CN103415697B - 具有集流环的直接驱动式风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括带有机舱的塔架的直接驱动式风力涡轮机，所述机舱配备有直接驱动式发电机和承载有涡轮叶片的可旋转轮毂，其中直接驱动式发电机包括外定子和内转子，并且具有朝向涡轮叶片的第一侧和朝向远离涡轮叶片的第二侧，机舱还配备有集流环，用于将电力和/或信号从机舱传递至可旋转轮毂，所述集流环安装与直接驱动式发电机的中心线共轴。根据本发明，集流环设置在直接发电机的第二侧，并且安装在第一臂上，集流环还配备有第二臂，其中所述第二臂远离集流环的一端能够由直接驱动式发电机的转子或轴而接合，其中第一臂、集流环和第二臂的组件可以处于第一位置和第二位置，在第一位置集流环与直接驱动式发电机的中心线对齐，在第二位置提供了到达轮毂的通路，其中直接驱动式风力涡轮机配备有安装支架，能够将组件从远离第二位置的第三位置引导至第一位置。这允许经由发电机而自由地到达轮毂。

Description

具有集流环的直接驱动式风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种包括具有机舱的塔架的直接驱动式风力涡轮机，所述机舱配备有直接驱动式发电机和承载涡轮叶片的可旋转轮毂，其中直接驱动式发电机包括外定子和内转子并且具有朝向涡轮叶片的第一侧和朝向远离涡轮叶片的第二侧，机舱还配备具有集流环，用于将电力和/或信号从机舱传递至可旋转轮毂，所述集流环与直接驱动式发电机的中心线共轴地安装。

背景技术

承载涡轮叶片的轮毂需要电力，例如用于对节距马达、各种传感器(诸如测量涡轮叶片的节距的传感器)等供电。这需要在固定区域(具有机舱的塔架)和可旋转轮毂之间提供一个或多个电连接。该功能由集流环执行。对于直接驱动式发电机，经由发电机的中空中心或者经由旁路而提供对轮毂的通道。后者不方便，因为其对于维护人员而言是危险的，并且增加了大量的额外成本。第一个选择对于具有内转子的那些直接驱动式发电机而言也是成问题的，其结果是直接驱动式发电机的内壁不是固定环境的一部分。这尤其在直接驱动式发电机的第一和第二端具有轴承的直接驱动涡轮机的情况下。更特别地，其问题在于将集流环设置在第二端上将堵塞通过直接驱动式发电机的通道，而将集流环设置在第一端上需要延伸通过直接驱动式发电机的中空轴线的长框架，这由于需要集流环的共轴设置而是个负担。这种框架将不得不非常硬、体积大和沉重以满足对齐的要求。

US7431567描述了根据序言的风力涡轮机。集流环可以配备在腔内，并且可移除以允许将其移动离开到达轮毂的通道。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构，其能够提供直接驱动式发电机的中空转子的通道的结构，而不增加用于与直接驱动式发电机的中心线的精确共轴对齐的设计需求。

为此目的，根据前言的直接驱动式风力涡轮机特征在于，集流环配置在直接驱动式发电机的第二侧，并且安装在第一臂上，集流环还配备有第二臂，其中所述第二臂远离集流环的一端能够与选自i)将直接驱动式发电机的转子连接至轮毂的轴和ii)直接驱动式发电机的转子中的一个元件接合，其中第一臂、集流环和第二臂的组件可以位于第一位置和第二位置，其中在第一位置中集流环与直接驱动式发电机的中心线对齐，而在第二位置中集流环与直接驱动式发电机的中心线不对齐以提供到达轮毂的通道，其中直接驱动式风力涡轮机配备有安装支架，其能够将组件从远离第一位置的第三位置引导至第一位置。

因而，当进行维护的时候，通过移动组件离开第一位置，因而清理了通过中空直接驱动式发电机的通道，可以到达轮毂。在维护之后，再将组件移动回去，而由于安装支架引导组件从第三位置到第一位置，而无需再将集流环与直接驱动式发电机的轴线对齐。第二和第三位置可以相同，在该情况下，在第二位置至第一位置的整个距离上引导组件。根据一个简单的实施例，发电机的固定部分配备有两个竖直的、径向相对设置的销，并且第一臂在接收所述销的两端处配备有孔。销引导第一臂，将组件设置在第一位置中。为了接合第二臂，远端可以包括导向槽，而转子可以配备有能够接收在导向槽内的销。导向槽将适应集流环和直接驱动式发电机转子的旋转轴线的共轴对齐的较小偏差。

根据优选实施例，第一臂是摆臂，其能够通过围绕位于第一臂的与集流环相对一端处的轴旋转而无障碍回转。

在维护之后，摆臂再次旋回，而无需再对齐集流环和直接驱动式发电机的轴。这在从第二位置到第一位置的整个路径上引导组件。作为附加优点，维护工作者无需举起组件的整个重量。

