CN103259349A - 风力涡轮机的旋转电机 - Google Patents

Abstract

一种用于风力涡轮机（1）的旋转电机（3），该风力涡轮机用于产生电力，该旋转电机具有：管状定子（12），管状定子具有多个定子段（29）；管状转子（13），管状转子具有多个转子段（34），位于管状定子（12）内，并且相对于管状定子（12）围绕旋转轴线（A）旋转；套筒（14），至少部分地位于管状转子（13）内并且能够连接至风力涡轮机（1）的支撑框架（2）；以及轴承（15），位于套筒（14）内并且固定至套筒，并且轴承支撑相对于套筒（14）旋转的管状转子（13）。

Description

风力涡轮机的旋转电机

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机（wind power turbine）的旋转电机（rotaryelectric machine）。

背景技术

与普通的旋转电机不同，在风力涡轮机（特别是大型风力涡轮机）中使用的旋转电机必须具有某些特性，例如，相对轻的重量，易于维护，在第一次装配时和当更换零件或进行维修时易于组装、拆卸和运输构成零件。另外，它们必须能够容易与支撑框架（supporting frame）和叶片组件连接，并且必须将它们设计为不需要过大、过重的支撑框架。

风力涡轮机行业中的趋势是朝着越来越高功率的旋转电机的方向发展，这使其难以满足相冲突的市场需求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种旋转电机，其使工人易于接触（access）并易于组装和拆卸构成零件。

根据本发明，提供了一种用于风力涡轮机的旋转电机，该风力涡轮机用于产生电力（electric power，电功率），该旋转电机包括：管状定子，其包括多个定子段（segment，区段，部分）；管状转子，其包括多个转子段，位于管状定子内，并相对于管状定子围绕旋转轴线旋转；套筒（sleeve，套管），至少部分地位于管状转子内并能够连接至风力涡轮机的支撑框架（supporting frame）；以及轴承，位于套筒内并固定至套筒，并且其支撑相对于套筒旋转的管状转子。

本发明使得可能实现这样一种旋转电机，其具有相对轻的重量的结构，并且其允许易于维护，易于去除定子和转子段，并可相对简单地更换轴承。

在本发明的一个优选实施方式中，套筒包括：第一端环（end ring），被设计为与风力涡轮机的支撑框架连接；第二端环，比第一端环小，并被设计为容纳轴承；以及连接部，将第一和第二端环连接。

因此，能够通过第一端环使轴承相对简单地在支撑框架内转移。

在本发明的一个优选实施方式中，连接部包括介于第一和第二端环之间的多个臂。

套筒用来支撑环形定子和转子，并通过第一和第二端环将旋转电机与支撑框架连接。第一和第二端环之间的连接臂允许接触旋转电机的零件，允许空气循环，并减轻旋转电机的重量。

优选地，将套筒铸造成一体件（one piece）。

在本发明的一个优选实施方式中，套筒包括沿着第一端环的第一接合部，用于将套筒与风力涡轮机的支撑框架连接。

将更小直径的结构件（即，套筒）与支撑结构连接具有这样的优点：减小支撑结构的尺寸和重量，从而整体上减小风力涡轮机的重量。

在本发明的一个优选实施方式中，套筒包括沿着第一端环的第二接合部，用于为管状定子定中心（centring，对准中心，定心）并将管状定子与套筒连接。

因此，第一端环使套筒与支撑结构和管状定子连接。

优选地，第二接合部具有圆柱面（cylindrical face，圆柱形面，柱面）和环形邻接面。

因此，可通过圆柱形接合（cylindrical coupling）将套筒和管状定子连接。

在本发明的一个优选实施方式中，将管状定子装配至套筒并从套筒伸出，管状定子包括：管状定子构件，被设计为沿着其内面支撑多个定子段；以及多个另外的臂，布置在第一端环周围，以将管状定子构件的一端与套筒连接。

