CN104040837B - 用于风力涡轮发电机的定子组件、风力涡轮发电机和风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明包括形成定子结构(100)的定子段(110)和连接至定子结构(100)并布置在至少两个定子段(110)之间的横向结构(200)。横向结构(200)可具有沿其延伸的加强肋(280a、280b)和在横向结构(200)的纵向相对部分(250、260)的抓握装置(300)。还提供了包括转子和所述定子组件的风力涡轮发电机以及包括这种发电机的风力涡轮机。

Description

用于风力涡轮发电机的定子组件、风力涡轮发电机和风力涡轮机

本申请要求于2012年1月27日提交的欧洲专利申请EP12382028和于2012年3月27日提交的第61/616,114号美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本公开涉及一种用于风力涡轮发电机的定子组件、风力涡轮发电机和风力涡轮机。

背景技术

直接驱动式风力涡轮机是已知的，其中齿轮箱由多极发电机取代，该齿轮箱通常布置在风力涡轮机的发电机和主轴之间。这种类型的无齿轮风力涡轮机不使用任何齿轮箱，因为风力转子直接连接至风力涡轮机的转子上。因此，多极发电机也称为直接驱动式发电机。直接驱动式发电机可以为例如具有风力转子的同步发电机或具有设置在转子的永久磁铁的同步发电机。

直接驱动发电机的主要缺点之一是它们的物理尺寸相当大。这使得该发电机的运输和物流是复杂的。此外，该发电机的总重量带来其他困难，例如在装配、保养和/或修理操作中。

为了至少部分地克服所述困难，本领域已知的是分段制作该发电机。例如，使用模块化部件以允许减少制造、运输和处理操作。

对上述问题的现有技术解决方案的示例在EP2063115和WO2011031165中公开。这些文件涉及用于风力涡轮机的直接驱动式发电机，其中，定子和转子都是分段形成以便于发电机的运输操作。

尽管模块化发电机对运输和保养或修理操作可能是有利的，上述现有技术解决方案具有以下缺点：为了确保发电机的足够刚度以承受操作条件，发电机结构过大。这不期望地导致更高的成本，却没有带来更好的性能。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种用于风力涡轮发电机的定子组件，所述定子组件包括：形成定子结构的多个定子段，其中，所述定子组件还包括横向结构，所述横向结构连接至所述定子结构并且至少部分地布置在至少两个定子段之间。

本发明的第二方面提供了一种风力涡轮发电机，包括转子和在第一方面中所述的定子组件。

本发明的第三方面提供了一种风力涡轮机，包括发电机，所述发电机具有转子和在第一方面中所述的定子组件。

本定子组件适用于大尺寸发电机，如直接驱动式的发电机。本定子组件具体地适用于具有风力转子或具有布置在转子上的永磁体的同步发电机。但是不排除其他应用。

本定子组件包括多个定子段，例如两个，每个定子段具有特定几何形状。当然必要时可设置两个以上的定子段。

定子段可制成合适的尺寸以允许通过标准运输装置运输，例如，具有4m的最大宽度的卡车或拖车。例如，定子段可以是适于彼此相邻安装的圆柱段。在使用中，定子段形成具有模块化特性的定子组件。定子段可以是彼此相等、相似的或者甚至可以是彼此不同的。

定子组件还包括定子或框架。定子框架同样可包括框架段。

本定子组件有利地包括横向结构。该横向结构可包括单一件形成的加强部件。然而，设置一个以上的横向结构(每个由多个加强部件制成)也是可能的。

本定子组件的横向结构通过任何合适的方式连接至定子结构上。横向结构至少部分地布置在至少两个定子段之间。优选地，定子组件的横向结构被定子结构至少部分地包围并如上所述连接至定子结构。因此，连接装置可被设置以将横向结构可拆卸地连接至定子结构。连接装置可以是任何标准的机械连接装置，例如，其至少可包括螺钉和螺母。如果需要，其他已知的机械连接装置可以可替代地或附加地使用，如焊接。

