CN103208890B - 电枢组装设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电枢组装设备（1），其用于组装电机的电枢（4），该电枢组装设备（1）包括：电枢保持设备（2），其被实现成保持被部分组装的电枢（4）以使所述电枢（4）的旋转轴线（R）基本水平；旋转装置（20、21），其用于使得所述被部分组装的电枢（4）绕旋转轴线（R）旋转；以及环形节段运载器（3），其用于相对于所述被部分组装的电枢（4）的自由环形节段部分（420）将电枢环形节段（5）运载到安装位置。本发明还描述了电枢保持设备（2）、环形节段运载器（3）和组装电机的电枢（4）的方法。

Description

电枢组装设备

技术领域

本发明描述了的用于组装电机的电枢的电枢组装设备、电枢保持设备、环形节段运载器以及组装电机的电枢的方法。

背景技术

常规风力涡轮机通常包括变速箱来增加其发电机相对于其转子轴的旋转速度并且因此增加变极频率。变速箱包括许多需要承受磨损并且必须间隔性地被维护或更换的部件。还需要复杂且昂贵的轴承设置来承受作用在转子轴和变速箱上的极端载荷和转矩。直接驱动风力涡轮机具有优于这种常规风力涡轮机的多种优点，其中主要优点在于直接驱动风力涡轮机不需要这样的变速箱。直接驱动风力涡轮机因此需要更少的零件，较不复杂，并且更加可靠。因为这些原因，对于直接驱动风力涡轮机的需求逐渐增加。

直接驱动发电机具有相对大的直径和沿场磁体设置的周向布置的具有交替磁极的许多磁体（通常是外部转子），以便允许足够高的变极频率。这种大型发电机的物理尺寸和重量在其组装期间造成问题。处理重的、笨拙的且易损的部件是复杂且费时的，并且还是有危险的，以致必须采取严格的安全措施。这显著地增加了组装直接驱动发电机所需的总体时间和成本。

例如，必须小心地处理定子环形节段，但是每个环形节段均会重达几百千克，使得难以操纵就位以备安装到定子支承结构，该支承结构通常包括安装到中空定子轴的前板和背板。定子环形节段通常包括带有被缠绕在绝缘材料内的绕组的多个线圈区段以及被成形成连接到相邻环形节段的端部区段的端部区段。通常，使用吊车或起重机将定子环形节段运输到部分组装的定子并且通过缆绳或链将其连接于此。环形节段必须被悬挂在适当位置直到其被安装到定子支承结构。当运输期间环形节段被悬挂时必须非常小心以便不会损坏或弯曲诸如绝缘件或连接件的易损零件，并且以便不会损坏绝缘材料。此外，必须小心地避免损坏或扭曲将环形节段连接到定子支承结构所必须的支承结构连接装置，否则将不可能进行准确安装。对于这些元件中任意元件的损坏均会导致昂贵的维修工作并且耽误生产。

发明内容

因此，本发明的目标是提供组装用于直接驱动风力涡轮机的发电机的电枢的更加经济且可靠的方法。

通过权利要求1的电枢组装设备、通过权利要求8的电枢保持设备、通过权利要求10的环形节段运载器以及通过组装电机的电枢的权利要求15的方法来实现该目标。

根据本发明，用于组装电机的电枢的电枢组装设备包括：电枢保持设备，其被实现成保持被部分组装的电枢以使电枢的旋转轴线基本水平；旋转装置，其用于使得所述被部分组装的电枢绕旋转轴线旋转；以及环形节段运载器，其用于相对于所述被部分组装的电枢的自由环形节段部分将电枢环形节段运载到安装位置。

电枢保持设备或“组装站”能够是被实现为承受被组装的电枢的重量的框架，并且还能够被实现为从组装线的一个点运动到另一个点。电枢保持设备因此在下文中可以被称为电枢框架或电枢运输框架。在根据本发明的电枢组装设备中，电枢的旋转轴线基本水平或平行于地面。这与现有技术的组装设置不同，现有技术的组装设置包括电枢的竖直取向，如在前言中所述，并且这还允许针对发电机的大部分或所有组装阶段使电枢保持在该取向。换言之，当电枢被保持成处于水平取向时能够对电枢执行各种组装阶段，以便不需要诸如起重机和吊车的提升器械，并且电枢或电枢环形节段被牢固地保持且不会掉落并且不会相对于其他部件摆荡。环形节段不必在被固定到电枢的同时被手动地吊装或提升就位并且被保持，而是能够使用环形节段运载器相对于自由环形节段部分被置于安装位置。根据本发明的电枢保持设备的优点在于，有效地防止敏感且昂贵的部件被损坏，并且基本上避免了环形节段的弹性变形。此外，根据本发明的电枢保持设备有效地保护主要被设计成承受处于水平位置的环形节段的重量的电枢免于任何扭曲。