管状定子结构是非常简单的，并且上述另外的臂避免增加旋转电机的重量。

更特别地，该多个臂中的每两个相邻的臂隔开，以限定开口，通过该开口取出和插入定子段或转子段。

因此，能够通过臂之间的开口轻松地取出定子段。

在本发明的一个优选实施方式中，管状转子包括：管状转子构件，用于沿着其外表面支撑多个转子段；以及凸缘，位于管状转子构件内并与轴承的内圈连接。

管状转子结构也是非常简单的且重量轻的。

优选地，将管状转子和套筒设计为连接并锁定至彼此。

因此，当更换轴承时，可直接用套筒支撑管状转子。

在本发明的一个优选实施方式中，可用致动装置（actuating device）将套筒和管状转子连接，将该致动装置设计为使管状转子相对于套筒围绕旋转轴线旋转。

当更换转子段时，由此可将转子段定位为易于取出，特别是当将所更换的转子段与另一臂对准时，或在围绕旋转轴线的设定位置中取出转子段。

在本发明的一个优选实施方式中，管状定子能够相对于套筒选择性地旋转。

管状定子的此特征允许将每个定子段定位为易于从管状定子取出/插入管状定子。

在本发明的一个优选实施方式中，将管状定子和管状转子设计为连接并锁定至彼此。

因此，管状转子的旋转同时使管状定子围绕套筒旋转。通过圆柱形地（cylindrically，圆柱地）连接的管状定子和套筒，也使得其成为可能。

附图说明

将参考附图，通过实例描述本发明的非限制性实施方式，在附图中：

图1示出了包括根据本发明的旋转电机的风力涡轮机的侧截面，为了清楚而去除了一些零件；

图2示出了图1的风力涡轮机的前视图，为了清楚而去除了一些零件；

图3示出了图1和图2中的旋转电机的细节的更大比例的截面，为了清楚而去除了一些零件；

图4示出了图1和图2中的旋转电机的另一细节的更大比例的截面，为了清楚而去除了一些零件；

图5示出了图1至图4中的旋转电机的一个变型的截面，为了清楚而去除了一些零件。

具体实施方式

图1中的数字1整体上表示用于产生电力的风力涡轮机。风力涡轮机1是直接驱动的类型。在所示实例中，风力涡轮机1包括支撑框架2；旋转电机3；以及围绕旋转轴线A旋转的叶片组件4。旋转电机3位于支撑框架2和叶片组件4之间。

在所示实例中，用弯曲的管状舱（nacelle）5限定支撑框架2，其包括：圆形端部凸缘6，用于与旋转电机3连接；端部凸缘7，被设计为容纳用于与竖直支撑部（未示出）连接的枢轴（未示出）；以及开口8，形成于舱5的壁中，并且通过开口将体积大的构成零件插入舱5/从舱中取出体积大的构成零件。优选地，将开口8与端部凸缘6基本上对准。

叶片组件4包括：毂9，该毂与旋转电机3连接；以及多个叶片（未在图中示出）。毂9包括：空心件10，用于支撑叶片（未示出）；以及凸缘11，该凸缘与旋转电机3连接。特别地，将凸缘11与旋转电机3直接连接。

旋转电机3围绕旋转轴线A延伸并且基本上是管状的，以在空心支撑框架2和空心毂9之间形成通道。

根据本发明的旋转电机3包括：管状定子12；以及管状转子13，其位于管状定子12内并围绕旋转轴线A相对于管状定子12旋转。旋转电机3包括套筒14，该套筒用于在相应的相对端支撑管状定子12和管状转子13。套筒14部分地位于管状转子13内。旋转电机3包括轴承15（优选地，一个轴承用于支撑径向和轴向负载），其位于套筒14的内部并固定至套筒，并支撑相对于套筒14旋转的管状转子13。

将套筒14布置在支撑框架2和旋转组件4之间。

套筒14是电机3的框架，并具有将叶片组件4、管状定子12和管状转子13的负载传递至支撑框架2的功能。

套筒14包括：端环16，被设计为与支撑框架2连接；端环17，比端环16小，并被设计为容纳轴承15；以及介于端环16和17之间的连接部18。套筒14整体上是截锥形状的。

连接部18内的空间空到这样的程度，使得允许通过连接部18和支撑框架2取出和去除轴承15。

连接部18优选地包括将端环16和17连接的多个臂19。这些臂19围绕旋转轴线A等距地隔开。

将套筒14形成为（优选地铸造为）一体件。在所示实例中，套筒14具有用于与其他构成零件连接的多个接合部：一个用于与支撑框架2连接，一个用于与管状定子12连接，以及一个用于与轴承15连接。这些接合部明显需要精加工，例如机加工，并在端环16和17处形成。

