CN104791191B - 风力涡轮机发电机的制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力涡轮机发电机的制动系统。描述了一种用于风力涡轮机发电机（6）的制动系统的部件（20）。发电机（6）包括定子组件（7）、转子组件（8）和旋转轴线（9），其中，转子组件（8）包括定位在定子组件（7）的径向外侧的外部（11）。部件（20）具有环的形状，并且包括用于将其连接到定子组件（7）的法兰上的装置。部件（20）进一步包括多个径向向外突起部分（22），径向向外突起部分（22）包括一种装置，其用于将径向向外突起部分（22）连接到被操作性地配置成与制动盘（12）的至少一部分摩擦接合的摩擦构件（13）和/或用于将径向向外突起部分连接到转子锁系统（17）。

Description

风力涡轮机发电机的制动系统

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机发电机的制动系统的部件、用于风力涡轮机（例如直驱式发电机（DD发电机））的制动系统、以及风力涡轮机。本发明还涉及组装风力涡轮机发电机的方法。

背景技术

在理论上，根据风力涡轮机的直接驱动配置，风力涡轮机主要分两类。第一类风力涡轮机是更加传统类型的风力涡轮机，其包括布置在风力涡轮机的主轴和发电机之间的齿轮箱。第二类风力涡轮机是无齿轮式，其中，齿轮箱和常规的发电机被多极发电机（所谓的直驱式发电机）代替。这种直驱式发电机可形成为具有卷绕的转子或转子上附接有永磁体的同步式发电机，或者可被设计为交流类型的发电机。直驱式发电机面临的一个挑战是机械制动系统。由于未使用齿轮箱，因此制动系统必须位于缓慢旋转的轴线处。制动系统必须承受大的制动力矩，并且需要大的制动盘和制动钳。

典型的制动系统的例子由三个单独安装的制动控制台构成，如EP 2333326 A1所公开的。此方案的困难在于制动控制台很难安装并且具有有限的结构强度。在先设计中的转子锁通过制动盘径向接合来起作用。此设计已经达到其结构极限并且难以在不影响制动面积和制动完整性的情况下升级。至今仍在使用的系统花费很长时间和额外的人力来进行安装。此外，为了安装系统，安装人员必须实地操作，这是消耗资源的。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供有利的用于风力涡轮机发电机的制动系统的部件、有利的用于风力涡轮机发电机的制动系统、有利的风力涡轮机和有利的用于组装风力涡轮机发电机的方法。

所述目的由如本专利权利要求所述的用于风力涡轮机发电机的制动系统的部件、用于风力涡轮机发电机的制动系统、风力涡轮机和用于组装风力涡轮机发电机的方法达到。从属权利要求进一步限定本发明的发展。

本发明的用于制动系统的部件可应用于风力涡轮机发电机。风力涡轮机发电机包括定子组件、转子组件和旋转轴线。转子组件包括定位在定子组件的径向外侧的外部（外转子配置）。部件具有环的形状。部件包括用于将该部件连接到定子组件的法兰上的装置，优选是多个孔。部件进一步包括多个（优选至少三个）径向向外突起部分（翼）。径向向外突起部分包括一种装置（优选是多个孔），其用于将径向向外突起部分连接到被操作性地配置成与制动盘的至少一部分摩擦接合的摩擦构件和/或用于将径向向外突起部分连接到转子锁系统。

优选地，向外突起部分（翼）与所述部件一体形成。换言之，向外突起部分和所述部件不是互相连接的分离部件。有利地，向外突起部分沿部件的圆周方向等距间隔开。

此外，部件和/或制动盘（例如，相应的环形制动盘）可在发电机生产线之外被预制并可应用于不同发电机类型。然后，起重机可带走部件或整个制动系统，并将其安装到发电机生产线上，这仅添加螺栓和/或销和/或填隙片来将定子与制动系统中的转子对齐。

操作性地被配置成与制动盘的至少一部分摩擦接合的摩擦构件可以是制动钳。

本发明的部件的优点在于，制动系统的结构强度增加，并且作用在摩擦构件（例如制动钳）上的力以及作用在转子锁系统上的力可分配在较大的区域上。此外，发电机中的固定轴上可铸造有法兰，例如以取代垫。所述部件可被安装在此法兰上。与在先的已知方案相比，可将制动钳和/或转子锁更容易地安装到向外突起部分上。

