CN103001369B

CN103001369B - 风力涡轮机

Info

Publication number: CN103001369B
Application number: CN201210340482.6A
Authority: CN
Inventors: S.塞默
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2017-09-15
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: DK2570659T3; CN103001369A; US20130241207A1; EP2570659A1; EP2570659B1; US8916984B2

Abstract

本发明涉及风力涡轮机（1），具体地是直接驱动风力涡轮机，包括至少一个发电机（3），该发电机（3）具有带两组定子绕组（8、9）的定子（7），其中第一组定子绕组（8）借助于第一缆线连接（11）被连接到第一电转换器单元（10），第二组定子绕组（9）借助于第二缆线连接（13）被连接到第二电转换器单元（12），其中所述第一缆线连接（11）在面向所述风力涡轮机（1）的驱动端（20）的侧面区域内被引导离开相应一组定子绕组（8），并且所述第二缆线连接（13）在面向所述风力涡轮机（1）的非驱动端（21）的侧面区域内被引导离开相应一组定子绕组（9）。

Description

风力涡轮机

技术领域

本发明涉及风力涡轮机，具体地是直接驱动风力涡轮机，其包括至少一个发电机，该发电机具有带两组定子绕组的定子，其中第一组定子绕组借助于第一缆线连接被连接到第一电转换器单元并且第二组定子绕组借助于第二缆线连接被连接到第二电转换器单元。

背景技术

公知的是具有两组定子绕组的发电机，即并联的两个绕组系统和两个电转换器单元，以用于风力涡轮机应用，具体地用于海上风力涡轮机应用。因此，如果一个电转换器单元失效，则相应发电机仍能够借助于剩余的仍在工作的具有一半动力输出的电转换器单元来运转。

根据一种具体的发电机构造，相应成组的定子绕组或绕组系统均被连接到被分配给发电机的非驱动端的相应母线系统。从而相应成组定子绕组被装纳在定子的相应定子槽内，其中每个定子槽装纳第一或第二组定子绕组中的仅一组定子绕组。

这种方法需要在风力涡轮机的非驱动端的区域内具有相当大的空间。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种风力涡轮机，其具有改进的用于其电气部件的所需空间。

这是通过如前所述的风力涡轮机实现的，其中第一缆线连接在面向风力涡轮机的驱动端的侧面区域内被引导离开相应一组定子绕组，并且第二缆线连接在面向风力涡轮机的非驱动端的侧面区域内被引导离开相应一组定子绕组。

相比于现有技术，本发明是基于如下构思，即引导相应连接缆线离开定子的两侧，每个缆线可包括多个单独缆线，其被分配给相应成组定子绕组。因此，第一缆线连接在面向风力涡轮机的驱动端的侧面区域内被引导离开相应一组定子绕组，而第二缆线连接在面向风力涡轮机的非驱动端的侧面区域内被引导离开相应一组定子绕组。以此方式，第一和第二缆线连接在不同轴向位置（参考定子中心轴线）被引导离开相应定子绕组从而导致结构上更加紧凑的设计，这是因为给缆线连接和电转换器单元提供了更多空间。换言之，相应缆线连接被引导离开定子或相应成组定子绕组的轴向相对的侧面二者，其中一个侧面面向风力涡轮机的驱动端且另一个或相对的侧面面向风力涡轮机的非驱动端。

风力涡轮机的驱动端指的是发电机或定子的相应连接到转子毂的侧面，而风力涡轮机的非驱动端指的是发电机连接到风力涡轮机的机舱内的相应非旋转部件的侧面。因此，风力涡轮机的旋转部件，例如发电机的转子，通常至少间接地连接到驱动端，而风力涡轮机的非旋转部件，例如定子，通常至少间接地连接到风力涡轮机的非驱动端。

在本文中，术语定子指的是整个定子构造，因此相应定子壳体或类似件也可以由术语定子所指代。

相应电转换器单元优选地置于风力涡轮机的非驱动端，即发电机下游。在例外情况下，还可以想到，至少一个电转换器单元被置于风力涡轮机的驱动端。

因此，可能的是，在非常接近成组定子绕组处，第一和/或第二缆线连接被轴向引导离开相应一组定子绕组或者被径向引导离开相应一组定子绕组。因此，相应缆线连接在其延伸离开相应成组定子绕组的相应方向/取向上可以是不同的或相同的。因此，轴向指的是基本平行于定子中心轴线的缆线连接的所有取向，其中术语轴向还包括相对于定子中心轴线的相应倾斜或成角度取向。相应地，径向指的是基本垂直于定子中心轴线的缆线连接的所有取向，其中术语径向还包括相对于与定子中心轴线垂直的竖直轴线的相应倾斜或成角度取向。

