CN102124218A - 风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电机的改进构造，其目的在于增强风力发电机的稳定性并改善发电机和塔架之间的平衡，以及分离发电机和支承结构部件功能，使得能够将涡轮机中产生的力引导到发电机零件。

Description

风力发电机
技术领域
本发明通常涉及用于生产和存储风力的装备，且具体地，涉及一种风力发电机的改进构造。
背景技术
有几种类型的风力发电机，其包括底座、塔架和固定到塔架的风力发电机。早期风力发电机构造包括连接到叶片的涡轮机、主轴、减速器和具有定子和转子的发电机。这些种类的发电机具有由于主轴-减速器-发电机传输引起的衰竭(exhaustion)问题。而且，由于主轴产生的扭矩，这样的结构不能用于超过1500kW的容量的风力发电机，且减速器变得太大，且该构造会受到衰竭和材料老化，其可导致对结构的损害。
风力发电机的另一个已知的解决方案是由Enercon公司用WobbenAloys的发明制造的无减速器(reducer-free)风力发电机，其中塔架连接到膝形支架(console)，该膝形支架进一步连接到主轴，该主轴连接至固定在发电机部上的叶轮(impeller)头。一个这类解决方案已经在2007年6月13日申请的专利申请EP1794450中描述，其中带有主轴、保护罩(nacelle)和转子的支架连接到塔架。该解决方案的弱点在于支架和塔架的连接，这是由于作用于涡轮机(叶片长度35-40m)的风力被转移到支架的连接，该支架因此遭受材料老化并可断裂。而且，这些类型的风力发电机也由于不充分的冷却而产生问题；还应同时保证发电机结构中绕组的气密性。已经提出了不同的解决方案，但迄今，冷却和结构可靠性仍具有问题。而且，提出的解决方案是昂贵的且耗材料。
风力发电机最接近的解决方案是本发明人在专利申请No.P200700038中描述的，本发明是其进一步的发展。因此，下面的说明包括前面申请中出现的细节的引用。
发明内容
本发明的目的是提出这样的风力发电机结构，其使得能够：
-改善安装在风力发电机上的部件和塔架之间的平衡；
-将发电机与支撑结构功能分离，使得不将力从涡轮机直接引导到发电机零件(detail)(扭矩除外)；
-有效冷却风力发电机本体内的结点(knot)和组件(component)；
-为确保要求的气密性，考虑风力发电机大多位于大海、大洋和海岸上，其中除了湿气，风也携带来自海水的矿物盐粒子，这进而引起零件提前腐蚀、发电机绝缘结构的显著恶化和绕组中电击穿。
为此，本发明的发明人建议这样一种风力发电机结构，其中该风力发电机的主轴是中空的，即主轴具有管状结构。带有叶片的叶轮头被固定在管的一端，且另一端包含具有转子和定子的发电机。主轴支撑在发动机本体中，其借助一个或多个轴承由管形成，轴承在主轴外表面的中心处安装在第一部件上。轴承可包括球轴承和滚柱轴承(以及倾斜滚柱轴承(inclinedroller bearings)，以便本领域技术能够以任意尺寸制作轴承滚柱和轴承。同时，这类结构确保主轴和本体之间的气密性，同时，空气流经主轴，借此冷却结点和组件。
附图说明
下面参照附图更详细地说明本发明，其中
图1示出根据本发明的风力发电机的截面图，
图2示出发电机部和主轴的后透视图，其中主体上部被移去，
图3示出根据本发明的风力发电机的发电机部的透视图。
具体实施方式
图中所示的风力发电机1经本领域已知方式连接到风力发电机的支承塔架的顶部。风力发电机1包括两部分主体2，2’，其包围发电机部3(或工作室)；叶轮头(图中未示出)，该叶轮头保持发电机的叶片；和连接部件(未示出)，通过该连接部件，风力发电机1固定到立在地面上的特殊底座(未示出)上的塔架上。塔架内部具有设置和安装的结点和组件，这些是风力发电机1操作所必需的。
发电机部3由主轴4和定子本体5形成。
叶轮头通过用风力发电机构造领域中已知的连接方法连接到发电机部3的主轴4，这在下面不再解释。而且，叶轮叶片通过用本领域已知的解决方案固定到叶轮头。风力发电机的主体已经分成两个部分2，2’，以便主体的下部分2结合到塔架，而主体的上部分2’在风力发电机1组装的最后阶段连接到主体的下部分2。将这样的构造用于主体使得能够将风力发电机的组件和结点提升到适当位置并以快速和容易的方式将其组装。
主轴4是具有开口端的中空圆柱形零件，其在叶轮头端处经轴承6支撑在主体2中。轴承可以是SKF公司制造的双列锥形滚柱轴承(two-rowconical roller bearing)，这首先并最主要是意味着在重负载下且在复合负载作用于结构的条件中操作。而且，也使用另一类轴承，其与源自轴承并影响负载的条件兼容。
轴承6的内环包围主轴4，或轴承已经通过张力固定到主轴4的外表面或通过螺栓(未示出)固定到主轴4外部上的法兰，以便确保轴承6的内环和主轴4的外表面之间的固定连接。向主轴4的轴内侧延伸的法兰7在主轴4的叶轮头一侧，该主轴4的轴内侧钻有开口以便固定设备，且其在风力发电机组装过程中保持被安装的叶轮头。
风力发电机的主体2具有固定其上的定子本体5，该定子本体包围主轴4，并连接到定子绕组12和轴承6的外环。以该方式确保轴承6的外环和定子本体5固定连接到主体2。
图中所示的主轴4也包括锥形部件9，其使得能够将主轴4的内径从D1增加到D2(D2＞D1)。锥形部件9也具有开口10，用于冷却的空气可经该开口到达定子本体5内。转子绕组和磁体11固定到定子本体5一侧的主轴4的外表面上。定子绕组12固定在定子本体5的内表面上，定子绕组的宽度对应于转子绕组11的宽度。同时，转子绕组和定子绕组也可分成段，以便促进风力发电机的维护和修复。
为了确保适当操作所要求的定子12和转子11间的空气间隙，定子本体5和主轴4通过支撑轴承13相互支撑。支撑轴承13以内轴承环固定到主轴4端部上的支撑部14。支撑部14自身固定到位于主轴4后部的端板15，其与叶轮头间隔一距离并连接到主轴。端板15包括用于冷却空气的开口。支撑部14在主轴4轴向上位于端板15的中心并且是圆柱形零件，支撑部的外表面保持与支撑轴承13的内环的连接。
轴承13的外环在定子本体5的端部经端板17固定到定子本体5。主轴4和定子本体5的端板15，17可形成为轮辐(spokes)，以便确保来自发电机部的冷却空气的更自由通道。
支撑轴承13的主要任务是确保转子11和定子12之间的永久间隙，这进而是风力发电机1工作所必需的。
上述风力发电机的优点是整个风力发电机1的重力中心，特别是转子11和定子12的中心可更接近塔架的中心轴，这进而减小作用于主体2，2’的支架结构上的负载。
风力发电机的本体2可以通过法兰连接固定到塔架，这没有在下面进一步详细说明，因为其与本发明给出的技术方案无关。
本领域技术人员应理解，根据本发明的风力发电机构造不限于上述实施例。例如，主轴长度可修改以便从叶片到发电机部后端的整个风力发电机的尺寸最小和/或仅使用一个轴承，以这样的方式，该构造更轻且安装和操作更容易。

