CN102237727A - 具有区段定子的发电机 - Google Patents

Abstract

一种发电机（1），具有转子（2）和定子（3）。定子（3）包括附连到圆形保持结构（4，15）的定子区段（3a，3b）。定子区段（3a，3b）包括与保持结构（4，15）的至少一个第二连接元件（8）接合的至少一个第一连接元件（7），其中该接合在轴向方向（a）上是可分离的，在径向（r）和圆周方向上是不可分离的。

Description

具有区段定子的发电机

技术领域

本发明一般涉及具有区段定子的发电机。具体地，本发明涉及发电机的安装和拆除，特别是风力涡轮机的发电机的安装和拆除。

背景技术

发电机通常具有活动的转子和静止的定子，以产生电能。已知将定子划分成各段。由于可以分别地安装和拆除单个区段，这允许定子易于维修和更换。

但是，已知用于发电机的这些区段定子具有外定子和内转子。在这种配置中，定子区段是在发电机向外的径向方向上安装或拆除的。

近来，具有外转子和内定子的发电机变得更普遍。在这种配置中，在可以径向安装或拆除定子区段之前，不得不拆除转子。

发明内容

因此，本发明的一个目的是改进带区段定子的发电机的操作。

此目的是分别通过权利要求1、11和12的特征解决的。从属权利要求提供本发明更多的细节和优点。

在一方面，本发明涉及一种具有转子其具体可以是外转子，和定子其具体可以是内定子的发电机，其中定子具有附连到圆形保持结构的定子区段。定子区段具有与保持结构的至少一个第二连接元件接合的至少一个第一连接元件。该接合在轴向方向是可分离的，在径向和圆周方向上是不可分离的。由于可以在转子不运动的情况下操作定子，所以可以容易地安装和拆除该发电机。这允许不需要起重机提起整个发电机的情况下更换破坏的定子区段。同样，可以暂时移去一个或更多个定子区段，以接近转子，以便维护或维修转子元件。在生产该发电机时，由于容易安装和对齐定子区段，所以节约了时间。

第一连接元件可以被设置在内圆周表面和/或径向表面。此配置保证了保持结构和定子区段之间的良好连接，同时易于同时实现。

第一连接元件可以具有突起，第二连接元件可以具有相应的凹槽。可替代地，第一连接元件可以具有凹槽，第二连接元件可以具有相应的突起。连接元件或者更具体地是凹槽和突起可以分别到达定子区段和保持结构的整个轴向长度。不过，它们也可以只覆盖轴向长度的一部分。这些构造全部允许定子区段的良好的径向和圆周保持，以及便于其在轴向的运动。取代单独限定的突起和凹槽，第一、第二连接元件可以具有彼此互补以用于接合的两个连续的轮廓形式。

一个第一或第二连接元件可以与两个第二或第一连接元件接合。这两个连接元件可以被设置在一个或两个定子区段。通过该实施方式，可以降低连接元件的数目，从而便于发电机的生产。

发电机可以具有保持定子区段在轴向位置可释放的轴向锁定机构。该锁定机构可以与像例如闭锁或咬合机构的连接元件一体形成。也可以使用单独的机构。锁定机构可以保护一个、几个或所有定子区段不受不期望的轴向释放的影响。

轴向锁定机构可以被设置在定子区段和/或保持结构的正面侧。在此位置，锁定机构可以被很容易地打开。

定子区段可以具有支撑结构，并且该支撑结构可以包括第一连接元件。支撑结构可以用来加强定子区段的结构。支撑结构可以进一步被用来将较大直径的定子区段适配到具有较小直径的保持结构。支撑结构可以支撑多于一个定子区段。不过，在此情况下，可能只可以一起安装、拆除该支撑结构的定子区段。

第一连接元件可以具有在轴向方向上彼此隔开的第一安装结构和第二安装结构，其中第一安装结构具有比第二安装结构更小的径向延伸。第二连接元件可以具有在轴向方向上彼此隔开的第一安装基座和第二安装基座，其中第一安装基座可以具有比第二安装基座更大的径向延伸。该配置为例如用于具有某个轴向长度的发电机的定子区段提供稳定的支撑。

在第二方面，本发明涉及一种用于如上所述的发电机的定子区段。与发电机兼容的定子区段可以用来更换坏掉的定子或用于以后改造。

在又一方面，本发明涉及一种具有塔架和连接到塔架的主轴的风力涡轮机。叶片轮毂可旋转地通过主轴承连接到主轴，叶片连接到叶片轮毂。风力涡轮机具有如上所述的发电机。对于风力涡轮机的发电机位于长度可以达到几百米或更长的高塔架的顶部时，发电机的易于维修对这类风力涡轮机的发电机尤其有益。

风力涡轮机可以具有附连到主轴的定子，其具体可以是内定子，并可以具有附连到叶片轮毂的转子，其具体可以是外转子。特别是对于具有内定子/外转子配置的风力涡轮机，由于风力涡轮机和发电机的构造原理彼此匹配，发电机是有益的。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解。通过参照下文的详细描述，其它实施例和预期的许多优点会很容易被认识到，也会被更好地理解。附图中的元件不一定是彼此成比例的。相似的附图标记表示相应的相似部件。