根据本发明，在电机的电枢的组装中使用的电枢保持设备包括：连接装置，其用于将被部分组装的电枢可拆卸地连接到电枢保持设备以使电枢的旋转轴线基本水平；以及旋转装置，其用于使得被部分组装的电枢绕旋转轴线旋转。

根据本发明，在电机的电枢的组装中使用的环形节段运载器包括：用于支撑电枢环形节段的支撑件；以及定位装置，其用于相对于被部分组装的电枢的自由环形节段部分将电枢环形节段置于安装位置。

虽然这样的环形节段运载器可以被实现成将电枢环形节段置于相对于所述电枢处于（例如距离侧面或距离上面）一定角度的位置，不过根据本发明的环形节段运载器优选地被实现成将环形节段置于在被部分组装的电枢以下的位置。换言之，环形节段运载器保持电枢环形节段处于被部分组装的电枢下方的位置。以此方式，在能够被安装到电枢之前，环形节段基本上不会有滑脱或掉落的风险。

根据本发明，组装电机的电枢的方法包括步骤：

（A）将被部分组装的电枢连接到电枢保持设备以使所述电枢的旋转轴线基本水平；

（B）致动旋转装置以使所述被部分组装的电枢绕所述旋转装置的旋转轴线旋转从而使得自由环形节段部分就位；

（C）将电枢环形节段运载到所述被部分组装的电枢；

（D）控制所述电枢组装设备的调节装置以将所述电枢环形节段置于所述被部分组装的电枢的所述自由环形节段部分上的安装位置；

（E）将所述电枢环形节段安装到所述被部分组装的电枢的所述自由环形节段部分；

以及重复步骤（B）至（E）直到所需数量的电枢环形节段已经被安装到电枢上。当然，这些步骤执行的顺序或次序不限于这里所列的次序。

根据本发明的方法的优点在于，其允许在没有本领域已知的有害或费时的处理步骤的情况下组装电枢。大量电枢环形节段能够被“排好”以备安装，并且只要一个环形节段被安装到被部分组装的电枢，就能够旋转适当量，以便下一环形节段能够被安装，并且以此继续。

如下述说明所揭示的，从属权利要求给出了本发明的具体有利实施例和特征。不同权利要求类型的特征可以根据需要来组合以便得到这里没有描述的其他实施例。

虽然绕组能够被安装在发电机的旋转部件上，不过在直接驱动风力涡轮机中，绕组通常被设置在静止定子上，该定子通常设置在转子内部，即转子包括外侧转子。因此在下文中，在不以任何方式限制本发明的情况下，可以假设电枢是定子，并且术语“电枢”和“定子”在下文中可以互换地使用。而且，在不以任何方式限制本发明的情况下，可以假设发电机是用于风力涡轮机的。在电枢的组装期间，可以假设环形节段被安装到电枢的外部。还可以假设电枢环形节段是径向环形节段，即电枢环形节段占据电枢的外部周向弯曲平面的径向部段。

表述“电枢的旋转轴线”应该被理解成是被组装的发电机的旋转部分旋转所绕的轴线。通常，发电机呈现绕其旋转轴线的旋转对称性。旋转部分能够是电枢本身，在此情况下发电机的场磁体设置能够是静止的。替代性地，电枢本身不旋转，如发电机包括静止电枢和旋转场磁体设置的情况。

环形节段运载器能够是用于将环形节段置于被部分组装的定子以便于安装的任意适当运载器。例如，环形节段运载器能够被实现成传送带类型。不过在本发明的具体优选实施例中，环形节段运载器包括设置在轮或辊上的推车或货车以便其相对于定子框架可自由运动。因此在下文中，在不以任意方式限制本发明的情况下，环形节段运载器可以被简单地称为“推车”或“环形节段推车”。

电枢组装设备的旋转装置能够被实现成以任意适当方式旋转被部分组装的电枢。例如，其可以被实现成允许被部分组装的电枢沿预定路径“滚动”，以便电枢的旋转轴线沿与地面基本平行的水平方向移位。不过，在本发明的优选实施例中，旋转装置被实现成绕电枢的旋转轴线旋转被部分组装的电枢。换言之，电枢不横向移位而是仅绕其自身旋转轴线旋转。