根据优选实施例，第一臂的轴固定至直接驱动式发电机的固定部分。

固定部分是直接驱动式发电机的定子或其外壳。这减小了臂的长度，并且因而避免了折损直接驱动式发电机的转子和集流环的中心线的共轴设置的精确性。

根据优选实施例，第一臂可以绕其旋转的轴朝向轮毂倾斜，允许借助于重力而移动第一臂朝向轮毂，并且第一臂由止动部件阻挡。

这提供了一种即使在诸如保险扣的锁定装置失效的情况中、也能将集流环保持在所需的第一位置的非常可靠的方法。止动部件或第一臂可以配备有螺钉，以允许调节集流环的位置。止动部件可以采取短臂的形式，其自身不妨碍人接近轮毂。短臂将固定至固定区域，例如发电机的外壳。

根据优选实施例，如果集流环无障碍回转，那么重力协助保持集流环远离发电机的中心线。

例如，如果集流环可以回转大于90°，则可以实现。

根据优选实施例，第一臂与水平面成在-30°至30°之间的角度。

即，臂基本上是水平的。这减少了第一臂、集流环和第二臂的组合的重力作用，使其更易于摆动至到一侧或在维护之后旋转回。

根据优选实施例，摆臂配备有通向集流环的电连接器，而第二臂配备有用于电连接器的对立的电连接器。

这在维护时允许维护工作人员将固定区域的对立的电连接器插入轮毂的电连接器中。因而，作为实例，涡轮叶片的从动部分可以在维护时通电，例如以检查节距马达的操作。电连接器可以是凹的，在该情况下对立的电连接器是凸的，或反之亦然。作为实例，在固定区域具有数据连接电缆，其具有第一凹连接器。第一臂将具有第一凸反向连接器，其经由集流环连接至第二凹连接器。该第二凹连接器将连接至旋转区域的第二凸反向连接器。在维护期间，第一凹连接器可以连接至第二凸反向连接器，而可以移动摆臂而不形成妨碍。出于安全的理由，供电连接器将是凹的。

根据优选实施例，第一臂配备有用于测量直接驱动式发电机的转子的转速的传感器。

可以使用诸如旋转计数器的传感器，以检测是否存在第一臂，以及因而例如在锁定第一臂的装置出现失效情况下的集流环。

根据优选实施例，将第一臂锁定在共轴对准状态。

这有助于确定集流环的可靠操作，即使在长期振动之后，正如在机舱内将发生的。

根据优选实施例，直接驱动涡轮的转子配备有底板，而将朝向轮毂的电缆引导在底板下。

这有助于向维护人员提供空和安全的通道。

附图说明

现在将参考附图说明本发明，其中，

图1是直接驱动式风力涡轮机的侧视图，其中机舱被切开；

图2a和2b是从图1的风力涡轮机的机舱的示意性后视图，示出了具有根据本发明安装的集流环的直接驱动式发电机，而图1的集流环分别处于第一和第二位置；

图3示出了图2a的集流环的详细后视图；

图4示出了图3的集流环处于第一位置的详细顶视图；以及

图5示出了备选安装集流环的侧视图。

具体实施方式

图1示出了直接驱动式风力涡轮机100，其包括塔架101，由塔架101支撑的机舱102。机舱102承载具有涡轮叶片104的轮毂103，轮毂103能够驱动发电机105。正如惯例，轮毂103和发电机105的旋转轴线与水平呈一定角度，在该情况下为6°。发电机105具有朝向轮毂103的第一侧111以及背向轮毂103的第二侧112。根据本发明，集流环106设置在第二侧112处。

图2a和2b示出了从机舱102角度的图1的集流环106。集流环安装在能够摇摆至侧面的第一臂201上(图2b)。集流环106配备有第二臂202，其接合发电机105的转子204上的销203。当转子204旋转时，第二臂202随其旋转。在本实施例中设置有底板210，以允许向维护工作者提供平坦的表面。连接至第二臂202的电缆可以通过底板210下，提高了工作者的安全性。

图3示出了图2a的集流环106的详细后视图；其示出了安装在安装支架301上的第一臂201，并且围绕轴320可旋转(参见图4)。第一臂201配备有线缆372的连接器302，用于将电力和数据线缆(未示出)连接至集流环106。还具有带连接器304的线缆303(图4)，用于将所述电力和数据传递至引导至轮毂103并且随其旋转的相应电缆(未示出)。

第一臂201配备有能够检测销203的传感器401，其指示发电机105的转子204的每分钟的旋转次数。

为了将第一臂201以及因而集流环106锁定在集流环106和转子204的旋转轴线对齐的第一位置，第一臂201配备有带孔411的两个弯曲辅助臂410。锁定销412在安装支架301的一侧插入孔411，以将第一臂201锁定在第一位置，而在安装支架301的另一侧插入，而将第一臂201锁定在第二位置，在第二位置处集流环106不阻挡通过发电机105的通道(图2b)。锁定销412具有偏心突出部分413，导致旋转锁定销412将推动弯曲辅助臂410抵靠安装支架301。由保险扣414将锁定销412固定在合适的位置。

