CN102037239B - 直接驱动发电机和风力涡轮机 - Google Patents

直接驱动发电机和风力涡轮机 Download PDF

Info

Publication number
CN102037239B
CN102037239B CN200980117986.8A CN200980117986A CN102037239B CN 102037239 B CN102037239 B CN 102037239B CN 200980117986 A CN200980117986 A CN 200980117986A CN 102037239 B CN102037239 B CN 102037239B
Authority
CN
China
Prior art keywords
direct drive
plate
stator
drive generator
wind turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200980117986.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102037239A (zh
Inventor
H·斯蒂斯达尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN102037239A publication Critical patent/CN102037239A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102037239B publication Critical patent/CN102037239B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D13/00Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D15/00Transmission of mechanical power
    • F03D15/20Gearless transmission, i.e. direct-drive
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D80/00Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D80/00Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70Bearing or lubricating arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/187Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to inner stators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
    • H02K1/30Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures using intermediate parts, e.g. spiders
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807Rotary generators
    • H02K7/1823Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H02K7/1838Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807Rotary generators
    • H02K7/1823Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/728Onshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于风力涡轮机的直接驱动发电机,包括定子装置(19,117,208,308)和转子装置(18,116,219,314),其中定子装置(19,117)和/或转子装置(116,219,314)包括至少一个至少部分柔性的前端板和/或后端板(29,118,127,220,315),其中至少一个端板(29,118,127,220,315)至少部分地由玻璃纤维制成。