用于风力涡轮机发电机的本发明的制动系统包括之前描述的部件和制动盘。一般而言，本发明的制动系统具有与之前描述的部件相同的优点。优选地，制动盘具有环的形状。有利地，制动系统包括转子锁系统。

此外，制动盘可具有环的形状并且可包括优选利用法兰将其连接到转子组件的装置（优选地，多个孔）。此外，可将销定位在固定轴法兰和所述部件之间的接触面中，并且可确保定位准确性以及该组件的额外强度。

优选地，制动盘包括多个孔或凹口，并且制动系统包括被配置成接合到孔或凹口中的多个转子锁销。有利地，孔或凹口沿部件或部件的环部分的圆周方向等距地间隔开。

本发明的制动系统可包括多个转子锁销和被配置成支撑转子锁销的至少一个板，例如静止板。例如，板可位于制动盘的每一侧上。转子锁销可接合穿过制动盘中的孔并由制动盘每侧上的板支撑。这减少转子锁销的弯曲。例如，一个板可位于制动盘的一侧上，第二板可位于制动盘的另一侧上。

本发明的风力涡轮机发电机包括定子组件、转子组件和旋转轴线。转子组件包括定位在定子组件的径向外侧的外部（外转子配置）。本发明的风力涡轮机发电机进一步包括如前所述的制动系统。本发明的风力涡轮机发电机具有如前所述的优点。

优选地，定子组件包括法兰，并且本发明的部件连接到该法兰。发电机可以是直驱式发电机。发电机有利地具有至少1MW（例如至少3MW）的额定功率或有效功率。

此外，制动盘可从转子组件的所述外部朝旋转轴线径向向内延伸。转子组件可包括法兰和/或在转子材料中的螺纹。制动盘可被直接紧固到转子组件或法兰上。此外，至少一个摩擦构件（例如制动钳）可相对于旋转轴线径向向外延伸。

本发明的风力涡轮机包括如前所述的制动系统和/或如前所述的发电机。风力涡轮机优选是水平轴线的风力涡轮机。风力涡轮机可包括发电机和/或轮毂。制动系统可连接到发电机和/或轮毂。本发明的风力涡轮机具有与本发明的制动系统和本发明的发电机相同的优点。

本发明的组装风力涡轮机发电机的方法涉及包括定子组件、转子组件和旋转轴线的发电机，其中，转子组件包括定位在定子组件的径向外侧的外部。所述方法包括优选地利用法兰将本发明的部件连接到定子组件的步骤。为此，定子组件和/或所述部件可包括法兰。

本发明的方法在理论上可用于制造发电机或者维修、重建或改装现有发电机。

所述方法可进一步包括使连接到定子组件的部件与制动盘对齐的步骤。制动盘可通过法兰连接到转子组件。一般而言，转子组件的外部可包括制动盘。

所述方法可进一步包括将销定位在固定轴法兰和所述部件之间的接触面中的步骤。这可确保定位准确性以及该组件的额外的强度。

此外，部件和/或制动盘（例如，相应的环形制动盘）可在发电机生产线之外被预制并可应用于不同发电机类型。然后，起重机可带走部件或整个制动系统，并将其安装到发电机生产线上，这仅添加螺栓和/或销和/或填隙片来将定子与制动系统中的转子对齐。

本发明的优点在于，可在生产线之外完全预组装整个制动系统和/或转子锁系统。仅需指出在致动器和/或转子锁系统在发电机的其余部分上的组装状态期间需要添加何种厚度的填隙片。将用于致动器和转子锁的部件或控制台环安装在固定轴的法兰上是简单的过程，并且对销的采用有助于转子锁和制动钳的容易对齐和居中定位。

由于锁系统可能需要同时接合多个锁，例如三个锁，在一次机加工中制造一体式部件或控制台环几乎完全消除了锁（例如三个锁）之间的互相对齐。一个本发明的部件或控制台环还可避免被钳垫意外磨损，因为它们位于同一机加工平面上。由此，与在先系统相比，所述系统更加成本有效并且更加耐用。

