定子环的加固。在使用中央的稳定的定子环的情况下，所述定子罩有利地固定在中央的、稳定的支承环上，从而所述定子环可由所述定子罩支承。在这种情况下，所述定子罩接合在中央的支承环上，以用于支承在定子环上。

通过使用三个支承环和特别是设置在它们之间的两个环形冷却区域，提供了不同的冷却阶段和温度范围。内部的环形冷却区域位于叠片组的附近，并且因此具有热源，并且相应地具有比相应的外部的环形冷却区域更高的温度。可由于在内部的环形冷却区域中的高温产生的可能的应力可通过所述外部的环形冷却区域吸收。相应地，在内部的环形冷却区域中可期待多的热量和相对大的膨胀，反之，在外部的环形冷却区域中可期待少的热量和相对小的膨胀。在这种情况下，外部的环形区域保持内部的环形区域，并且需要时限定它的膨胀。

根据一个实施方式提出，冷却区域的相邻的冷却管道通过分界壁相互隔开，并且所述分界壁形成在两个相邻的稳定的支承环之间的连接腹板，并且／或者两个相邻的支承环通过冷却肋相互连接。因此在两个相邻的稳定的支承环之间获得一方面连接相关的支承环并且同时划分冷却管道的结构。这样的连接结构或连接腹板可同时满足冷却肋的功能。这些内部的冷却肋可基本上任意地成形。除了笔直的实施形式外还可考虑S形的、弧形的和其它的形状。

有利的是，至少一个冷却区域的至少一个，优选所有冷却管道的轴向横截面为三角形，并且／或者每两个相邻的冷却管道的轴向横截面共同形成平行四边形的形状，特别是菱形的形状，并且／或者所述冷却管道具有至少一个指向冷却管道内侧的冷却肋。通过这样的三角形获得简单的且同时稳定的实施方式可能性。这同样适用于两个冷却管道的菱形形状，所述冷却管道特别是通过两个三角形的冷却管道相应地组合而成。通过在所述冷却管道内侧设有冷却肋可有助于通过穿过相关的冷却管道的气流的冷却。

根据另一实施形式提出，所述定子环是分段的，特别是由两个、三个、四个或更多个基本上对称的圆段组合而成。所述定子环例如可由三个120°段组合而成。这样的段在制造中和／或在运输时基本上更简单。特别是在具有在10m范围内的直径的定子环的情况下，可通过分段显著地简化可操纵性。

根据实施形式提出，所述定子环至少在冷却管道的区域中由铝和／或铝合金制成，并且／或者由金属浇铸而成。铝具有高的导热性，并且因此优选设置在所述冷却管道的区域中，并且因此设置在冷却区域中。此外，铝基本上是抗腐蚀的，并且因此也可以设计用于与潮湿的外界空气或类似的物质接触。可使用合金，以便影响材料的特性，特别是在导热性、抗腐蚀性和稳定性的方面的特性。

所述定子环或所述定子环的区域优选由金属浇铸。因此，特殊的管道构造和其它形状应容易地且可复制地制造。至少在所述冷却管道和／或所述支承环或一些支承环的区域中可设有相关段的浇铸。也可进行分段，即通过例如浇铸如90°或120°段的各个段。

另一实施形式提出，设有被动的冷却管道，所述被动的冷却管道分别具有沿轴向方向的流入孔和至少局部径向向外的流出孔。因此，例如风可沿轴向方向绕流这样的被动的冷却管道，因此，所述风流入流入孔，并且至少局部径向向外地再次从被动的冷却管道中流出。通过所述径向向外的流出孔可实现抽吸效果。由于所述被动的冷却管道具有流入孔和流出孔，并且因此构成为局部封闭的管道，可实现所述定子环的稳定性的提高。所述流出孔基本上也可以指向轴向方向。

因此，所述流出孔优选设计为抽吸孔。优选还可以促进或加强这个效果，即通过所述定子环沿轴向方向在所述流出孔的区域中具有拱形的表面。通过凸出的拱形可产生类似于飞机支承面的抽吸效果，所述吸入效果因此能够作用在流出孔上，并且可增加穿过所述被动的冷却管道的气流。