Description

直接驱动发电机和风力涡轮机
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机的直接驱动发电机和包括这种直接驱动发电机的风力涡轮机。
背景技术
从原理上,针对风力涡轮机的驱动构造存在两种主要类型的风力涡轮机。第一种类型的风力涡轮机是更经典类型的风力涡轮机,其包括布置在风力涡轮机的主轴和发电机之间的齿轮箱。第二种类型的风力涡轮机是无齿轮类型的,其包括直接驱动器或直接驱动的发电机。这种直接驱动发电机能够被制成带有被缠绕的转子或带有附连到转子的永磁体的同步发电机,或其能够被设计成替代类型的发电机。与直接驱动发电机的类型无关,在风力涡轮机和直接驱动发电机各自地运行过程中,甚至当风力涡轮机转子、主轴和直接驱动发电机的装置承受载荷时,理想的是发电机的转子和定子之间的气隙的宽度优选地被恒定地保持或至少在一定公差之内。
因此用于包括直接驱动发电机的风力涡轮机的驱动构造的不同轴承布置被开发。直到现在,直接驱动发电机的经典轴承布置是双轴承布置。从而连接到风力涡轮机转子的发电机的转子朝向固定内轴或不动内轴由两个轴承支撑。定子在一侧附连到固定内轴。因此转子能够相对于定子围绕固定内轴转动。具有这种设计的风力涡轮机在例如EP1641102Al和US6,483,199B2中被描述。这种设计的缺陷在于定子的单边支撑使其很难在定子的非支撑侧保持气隙的宽度至少大体上恒定,当整个发电机结构不仅受到重力和质量惯性而且受到不平衡的磁拉力时尤为如此。为了减少这种缺陷,带有这种双轴承布置的直接驱动发电机需要能够吸收相对大的定子弯矩的大而重的定子支撑结构。这种定子支撑结构在例如WO02/05408A1中被描述,其中定子支撑结构包括具有多个支撑臂的支撑构造。
在替代设计中双轴承布置被单轴承代替,该单轴承具有附连到固定内轴的固定内轴承部分和支撑直接驱动发电机的转子的转动外轴承部分。包括带有单轴承的直接驱动发电机的风力涡轮机在US2006/0152014A1和WO02/057624A1中被公开。但是用单轴承替代双轴承不能实质上改变单侧支撑的定子结构的缺陷。
在一些其他解决方案中,固定内轴概念被转动轴概念代替。由于根据转动轴概念,发电机的定子在双侧被支撑,因此更容易保持发电机的转子和定子之间的气隙的宽度至少大体上恒定。存在两种已知的转动轴概念的变体,一种带有双轴承布置,一种带有四轴承布置。
根据双轴承布置,发电机的轴承作为主轴的轴承用于风力涡轮机,主轴连接到风力涡轮机的转子。定子结构朝向主轴被支撑并且附连到风力涡轮机的底板。具有这种设计的风力涡轮机在US7,119,453B2和WO03/023943A2中被公开。这个设计的缺陷在于定子结构需要被确定尺寸来吸收和转移所有风力涡轮机转子的载荷,即风力涡轮机转子的重量和所有不对称空气动力学载荷,来保持气隙宽度在必要公差之内。在大的风力涡轮机上这导致非常重和昂贵的定子结构。
在四轴承布置中,风力涡轮机的在其一端连接到风力涡轮机转子的主轴由其自身的两个轴承支撑并且在其另一端承载直接驱动发电机。直接驱动发电机具有双轴承布置用于将转子在定子内部对准中心。这种风力涡轮机的例子在US6,781,276B1中描述。在该主轴安装布置中,发电机定子由发电机转子承载并且转矩从发电机通过转矩臂装置被传递到风力涡轮机底板。转矩臂装置需要包括某种柔性,例如用橡胶元件实施,来允许主轴-发电机结构和涡轮机底板之间存在轻微错位。定子在转子上的双边支撑允许相对轻质的定子结构。这种设计的主要缺陷是总共需要四个轴承,并且全转矩至少部分地穿过这些轴承。对大的风力涡轮机这意味着相比而言大的和昂贵的轴承。另外,对于大的风力涡轮机,转矩臂装置成为相比而言相当大而重的结构。
在US4,291,235中描述了用于风力涡轮机的另外的轴承布置。风力涡轮机包括固定轴以及具有内定子和外转子的直接驱动发电机。内定子被布置在固定轴上。外转子连接到风力涡轮机的毂体,在前侧通过前轴承连接到固定轴并且在后侧通过后轴承连接到固定轴。因此轴承布置关于载荷容量不是最优的。
此外在没有预公布的EP07013519.9中描述了包括具有转子和定子的直接驱动发电机的风力涡轮机。直接驱动发电机的转子附连到主轴的后侧,主轴由两个主轴承支撑。定子大体上围绕转子布置并且包括前端板、后端板和将前端板和后端板互相连接的壳体元件。定子的后端板被支撑在转子上或通过第三轴承被支撑在主轴上。定子的前端板至少间接地附连到风力涡轮机的固定部分。因此在没有预公布的EP07013519.9中描述了三轴承布置。
这种三轴承结构有时可能是静态不确定的。在这种情况下,由于安装公差或对主轴和/或直接驱动发电机的重力或外载荷所导致的任何变形而引起的任何错位能够潜在地导致风力涡轮机的三个轴承之间不一致的载荷分布,这转而能够导致过早的轴承故障。定子的前端板因此在主轴的中心轴线方向上至少部分地在一定适当程度上是柔性的。
因此三轴承布置的静态不确定性的潜在问题通过建立前端板在主轴的中心轴线方向上的足够柔性被消除。前端板像膜一样在径向方向上大体牢固地支撑定子以便保持气隙,但是易挠曲以便使得例如主轴能够弯曲而没有较大阻力。
发明内容
本发明的目标是指出用于风力涡轮机的直接驱动发电机的柔性端板的合适的材料来优选地保证端板的足够的柔性。