为了清空到达轮毂103的通道，提升保险扣414，允许锁定销412旋转，随后将其从孔411中取出。现在将第一臂201旋转至第二位置，将锁定销412引入孔411中，其结果是第一臂201将维持锁定在第二位置中。为了使集流环106进入第一位置，反序地重复这些步骤，确保第二臂202接合发电机105的转子204上的销203之一。如果这样做，集流环106对齐，而无需进一步调整，因为第一臂201具有固定长度。这并不是说，第一臂201不能得益于用于调节其长度或更一般地说安装支架301和集流环106之间的距离的装置，因为这在首次对齐集流环106时可能是便利的。第一位置由止动部件432确定，其可以设置为螺钉，以提供首次调整。

图5示出了已安装的集流环106(处于第一位置)的备选实施例的示意性横截面视图，用于摆动第一臂201的轴320处于80°的角度。因而，重力可以有助于将集流环106维持在其第一位置处。

本发明尤其适用于在发电机的两侧具有轴承的发电机。示出了安装在轴533(其连接至轮毂103)的轴承501和502，以及发电机外壳534、发电机105的转子204以及定子503。

上述讨论的本发明可以以在随附权利要求的范围内的任意多种方法而及改变。例如，可以使用磁体以将组件保持在第一位置。集流环可以配备有平衡配重或另一第二臂以抵消颤动或振动。

Claims (10)

1.一种直接驱动式风力涡轮机(100)，包括带有机舱(102)的塔架(101)，所述机舱(102)配备有直接驱动式发电机(105)和承载涡轮叶片(104)的可旋转轮毂(103)，其中所述直接驱动式发电机(105)包括外定子(503)和内转子(204)并且具有朝向所述涡轮叶片(104)的第一侧(111)以及背离所述涡轮叶片(104)的第二侧(112)，所述机舱(102)还配备有集流环(106)，用于将电力和/或信号从机舱(102)传递至所述可旋转轮毂(103)，所述集流环(106)与所述直接驱动式发电机(105)的中心线共轴安装，

其特征在于，所述集流环(106)设置在所述直接驱动式发电机(105)的第二侧(112)处并且安装在第一臂(201)上，所述集流环(106)还配备有第二臂(202)，其中所述第二臂(202)的远离所述集流环(106)的一端能够与选自以下的一个部件接合：i)将所述直接驱动式发电机(105)的所述内转子(204)连接至所述可旋转轮毂(103)的轴(533)，和ii)所述直接驱动式发电机(105)的内转子(204)；其中所述第一臂(201)、集流环(106)和第二臂(202)的组件能够处于第一位置和第二位置，在第一位置处所述集流环(106)与所述直接驱动式发电机(105)的中心线对齐，在第二位置处所述集流环(106)与所述直接驱动式发电机(105)的中心线不对齐，以提供到达所述可旋转轮毂(103)的通道，其中所述直接驱动式风力涡轮机(100)配备有安装支架(301)，所述安装支架能够将所述组件从远离第一位置的第三位置引导至所述第一位置。

2.根据权利要求1所述的直接驱动式风力涡轮机(100)，其中所述第一臂(201)是摆臂，所述摆臂能够通过围绕位于所述第一臂(201)的与所述集流环(106)相反的一端处的轴(320)旋转而无障碍回转。

3.根据权利要求2所述的直接驱动式风力涡轮机(100)，其中所述第一臂(201)的轴(320)固定至所述直接驱动式发电机(105)的固定部件。

4.根据权利要求2或3所述的直接驱动式风力涡轮机(100)，其中所述第一臂(201)能够围绕其旋转的轴(320)朝向所述可旋转轮毂(103)倾斜，允许通过重力将所述第一臂(201)朝向所述可旋转轮毂(103)移动，并且所述第一臂(201)由止动部件(432)阻挡。

5.根据权利要求4所述的直接驱动式风力涡轮机(100)，其中如果集流环(106)已经无障碍地回转，重力帮助保持所述集流环(106)远离所述直接驱动式发电机(105)的中心线。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的直接驱动式风力涡轮机(100)，其中所述第一臂(201)与水平面成在-30°至30°之间的角度。

7.根据权利要求2或3所述的直接驱动式风力涡轮机(100)，其中所述摆臂配备有通向所述集流环(106)的电连接器，所述第二臂(202)配备有用于电连接器的对立的电连接器。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的直接驱动式风力涡轮机(100)，其中所述第一臂(201)配备有传感器(401)，用于测量所述直接驱动式发电机(105)的内转子(204)的转速。

9.根据权利要求1-3中任意一项所述的直接驱动式风力涡轮机(100)，其中所述第一臂(201)锁定在共轴对齐状态。

10.根据权利要求1-3中任意一项所述的直接驱动式风力涡轮机(100)，其中所述直接驱动式风力涡轮机的内转子(204)配备有底板(210)，并且朝向所述可旋转轮毂(103)的电缆在所述底板(210)下被引导。