在电枢的组装期间，被部分组装的电枢可以简单地悬挂就位以便其能够接合于旋转装置。不过，在本发明的优选实施例中，电枢保持设备包括连接装置，其用于将被部分组装的电枢可拆卸地连接到旋转装置，以便被部分组装的电枢总是被牢固地紧固到运输框架。

旋转装置能够包括被实现成转动相对重的电枢的任意适当设备或装置。优选地，旋转装置包括啮合的齿轮设置。例如这种啮合的齿轮设置能够包括一个大齿轮，其被实现成接合于较小驱动齿轮，实际上显著更大的齿轮被设置成容纳定子的轴。在替代性设置中，啮合的齿轮设置能够包括一组斜齿轮、蜗杆和蜗轮设置、或者齿条和小齿轮设置。

这种旋转装置优选地被实现成被适当致动装置驱动，该致动装置例如是诸如电动马达的马达。致动装置被实现成致动旋转装置以使得被部分组装的电枢绕其旋转轴线旋转。在本发明的具体优选实施例中，旋转装置被实现成使得被部分组装的电枢旋转与电枢环形节段的径向宽度对应的径向量。例如，如果要将十二个环形节段安装到定子支承结构，则致动装置能够被实现成使得被部分组装的定子旋转30°，以便下一自由环形节段部分能够被放置就位以备下一组装步骤。

根据本发明的电枢组装设备优选地包括某种调节装置，其用于将电枢环形节段置于被部分组装的电枢的自由环形节段部分上的安装位置。例如，电枢框架能够被实现成以多个自由度可调节以便被部分组装的电枢本身相对于被保持在运载器或推车上的静止环形节段被移动。不过被部分组装的电枢的大型尺寸和显著重量能够使得这相对难以实现。因此，在本发明的具体优选实施例中，这种调节装置被实现成推车的一部分。在这种实现方式中，电枢框架能够相对于推车保持静止。

在本发明的进一步优选实施例中，调节装置或对齐装置被实现成调节电枢环形节段相对于被部分组装的电枢的自由环形节段部分的位置。为此，调节装置能够以某种适当方式被连接到控制接口或控制模块，其能够被控制器、人或被自动地使用以便控制调节装置。例如，这种控制模块能够是借助于电缆连接或无线连接被连接到推车的调节装置的手持模块。这种控制模块还能够被实现成向推车的驱动装置发出控制信号，以便其能够例如被用于控制推车在工厂地板上的运动。

环形节段推车优选地包括支撑装置或搬运床，其被实现成在电枢组件下方承载处于基本水平取向的电枢环形节段。优选地，为了确保以安全且牢固方式运输环形节段，这种支撑装置或搬运床以凹形方式被成形以符合定子环形节段的弯曲形式。优选地，因为定子环形节段以基本水平位置运输，即处于“躺平”位置，所以调节装置被实现成相对于电枢组件的自由环形节段部分抬升或降低环形节段。换言之，调节装置优选地被实现成具有基本竖直的行进方向。

调节装置能够包括任意适当的活动零件，其能够被控制成改变被环形节段推车搬运的环形节段的竖直或水平取向。在本发明的优选实施例中，调节装置包括多个单独的可运动调节点。优选地，调节装置包括三个单独的可运动调节点，因为三个这样的单独的可运动调节点足以获得环形节段相对于定子支承结构的基本任意所需取向。调节点优选地包括线性致动器，例如液压缸和活塞设置，其能够被致动成沿其行进方向延伸或回缩。在一种实施方式中，调节点能够被同时地控制，以便环形节段被均匀地抬升或降低，而不改变其取向。不过有时可能需要对环形节段的一侧或一个角做出微调。因此，除了前述实施例之外或作为前述实施例的替代，每个调节点能够独立于彼此被控制或致动。使用这样的单独可控调节点的设置，调节装置能够被实现成沿基本向上的竖直方向朝向被部分组装的电枢的自由环形节段部分抬升电枢环形节段，并且能够“精密调节”环形节段相对于定子支承结构的自由环形节段部分的位置。

能够通过一个或更多个传感器来辅助将环形节段相对于定子支承结构放置就位以便它们能够被连接的步骤。例如，激光或声波测量装置能够被用于确定环形节段上的一点和定子支承结构上的对应“目标”点之间的距离。这样的信号能够被控制模块或控制接口使用并且能够被用作被发送给推车的调节点的控制信号的基础。

结合附图从下述具体说明中将显而易见到本发明的其他目标和特征。不过，应该理解，附图仅绘制用于图释目的并且不作为对本发明限制的定义。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的电枢组装设备的立体图；