此外，根据本发明提出一种风能设备环形发电机。相应地，所述环形发电机具有用于容纳定子绕组的定子环和可相对于所述定子转动地安装的电枢。此外，设有与所述定子环连接的定子罩，所述定子罩提供具有过压或低压的压力腔，所述过压或低压用于提供穿过所述定子和／或电枢的气流，以冷却所述环形发电机，其中，所述定子罩具有至少一个配有风扇的风扇口，并且所述风扇借助于运动机构可移动地安装或通过快速夹紧装置固定，以便为了维护目的和／或为了使人员通过可临时打开风扇口。因此，所述定子罩固定在所述定子环上，并且通过至少一个风扇在与定子电枢结构相邻的定子罩中产生过压，所述过压作为空气冷却流通过在所述电枢定子结构中的孔，例如通过所述空气隙，选出。现在，为了避免在所述定子罩中设有特别的孔，并且为了尽管如此仍然可进入转子定子结构，至少一个风扇借助于运动机构可移动地安装。因此，所述风扇可翻开、转开、推开、旋开或进行其它方面的运动，以至于空出所述定子罩中的所述相应的风扇口，并且因此为维护目的和／或人员的通过而空出。当然，相关的风扇和可能的其它风扇为这样的维护目的而关闭。

所述运动机构优选构成为回转机构。因此，所述风扇能够以简单的方式从它的风扇口转开，并且仅需要分别在开启的或关闭的位置中被锁定。

根据实施形式，所述环形发电机的特征在于，所述定子罩具有用于借助风能设备的机器支架固定的第一固定段和从第一固定段以星形结构向外延伸至用于借助所述定子环固定的第二固定段的多个支承段、特别是支承臂，以至于所述定子环可通过所述支承段支承在所述机器支架上。因此，所述第一固定段在径向方向方面是内置的部段，并且所述第二固定段是外固定段。所述支承段，特别是支承臂，由所述内支承段星形地延伸至外支承段，并且因此基本上张紧所述定子罩。在所述支承段或支承臂之间设有如连接区域的覆盖段，以便封闭所述定子罩。特别是在所述连接区域中可设具有风扇的风扇口。虽然也使所述中间区域稳定化，但是尽管如此所述支承段或支承臂仍然基本上承担所述定子环的保持。因此，所述定子罩可同时满足两个功能，即支承所述定子环，并且同时限定具有用于提供气流的过压或低压的压力腔。特别是通过所述中间区域可实现抗扭性的提高。

所述定子罩最好由金属，特别是铸铁，优选由具有球状石墨的铸铁，浇铸成一体，已知所述具有球状石墨的铸铁也被称作球墨铸铁，简称做GJS或早期被简称做GGG，这表示球状灰口铸铁。因此可实现多个形状，并且可通过相应的形状的再应用多次制造。优选的材料具有良好的机械特性，可低成本地制造，并且可良好地加工。

环形发电机基本上可具有每个已说明的特征，并且每种特征组合基本上是可能的。特别是具有包括可移动地安装的风扇的定子罩的环形发电机能够给与具有包括冷却管道的定子环的环形发电机的特征组合，所述冷却管道用于通过至少一个气流冷却所述定子。相反的情况同样是可能的，即具有包括冷却管道的定子环的环形发电机能够与具有包括可移动地安装的风扇的定子罩的环形发电机的特征组合。所述组合可能性也涉及其它的根据一个或多个实施形式说明的特征。

所述环型发动机的额定功率优选为至少30kW，优选至少为300kW和更进一步优选至少为1MW。因此，所述环形发电机在功率方面适合应用于现代的风能设备。

根据本发明，提出一种根据本发明的用于控制风能设备的方法，其中，所述风能设备具有包括电枢和定子的环形发电机，所述方法包括步骤：-检测通过所述环形发电机产生的电功率；以及-通过过压或低压使主动气流穿过或沿着所述定子、或者穿过且沿着所述定子，以便冷却所述环形发电机；-接通至少一个装入定子罩中的风扇，以便当所述已检测的电功率达到和／或超过预定的值时，产生穿过和／或沿着所述定子和／或电枢的气流，以用于冷却所述环形发电机；-通过过压或低压提供主动气流穿过或沿着所述定子流动、或者穿过且沿着所述定子流动，以便冷却所述环形发电机，并且其中定子罩设计成支承所述定子环，并且因此所述定子环由所述定子罩支承，其中所述定子罩固定在所述机器支架上。这样的待控制的风能设备具有包括电枢和定子的环形发电机。首先，检测通过所述环形发电机产生的电功率。所述检测可通过直接的功率测量例如在所述定子绕组上进行，或可通过例如转子叶片的转速和／或冲角和／或总归可供控制计算机使用的内部的计算参数的特征测量值进行间接的测量。温度测量也可提供有关产生的电功率的情况。