该目标通过用于包括定子装置和转子装置的风力涡轮机的直接驱动发电机被创造性地实现,其中定子装置和/或转子装置包括至少一个至少部分柔性的前端板和/或后端板,其中至少一个端板是至少部分地、优选地完全由玻璃纤维制成。玻璃纤维包括相对低的弹性系数并且因此针对要求的柔性对至少一个端板而言是合适的材料。另外,玻璃纤维包括优秀的腐蚀性能,甚至在像风力涡轮机的离岸应用的恶劣环境中也是如此。作为用于发电机的材料的玻璃纤维的另外的优点是良好的电绝缘。包括至少一个由玻璃纤维制成的这种端板的直接驱动发电机因此良好地适用于风力涡轮机,所述风力涡轮机包括可能有时静态不确定的驱动构造,例如带有三轴承结构的驱动构造。
根据本发明的实施例,直接驱动发电机包括中心轴线,其中至少一个端板在中心轴线方向上至少部分地在一定程度上是柔性的。因此例如三轴承装置的静态不确定性的潜在问题通过在直接驱动发电机的中心轴线方向上建立至少一个端板的足够柔性而被消除。必要时至少一个端板易挠曲以便使得例如风力涡轮机的驱动构造的各个部件能够弯曲而没有较大阻力,因此在例如风力涡轮机的驱动构造的三个轴承之间大体上不会发生不一致的载荷分布。
根据本发明的变体,至少一个端板是环形端板。根据本发明的另一变体,至少一个端板具有大约15-50mm的、优选地是在中心轴线方向上的20-30mm的厚度。因此至少一个端板具有例如取决于至少一个端板的结构的这种尺寸,使得至少一个端板具有相比而言很小的抗弯刚度。
在本发明的实施例中,定子装置大体上围绕转子装置布置,包括前端板、后端板和将前端板和后端板互相连接的空心圆柱形定子元件。优选地空心圆柱形定子元件在内部包括至少一个叠片,该叠片具有至少一个绕组,通常具有多个绕组。
在本发明的另一个实施例中,转子装置大体上布置在定子装置内部。特别地,转子装置包括前端板、后端板和将前端板和后端板互相连接的空心圆柱形转子元件。优选地空心圆柱形转子元件在外部包括相对于叠片布置的至少一个永磁体,叠片带有用于发电的绕组。通常来说多个永磁体被布置在空心圆柱形转子元件的外表面上。
在本发明的另一个实施例中,转子装置大体上围绕定子装置布置,包括前端板、后端板和将前端板和后端板互相连接的空心圆柱形转子元件。优选地空心圆柱形转子元件在内部包括至少一个的永磁体。通常来说多个永磁体被布置在空心圆柱形转子元件的内表面上。
根据本发明的变体,定子装置大体上被布置在转子装置的内部并且包括定子支撑结构。优选地至少一个叠片与用于发电的永磁体相对地被布置在定子支撑结构上,所述叠片具有至少一个绕组,通常具有多个绕组。
本发明的目标也通过包括如前面公开的直接驱动发电机和用于相对于定子装置转动转子装置的驱动构造的风力涡轮机来实现,所述定子装置包括至少三个轴承或两个轴承,其中两个轴承中的至少一个是通常表现出双轴承性能的四点轴承,因此带有至少一个四点轴承的双轴承布置表现地像三轴承结构。
附图说明
本发明将接下来参照示意图更详细地解释,其中
图1示出第一种类型的风力涡轮机,其包括具有柔性端板的直接驱动发电机,
图2示出第二种类型的风力涡轮机,其包括具有两个柔性端板的直接驱动发电机,
图3示出第三种类型的风力涡轮机,其包括具有柔性端板的直接驱动发电机,以及
图4示出第四种类型的风力涡轮机,其包括具有柔性端板的直接驱动发电机。
具体实施方式
图1图示出风力涡轮机1的第一实施例,其包括布置在风力涡轮机1的塔3的顺风侧的直接驱动发电机2。
塔的凸缘4被布置在塔3的顶部。底板5附连到塔的凸缘4。风力涡轮机1以没有明显示出的方式包括用于绕轴线Y转动风力涡轮机的底板5以及直接地或间接地附连到底板5的风力涡轮机1的其他部件的偏航系统,。
轴承外壳6牢固地布置在底板5上。轴承外壳6包括两个主轴承7和8。虽然主轴承7、8的各个不动部分附连到轴承外壳6,但主轴承7、8的各个转动部分附连到主轴9。主轴9在前端连接到风力涡轮机1的毂体11。毂体11包括用于三个未示出的但是众所周知的风力涡轮机转子叶片的三个安装装置12。
主轴9在后端包括牢固地连接到主轴9的环状凸缘13。轴承外壳6在后端也包括环状凸缘14。在其前侧带有第一凸缘16和在其后侧带有第二凸缘17的管状连接件15用螺栓连接轴承外壳6的环状凸缘14。
直接驱动发电机2被布置在主轴9上和轴承外壳6上并且因此在底板5上。主轴9和直接驱动发电机2包括共同的中心轴线A。直接驱动发电机2是包括转子装置18和定子装置19的一个单元。
转子装置18在前侧包括环状凸缘20。环状凸缘20用螺栓连接主轴9的环状凸缘13。没有详细示出的永磁体24安装在转子装置18的环元件23的外表面上。在后侧转子装置18包括突耳25。管状突出部分26通过螺栓附连到突耳25。第三轴承27被布置在管状突出部分26上。
定子装置19包括附连到第三轴承27的大体上固定部分或外壳的后环形定子端板28。
此外定子装置19包括具有环状凸缘30的前环形定子端板29。前端板29的环状凸缘30和管状连接件15的环状凸缘17用螺栓连接在一起。空心圆柱形定子元件32将前环形端板29和后环形端板29互相连接。空心圆柱形定子元件32分别地在内部和内表面上包括带有绕组的叠片33。
定子装置19的带有绕组的叠片33和转子装置18的永磁体24被彼此相对地布置,带有大约5mm的中间环形气隙34。因此转子装置18能够与主轴9一起相对于定子装置19围绕中心轴线A转动。
根据描述的特别地包括主轴9和直接驱动发电机2的三轴承布置,定子装置19在后侧利用后端板28通过第三轴承27被支撑在转子装置18上,并且在前侧利用前端板29通过在风力涡轮机底板5的靠近主轴承8的不动结构上的轴承外壳6被支撑。