附图说明

根据实施例的以下描述结合附图，本发明的其他特征、性能和优点将变得显然。实施例不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求确定。所描述的全部特征无论作为单独的特征还是作为彼此任意结合的特征都是有利的。相应的元件被赋予相同的附图标记。

图1示意性地示出风力涡轮机。

图2示意性地示出具有外转子配置的发电机的一部分的剖视图。

图3示意性地示出已知制动系统的前视图。

图4示意性地示出本发明的制动系统的立体图。

图5示意性地示出本发明的发电机的一部分的剖视图。

具体实施方式

现在将参照图1至5描述本发明的实施例。

图1示意性地示出风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔2、机舱3和轮毂4。机舱3位于塔2的顶部上。轮毂4包括多个风力涡轮机叶片5。轮毂4安装在机舱3上。此外，枢转地安装所述轮毂4，使其能够围绕旋转轴线9（例如，水平旋转轴线9）旋转。发电机6位于机舱3内。风力涡轮机1是直驱式风力涡轮机。

图2示意性地示出具有外转子配置的发电机6的一部分的剖视图。发电机6包括定子组件7和转子组件8。定子组件7包括靠近旋转轴线9定位的固定轴10。转子组件8包括位于定子组件7的径向外侧的外转子部分11。转子组件8进一步包括制动盘12。制动盘12可以是外转子部分11的一部分或者其可以连接到外转子部分11（例如利用法兰）。制动盘12从外部11朝旋转轴线9径向向内延伸。转子组件8的外部11和制动盘12围绕旋转轴线9枢转地安装。

定子组件7进一步包括摩擦构件，在本实施例中是制动钳系统13。制动钳系统13被操作性地配置成与制动盘12的至少一部分摩擦接合。制动钳系统13从固定轴10径向向外延伸到制动盘12。制动钳系统13包括在制动盘12每侧上的至少一个制动钳，以便封闭制动盘12。

图3示意性地示出发电机6的已知制动系统的前视图。制动盘12包括内表面21。制动盘12的内表面21包括多个凹口15。制动系统进一步包括多个在中心安装的控制台或法兰14，在本实施例中是三个在中心安装的控制台或法兰14。控制台或法兰14被单独地安装到固定轴10。控制台或法兰14相对于固定轴10的圆周以120°角交错。替代性地，可采用任何其他数量的控制台或法兰14。优选地，围绕固定轴10的圆周布置控制台或法兰14，使得相邻法兰具有彼此相等的距离。

制动系统包括至少一个转子锁系统17。转子锁系统17包括至少一个活塞16。活塞位于控制台或法兰14内或位于锁壳内。锁壳可连接到控制台或法兰14。替代性地，制动系统可包括：用于容纳活塞或用于与转子锁系统17的至少一个锁壳连接的单独的控制台或法兰14；以及与制动系统（尤其是制动钳系统13）连接的单独的控制台或法兰14。活塞16被定位成使其准备好与制动盘12的内表面21中的凹口15接合。

图4示意性地示出了本发明的制动系统的立体图。制动系统包括本发明的部件20，其具有环的形状。部件20包括例如利用螺栓、销或填隙片）将其连接到定子组件7的法兰上的装置（例如，多个孔23）。该部件可以例如连接到固定轴10的法兰上。

部件20进一步包括中心轴线26和至少三个径向向外突起部分（翼）22。部件20和径向向外突起部分22一体形成。

径向向外突起部分22可包括一种装置（图4中未示出），例如多个孔，其用于将径向向外突起部分22连接到摩擦构件13和/或用于将径向向外突起部分连接到转子锁系统17，所述摩擦构件13被操作性地配置成与制动盘12的至少一部分摩擦接合。

突起部分（翼）22相对于部件20的圆周以120°角交错。替代性地，可采用任何其他数量或角度的突起部分22。优选地，突起部分22围绕部件20的圆周被布置为使得相邻突起部分22具有彼此相等的距离。

本发明的制动系统进一步包括制动盘12。制动盘12可具有环的形状。制动盘12包括多个孔19，其用于利用法兰或螺纹孔将制动盘12连接到转子组件8。制动盘12可进一步包括用于转子锁销的多个孔18或其他装置，转子锁销被配置成接合到孔中。

图5示意性地示出了本发明的发电机6的一部分的剖视图。制动盘12通过法兰24连接到转子组件8的外部11。定子组件7（例如中心轴10）包括法兰25。部件20通过法兰25连接到定子组件7。