接下来，接通至少一个装入定子罩中的风扇，以便当所述已检测的电功率达到和／或超过预定的值时，产生穿过和／或沿着所述定子和／或电枢的气流，以用于冷却所述环形发电机。因此，只有当基于所产生的电功率预计到相应的损耗功率且因此预计到相应的热负荷时，才使用主动的冷却，所述主动的冷却需要附加的能源。要注意的是，此外本领域技术人员能够以已知的方式进行风能设备的控制。

优选确定风能设备的额定功率的30％或高于30％，优选50％，并且进一步优选80％的值作为预定值。特别是选择所述额定功率本身作为预定值。因此，所述主动的冷却只是在满负荷或即将满负荷之前才被接通，并且需要时，在部分负荷的情况下不主动生效。

根据本发明的控制方法优选用于根据本发明的环形发电机之一和／或根据已说明的实施形式的至少一个的环形发电机。

此外，根据本发明提出一种风能设备，其具有吊舱和特别是根据已说明的实施形式之一的根据本发明的环形发电机中的一个。

风能设备优选的特征在于，所述环形发电机除了定子环的外段外设置在所述吊舱的内部，并且所述定子环的外段设置在所述吊舱的外部，以便由风绕流。所述吊舱还包括轮毂罩壳，所述轮毂罩壳在风能设备工作时借助于所述转子转动。所述轮毂罩壳也被称作整流罩。因此，所述环形发电机基本上位于所述吊舱中，并且因此免受气候影响。所述环形发电机的冷却已经可以在吊舱的内部例如通过冷却管道和／或通过使用相应的定子罩被动或主动地得以实现。附加地提出，所述定子环的外段，特别是被动的冷却区域，设置在所述吊舱的外部。特别是获得略微伸出所述吊舱罩壳的环形段，所述环形段可由风绕流，以便冷却。在这种情况下还特别是，吊舱的通过风的环流直接可用于发电机的冷却。在此，所述冷却效果至少部分取决于占优势的风速。因此，在强风的情况下在满负荷区域中实现大量的冷却，反之在部分负荷的区域中，并且因此在弱风的情况下实现少量的冷却，并且因此，所述冷却根据需要至少部分自动地进行调节。

所述定子环的外段优选具有冷却机构，特别是用于被动地冷却的冷却管道，其中，所述冷却机构直接暴露在风中。因此，所述环形发电机可在所述外段中直接将热量散发到风中，所述环形发电机由所述风绕流。要指出的是，这样的情况通常涉及处于工作中的风能设备，所述风能设备在风中转动。

所述吊舱优选空气动力学地构成，以便基本上层状地由风绕流，——只要所述吊舱在风中转动——，以便在所述定子环的外段的区域中也具有风。这样的空气动力学的实施形式例如可通过基本上如水滴形的、蛋形的和／或在侧视图中为椭圆形的形状和／或通过基本上相对于转子轴线旋转对称的形状实现。