图1示出了根据本发明具有区段定子的发电机的示意性横截面视图。

图2示出了根据本发明具有区段定子的发电机的轴向视图。

图3示出了根据本发明具有区段定子的另一发电机的轴向视图。

图4示出了风力涡轮机的示意图，发电机具有根据本发明的区段定子。

具体实施方式

在下文的详细描述中，参照构成说明书一部分的附图，图中通过示例，示出可以实践本发明的特定实施例。在此方面，方向性术语，诸如“顶部”或“底部”等是参照被描述的附图的方向使用的。因为实施例的组件可以被定位在许多个不同的方向，所以方向性术语是为了示例目的绝不是限制目的使用的。应理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以使用其它实施例，可以进行结构或逻辑改动。因此，下文的详细描述不是在限制意义上进行的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

图1显示具有外转子2和内定子3的发电机1。外转子2具有电枢绕组，而内定子3具有永磁铁或电磁铁。可替代地，电枢绕组被设置在内定子3，磁铁被设置在外转子2。

内定子3被划分成几个定子区段，稍后接合图2和图3对其进行讨论。在图1中，描绘了一个定子区段3a。内定子3附连到圆形保持结构4。可以使用一个或更多个圆形保持结构4。也可以使用具有管子形状的保持结构4。保持结构4可以安装到例如类似风力涡轮机的主轴的另一基座部件，或者可以与该基座部件一体形成。

内定子3被外转子2围绕。小的空气隙5将定子3和转子2隔开。转子2附连到该结构的旋转部件6。旋转部件可被附连，或者是例如风力涡轮机的叶片轮毂的一部分。

内定子3或定子区段3a具有第一连接元件7。保持结构4的第二连接元件8与第一连接元件7接合。连接元件7、8限定定子区段3a和保持结构4之间的连接。该连接在轴向方向a是可分离的，在径向方向r和圆周方向（r和a的法向）是不可分离的。

这里，第一连接元件7具有越过定子区段3a的整个轴向长度的轴向凹槽形式。这里，第二连接元件8具有两个相应的突起的形式。突起与凹槽接合，允许定子区段3a在轴向方向a运动，以便安装或移去定子区段3a。图1显示越过发电机1的整个长度的连接元件。也可能一个或者两个连接元件只覆盖发电机长度的一部分。可以使用一个或者多于两个突起来代替两个突起。

锁定机构9保护定子区段不受到偶然轴向运动的影响。锁定机构9可以用闩锁、棘轮或其它任何适当的机构实现。也可以与连接元件中的一个或两个一体地形成锁定机构。锁定机构被设置在定子区段3a和保持结构4的正面侧。钩子10附连到定子区段3a的正面侧，以容易释放定子区段3a。

图2显示发电机1的部分前视图。描绘了保持结构4和两个定子区段3a、3b。定子区段3a、3b具有形式为设置在该区段的径向表面11的凹槽的第一连接元件7。第一连接元件7沿径向表面11在轴向方向上继续。

保持结构4具有形式为T形突出的第二连接元件8。第二连接元件8的一侧与定子区段3a接合，第二连接元件的第二侧与定子区段3b接合。定子区段3a、3b在径向和圆周方向上是固定的，可以在轴向方向上被释放。

保持结构4具有形式为突起的两个另外可选的连接元件8。这两个突出与定子区段3a的相应凹槽接合。定子区段3b可以具有相同或相似的凹槽。突起可以在保持定子区段3a时，尤其是在发电机1高速旋转时，支撑T形突起8。突起还可以用作用于安装定子区段3a的插入导轨。

在两个定子区段3a、3b之间显示间隙。根据发电机的设计和使用，可以形成使两个定子区段之间不存在间隙或存在非常小的间隙的定子区段3a和3b和/或连接元件7和8。

图2显示保持结构4和定子区段3a、3b，第二连接元件8的形式为突起，第一连接元件7的形式为凹槽。不过，保持结构4可以既包括凹槽，又包括突起，定子区段3a、3b可以包括相应的突起和凹槽。

取代单独限定的突起和凹槽，第一、第二连接元件可以具有形式为彼此互补以用于接合的两个连续轮廓。

图3显示发电机1的一部分，定子3具有两个定子区段3a、3b，保持结构4类似于图2中显示的保持结构。这里，第一连接元件7是设置在内圆周表面12的T形突起。每个定子区段3a、3b具有设置在定子区段的端部附近的两个第一连接元件。

保持结构4具有以相应的T形形式以适应第一连接元件7的第二连接元件8。连接元件7、8将定子区段保持在径向和圆周方向，同时允许轴向安装和移去定子区段3a、3b。可以代替T形连接元件7、8，使用其它任何适当的阻止定子区段与保持结构4径向、圆周分离而仍允许轴向运动的形式。