图2示出了带有被部分组装的电枢的图1的电枢组装设备的侧视图；

图3示出了被部分组装的电枢处于第一组装阶段的图1的电枢组装设备的主视图；

图4示出了被部分组装的电枢处于第二组装阶段的图1的电枢组装设备的主视图；

图5示出了被部分组装的电枢处于第三组装阶段的图1的电枢组装设备的主视图。

在附图中，贯穿始终同样的附图标记指代同样的物体。附图中的物体不必要成比例绘制。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施例的电枢组装设备1的立体图。电枢组装设备1包括大型稳固的定子运输框架2，并且在这种示例中还包括四个辊23或轮23（每个角一个），以便运输框架2能够例如沿组装线从一个位置运动到另一位置。运输框架2还包括转动装置20、21、22，在这种情况下是一组被啮合的齿轮，其中能够通过驱动较小齿轮21来使大齿轮20运动。为此，马达22或其他驱动装置22（这里被示意性示出）能够被连接到较小的驱动齿轮21。马达22能够被安装到定子框架，或者能够根据需要被设置在其他处。这样的马达能够包括轴或其他传动件以便连接到驱动齿轮21。大齿轮20绕中空轴25设置，其被实现或成形成容纳电枢或定子的轴。附图还示出环形节段运载器3或推车3，其相对于定子运输框架2可自由运动。环形节段推车3包括连接到四个辊32或轮32的平板主体30以及被成形成容纳弯曲环形节段的支撑装置31。这种支撑装置31被设置在多个线性致动器33上，所述线性致动器（将在之后示出）能够被控制成沿竖直方向调节支撑装置31的位置。为了确保推车在定子组件下方被正确地对齐，其能够使用例如在地板上的标记被引导。

图2示出了带有被部分组装的电枢4的图1的电枢组装设备1的侧视图，该被部分组装的电枢4在下文中被称为定子4且用于直接驱动风力涡轮机的发电机。定子4的支承结构包括中空轴40、背板42和前板41。环状背板42在塔接口侧被安装到轴40，该塔接口侧即所述轴将面向风力涡轮机的机舱的侧面。前板41将面向风力涡轮机的毂。具有诸如罩套、风扇、热交换器、管等部件的冷却系统43如这里所示被设置在背板42和前板41之间的空间内。在用于直接驱动风力涡轮机的发电机中，定子支承结构能够包括5m或更大直径，并且前板和背板之间距离能够包括大约1.5m至2m。

附图还示出了具有定子环形节段5的环形节段推车3，该定子环形节段5安放在支撑装置31内以备安装到定子支承结构4。定子环形节段5包括设置在支承结构接口51上的铜绕组50。支承结构接口51被实现成被安装到前板41和背板42的外缘，这将在下文解释。在附图中，还没有将定子环形节段安装到定子支承结构4。

图3示出了被部分组装的定子4处于第一组装阶段的图1的电枢组装设备的主视图。这里，已经安装了一个环形节段5。第二环形节段5在环形节段推车3的支撑装置31上就位。控制器6（这里示意性示出）被用于例如通过向环形节段推车3的马达或其他驱动装置（这里未示出）发送控制信号62来驱动环形节段推车3。位于环形节段推车3上的某适当位置的一个或更多个传感器60能够向控制器6发送测量信号61，以便其能够相应地作出反应。传感器60能够探测环形节段5相对于定子前板41和背板42的相对位置，例如通过使用定子前板41和背板42的引导装置420作为参考点。控制器6能够发送适当调节信号62到推车3来调节环形节段5相对于定子前板41和背板42的位置直到定子环形节段5的位置令人满意。因为环形节段5仅在其安放在推车3的吊架上时被提升，所以基本避免了环形节段5的弹性变形。此外，这种水平位置是风力涡轮机操作期间环形节段5所采取的基本相同位置。因为定子板41、42被主要设计成承受处于水平位置的环形节段5的重量，所以还有效地保护其免于任何扭曲。

图4示出了被部分组装的定子4处于第二组装阶段的图1的电枢组装设备的主视图。这幅图示出了安装过程中的下一节段。控制器6能够发送调节信号63到环形节段推车3的线性致动器33以便支撑装置31能够沿如附图所示的竖直方向D被抬升到所需高度。而且，传感器60能够将测量信号61传递到控制器6以便其能够通过发出适当控制信号63来作出响应。定子环形节段5的支承结构接口51被设计成使得一旦其已经相对于前板41和背板42被置于安装位置，其就能够被插入就位。这能够通过控制器6发出的适当控制信号62、63来实现。