上述说明实质上涉及相应缆线连接直接延伸离开相应成组定子绕组的部分，即相应缆线连接的进一步线程可以是不同的。因此，相应缆线连接的相应第一部分可以轴向延伸离开相应一组定子绕组，在相应缆线连接的第一部分下游的第二部分可以沿径向方向延伸，在相应缆线连接的第二部分下游的第三部分可以沿轴向方向延伸，等等。

定子，即定子堆，可以包括相应径向孔、径向通道等以便径向引导相应缆线连接离开相应一组定子绕组。

可能的是，在面向风力涡轮机的驱动端的侧面区域内被引导离开相应一组定子绕组的相应缆线连接进一步沿着定子的定子背芯（back core）朝向风力涡轮机的非驱动端被引导。在这种实施例中，在面向风力涡轮机的驱动端的侧面处被引导离开相应一组定子绕组的相应缆线连接进一步沿定子背芯朝向风力涡轮机的非驱动端被引导。定子背芯可以设有适当的引导器件，其形式为托架、紧固件、沟槽或在定子背芯处为缆线连接提供牢固附接的类似件。

优选的是，第一和第二组定子绕组被共同置于定子的相应定子槽内。因此，在相应电转换器单元中的一个失效时，本发明的原理允许源于定子绕组的磁力具有更均匀的周向分布。因此，在这种情况下，空气间隙内的磁场将类似于任一电转换器单元或成组定子绕组相应地仍在仅一半动力下工作的情况。

可能的是，与第二组定子绕组相比，第一组定子绕组被置于径向外部位置，或者反之亦然。大体而言，所有相应定子槽均具有相同构造，即第一组定子绕组相比第二组定子绕组处于外部径向位置，或者反之亦然。不过，可行的是定子槽可具有不同构造，即，第一定子槽具有相比于第二组定子绕组处于径向外部位置的第一组定子绕组，而第二定子槽，具体地是周向邻接的定子槽，具有相比于第一组定子绕组处于径向外部位置的第二组定子绕组。

每组定子绕组均可以包括串联连接的至少两个定子绕组。被分配给相应一组定子绕组的相应定子绕组的数量是整数。对于三相电机形式的发电机的优选示例而言，理想的是每组定子绕组包括串联连接的至少两个（具体地是三个）定子绕组。相应成组定子绕组中的每组传导相同幅值的交流电，不过具有相位差。例如，关于具有相应三组定子绕组的发电机的实施例而言，相位差可以是120°。

本风力涡轮机优选地是海上风力涡轮机。因此，本发明的风力涡轮机被准备好以便安装在海上。当然本发明的风力涡轮机还可以安装在其他地点。

附图说明

在下文中，参考附图具体描述本发明，附图中：

图1示出了根据本发明的示例性实施例的创造性风力涡轮机的原理图；

图2示出了图1的创造性风力涡轮机的驱动端的发电机的定子的线圈图的原理图；

图3示出了图1的创造性风力涡轮机的非驱动端的发电机的定子的线圈图的原理图；

图4示出了图2和图3的组合图；以及

图5示出了图1的风力涡轮机的发电机的定子的定子槽的原理图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明示例性实施例的创造性风力涡轮机1的原理图。风力涡轮机1是用于海上应用的直接驱动风力涡轮机；即风力涡轮机1被安装在海2上。风力涡轮机1包括被直接连接到转子毂4的发电机3，该转子毂4具有与其附接的多个转子叶片5。即风力涡轮机1能够被划分为驱动端20和非驱动端21，该驱动端20即发电机3的左侧、本质上与至少被间接联接到转子毂4的所有部件相关，该非驱动端21即发电机3的右侧、本质上与至少被间接联接到风力涡轮机1的相应非旋转部件的所有部件相关，例如在风力涡轮机1的机舱6内的静止部件。

发电机3具有转子（未示出）和定子7，其中转子相对于定子7被可旋转地支撑。定子7包括两组定子绕组8、9，其中第一组定子绕组8借助于第一缆线连接11被连接到第一电转换器单元10并且第二组定子绕组9借助于第二缆线连接13被连接到第二电转换器单元12。缆线连接11、13均包括至少三个不同缆线14、15、16、17、18、19，因为发电机3被构建成三相电机，即每组定子绕组8、9包括串联连接的三个定子绕组，且每个定子绕组连接到相应缆线14、15、16、17、18、19（参见图2-4）。从而，相应缆线14-16被分配给缆线连接11，而缆线17-19被分配给缆线连接13。

