CN104054238B - 转子组件、风力涡轮发电机和风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

转子组件(10)包括形成转子结构(100)的多个转子段(110)和连接至转子结构(100)并至少部分地布置在至少两个转子段(110)之间(例如由转子结构包围)的中心结构(200)。还提供了包括定子组件(300)和所述转子组件(10)的风力涡轮发电机和包括该发电机的风力涡轮机。

Description

转子组件、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EP11382029和于2012年3月27日提交的第61/616,105号美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明设计转子组件、包括该转子组件的风力涡轮发电机、以及包括该发电机的风力涡轮机。

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，该齿轮箱通常设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。因此，多极发电机也称为直接驱动式发电机。直接驱动式发电机例如可以是具有风力转子的同步发电机或具有设置在转子中的永磁体的同步发电机。

直接驱动式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非常复杂。此外，该发电机的总重量还带来其他困难，例如，在装配、维护和/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，定子和转子都是部分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缺点：为了确保发电机具有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，但是却没有带来更好的性能。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于风力涡轮发电机的转子组件，转子组件包括：形成转子结构的多个转子段，其中，转子组件还包括中心结构，中心结构连接至转子结构并且至少部分地设置在至少两个转子段之间。

根据本发明的第二方面，提供了一种风力涡轮发电机，包括定子组件和如第一方面所述的转子组件。

根据本发明的第三方面，提供了一种风力涡轮机，包括发电机，发电机具有定子组件和如第一方面所述的转子组件。

本转子组件适用于大尺寸发电机，如直接驱动式发电机。本转子组件具体地适用于具有风力转子或具有设置至转子上的永磁体的同步发电机。但是不排除其他应用。

本转子组件包括多个转子段，例如，四个或六个，每个转子段具有特定几何形状。当然必要时转子段的数量可不同于上述数量。

转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。转子段可适于彼此相邻安装的，如以径向关系形成环形排列。转子段形成具有模块化特性的转子结构。转子段可以是彼此相等、相似或者甚至可以是彼此不同的。

转子组件还包括转子框架。转子框架同样可包括框架段。

本转子组件有利地包括中心结构。该中心结构可包括单一件形成的加强部件。然而，设置一个以上的中心结构(每个由多个加强元件制成)也是可能的。

本转子组件的中心结构通过任何合适的方式连接至转子结构上。中心结构至少部分地布置在至少两个转子段之间。优选地，转子组件的中心结构至少部分地被转子结构包围并且如上所述连接至转子结构。

连接装置可被设置以将中心结构可拆卸地连接至转子结构。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。

在这方面，转子组件的中心结构包括至少一个连接区域，在该连接区域中，通过所述连接装置将中心结构连接至转子结构。可设置与转子段一致的多个连接区域。例如，连接区域可由与转子段和转子框架相关的板限定。例如，连接装置的板通过螺钉和螺母彼此附接。

通过上述转子组件，可同时有效地提高结构特征和物流。

当发电机在使用中时(即在产生能量过程中)，设置有中心结构的加固是有利的，因为已经发现在使用时转子组件的中心部分经受很大的负载。因为整个转子组件被加强，可获得更好的结构性能以便转子组件能够承受所需的负载。此外，当处理、运输或安装时转子组件的中央部分经受很大的负载，设置有中心结构的加固在制造、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。设置有中心结构的加固对于保持转子结构内部的气隙的尺寸也是有利的。

本转子组件进一步的优点是物流改善。转子段可有利地运输、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。

根据上述配置，转子组件可有利地由不同材料制造和/或可由不同制造商制造。装配和拆卸转子结构的转子段的可能性允许在风力涡轮发电机的修理和/或保养操作中轴承容易地进入以装配和拆卸它们。

如上所述，包括定子组件和如上所限定的转子组件的风力涡轮发电机具有改善的刚度，足以承受能量产生过程中和处理和安装过程中以及运输过程中的操作。本文中所限定的风力涡轮发电机同时适于陆上和海上应用。

当阅读说明书时，本转子组件、风力涡轮发电机和风力涡轮机的实施方式的其他目的、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

本转子组件、风力涡轮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是本转子组件的一个实施方式的总体立体图；

图2是图1中所示的转子组件的实施方式的主视图；

图3-6是本转子组件的可替代的实施方式的主视图；

图7是安装在定子组件上的本转子组件沿着图6中的线BB’的剖视图；以及

图8是安装在定子组件上的本转子组件沿着图6中的线AA’的剖视图。

具体实施方式

附图示出了适用于直接式同步风力涡轮发电机的转子组件的不同实施方式。在整个附图中转子组件通过附图标记10整体表示。在各个附图中，相同的附图标记表示相同的部分。

如图7和图8所示，转子组件10可通过合适的轴承310相对于定子组件300旋转。

作为非限制性示例在图1-5中示出的转子组件10的实施方式包括六个转子段110。根据需要，转子组件10的其他实施方式也可以具有其他不同数量的转子段110。例如，图6所示转子组件10的实施方式包括四个转子段110。