为了避免三轴承布置的静态不确定的情况,被支撑在底板5的不动结构上的定子装置19的前端板29由玻璃纤维制成并且因此在中心轴线A的方向上包括足够的柔性。因此前端板29的作用像膜一样在径向方向上大体上牢固地支撑定子装置19以便保持气隙34的宽度大体上恒定,但是易挠曲以便允许例如主轴9弯曲而没有较大阻力。前端板29因此具有大约15-50mm的、优选的是20-30mm的厚度,并且具有相比而言很小的抗弯刚度。当例如主轴9由于偏斜而少量移动时,前端板在轴线A的方向上简单地被动挠曲。因此当转子装置18附连到的主轴9的弯曲发生时,前端板29在中心轴线A的方向上弯曲,其中气隙34的宽度大体上保持恒定或在要求的公差之内。此外,风力涡轮机的三个轴承之间不一致的载荷分布被避免。
图2图示出风力涡轮机100的第二实施例,其包括布置在风力涡轮机100的塔103的逆风侧的直接驱动发电机102。
保持臂106在其基侧直接地布置在底板105上。在保持臂106的另一侧包括凸缘108。固定轴107以凸缘109附连到凸缘108。
主轴110朝向固定轴107通过第一主轴承111和第二主轴承112被支撑。主轴110在前端连接到风力涡轮机100的毂体114。毂体114包括用于三个未明显示出的但是众所周知的风力涡轮机转子叶片的三个安装装置115。
直接驱动发电机102大体上围绕主轴110布置并且包括转子装置116和定子装置117。
转子装置116包括前环形转子端板118、后环形转子端板119和将前转子端板118和后转子端板119互相连接的空心圆柱形转子元件120。空心圆柱形转子元件120围绕其外周边承载未详细示出的永磁体125。
定子装置117包括前环形定子端板126、后环形定子端板127和将前定子端板126和后定子端板127互相连接的空心圆柱形定子元件128。空心圆柱形定子元件128围绕其内周边承载未详细示出的带有绕组的叠片133。
带有绕组的叠片133和永磁体125被彼此相对地布置以用于发电,其带有大约5mm的中间环形气隙134。气隙134的宽度非常小以至于气隙134在图2中不是明显可见的。
为了转子装置116能够与主轴110一起围绕直接驱动发电机102的中心轴线A并且相对于定子装置117转动,风力涡轮机100特别地是直接驱动发电机102包括第三或前发电机轴承135和第四或后发电机轴承136。
第三轴承135在本发明的当前实施例的情况中附连到主轴110的凸缘137。更精确地,第三轴承135的内轴承套牢固地附连到主轴110的凸缘137。第三轴承135的内轴承套此外牢固地附连到支撑转子装置116的前部的前转子端板118。第三轴承135的外轴承套牢固地连接到支撑定子装置117的前部的前定子端板126。
定子装置117的后部由牢固地连接固定轴107的凸缘109并因此连接到保持装置的后定子端板127来支撑。在本发明的当前实施例的情况中,第四轴承136的内轴承套牢固地附连到后定子端板127并且支撑转子装置116的后部的后转子端板119牢固地连接到第四轴承136的外轴承套。
基于所描述的包括主轴110、第一主轴承111、第二主轴承112、转子装置116、定子装置117、第三轴承135和第四轴承136的布置,主轴110在风力涡轮机100运行时与转子装置116一起相对于定子装置117转动。
为了避免四轴承布置的静态不确定的情况,在本发明的当前实施例的情况中,被牢固地支撑在主轴110上的前转子端板118和被牢固的支撑在保持装置上的后定子端部127由玻璃纤维制成并且因此在中心轴线A的方向上包括一定和足够程度的柔性。前转子端板118和后定子端板127因此具有大约15-50mm的、优选地是20-30mm的厚度,并且具有相比而言很小的抗弯刚度。因此这些端板118、127的作用像膜一样在径向方向上大体上牢固地支撑转子装置116和定子装置117以便保持气隙134的宽度,但是易挠曲以便允许例如主轴110弯曲而没有较大阻力。当例如主轴110由于偏斜而少量移动时,端板118、127简单地被动挠曲。因此当转子装置116和定子装置117连接到的主轴110的弯曲发生时,前转子端板118和后定子端板127以大体上各自的方式在中心轴线A的方向上弯曲,其中气隙134的宽度保持大体上恒定或在要求的公差之内。此外,风力涡轮机的四个轴承之间不一致的载荷分布被避免。
图3图示出风力涡轮机200的第三实施例,其包括具有中心轴线A的布置在风力涡轮机200的塔203的逆风侧的直接驱动发电机202。
风力涡轮机200包括固定外轴206。固定外轴206的后侧附连到被附连到底板205的保持装置207。在固定外轴206的前侧布置直接驱动发电机202的定子装置208。定子装置208包括定子支撑结构209和带有绕组211的叠片210。定子支撑结构209包括两个用于叠片210的两侧支撑的支撑元件212。在本发明的当前实施例的情况中,支撑元件212是例如用螺栓连接附连到固定外轴206的外部的环形支撑元件212。环形支撑元件212能够是紧凑的或能够包括辐条或辐条结构。一种空心圆柱形支撑元件213附连到环形支撑元件212的外端。该空心圆柱形支撑元件213承载带有绕组211的环形叠片210。叠片210能够包括环形段状叠片段,每个叠片段具有至少一个绕组211,叠片段其整体构建在叠片210中。
能够转动的内轴214被布置在固定外轴206内部并且能够转动地由两个主轴承215,216抵靠固定外轴206支撑。在本发明的当前实施例的情况中,中心轴线A是直接驱动发电机202、能够转动的内轴206和固定外轴214的共同中心轴线A。毂体217例如用螺栓连接到能够转动的内轴214的前端。毂体217包括用于三个未示出的但是众所周知的风力涡轮机转子叶片的三个安装装置218。因此能够转动的内轴214能够与毂体217一起转动。