有利的是，在所述吊舱的外部设有流动机构，所述流动机构有助于所述定子环的外段的区域中的风流动。例如可设有用于引导所述风的导向板或类似风管的流动机构的外形。

附图说明

下面借助于实施例参考附图详细解释本发明。可能的方向数据涉及在常规的工作时的风向。因此，“从前方”意味着从流入的风的视角等等。

图1示出风能设备的定子环的前视图；

图2示出图1的定子环的后视图；

图3示出图1的定子环的局部剖切的右视图；

图4示出图2的部分X；

图5示出图4的部分Y；

图6示出根据图4的U的部分；

图7示出通过根据图4的剖面线AA的所述定子环的剖面；

图8示出根据图4的部分的立体视图；

图9示出根据图1的Z的部分；

图10示出通过两个冷却管道具有根据图9的剖面线BB的剖视图的剖面；

图11示出根据图9的部分的立体视图；

图12示出根据图1的定子环的部分俯视图，如图1中通过CC表明；

图13示出作为在压力室方面的定子罩的定子罩外部立体视图；

图14示出图13的定子罩的另一立体视图；

图15示出图13和14的定子罩的侧剖视图；

图16示出固定在定子环上的具有已安装的风扇的定子罩；

图17示出固定在定子环上具有四个风扇的定子罩，所述风扇中一个风扇从它的风扇口部分地翻开；

图18示出设置在吊舱和整流罩中的环形发电机的部分的示意的侧剖视图；

图19到22示出根据实施形式的风能设备的吊舱的各个不同的示意的立体图。

具体实施方式

要注意的是，相同的附图标记也可标识不同的实施形式的可能类似的、不同的元件。

根据图1的定子环2是构造成环形，并且形成具有内电枢的环形发电机的一部分。所述定子环2具有内部的支承环4、中央的支承环6和外部的支承环8。在所述内部和外部的支承环4、6之间设有主动的冷却段10，并且在所述中央的和外部的支承环6、8之间存在被动的冷却段12。如所示，包括内部的、中央的和外部的支承环4、6、8和主动的及被动的冷却段10、12的所述定子环2浇铸成一体，其中，使用铝作为材料。

所述内部的、中央的和外部的支承环4、6、8通过它们基本上实心地构成而提供稳定性和刚性。为了引导磁场，在所述内部的支承环4上且在内部设置有支承定子绕组且具有良好的导磁性的相应的叠片组。由于它固定在内部的支承环4上，所述叠片组可被固定地支承。那么常规地，在所述叠片组的内部设置有可相对于定子转动地安装的内电枢。叠片组的热量可直接散发到周围空气中，但是，热量主要通过所述支承环4散发到所述主动的冷却段10和被动的冷却段12上。那么，为了散发热量，所述主动的冷却段具有多个主动的冷却管道14，所述冷却管道在所述内部的和中央的支承环4、6之间的主动的冷却段10中基本上构成三角形。其它热量可通过横截面大致为正方形或梯形的被动的冷却管道16散发。

所述定子环2具有大致5m的外直径。轴向的延伸约为90cm。

所述被动的冷却管道16分别具有径向向外定向的流出孔，以至于在根据图2的背视图中仅可看出所述主动的冷却管道14。

从图3的根据未剖切地示出的部段的侧视图中，——所述部段在图3下方示出——，可看出径向向外定向的流出孔18。除了内部的支承环4的斜切的边缘20，从所述已剖切的区域还可看出所述主动和被动的冷却管道14、16的形状的轴向剖面。在此，所述主动的冷却管道基本上由入口区域22轴向延伸到出口区域24。所述被动的冷却管道14由流入孔17延伸到流出孔18。所述被动的冷却管道16也基本上沿轴向方向延伸，其中，所述流出孔径向向外定向。此外，所述主动的冷却管道14的入口区域22位于所述定子环2的与所述被动的冷却管道16的流入孔17相对的侧面上。相应地，所述定子环2也为此提供为，使得穿过所述主动的冷却管道14的主动的气流基本上与穿过所述被动的冷却管道16的被动的气流相反地定向。

尽管如此，所述流动方向是不强制性的，并且也可至少穿过所述主动的冷却管道通过相应的装置沿与上述方向不同的方向引导气流。

特别是从根据图4的放大的部段中可看出所述主动的冷却管道14的横截面或它们的各入口区域22。在此，所述主动的冷却管道14的横截面基本上构成三角形，其中，主动的冷却管道以不同的定向交替地设置，以至于两个相邻的主动的冷却管道14的横截面共同形成大致平行四边形的形状。在两个主动的冷却管道之间分别相应地设置分界壁，其中，主动的冷却管道14的两个分界壁26总是相互倾斜。

因此，所述分界壁26将所述主动的冷却管道14相互划分，并且因此，同时用作冷却肋。此外，由于交替倾斜的结构，分界壁提供了稳定的结构，特别是所述内部的支承环4与所述中央的支承环6的稳定的连接。

此外，在所述主动的冷却管道14中设有成形为腹板状的附加的冷却机构或冷却肋28，冷却机构或冷却肋在图5或6中放大地示出。

因此，所述冷却肋28提高了在所述主动的冷却管道14中的冷却表面，而不会显著地阻碍气流。

为了固定目的，在所述内部的支承环4上设有内部的支承环孔34。在所述中央的支承环6的区域中相应地设有中央的支承环孔36，并且，所述定子环2在与外部的支承环8相邻的被动的冷却段12的区域中具有外部的支承环孔38。孔34、36、38中的至少一些孔设置有螺纹，并且可应用于固定目的。所述外部的支承环孔38用于在定子罩上固定所述定子环2。