连接装置可设置在结构的任何合适的位置，也就是说，可以在横向结构-定子段结构的任何合适的点处。例如，连接装置的合适位置可以是横向结构的相对端和/或横向结构的侧边缘的中间部分。如果需要，可以使用其他位置以设置连接装置。

然而，连接装置的优选实施方式是在横向结构的相对端。更具体地，定子框架的边缘可延伸以当横向结构被附接至定子段安装时整个定子框架完全包围横向结构。延伸的边缘限定用于连接装置的连接部分。螺钉可纵向设置在该连接部分中，以当发电机操作时它们处于拉伸载荷下以及当在处理操作中时它们处于剪切应力下，例如，当发电机布置为水平时。

连接装置的另一实施方式可以与横向结构以重叠关系布置在定子结构上，以当发电机在操作中时螺钉可以处于剪切应力下的方式轴向布置。上述实施方式的任何组合是可能的。

在另一实施方式中，定子组件可包括两个定子段和一个横向结构，横向结构布置在定子段之间，例如在定子结构的中央部分。横向结构可布置给定位置处只要其设置在与定子结构横向的方向中。

在该实施方式中，与横向结构相比，定子段可以是较轻的结构并且为半圆形。在该具体实施方式中的定子段可布置在横向结构之上或之下。

优选的是定子段布置在横向结构的两侧，如包围横向结构。然而，也可将横向结构布置在定子段上或设置为至少在大体重叠的关系。

再次，必要时，任何合适数量的以上所述定子段和/或横向结构可被设置。

对于以上所限定的定子组件，结构特征和物流都可同时被有效地提高。

关于结构特征的改善，当发电机在使用中时(即在能量产生过程中)，通过横向结构提供的加固是有利的，因为已经发现在使用时定子组件的中央部分经受很大的负载。因为整个定子组件被加强，所以可获得更好的结构性能以便定子组件能够承受所需的负载。此外，当处理、运输或安装时定子组件的中央部分经受很大的负载，设置有横向结构的加固在制造、处理和安装过程中是有利的，同样在运输过程中也是有利的。设置有横向结构的加固对于保持定子结构内部的气隙的尺寸是有利的。

关于物流的改善，定子段可有利地运输、安装、修理和单独地且彼此独立地拆卸。这导致大型起重机的使用不再是必要的并且操作者的数量被减少。如上所述，因为单一尺寸和重量被显著减少，标准运输装置可被有利地使用。因此，不需要专用的和昂贵的运输装置。

横向结构可包括至少一个加强肋，例如，大体上布置在横向结构的纵向边缘的相对侧上的两个加强肋。在一些实施方式中，横向结构可包括大体上布置在横向结构的中央部分的一个或多个加强肋。可提供具有其他类似配置的实施方式，例如，仅具有大体上在横向结构的中央部分的加强肋。

在任何上文所限定的配置中的加强肋可沿着由定子结构的两个纵向相对部分限定的方向延伸。例如，对于具有圆柱形配置的定子结构(即，具有圆形或基本上圆形的横截面)，具有加强肋的横向结构可在直径方向延伸。在这种方式下，加强肋向整个结构提供所需的刚度，并且转而，沿横向结构通过最短路径纵向传递载荷。

提供抓握装置以适当地抓握定子组件，例如当将定子组件安装至发电机上时，例如用于提起部件，以及用于执行其他操作，如修理等。抓握装置可设置在横向结构中，例如集成在横向结构的相对部分。抓握装置可与横向结构形成为一体或者它们可以是可拆卸的装置。

进一步提供了包括转子和如上所述的定子组件的风力涡轮发电机。本发电机的转子可以由单一件形成或者其可以具有类似于定子中的模块化配置。在这方面，转子可包括由形成转子结构的多个转子段形成的转子组件。如上所述，具有如本文中所公开的转子组件的上述发电机具有改善的刚度，足够承受在能量产生过程中和在处理和安装过程中以及在运输过程中的操作。如本文中所限定的上述风力涡轮发电机同时适于陆上和海上应用。也提供了包括所述发电机的风力涡轮机。