转子装置219大体上围绕定子装置208布置。在本发明的当前实施例的情况中,转子装置219包括前环形端板220、后环形端板221和将前环形端板220和后环形端板221互相连接的空心圆柱形转子元件222。空心圆柱形转子元件222在内部包括与叠片210大体上相对地布置的多个永磁体223。具有大约5mm宽度的气隙224位于永磁体223和叠片210之间。
在本发明的当前实施例的情况中,前环形端板220例如用螺栓连接到毂体217和能够转动的内轴214。后环形端板221用称为支撑轴承225的第三轴承连接到固定外轴206。因此转子装置219也具有两侧支撑。而且,转子装置219能够与毂体217和能够转动的内轴214一起转动,其中特别地永磁体223相对于叠片210转动以用于发电。
为了避免包括两个主轴承215、216和支撑轴承225的三轴承布置的静态不确定的情况,转子装置219的前端板220在中心轴线A的方向上包括适当的柔性。因此前端板220的作用像膜一样在径向方向上大体上牢固地支撑转子装置219以便保持气隙224的宽度,但是易挠曲以便允许例如能够转动的内轴214和固定外轴206弯曲而没有较大阻力。前端板220具有这种尺寸即其具有相比而言很小的抗弯刚度。当例如能够转动的内轴214由于偏斜而少量移动时,前端板简单地被动挠曲。因此当通过主轴承215、216而互相连接的能够转动的内轴214和固定外轴206的弯曲发生时,前端板220在中心轴线A的方向上弯曲,其中气隙224的宽度被保持大体上恒定或在要求的公差之内。再一次,三个轴承之间的不一致的载荷分布被避免。
前端板220由玻璃纤维制成并且具有大约15-55mm的、优选地是20-30mm的厚度。转子装置219的后端板221也能够由玻璃纤维或钢制成。正常地,后端板221具有如前端板220的较大厚度。
在本发明的实施例中,支撑轴承是能够将高轴向载荷在中心轴线A的两个方向上传输的四点轴承。
图4图示出风力涡轮机300的第四实施例,其包括具有中心轴线A的布置在风力涡轮机300的塔303的逆风侧的直接驱动发电机302。
风力涡轮机300包括固定轴306。固定轴306的后侧附连到被附连到底板305的保持装置307。在固定轴306的前侧布置直接驱动发电机302的定子装置308。定子装置308包括定子支撑结构309和带有绕组311的叠片310。定子支撑结构309包括两个用于叠片310的两侧支撑的支撑元件312。支撑元件312是例如用螺栓连接附连到固定轴306的外部的环形支撑元件312。环形支撑元件312能够是紧凑的或能够包括辐条或辐条结构。一种空心圆柱形支撑元件313附连到环形支撑元件312的外端。该空心圆柱形支撑元件313承载带有绕组311的环形叠片310。叠片310能够包括环形段状叠片段,每个叠片段具有至少一个绕组311,叠片段其整体构建在叠片310中。
转子装置314大体上围绕定子装置308布置。在本发明的当前实施例的情况中,转子装置314包括前环形端板315、后环形端板316和将前环形端板315和后环形端板316互相连接的空心圆柱形转子元件317。空心圆柱形转子元件317在内部包括大体上相对于叠片310布置的多个永磁体318。具有大约5mm宽度的气隙319位于永磁体318和叠片310之间。
在本发明的当前实施例的情况中,前环形端板315通过能够将高轴向载荷在中心轴线A的两个方向上传输的四点轴承320间接地布置在固定轴306上。合适的四点轴承在例如DE20116649U1中被公开。四点轴承320的固定部分321附连到固定轴306。四点轴承320的转动部分322在本发明的当前实施例的情况中连接到安装环323。风力涡轮机300的前端板315以及毂体324例如用螺栓连接附连到安装环323。另外,毂体324包括用于三个未示出的但是众所周知的风力涡轮机转子叶片的三个安装装置325。
后环形端板316用称为支撑轴承326的另一个四点轴承326连接到固定轴306。因此转子装置314也具有两侧支撑。另外,转子装置314能够与毂体324一起相对于定子装置308转动,其中特别地永磁体318相对于叠片310转动以用于发电。
为了避免包括两个四点轴承320和326的轴承布置的静态不确定的情况,转子装置314的前端板315在中心轴线A的方向上包括适当的柔性。因此前端板315的作用像膜一样在径向方向上大体上牢固地支撑转子装置314以便保持气隙319的宽度,但是易挠曲以便允许例如固定轴306弯曲而没有较大阻力。前端板315具有这种尺寸即其具有相比而言很小的抗弯刚度。当例如固定轴306由于偏斜而少量移动时,前端板简单地被动挠曲。因此当固定轴306的弯曲发生时,前端板315在中心轴线A的方向上弯曲,其中气隙319的宽度被保持大体上恒定或在要求的公差内。如前面提到的,轴承之间的不一致的载荷分布被避免。
前端板315由玻璃纤维制成并且具有大约15-55mm的、优选地是20-30mm的厚度。转子装置314的后端板316也能够由玻璃纤维或钢制成。正常地,后端板316具有如前端板315的较大厚度。
另外,两个轴承即主轴承320和支撑轴承326不必都是四点轴承。只是主轴承320或只是支撑轴承326是四点轴承也是可能的。
具有一定柔性的环形端板不需要在整个端板内具有柔性。因此环形端板能够具有不同区域。环形端板能够具有例如相比而言刚性的区域用于例如附连到风力涡轮机的部件,和在中心轴线A的方向上具有所提到的柔性的区域。
此外,各个端板不需要完整地由玻璃纤维制成。因此端板能够具有由玻璃纤维制成的并且包括要求的柔性的区域和出于安装原因由另一种材料例如钢制成的区域。