如图1-6所示，转子段110形成模块化转子结构100。将转子组件10的转子结构100分为转子段110可便于运输，这是因为将要运输的部件的单一尺寸被有利地减小了。

如图1-6所示，转子段110是适于被彼此相邻安装的成形件。尽管转子段110示出为基本上彼此相等，但是必要时它们可以彼此相似或彼此不同。

由转子段110形成的模块化转子结构100带有转子框架115。转子框架115也由框架段形成。转子框架115用于接收多个转子磁体(在图中未示出)。

示出的实施方式中的转子组件10还包括中心结构200。如图中所示，中心结构200由加强的单一件制成，该加强的单件设置在转子组件10中的中心位置中的转子段110之间。如图1-6所示，中心结构200的不同配置是可能的。

如图7和图8所示，轴承310设置在中心结构200中。为了加强和搬运的目的设计中心结构200。

转子组件10的中心结构200可适于附接至转子段110和附接至转子框架115的部分。在其他实施方式中，中心结构200可附接至转子段110。转子框架115的部分可具有同转子段115相同的部分。

转子框架115可以是柱形件，该柱形件可依次通过上述的框架段形成。该柱形件可具有限定两个基本垂直的表面的大致T形横截面。

转子框架115和转子段110之间的附接以及转子框架115和中心结构200之间的附接是通过焊接完成。因此，转子框架115可以是转子段110的一部分。转子段110之间的附接以及转子段110和中心结构200之间的附接通过螺钉实现。

为了将中心结构200可拆卸地连接至转子段110，提供了连接装置120。在图6中示意性示出的实施方式中，连接装置120包括成对的板，在成对的板之间设置有一部分转子段110和对应的一部分中心结构200。板用适当的螺钉和螺母彼此附接。例如，在图6中所示的实施方式中，转子组件110具有用于每个转子段110的两个连接装置120。如图5所示，因此设置了总数为八个的连接装置120与由四个转子段110形成的转子结构100相关。

图3-6中所示的实施方式中的转子段110设置有锁孔130。当需要时锁孔130用于接收相应的锁紧销(未示出)，该锁紧销固定附接至定子组件300以将转子组件10锁定到位。当锁紧销被接收到锁孔130中时，转子组件被阻止相对于定子组件300旋转。

附图的实施方式中的中心结构200设置有矩形孔140。矩形孔140用于通过挠性联接器的方式连接至风力涡轮机的毂上。如图1、2和5中所示，附图的实施方式中的中心结构200也可设置有进入口150，进入口150的尺寸设计为通过定子组件300进入转子组件10。

如上所述，中心结构200由单一件制成。如图中所示，该单一件限定中心柱形开口210。

如图1-6所示，当转子组件10还没有装配至定子组件300时，转子组件10可通过中心结构200被容易地搬运。这是有利的，因为如果抓住转子组件10的端部，可能在设置有磁体的转子外部分发生局部变形。因为转子组件10中的气隙很小(如为7毫米量级)，任何局部变形都可不利地影响发电机的性能。

尽管本文中已经公开了本转子组件、具有该转子组件的发电机和具有该发电机的风力涡轮机的一些具体实施方式和示例，但是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。

与附图相关的附图标记和在权利要求中放置在括号中的参考符号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，本文的范围不应由具体的实施方式限制，而仅应公正地阅读权利要求后确定。

Claims (8)

1.一种用于风力涡轮发电机的转子组件（10），所述转子组件（10）包括：形成转子结构（100）的多个转子段（110），所述转子结构带有转子框架（115），所述转子框架（115）接收多个转子磁体，

其中，所述转子组件（10）还包括中心结构（200），所述中心结构（200）连接至所述转子结构（100）并且至少部分地设置在至少两个转子段（110）之间，

其中所述中心结构（200）包括加强部件，并且所述中心结构（200）适于附接至所述转子段（110）和附接至所述转子框架（115）的部分。

2.如权利要求1所述的转子组件（10），其中所述中心结构（200）至少部分地被所述转子结构（100）包围并且连接至所述转子结构（100）。

3.如上述权利要求中任一个所述的转子组件（10），其中所述转子组件还包括连接装置（120），所述连接装置（120）将所述中心结构（200）可拆卸地连接至所述转子结构（100）。

4.如权利要求1所述的转子组件（10），其中所述中心结构（200）包括至少一个连接区域，在所述至少一个连接区域中，所述中心结构（200）连接至所述转子结构（100）。

5.如权利要求3所述的转子组件（10），其中所述中心结构（200）包括多个连接区域，在所述多个连接区域中，所述连接装置被设置为将所述中心结构（200）可拆卸地连接至所述转子结构（100）。

6.如权利要求1所述的转子组件（10），其中所述中心结构（200）是单一件。

7.一种风力涡轮发电机，包括定子组件（300）和如权利要求1所述的转子组件（10）。

8.一种风力涡轮机，包括发电机，所述发电机具有定子组件（300）和如权利要求1所述的转子组件（10）。