还可以从图1看出，相应缆线连接11、13在不同的轴向位置处被引导离开相应成组定子绕组8、9。缆线连接13在左侧（即在面向风力涡轮机1的驱动端20的侧面区域内）被轴向引导离开相应一组定子绕组8。缆线连接11在右侧（即在面向风力涡轮机1的非驱动端20的侧面区域内）被轴向引导离开相应一组定子绕组9。

缆线连接11、13均被引导到被置于机舱6内的相应电转换器单元10、13。电转换器单元10、13二者均被置于风力涡轮机1的非驱动端21。因此，缆线连接13还沿着定子7的定子背芯（即部分地平行于相应发电机3或定子7的中心轴线A）朝向风力涡轮机1的非驱动端21被引导。

当参考图2-4时可以进一步解释本发明原理。其中图2示出了本发明的风力涡轮机1的驱动端20的发电机3的定子7的线圈图的原理图，并且图3示出了本发明的风力涡轮机1的非驱动端20的发电机3的定子7的线圈图的原理图。图4示出了图2和图3的组合图。

显而易见的是，被分配给缆线连接11的相应缆线14-16沿风力涡轮机1的非驱动端21的方向被引导离开相应一组定子绕组8，而被分配给缆线连接13的相应缆线17-19沿风力涡轮机1的驱动端20的方向被引导离开相应一组定子绕组9。缆线22表示中性导体。

图5示出了图1的风力涡轮机1的发电机3的定子7的代表性定子槽22的原理图。因此，图3示出了沿图1的线III-III的剖视图。显而易见的是，定子槽23装纳相应两组定子绕组8、9。换言之，第一和第二组定子绕组8、9均被共同置于定子7的相应定子槽23内。其中，相应成组定子绕组8、9具有不同径向位置；即所述一组定子绕组8相比于所述一组定子绕组9处于径向外部位置。这种构造允许源自于相应成组定子绕组8、9的磁力具有更加均匀的分布，即使当相应电转换器单元10、12中的一个失效时也如此。

相比于图1所示的实施例，理论上还可能的是，在非常接近相应成组定子绕组8、9处将缆线连接11、13中的一个径向引导离开相应成组定子绕组8、9。在这种情况下，相应缆线连接11、13将朝向中心轴线A沿径向向内方向取向，即在这种情况下定子7具有相应的径向孔、径向通道、径向孔洞或类似特征。

Claims

1.一种风力涡轮机（1），包括至少一个发电机（3），所述发电机（3）具有带两组定子绕组（8、9）的定子（7），其中第一组定子绕组（8）借助于第一缆线连接（11）被连接到第一电转换器单元（10），第二组定子绕组（9）借助于第二缆线连接（13）被连接到第二电转换器单元（12），其中所述第一缆线连接（11）在面向所述风力涡轮机（1）的驱动端（20）的侧面区域内被引导离开第一组定子绕组（8），并且所述第二缆线连接（13）在面向所述风力涡轮机（1）的非驱动端（21）的侧面区域内被引导离开第二组定子绕组（9），

其中所述第一缆线连接（11）针对所述两组定子绕组中的第一组的每一相包括一缆线，且其中所述第二缆线连接（13）针对所述两组定子绕组中的第二组的每一相包括一缆线。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述第一和/或第二缆线连接（11、13）在非常接近所述两组定子绕组（8、9）中的相应一组处被轴向引导离开第一组定子绕组（8）或者被径向引导离开第二组定子绕组（9）。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中在面向所述风力涡轮机（1）的所述驱动端（20）的侧面区域内被引导离开所述第二组定子绕组（9）的相应缆线连接（13）进一步沿所述定子（7）的定子背芯朝向所述风力涡轮机（1）的所述非驱动端（21）被引导。

4.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中所述第一组定子绕组和第二组定子绕组（8、9）被共同放置在所述定子（7）的相应定子槽（23）内。

5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中所述第一组定子绕组（8）相比于所述第二组定子绕组（9）被置于径向外部位置，或者反之亦然。

6.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中每组定子绕组（8、9）包括串联连接的至少两个定子绕组。

7.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中所述风力涡轮机（1）是海上风力涡轮机。