Claims (14)

1.一种用于风力涡轮机的直接驱动发电机,包括:
-定子装置(19,117,208,308),和
-转子装置(18,116,219,314),
其中
-定子装置(19,117)和/或转子装置(116,219,314)包括至少一个至少部分柔性的前端板和/或后端板(29,118,127,220,315),
其特征在于
至少一个端板(29,118,127,220,315)至少部分地由玻璃纤维制成。
2.如权利要求1所述的直接驱动发电机,所述发电机包括中心轴线(A),其中至少一个端板(29,118,127,220,315)在中心轴线(A)的方向上至少部分地是柔性的。
3.如权利要求1所述的直接驱动发电机,其中至少一个端板是环形端板(29,118,127,220,315)。
4.如权利要求1所述的直接驱动发电机,其中至少一个端板(29,118,127,220,315)具有15-50mm的厚度。
5.如权利要求1所述的直接驱动发电机,其中定子装置(19,117)大体上围绕转子装置(18,116)布置,包括前端板(29,126)、后端板(28,127)和将前端板(29,126)和后端板(28,127)互相连接的空心圆柱形定子元件(32,128)。
6.如权利要求5所述的直接驱动发电机,其中空心圆柱形定子元件(32,128)在内部包括至少一个具有至少一个绕组的叠片(33,133)。
7.如权利要求5或6所述的直接驱动发电机,其中转子装置(18,116)大体上布置在定子装置(19,117)的内部。
8.如权利要求7所述的直接驱动发电机,其中转子装置(116)包括前端板(118)、后端板(119)和将前端板(118)和后端板(119)互相连接的空心圆柱形转子元件(120)。
9.如权利要求8所述的直接驱动发电机,其中空心圆柱形转子元件(120)在外部包括至少一个永磁体(125)。
10.如权利要求1到4中的任意一个所述的直接驱动发电机,其中转子装置(219,314)大体上围绕定子装置(208,308)布置,包括前端板(220,315)、后端板(221,316)和将前端板(220,315)和后端板(221,316)互相连接的空心圆柱形定子元件(222,317)。
11.如权利要求10所述的直接驱动发电机,其中空心圆柱形转子元件(222,317)在内部包括至少一个永磁体(223,318)。
12.如权利要求10所述的直接驱动发电机,其中定子装置(208,308)大体上布置在转子装置(219,314)的内部并且包括定子支撑结构(209,309)。
13.如权利要求12所述的直接驱动发电机,其中至少一个具有至少一个绕组(211,311)的叠片(210,310)布置在定子支撑结构(209,309)上。
14.一种风力涡轮机,包括根据权利要求1到13中的任意一个所述的直接驱动发电机和用于将转子装置(18,116,219,314)相对于定子装置(19,117,208,308)转动的包括至少三个轴承或两个轴承的驱动构造,其中所述两个轴承的至少一个是四点轴承。
CN200980117986.8A 2008-07-07 2009-06-25 直接驱动发电机和风力涡轮机 Expired - Fee Related CN102037239B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08012250A EP2143941B1 (en) 2008-07-07 2008-07-07 Direct drive generator and wind turbine
EP08012250.0 2008-07-07
PCT/EP2009/057977 WO2010003830A2 (en) 2008-07-07 2009-06-25 Direct drive generator and wind turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102037239A CN102037239A (zh) 2011-04-27
CN102037239B true CN102037239B (zh) 2014-05-07