更特别地，将套筒14连接至支撑框架2的接合部是沿着端环16形成，并被设计成为套筒14定中心并将套筒与支撑框架2连接，在所示实例中，与凸缘6连接，凸缘具有与套筒14的接合部互补的接合部。在所示实例中，接合部具有邻接面20。通过螺栓接头将支撑框架2和旋转电机3（更特别地，凸缘6和端环16）连接。

参考图3，将套筒14连接至管状定子12的接合部是沿着端环16（更特别地，在端环16的外侧上）形成，并被设计成为管状定子12定中心并将管状定子与套筒14连接。在所示实例中，接合部具有圆柱形定中心面21，以及垂直于圆柱面21的邻接面22。通过螺栓接头将套筒14和管状定子12连接。

换句话说，将端环16与支撑框架2和管状定子12直接地连接。

参考图4，将套筒14连接至轴承15的接合部沿着端环17延伸。轴承15包括外圈23和内圈24，并容纳于端环17内。更特别地，外圈23容纳于端环17内，并且内圈24连接至管状转子13。在其与轴承15连接的地方，端环17具有：圆柱面25，用于为轴承15定中心；以及邻接面26。换句话说，轴承15的外圈23容纳在由圆柱面25和邻接面26形成的角座（angular seat）内，并用通过螺栓接头固定至端环17和外圈23的锁环27，将外圈23锁定在适当的位置中。

换句话说，端环17支撑旋转的管状转子13。

参考图1，将管状定子12装配至套筒并从套筒14伸出，并且管状定子包括：管状定子构件28，被设计为沿着其内面支撑多个定子段29；以及多个臂30，布置在端环16周围并将管状定子构件28的一端与套筒14连接。用螺栓接头将每个臂30与管状定子构件28连接，并用螺栓接头将每个臂与套筒14（更特别地，与端环16）连接。

这些定子段29（在所示实例中，缠绕在相应芯部周围的线圈）是模块化构件，其主要在平行于旋转轴线A的方向上延伸，并围绕旋转轴线A等距地隔开。

参考图2，将该多个臂30中的每两个相邻的臂30隔开，以形成开口，通过该开口取出或插入定子段29。

管状定子12还包括环形壁31，其在毂9一侧上与管状定子构件28垂直，并被设计为支撑紧急滑动轴承32，该紧急滑动轴承被设计为与管状转子13配合。

管状转子13包括：管状转子构件33；多个转子段34，沿着管状转子构件33的外表面布置；以及凸缘35，位于管状转子构件33内侧并与轴承15连接，更特别地，与轴承15的内圈24连接。换句话说，将凸缘35在一侧上固定至轴承15，并在相对侧上固定至毂9。因此，转子13附接至毂9，并且转子13构造为直接地附接至毂9。

参考图4，用两个能够彼此独立释放的接头将凸缘35固定至轴承15和毂9。

还可通过接头（特别是螺栓接头），将凸缘35连接至套筒14（在所示实例中，连接至端环17）。凸缘35位于靠近端环17的一个面的地方，并将凸缘35和端环17设计为通过螺栓接头连接（当更换轴承15时使用该螺栓接头），从而将管状转子13连接至套筒14。

套筒14和管状转子13之间的连接用于，当风力涡轮机1（图1）处于停放结构中和/或用于更换转子和定子段34、29和/或轴承15时，锁定叶片组件4（图1）的旋转。

这些转子段34（在所示实例中，是安装在相应支撑部上的永久磁铁）是模块化构件，其主要在平行于旋转轴线A的方向上延伸，并围绕旋转轴线A等距地隔开。

参考图2，通过每两个相邻的臂30限定的开口允许取出或插入转子段34。

参考图4，将轴承15的内圈24夹持在两个锁环36和37之间，锁环进而固定至凸缘35。

参考图1，套筒14具有紧急轴承，该紧急轴承沿着臂30定位并被设计为接触管状转子13。

参考图2，沿着一些臂30，套筒14具有一些连接点38，用于将套筒14连接至线性致动器39的一端，其相对端连接至管状转子13。在所示实例中，与和管状转子13直接连接相反，优选地，将线性致动器39与轴承15的内圈24的锁环36上的连接点40连接。将线性致动器39连接在连接点38和连接点40之间，使其并非相对于旋转轴线A径向地定位。因此，延伸或收缩线性致动器39可相对于套筒14有角度地移动管状转子13。