图4显示风力涡轮机13，塔架14和固定于塔架13顶部的主轴15。主轴承16旋转地连接主轴15和叶片轮毂17。两个或更多个叶片18固定到叶片轮毂17。

具有外转子2和内定子3的发电机1接合到风力涡轮机13中。外转子2固定到旋转部件6，旋转部件6附连到叶片轮毂17或者是其一部分。内定子3具有定子区段，其中描绘了一个定子区段3a。

定子区段3a具有带第一连接元件7的支撑结构19。第一连接元件具有在轴向方向a上彼此隔开的第一安装结构20和第二安装结构21。第一安装结构20具有比第二安装结构21更小的径向延伸。安装结构20、21可由例如形式为圆的区段的凸缘组成，或者它们可以用杆实现。

第二连接元件8附连到主轴15，并具有在轴向方向a上彼此隔开的第一安装基座22和第二安装基座23。第一安装基座22具有比第二安装基座23更大的径向延伸。安装基座22、23可以由例如形式为圆的区段的凸缘组成，或者它们可以用杆实现。

第一安装结构20与第一安装基座22接合，第二安装结构21与第二安装基座23接合，以将定子区段3a固定于径向、圆周方向，同时允许在轴向方向a上安装、移去定子区段3a。安装基座22、23和安装结构21、23之间的连接可以通过例如图2和图3中所示的连接实现。只要保证所需的特性，可以使用其它任何适当的连接装置。

安装结构21、23和/或安装基座22、23的径向延伸适于将转子2和定子3设置得更靠近。径向延伸取决于装置的结构情况，装置在这里是风轮涡轮机。

现描述定子区段3a的组装和拆卸。在主轴15和塔架14安装好后，叶片轮毂17可以被安放到位。在此过程中，安装安装基座22、23和外转子2。在下一步中，定子区段3a被安放到适当位置。定子区段被滑动地和其第一连接元件7或其安装结构21、23一起插入到第二连接元件8或安装基座22、23。一旦到位，可以用锁定机构将其固定。机舱通常设置在发电机1和主轴15周围，以保护风力涡轮机13的内部部件。

为了拆除定子区段3a，打开锁定机构（如果存在），定子区段3a被钩子10钩住。然后，抽出定子区段3a，使其脱离轴向方向a与第二连接元件8的接合。即使在风力涡轮机13的高度上也很容易完成该步骤。不需要用起重机来拆除完整的发电机1。然后可以将更换的定子区段插入到定子3的空出位置中。

Claims (14)

1. 一种具有转子（2）和定子（3）的发电机，其中所述定子（3）包括附连到圆形保持结构（4，15）的定子区段（3a，3b），其中定子区段（3a，3b）包括与所述保持结构（4，15）的至少一个第二连接元件（8）接合的至少一个第一连接元件（7），其中该接合在轴向方向（a）是可分离的，在径向（r）和圆周方向上是不可分离的。

2. 根据权利要求1所述的发电机，其中所述转子（2）是外转子，所述定子（3）是内定子。

3. 根据权利要求1或2所述的发电机，其中所述第一连接元件（7）被设置在内圆周表面（12）。

4. 根据权利要求1-3中任一项所述的发电机，其中所述第一连接元件（7）被设置在径向表面（11）。

5. 根据权利要求1-4中任一项所述的发电机，其中所述第一连接元件（7）包括突起，第二连接元件（8）包括相应的凹槽。

6. 根据权利要求1-5中任一项所述的发电机，其中所述第一连接元件（7）包括凹槽，第二连接元件（8）包括相应的突起。

7. 根据权利要求1-6中任一项所述的发电机，其中，一个第一（7）或第二（8）连接元件与两个第二（8）或第一（7）连接元件接合。

8. 根据权利要求1-7中任一项所述的发电机，其中所述发电机（1）包括轴向锁定机构（9），其将所述定子区段（3a）可释放地保持在轴向位置。

9. 根据权利要求8所述的发电机，其中所述轴向锁定机构（9）被设置在定子区段（3a）和/或所述保持结构（4）的正面侧。

10. 根据权利要求1-9中任一项所述的发电机，其中所述定子区段（3a）包括支撑结构（19），并且其中所述支撑结构（19）包括第一连接元件（7）。

11. 根据权利要求10所述的发电机，其中所述第一连接元件（7）包括在轴向方向（a）上彼此隔开的第一安装结构（20）和第二安装结构（21），其中所述第一安装结构（20）具有比所述第二安装结构（21）更小的径向延伸，其中所述第二连接元件（8）包括在轴向方向（a）上彼此隔开的第一安装基座（22）和第二安装基座（23），其中所述第一安装基座（22）包括比所述第二安装基座（23）更大的径向延伸。

12. 一种用于根据权利要求1-11所述的发电机（1）的定子区段。

13. 一种包括根据权利要求1-11所述的发电机（1）的风力涡轮机，其具有塔架（14）、与塔架连接的主轴（15）、可旋转地通过主轴承（16）连接到主轴（15）的叶片轮毂（17）和连接到叶片轮毂（17）的叶片（18）。

14. 根据权利要求13所述的风力涡轮机，其中所述定子（3）附连到所述主轴（15），并且其中所述转子（2）附连到所述叶片轮毂（17）。

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