Family

ID=40672579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980117986.8A Expired - Fee Related CN102037239B (zh) 2008-07-07 2009-06-25 直接驱动发电机和风力涡轮机

Country Status (11)

Country Link
US (1) US8004107B2 (zh)
EP (1) EP2143941B1 (zh)
JP (1) JP5340383B2 (zh)
CN (1) CN102037239B (zh)
AT (1) ATE488695T1 (zh)
CA (1) CA2724880C (zh)
DE (1) DE602008003563D1 (zh)
DK (1) DK2143941T3 (zh)
ES (1) ES2353927T3 (zh)
NZ (1) NZ588977A (zh)
WO (1) WO2010003830A2 (zh)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK2063116T3 (en) * 2007-11-26 2017-03-20 Siemens Ag Directly powered generator and wind turbine
DK2143944T3 (en) * 2008-07-07 2019-01-14 Siemens Ag Windmill
DK2143942T3 (en) * 2008-07-07 2016-03-29 Siemens Ag Windmill
US8911211B2 (en) * 2010-03-29 2014-12-16 Alstom Wind, S.L.U. Wind turbine
EP2388893A1 (en) * 2010-05-19 2011-11-23 Siemens Aktiengesellschaft Generator with single turn wave winding and wind turbine
EP2492503B1 (en) * 2011-02-25 2018-01-03 Siemens Aktiengesellschaft A wind turbine with a generator
DK2570659T3 (da) 2011-09-15 2013-12-02 Siemens Ag Vindmølle
US8860287B2 (en) 2011-11-29 2014-10-14 General Electric Company Wind power generation systems including segmented stators
EP2788621A2 (en) 2011-12-06 2014-10-15 Siemens Aktiengesellschaft Wind turbine
DE102011089498A1 (de) * 2011-12-21 2013-06-27 Wobben Properties Gmbh Generator einer getriebelosen Windenergieanlage
GB201122210D0 (en) * 2011-12-22 2012-02-01 Curtis Brian Electricity generating apparatus
ITMI20120257A1 (it) * 2012-02-21 2013-08-22 Wilic Sarl Macchina elettrica rotante per aerogeneratore
US20130300124A1 (en) * 2012-05-11 2013-11-14 Clipper Windpower, Inc. Profiled Air Cap on Direct Drive Wind Turbine Generator
DE102012208550A1 (de) * 2012-05-22 2013-11-28 Wobben Properties Gmbh Generator einer getriebelosen Windenergieanlage
KR101418415B1 (ko) 2012-07-13 2014-07-09 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기의 주축과 기어 박스의 연결 구조체
EP2888494A4 (en) * 2012-08-21 2016-05-11 Skf Publ Ab WIND TURBINE ROTOR WAVE ASSEMBLY WITH A DEPTHABLE FASTENING PART
WO2015057138A1 (en) * 2013-10-17 2015-04-23 Aktiebolaget Skf Bearing arrangement
CN104989601A (zh) * 2015-07-27 2015-10-21 北京三力新能科技有限公司 一种风力发电机组的主轴承组件
DE102016206179A1 (de) 2016-04-13 2017-10-19 Wobben Properties Gmbh Generatorrotor für einen Generator einer Windenergieanlage oder eines Wasserkraftwerks, sowie Generator, Windenergieanlage und Wasserkraftwerk mit selbigem
CN111852787A (zh) * 2020-07-29 2020-10-30 上海电气风电集团股份有限公司 风力发电机组的驱动链结构及包含其的风力发电机

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1394406A2 (de) * 2002-08-28 2004-03-03 Friedrich Prof. Dr.-Ing. Klinger Getriebelose Windturbine mit vielpoligem Synchrongenerator
CN2797673Y (zh) * 2004-04-21 2006-07-19 贾雄雄 双风轮机风力发电机