中央的支承环孔36通过辅助面35设置在定子环的一些位置上，即在四个位置上各三个孔。它们用于电缆的固定。

图7示出如设置在所述外部的支承环8和中央的支承环6之间的被动的冷却管道16的横截面。在此，所述被动的冷却管道16由所述流入孔17延伸到流出孔18。因此，气流可基本上沿轴向方向穿过所述流入孔17流入，并且在端部穿过径向朝向外的流出孔18流出。在此，所述外部的支承环8的与所述被动的冷却管道16相背离的侧面是所述定子环2的外侧30。因此，空气沿着所述外部的支承环8的两侧常规地流动，即在内部通过所述主动的冷却管道16，并且在外部沿着所述外侧30。

在所述中央的支承环6和所述内部的支承环4之间构成有所述主动的冷却管道14。所述主动的冷却管道由所述入口区域22延伸到所述出口区域24。此外，所述中央的支承环6具有盲孔37，所述盲孔用于固定雨水槽。

图8的立体视图显示了背风侧和迎风侧的外固定区域31或32，所述外固定区域仅部分地示出，并且在下面参考图12详细解释。

此外，从图8中可知，如所述被动的冷却管道16通过它们的流出孔18朝向外侧30打开。由于所述流出孔18径向向外定向，从常规的风向看，在所述被动的冷却管道16的下游形成前段40，在所述前段中设置有所述外部的支承环孔38。

图9提供了直接在所述被动的冷却管道16的流入孔17上的视图。也如已经在图7中可看出，所述被动的冷却管道16从所述流入孔17开始轻微地逐渐变细。这可有助于风流入所述流入孔17中。在所述外固定区域31或32的范围中，所述被动的冷却管道可借助相应地变小的流入孔17’构成为更小的被动的冷却管道16’，以便特别是借助螺纹提供用于开孔的更坚固的中间壁19’。不具有孔的所述中间壁19可更窄地构造，以便因此为较大的被动的冷却管道16提供更多的空间。

根据图10的剖视图提供了在剖切的被动的冷却管道16上的视图。在这种情况下还再一次示出被动的冷却管道由所述流入孔17朝向所述流出孔18逐渐变细。在相同的方向上的所述中间壁18的壁厚相应地增加。

在根据图11的部分的立体视图中，在前部中示出所述主动的冷却管道14的出口区域24，并且此外示出所述被动的冷却管道16或16’的入口区域17和17’。所述背风侧和迎风侧的外固定区域31或32设置在外部的支承环38上且设置在更窄地构造的被动的冷却管道16’的区域中。相应地设有更小的流出孔18’。

所述外固定区域31或32分别设置在所述定子环2上的两个相对置的、即以180°偏移地设置的位置上，如其在图1中可在12点钟和6点钟位置上的2×3倍缩小的流入孔17’上看出。在图12中示出一个位置的俯视图，所述背风侧的外固定区域31相应地具有八个背风侧的孔41，而所述迎风侧的外固定区域32具有八个迎风侧的孔42。

图13到15的定子罩100包括机器支架固定部102、定子环固定部104和轴端固定部106。所述机器支架固定部102、所述定子环固定部104和所述轴端固定部102分别构成为分别具有一个或两个环绕的圈孔的圆形的固定法兰。

六个支承段108由所述机器支架固定部102星形地延伸到所述定子环固定装置104。所述支承段108构造为支承臂108，以便吸收固定在所述定子环固定部104上的定子的重力，并且可通过所述机器支架固定部102将重力传递给机器支架。

在所述支承段108之间的区域分别通过类似板的部段跨接，其中，在部段中分别设置有风扇口110。此外，在一些支承段108中构成辅助孔112。

此外，在所述轴端固定部106的区域中存在孔，但是，所述孔通过轴端的常规的固定而封闭。

因此，通过封闭所述风扇口110，特别是通过风扇封闭所述风扇口，以及通过封闭所述辅助孔112，可关闭整个定子罩100。通过定子固定在所述定子环固定装置104上和设有相应的电枢，一方面可在所述定子和电枢之间，另一方面可在定子和所述定子罩之间形成压力腔，并且以压力加载。那么，所述空气可通过在电枢定子结构中的孔，例如所述空气隙，逸出，并且在此，在相关的打开的区域中引起气流。

图16连同定子环2*一起示出所述定子罩100，所述定子环固定在所述定子罩100上且固定在定子环固定部104上。此外，在每个风扇口110中设置有风扇114，所述风扇与风扇盖116共同盖住和封闭所述风扇口110。