当阅读说明书时，本定子组件、风力涡轮发电机和风力涡轮机的实施方式的其他目标、优点和特征对本领域的技术人员将是显而易见的或者可通过实践得知它们。

附图说明

本定子组件、发电机和风力涡轮机的具体实施方式将通过非限制性实施示例的方式参考附图在下文中描述。

在附图中：

图1是本定子组件的正视图，其中，示出了径向延伸臂形式的定子段的第一实施方式，其中，在横向结构附接至定子结构之前，定子段与横向结构分开；

图2是定子段连接至横向结构的本定子组件的正视图；

图3是图2中所示的定子组件沿着图2中的线AA’的纵向剖视图；

图4是本定子组件的横向结构的第一实施方式的立体图；

图5是图4中所示的横向结构的实施方式的俯视图；

图6是类似于图4和图5中所示横向结构的实施方式的纵向剖视图；

图7是图4至图6中所示的横向结构的可替代的实施方式的纵向剖视图；

图8是本定子组件的横向结构的第二实施方式的立体图；

图9是图8中所示的横向结构的实施方式的俯视图；

图10是图8和图9中所示的横向结构的实施方式的纵向剖视图

图11是定子段的第二实施方式的正视图；以及

图12是图2中所示的定子组件与转子装配沿着图2中的线AA’的纵向剖视图。

具体实施方式

附图示出了用于直接式同步发电机的定子组件的实施方式。定子组件在整个附图中作为整体通过附图标记10表示。作为非限制性示例在图中示出的定子组件10的实施方式包括径向延伸臂形式的多个定子段110。定子段110的其他配置也是可能的，例如图11中所示的配置。预定数量的定子段110形成具有模块化特性的定子结构100。将定子结构100分为定子段110便于运输，因为将要运输的部件的单一尺寸被有利地减小。

如图1-3中所示，定子段110是适于被彼此相邻安装的半圆柱形件。尽管定子段110示出为基本上彼此相等，必要时它们可以可替代地彼此相似或不同。定子框架115由定子段110承载。定子框架115用于承载发动机绕组(未示出)。定子框架115同样可包括框架段(未示出)。在一些实施方式中，定子框架115的边缘可延伸以当横向结构200被附接到定子段110安装时，整个定子框架115完全包围横向结构200。

在实施方式中所示的定子结构100还包括横向结构200。横向结构200是长型件，该长型件设计为布置在定子结构100的中央位置。横向结构200比定子结构100的定子段110更坚固。

图4-10示出了横向结构200的实施方式。现在参照图4-6，横向结构200包括周边板210。周边板210可以是单个板或者互相连接(例如，焊接)的多个板。周边板210根据需要可以具有合适高度。

周边板210限定两个相对的中空内部区域220a和220b，两个相对的中空内部区域220a和220b通过安装在它们之间的圆柱形部件230隔开。如图12所示，圆柱形部件230旨在接收用于转子290的轴承组件295。圆柱形部件230设置有法兰以附接至横向结构200。

如图4中所示，周边板210设置有一系列孔240，用于接收螺钉以通过使用相应螺母将横向结构200连接至定子结构100的定子段110。其他位置的孔也是可能的，例如在在横向结构200的纵向相对部分250、260处。因此，定子段110可彼此拆开并可从横向结构200拆开以进行修理和保养操作。

在使用中，如图2中所示，横向结构200连接至定子结构100的定子段100并布置在定子段110之间。也就是说，在使用中，横向结构200被定子结构100包围。

在图7中所示的横向结构200的可选实施方式中，提供了底板270。周边板210可以与底板270为一体或者其可以附接至底板270上。这同样适用于横向结构200的圆柱形部件230。