此操纵在将转子段34定位在由两个相邻臂30界定的开口时特别有用。此外，优选地，在旋转电机3的处于十二点位置的区域处取出和插入定子段29和转子段34。

为此目的，也可使管状定子12相对于套筒14旋转。更特别地，为了旋转管状定子12，释放管状定子12和套筒14之间的（更特别地，臂30和端环16之间的）螺栓接头，并松开臂30和管状定子构件28之间的螺栓接头。将管状定子12和管状转子13设计为彼此连接，使得由线性致动器39导致的管状转子13的旋转同时使得管状定子12旋转，以将待更换的定子段29定位在两个臂30之间十二点位置中。

在图5的变型中，将管状转子13和管状定子12在毂9一侧和支撑框架2一侧上连接。在支撑框架2一侧上，通过围绕旋转轴线A布置的多个间隔件41并且通过螺栓接头将管状定子12和管状转子13连接；并且，在毂9一侧上，它们通过销子42连接，销子与凸缘35和环形壁31中的孔接合。

在连接管状定子12和管状转子13之前，优选地，将多片非磁性材料（未在图中示出）放在定子段29和转子段34之间，以防止它们接触。

明显地，在不背离所附权利要求的范围的前提下，可对如这里描述的旋转电机进行改变。

Claims (14)

1.一种用于风力涡轮机的旋转电机，所述风力涡轮机用于产生电力，所述旋转电机（3）包括：管状定子（12），所述管状定子包括多个定子段（29）；管状转子（13），所述管状转子包括多个转子段（34），所述管状转子位于所述管状定子（12）内，并且相对于所述管状定子（12）围绕旋转轴线（A）旋转；套筒（14），所述套筒至少部分地位于所述管状转子（13）内并且能够连接至所述风力涡轮机（1）的支撑框架（2）；以及轴承（15），所述轴承位于所述套筒（14）内并且固定至所述套筒，并且所述轴承支撑相对于所述套筒（14）旋转的所述管状转子（13）。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述套筒（14）包括：第一端环（16），所述第一端环设计用于连接至所述风力涡轮机（1）的所述支撑框架（2）；第二端环（17），所述第二端环小于所述第一端环（16）并且设计为容纳所述轴承（15）；以及连接部（18），所述连接部连接所述第一和第二端环（16，17）。

3.根据权利要求2所述的旋转电机，其中，所述连接部（18）包括介于所述第一和第二端环（16，17）之间的多个臂（19）。

4.根据权利要求3所述的旋转电机，其中，所述套筒（14）形成为一体件，优选地铸造为一体件。

5.根据权利要求2所述的旋转电机，其中，所述套筒（14）包括沿着所述第一端环（16）的第一接合部，用于将所述套筒（14）连接至所述风力涡轮机（1）的所述支撑框架（2）。

6.根据权利要求2所述的旋转电机，其中，所述套筒（14）包括沿着所述第一端环（16）的第二接合部，用于为所述管状定子（12）定中心并且将所述管状定子连接至所述套筒（14）。

7.根据权利要求6所述的旋转电机，其中，所述第二接合部具有圆柱面（21）和环形邻接面（22）。

8.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述管状定子（12）被装配至所述套筒（14）且从所述套筒伸出，并且所述管状定子包括：管状定子构件（28），所述管状定子构件设计为沿着其内面支撑所述多个定子段（29）；以及多个臂（30），所述多个臂布置在所述第一端环（16）周围以将所述管状定子构件（28）的一端连接至所述套筒（14）。

9.根据权利要求8所述的旋转电机，其中，所述多个臂（30）中的每两个相邻的臂（30）隔开，以限定出开口，通过所述开口取出和插入所述定子段（29）或转子段（34）。

10.根据权利要求2所述的旋转电机，其中，所述管状转子（13）包括：管状转子构件（33），所述管状转子构件用于沿着其外表面支撑所述多个转子段（34）；以及凸缘（35），所述凸缘位于所述管状转子构件（33）内并且连接至所述轴承（15）的内圈（24）。

11.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述管状转子（13）和所述套筒（14）被设计为连接并锁定至彼此。

12.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述管状定子（12）和所述套筒（14）能够连接以允许所述管状定子（12）相对于所述套筒（14）围绕所述旋转轴线（A）旋转。

13.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述管状定子（12）和所述管状转子（13）被设计为连接并锁定至彼此。

14.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述套筒（14）和所述管状转子（13）能够由致动装置（39）连接，所述致动装置设计为使所述管状转子（13）相对于所述套筒（14）围绕所述旋转轴线（A）旋转。

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