通过风扇114中的一个或多个开始运行，空气被吹入由所述定子罩100包围或遮盖的腔中。所述空气可通过在所述发动机中的孔选出，并且提供冷却，所述定子环2*形成所述发电机的一部分。为此，所述辅助孔112也借助盖封闭，但是，这在图16中未详细示出。当然，所述风扇114也可以如此工作，使得所述风扇将空气从由所述定子罩100遮盖的腔中向外抽出，即根据图16基本上向右从图平面出来。尽管如此，在优选的情况下，空气被吹入所述被遮盖的腔中，所述腔在定子罩100的常规的结构中源自相应的吊舱，并且相对于吊舱的外部的外界空气可期待更好的清洁度和干燥性。

现在图17示出，如根据本发明，风扇口110可用于维护或其它目的。在风扇口110中，所述风扇114例如借助于铰链翻开，并且所述风扇口110相应地展开。现在，通过所述这样打开的风扇口110，人员可穿过所述定子罩100，即穿过所述风扇口110到达设置于其后的环形发电机。同样，对于所述风扇114可设有另一运动机构代替用于翻开的铰链。快速夹紧锁也能够以简单的方式应用于风扇口110的开启。为此，借助少量的手动操作解除这样的快速夹紧锁，并且取出相应的风扇114。如风扇仅部分开启或所述孔经由其它装置进一步锁闭，例如在所述孔110*的情况下所示，以至于人员无法爬过，那么至少还可考虑直接设置在所述孔的后面的装置的局部维护。这同样的适用于更小地构造的辅助孔112。

图18借助于示例的实施形式示意地解释根据本发明的总构思。图18部分地示出吊舱250的侧剖视图，所述吊舱具有：带有转子叶片254的转子252；带有电枢201和定子203的环形发电机200，所述定子具有定子环202和带有定子绕组207的叠片组205，所述叠片组仅示意地示出。在所述定子203和所述电枢201之间设置有空气隙209。所述定子环202具有内部的支承环204、中央的支承环206和外部的支承环208。在所述内部的和外部的支承环206、208之间设有被动的冷却管道216，所述被动的冷却管道形成被动的冷却段212。主动的冷却管道214设置在所述内部的支承环204和中央的支承环206之间，并且形成主动的冷却段210。

在所述中央的支承环206的区域中固定有定子罩260，并且分隔段262设计成连接在所述电枢201的起磁性作用的部分上。在所述定子罩260内设置有风扇264，所述风扇导致在所述压力腔266中的过压，所述压力腔基本上设置在所述定子罩260和所述分隔段262之间。由于在压力腔266中这样形成的压力，空气流过所述空气隙209和所述主动的冷却管道214。因此，所述发电机，特别是所述定子，通过穿过所述空气隙209和所述主动的冷却管道214的所述气流270冷却。

吊舱罩壳251的包括轮毂罩壳251*的部段的部段在所述中央的支承环206的高度上延伸。因此在所述吊舱250的方面，所述环形发电机200直至包括主动的冷却段210在内设置在所述吊舱250的内部。仅所述被动的冷却段212和因此所述被动的冷却管道216设置在所述吊舱250的外部。所述转子252和转子叶片254，也就是说吊舱250的根据图18在左边示出的部分，即具有轮毂罩壳251*的轮毂或整流罩，常规是迎风的。因此，流向所述吊舱250的风首先沿着所述轮毂罩壳251*在所述转子252的区域中流动。

所述吊舱罩壳251*在区域中下降，并且因此在与所述中央的支承环206相同的高度上。在所述转子叶片连接部的区域中，所述轮毂罩壳可以在外部的支承环208的高度上，如在所述图18中通过附图标记251**示出。图18在这方面示出概况。要指出的是，在所述中央的支承环206的区域中定子环202上且在向着轮毂罩壳251*的侧面上能够安装雨水槽，以便阻止雨水进到所述区域中，并且因此使所述环形发电机200的设置在所述吊舱内部的元件防雨水。

随后，所述风由深冲的轮毂罩壳251*的区域进入所述流入孔217的区域中，并且达到被动的且因此在外部的冷却段212，并且可在那里通过所述流入孔217流入被动的冷却管道216中，并且冷却在所述区域中的所述定子环202。

要注意的是，所述风扇264导致主动的冷却气流270，所述主动的冷却气流流过所述空气隙209和所述主动的冷却管道214。所述风导致被动的冷却气流272，所述被动的冷却气流流过所述被动的冷却管道216。要注意的是，所述主动的冷却气流270与所述被动的冷却气流272的方向相反。即基本上所述风扇264将空气从所述吊舱内腔253通过所述定子罩260压入所述压力腔266中，并且由那里通过所述空气隙209和所述主动的冷却管道214向外朝转子轮毂256的方向并且因此迎着风。