现在参考图8-10，示出了横向结构200的另一实施方式。在横向结构200的该具体实施方式中，设置了加强装置以向整个定子结构100提供需要的刚度，并且转而沿横向结构200以最短路径纵向传递载荷。如图8和图9中所示，加强装置由圆柱形部件230分为限定相应的中央加强肋280a、280b的两部分。因此在这种情况下，四个内部区域220a、220a’、200b、200b’由周边板210、圆柱形部件230和加强肋280a、280b限定。

在附图中所示的实施方式中，还设置由与横向结构200相关的抓握装置300。抓握装置300设计为适当地抓握转子组件10，例如在安装或修理操作中可包含例如举起或更换部件等。在实施方式中所示的抓握装置300包括在横向结构200的纵向相对部分250、260处与横向结构200形成为一体的各自侧翼310、320。

尽管本文中仅公开了本定子组件、发电机和风力涡轮机的一些具体实施方式和示例，本领域的技术人员应当理解其他可替代的实施方式和/或使用以及它们的明显的修改和等同物也是可能的。

与附图相关的参考符号和在权利要求中放置在括号中的附图标记仅用于增加权利要求的可理解性，并且不应被解释为限制权利要求的范围。此外，权利要求覆盖所述的具体实施方式的所有可能组合，因此，范围不应由具体的实施方式限制，而仅应通过公正地阅读随后的权利要求确定。

Claims (12)

1.一种用于风力涡轮发电机的定子组件(10)，所述定子组件(10)包括：形成定子结构(100)的多个定子段(110)，

其中，所述定子组件(10)还包括设置为沿着所述定子结构(100)的直径延伸的横向结构(200)，所述横向结构(200)包括周边板，所述周边板连接至所述定子结构(100)并且至少部分地布置在至少两个定子段(110)之间，所述横向结构比所述定子段更坚固，所述周边板限定两个相对的中空内部区域，所述相对的中空内部区域通过安装在其之间的圆柱形部件隔开，所述圆柱形部件用于接收轴承组件并设置有法兰以附接至所述横向结构。

2.如权利要求1所述的定子组件(10)，其中所述横向结构(200)被所述定子结构(100)至少部分地包围并且连接至所述定子结构(100)。

3.如权利要求1所述的定子组件(10)，其中所述横向结构(200)布置在所述定子结构(100)的中央部分。

4.如权利要求2所述的定子组件(10)，其中所述横向结构(200)布置在所述定子结构(100)的中央部分。

5.如上述权利要求中任一个所述的定子组件(10)，其中所述横向结构(200)包括至少一个加强肋(280a、280b)，所述至少一个加强肋(280a、280b)沿着由所述横向结构(200)的两个纵向相对部分(250、260)限定的方向延伸。

6.如权利要求5中所述的定子组件(10)，其中所述横向结构(200)包括两个所述加强肋(280a、280b)，两个加强肋(280a、280b)大体上布置在所述横向结构(200)的纵向边缘的相对侧上。

7.如权利要求5所述的定子组件(10)，其中所述横向结构包括大体上在所述横向结构(200)的中央部分布置的至少一个所述加强肋(280a、280b)。

8.如权利要求6所述的定子组件(10)，其中所述横向结构包括大体上在所述横向结构(200)的中央部分布置的至少一个所述加强肋(280a、280b)。

9.如权利要求1所述的定子组件(10)，其中所述横向结构(200)包括抓握装置(300)，所述抓握装置(300)布置在所述横向结构(200)的纵向相对部分(250、260)处。

10.如权利要求1所述的定子组件(10)，其中，所述定子组件还包括用于将所述横向结构(200)可拆卸地连接至所述定子结构(100)上的连接装置，所述横向结构(200)为单一件。

11.一种风力涡轮发电机，包括转子和在上述权利要求的任一个中所述的定子组件(10)。

12.一种风力涡轮机，包括发电机，所述发电机具有转子和在权利要求1至10的任一个中所述的定子组件(10)。