图5示出了被部分组装的电枢处于第三组装阶段的图1的电枢组装设备的主视图。在这幅图中，几乎所有的环形节段5均已被安装到定子支承结构4、41、42上。附图清楚地示出了被设置在推车3上以备安装的具有其绕组的另一环形节段5，其中该绕组例如被缠绕在玻璃纤维带中以便保护绕组。定子支承结构4已经沿所示方向旋转以便倒数第二个自由环形节段部分420被置于适当位置以便安装下一定子环形节段5。

一旦定子支承结构4、41、42已经完全被环形节段5填充，则定子运输框架2能够借助于被安装在运输框架2的四个角上的辊24被移动到下一组装位置。

虽然以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，不过将理解在不背离本发明范围的情况下能够对本发明做出大量额外改进和改型。

为了清楚的目的，应该理解贯穿本申请“一”或“一种”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或元件。对于“单元”或“模块”的描述不排除使用多于一个单元或模块。

Claims (10)

1.一种用于组装电机的电枢（4）的电枢组装设备（1），该电枢组装设备（1）包括：

电枢保持设备（2），被实现成保持被部分组装的电枢（4）以使所述电枢（4）的旋转轴线（R）基本水平；

旋转装置（20、21），用于使得所述被部分组装的电枢（4）绕旋转轴线（R）旋转；以及

环形节段运载器（3），用于相对于所述被部分组装的电枢（4）的自由环形节段部分（420）将电枢环形节段（5）运载到处于被部分组装的电枢下方的安装位置；

其还包括调节装置（33），用于将所述电枢环形节段（5）置于所述被部分组装的电枢（4）的所述自由环形节段部分（420）上的安装位置。

2.根据权利要求1所述的电枢组装设备，其中所述旋转装置（20、21）被实现成使得所述被部分组装的电枢（4）绕其旋转轴线（R）旋转。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的电枢组装设备，其中所述电枢保持设备（2）包括连接装置（25），用于将所述被部分组装的电枢（4）可拆卸地连接到所述旋转装置（20）。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的电枢组装设备，其中所述旋转装置（20、21）包括啮合的齿轮设置（20、21）。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的电枢组装设备，其中所述旋转装置（20、21）被实现成使得所述被部分组装的电枢（4）旋转与自由环形节段部分（420）的径向宽度对应的径向量。

6.根据权利要求1所述的电枢组装设备，包括用于控制所述调节装置（33）的控制接口（6）。

7.一种在电机的电枢（4）的组装中使用的环形节段运载器（3），包括：

用于支撑电枢环形节段（5）的支撑件（31）；以及

定位装置（33、32），用于相对于被部分组装的电枢（4）的自由环形节段部分（420）将所述电枢环形节段（5）置于处于被部分组装的电枢下方的安装位置；

其还包括调节装置（33），用于调节所述电枢环形节段（5）相对于所述被部分组装的电枢（4）的所述自由环形节段部分（420）的位置；

其中，所述调节装置（33）包括多个单独可控的调节点（33）。

8.根据权利要求7所述的环形节段运载器，其中调节装置（33）包括线性致动器（33）。

9.根据权利要求7-8中任一项所述的环形节段运载器，其中所述调节装置（33）被实现成沿基本向上的竖直方向（D）朝向所述被部分组装的电枢（4）的所述自由环形节段部分（420）抬升所述电枢环形节段（5）。

10.一种组装电机的电枢（4）的方法，该方法包括步骤：

（A）将被部分组装的电枢（4）连接到电枢保持设备（2）以使所述电枢（4）的旋转轴线（R）基本水平；

（B）致动旋转装置（20、21）以使所述被部分组装的电枢（4）绕旋转轴线（R）旋转从而使得自由环形节段部分（420）就位；

（C）通过权利要求7-9中所述的环形节段运载器（3）将电枢环形节段（5）运载到所述电枢保持设备（2）以便安装到所述被部分组装的电枢（4）的所述自由环形节段部分（420）上；

（D）控制如权利要求1-6中所述的电枢组装设备（1）的定位装置（33、34）以将所述电枢环形节段（5）置于所述被部分组装的电枢（4）的所述自由环形节段部分（420）上的处于被部分组装的电枢下方的安装位置；

（E）在所述安装位置处将所述电枢环形节段（5）紧固到所述被部分组装的电枢（4）的所述自由环形节段部分（420）；

以及重复步骤（B）至（E）直到所需数量的电枢环形节段（5）已经被安装到所述电枢（4）上。