根据图19到22的视图示意地示出吊舱250。特别是未示出或仅基本上示出塔、转子叶片和可能的吊舱结构，如风速计或类似部件。根据图19的在吊舱的斜前方的立体视图基本上示出所述吊舱罩壳251和所述轮毂罩壳251*或251**。特别是可看出所述被动的冷却段212的一圈流出孔218和流入孔217的一部分。因此，根据图19，所述风常规地例如由右侧进入图平面中，沿着轮毂罩壳251流入所述流入孔217中，流过在被动的冷却管道中的被动的冷却段212，并且离开所述被动的冷却段212又流入所述流出孔218的区域中。在此，所述风常规地例如沿轴向方向流入流入孔217中，而所述风至少部分沿径向的方向向外定向地离开所述流出孔218。

在图19中，在所述轮毂罩壳251*或251**上可看出三个转子叶片连接部274。在它们的附近，——在图19中，特别是在左边示出的转子叶片连接部274中——，可看出在所述轮毂盖251**的较高的区域和所述轮毂盖251*的较低的区域之间的过渡棱边276。所述较高的轮毂盖区域251**大致与所述外部的支承环208齐平，并且因此覆盖所述流入孔217。所述轮毂盖251*的较低的区域大致与所述中央的支承环206齐平，以至于在相关区域中可看见所述流入孔217，并且风也可到达流入孔。

从根据图20的所述吊舱250的前视图中基本上可看出所述轮毂盖251*或251**和所述流入孔217。根据图20的立体图相当于风的常规的流入方向。此外，在12点钟位置上设置有所述迎风侧的外固定区域232。从根据图21另一立体视图和根据图22的立体侧视图中可清楚看出，吊舱侧的转子叶片段278可扫过所述被动的冷却段212的区域，并且在此能够扫过所述流入孔217和所述流出孔218。

Claims (29)

1.一种风能设备，所述风能设备具有吊舱、带有转子叶片(254)的转子(252)、机器支架和环形发电机，其中所述风能设备的环形发电机(200)具有：定子(203)，所述定子具有用于容纳定子绕组的环绕的定子环(202)；和相对于所述定子能够围绕转动轴线转动地安装的电枢(201)，

其特征在于，所述环形发电机还包括

-与所述定子连接的定子罩，以用于提供具有过压和低压的压力腔，所述过压或低压用于提供穿过或沿着所述定子的、或者穿过且沿着所述定子的主动的气流，以便冷却所述环形发电机，并且

-其中，在所述定子罩中设有具有风扇的风扇口，并且其中

-定子罩设计成支承所述定子环，并且因此所述定子环由所述定子罩支承，其中

-所述定子罩固定在所述机器支架上。

2.如权利要求1所述的风能设备，其中，所述气流被提供穿过或沿着所述电枢，或者被提供穿过且沿着所述电枢，并且其中，所述环形发电机构成为内电枢，并且所述定子环具有用于通过气流冷却所述定子的冷却管道。

3.如权利要求1所述的风能设备，其特征在于，所述定子环相对于转动轴线具有用于主动地冷却的内环段和用于被动地冷却的外环段，并且，所述定子罩固定在所述定子环上，使得仅内环段由主动的冷气流绕流。

4.如权利要求1所述的风能设备，其特征在于，所述定子环具有内部的稳定的支承环、外部的稳定的支承环，其中，至少在两个支承环之间构成有环形的冷却区域。

5.如权利要求4所述的风能设备，其特征在于，所述定子环具有中央的稳定的支承环，其中，至少在所述内部的稳定的支承环、所述外部的稳定的支承环和所述中央的稳定的支承环中的两个之间构成有环形的冷却区域。

6.如权利要求1所述的风能设备，其特征在于，设有中央的、稳定的支承环，并且所述定子罩固定在所述中央的、稳定的支承环上，并且因此所述定子环由所述定子罩支承，并且因此所述定子也由所述定子罩支承。

7.如权利要求2所述的风能设备，其特征在于，至少一个冷却区域的至少一个所述冷却管道的轴向横截面为三角形，并且/或者每两个相邻的冷却管道的所述轴向横截面共同形成平行四边形的形状，并且/或者所述冷却管道具有至少一个指向冷却管道内侧的冷却肋。