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4291235A (en) 1979-02-26 1981-09-22 Bergey Jr Karl H Windmill
US6206934B1 (en) * 1998-04-10 2001-03-27 Flex-Foot, Inc. Ankle block with spring inserts
FR2760492B1 (fr) * 1997-03-10 2001-11-09 Jeumont Ind Systeme de production d'energie electrique associe a une eolienne
DK173641B1 (da) 1998-12-15 2001-05-14 Bonus Energy As Generator, fortrinsvis til en vindmølle
FR2796671B1 (fr) * 1999-07-22 2002-04-19 Jeumont Ind Dispositif de captage d'energie eolienne et de production d'energie electrique et procede d'optimisation de la production d'energie
US6483199B2 (en) 2000-04-28 2002-11-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Wind power generating device
DE10033233B4 (de) 2000-07-10 2017-07-13 Aloys Wobben Statorträger
NO320790B1 (no) * 2000-10-19 2006-01-30 Scan Wind Group As Vindkraftverk
DE10102255A1 (de) 2001-01-19 2002-08-01 Aloys Wobben Windenergieanlage mit einer Hohlwelle für Rotornabe und Generator
ITBZ20010043A1 (it) 2001-09-13 2003-03-13 High Technology Invest Bv Generatore elettrico azionato da energia eolica.
DE20116649U1 (de) 2001-10-10 2001-12-06 AB SKF, Göteborg Lager, insbesondere Wälzlager
US7431567B1 (en) * 2003-05-30 2008-10-07 Northern Power Systems Inc. Wind turbine having a direct-drive drivetrain
JP2005069082A (ja) * 2003-08-22 2005-03-17 Fuji Heavy Ind Ltd 風車の温度制御装置
NZ546729A (en) * 2003-11-20 2008-05-30 Vestas Wind Sys As Wind turbine lightning connection means method and use hereof
US7075192B2 (en) 2004-04-19 2006-07-11 Northern Power Systems, Inc. Direct drive wind turbine
US7154193B2 (en) * 2004-09-27 2006-12-26 General Electric Company Electrical machine with double-sided stator
US7154192B2 (en) 2004-09-27 2006-12-26 General Electric Company Electrical machine with double-sided lamination stack
JP2006046107A (ja) * 2004-08-02 2006-02-16 Yanmar Co Ltd 風力発電装置
US7180204B2 (en) 2005-01-07 2007-02-20 General Electric Company Method and apparatus for wind turbine air gap control
US20060232143A1 (en) * 2005-04-15 2006-10-19 Delaware Capital Formation Over molded stator
US7360310B2 (en) * 2005-10-05 2008-04-22 General Electric Company Method for changing removable bearing for a wind turbine generator
NO20054704D0 (no) * 2005-10-13 2005-10-13 Sway As Fremgangsmate og metode for vindkraftverk og fremdriftssystem med magnetisk stabilt hovedlager og lastkontrollsystem
KR100695012B1 (ko) * 2006-03-24 2007-03-14 유니슨 주식회사 풍력 발전기
EP1985846A1 (en) * 2007-04-27 2008-10-29 Greenergy India Private Limited Wind turbine
EP2014917B1 (en) 2007-07-10 2017-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Minimising wind turbine generator air gap with a specific shaft bearing arrangement

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1394406A2 (de) * 2002-08-28 2004-03-03 Friedrich Prof. Dr.-Ing. Klinger Getriebelose Windturbine mit vielpoligem Synchrongenerator
CN2797673Y (zh) * 2004-04-21 2006-07-19 贾雄雄 双风轮机风力发电机

Also Published As

Publication number Publication date
US8004107B2 (en) 2011-08-23
JP2011521162A (ja) 2011-07-21
ES2353927T3 (es) 2011-03-08
NZ588977A (en) 2012-06-29
US20110062719A1 (en) 2011-03-17
DK2143941T3 (da) 2011-01-31
WO2010003830A3 (en) 2010-08-19
JP5340383B2 (ja) 2013-11-13
EP2143941A1 (en) 2010-01-13
EP2143941B1 (en) 2010-11-17
ATE488695T1 (de) 2010-12-15
CN102037239A (zh) 2011-04-27
DE602008003563D1 (de) 2010-12-30
CA2724880A1 (en) 2010-01-14
WO2010003830A2 (en) 2010-01-14
CA2724880C (en) 2016-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102037239B (zh) 直接驱动发电机和风力涡轮机
CN102089521B (zh) 风力涡轮机
CN101446268B (zh) 风力涡轮机
CN102089517B (zh) 风力涡轮机
CN101459354B (zh) 直接驱动发电机和风力涡轮机
CN101447703B (zh) 直接驱动发电机和风力涡轮机
CN101521414B (zh) 用于直接驱动发电机的配置、直接驱动发电机、风力涡轮机以及发电机的组装方法
CN101655070B (zh) 风力涡轮机
JP5769406B2 (ja) 電気機械の不均一なエアギャップを補償するための装置
JP2009019625A (ja) 風力タービンとその取付け法及び風力タービンの発電機の回転子と固定子との空隙の調整方法
WO2012013200A1 (en) Wind turbine generators
JP2014053980A (ja) 回転電機及び風力発電システム

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140507

Termination date: 20190625