Claims (5)

1.一种风力发电机(1)，其包括塔架和所述发电机的主体(2，2’)，所述主体环绕发电机部(3)、叶轮头和连接部件，其特征在于，所述发电机部(3)包括主轴(4)，所述主轴由定子本体(5)包围，而所述主轴(4)是中空圆柱形零件，且所述主轴(4)在所述叶轮头侧经轴承(6)支撑在所述主体(2)上，以便所述定子本体(5)固定到所述轴承(6)的外环，其被固定到所述主体(2)，然而所述定子本体(5)固定到所述主体(2)的叶轮头端。
2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，在所述主轴(4)的远离所述叶轮头的另一端上还有端板(15)，该端板的中心具有圆柱形支撑部(14)，所述圆柱形支撑部指向所述主轴(4)的轴并具有相同的轴，所述圆柱形支撑部的外表面结合支撑轴承(13)的内环，且在所述定子本体(5)的远离所述叶轮头的另一端上具有端板(17)，该端板(17)的中心具有带支撑法兰的开口，所述开口的直径对应于所述轴承(13)的外径，而集成有开口的端板(17)支撑在所述轴承(13)的外环上，因此在所述外环的外表面和所述端板内的开口之间具有张力。
3.根据权利要求1和2所述的风力发电机，其特征在于，所述主轴(4)的外表面基本结合到所述主轴(4)转子绕组或磁体(11)的整个宽度，以便所述定子本体(5)的内表面具有固定到对应于转子绕组(11)宽度的范围的定子绕组(12)，而在所述定子绕组(12)和转子绕组(11)之间具有固定的空气间隙S。
4.根据权利要求1、2和3所述的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机(1)的主体(2，2’)仅在叶轮头端连接到所述定子本体(5)，且因此通过空气间隙与所述定子本体(5)的其它部分分离。
5.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述轴承(6)是双列锥形滚柱轴承或三列滚柱轴承。
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