8.如权利要求7所述的风能设备，其特征在于，至少一个冷却区域的所有冷却管道的轴向横截面为三角形，并且/或者每两个相邻的冷却管道的所述轴向横截面共同形成平行四边形的形状，并且/或者所述冷却管道具有至少一个指向冷却管道内侧的冷却肋。

9.如权利要求1所述的风能设备，其特征在于，设有被动的冷却管道，所述被动的冷却管道分别具有沿轴向方向的流入孔和至少局部径向向外的流出孔。

10.如权利要求9所述的风能设备，其特征在于，所述流出孔设计为抽吸孔，以至于从外部轴向绕流所述定子环的风在所述流出孔上产生抽吸效果，并且/或者为了有助于在所述流出孔上的抽吸效果，所述定子环沿轴向方向在所述流出孔的区域中具有拱形的表面。

11.如权利要求1所述的风能设备，其特征在于，所述风扇借助于运动机构可移动地安装或通过快速夹紧装置固定，以便为了维护目的和/或为了使人员通过能够临时打开所述风扇口。

12.如权利要求1所述的风能设备，其特征在于，所述定子罩具有用于借助风能设备的机器支架固定的第一固定段和从第一固定段以星形结构向外延伸至用于借助所述定子环固定的第二固定段的多个支承段，以至于所述定子环能够通过所述支承段支承在所述机器支架上。

13.如权利要求12所述的风能设备，其特征在于，所述第一固定段是机器支架固定部(102)并且所述第二固定段是定子环固定部(104)。

14.如权利要求1所述的风能设备，其特征在于，所述定子罩具有用于固定到所述风能设备的轴端上的轴端固定部(106)。

15.如权利要求14所述的风能设备，其特征在于，所述轴端固定部(106)具有孔，所述孔通过轴端的固定而封闭。

16.如权利要求12所述的风能设备，其特征在于，至少一个风扇口分别设置在两个支承段之间。

17.如权利要求1所述的风能设备，其特征在于，所述定子罩基本上包含金属：铸铁。

18.如权利要求17所述的风能设备，其特征在于，所述铸铁是球墨铸铁。

19.如权利要求11所述的风能设备，其特征在于，所述运动机构构成为回转机构。

20.如权利要求1所述的风能设备，所述风能设备具有吊舱和环形发电机，并且所述环形发电机包括：定子，所述定子具有用于容纳定子绕组的环绕的定子环；和能够相对于所述定子围绕转动轴线转动地安装的电枢，其中，所述环形发电机以内电枢形式构成，其特征在于，所述环形发电机除了定子环的外段外设置在所述吊舱的内部，并且所述定子环的外段设置在所述吊舱的外部，以便由风绕流，以用于冷却。

21.如权利要求20所述的风能设备，其特征在于，所述定子环的所述外段具有用于被动冷却的冷却机构，所述冷却机构直接暴露在风中。

22.如权利要求20所述的风能设备，其特征在于，所述吊舱以空气动力学的方式构成，使得所述风能够基本上成层状地沿着所述吊舱流向所述定子环的所述外段，以便有助于在所述定子环的所述外段上的冷却效果。

23.如权利要求20所述的风能设备，其特征在于，在所述吊舱的外部且在所述定子环的所述外段的区域中设有流动机构，所述流动机构有助于沿着所述定子环的所述外段的风流动。

24.一种用于控制风能设备的方法，其中，所述风能设备具有包括电枢和定子的环形发电机，所述方法包括步骤：

-检测通过所述环形发电机产生的电功率；以及

--接通至少一个装入定子罩中的风扇，以便当所述已检测的电功率达到和/或超过预定的值时，产生穿过和/或沿着所述定子和/或电枢的气流，以用于冷却所述环形发电机；

-通过过压或低压提供主动气流穿过或沿着所述定子流动、或者穿过且沿着所述定子流动，以便冷却所述环形发电机，并且其中

-定子罩设计成支承所述定子环，并且因此所述定子环由所述定子罩支承，其中

-所述定子罩固定在机器支架上。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，使用如权利要求1至19中任一项的风能设备的环形发电机。

26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，当所述已检测的电功率达到和/或超过预定的值时，穿过或沿着所述电枢、或者穿过且沿着所述电枢产生所述气流，以用于冷却所述环形发电机。

27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，确定风能设备的额定功率的30％或高于30％的值作为预定值。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，确定所述额定功率本身作为预定值。

29.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述额定功率为至少30kW。