在用于组装风力涡轮机发电机的本发明的方法的背景下，部件20通过法兰25连接到定子组件7，优选连接到固定轴10。本发明的方法可用于制造发电机或者用于维修、重建或改装现有发电机。

在将部件20连接到定子组件7之后，可使部件20与制动盘12对齐。制动盘12可通过法兰24或通过转子组件中的螺纹孔/销连接到转子组件8。一般而言，转子组件8的外部11可包括制动盘12。

所述方法可进一步包括将销定位在固定轴法兰25（以及对于转子组件11）和部件20之间的接触面（图5中未示出）中的步骤。这可确保定位准确性以及该组件中的额外强度。

此外，部件20和/或制动盘12（例如，相应的环形制动盘）可在发电机生产线之外被预制并可应用于不同发电机类型。然后，起重机可带走部件或整个制动系统，并将其安装到发电机生产线上，这仅添加螺栓和/或销和/或填隙片以将定子与制动系统中的转子对齐。

Claims (14)

1.一种风力涡轮机发电机（6），包括定子组件（7）、转子组件（8）和旋转轴线（9）以及制动系统，其中，所述转子组件（8）包括定位在所述定子组件（7）的径向外侧的外部（11），其中所述制动系统包括制动盘（12）和摩擦构件（13），所述制动盘被连接到所述转子组件（8）；其特征在于，

所述制动系统包括具有环的形状的部件（20），所述定子组件（7）包括法兰，所述部件（20）被连接到所述定子组件（7）的法兰，所述部件（20）包括多个径向向外突起部分（22），所述摩擦构件（13）被连接到所述径向向外突起部分（22），所述摩擦构件可操作地构造成与所述制动盘（12）的至少一部分摩擦接合和/或将所述径向向外突起部分连接到转子锁系统（17）。

2.如权利要求1所述的风力涡轮机发电机（6），

其特征在于，

所述制动系统包括转子锁系统（17）。

3.如权利要求1或2所述的风力涡轮机发电机（6），

其特征在于，

所述制动盘（12）具有环的形状。

4.如权利要求1至2中任一项所述的风力涡轮机发电机（6），

其特征在于，

所述制动盘（12）包括多个孔（18）或凹口，并且所述制动系统包括被配置成接合到所述孔（18）或凹口中的多个转子锁销。

5.如权利要求2所述的风力涡轮机发电机（6），

其特征在于，

所述制动系统包括多个转子锁销和被配置成支撑所述转子锁销的静止板。

6.如权利要求1至2中任一项所述的风力涡轮机发电机（6），

其特征在于，

所述发电机（6）是直驱式发电机和/或所述发电机具有至少1MW的额定功率。

7.如权利要求1至2中任一项所述的风力涡轮机发电机（6），

其特征在于，

所述制动盘（12）从所述转子组件（8）的所述外部（11）朝所述旋转轴线（9）径向向内延伸。

8.如权利要求1至2中任一项所述的风力涡轮机发电机（6），

其特征在于，

所述转子组件（8）包括法兰（24）并且所述制动盘（12）被紧固到转子组件（8）的法兰（24）上。

9.如权利要求1至2中任一项所述的风力涡轮机发电机（6），其中，至少一个所述摩擦构件（13）相对于所述旋转轴线（9）径向向外延伸。

10.如权利要求1至2中任一项所述的风力涡轮机发电机（6），其中，所述径向向外突起部分（22）和所述部件（20）一体形成。

11.一种风力涡轮机（1），包括如权利要求1至10中任一项所述的发电机（6）。

12.一种用于组装风力涡轮机发电机（6）的方法，所述发电机（6）包括定子组件（7）、转子组件（8）和旋转轴线（9），其中，所述转子组件（8）包括定位在所述定子组件（7）的径向外侧的外部（11），其中制动盘（12）连接到所述转子组件（8）的外部（11），

其特征在于，

利用所述定子组件（7）的法兰（25）将部件（20）连接到所述定子组件（7），所述部件（20）具有环的形状并且包括多个径向向外突起部分（22）。

13.如权利要求12所述的方法，

其特征在于，

将连接到所述定子组件（7）的所述部件（20）与制动盘（12）对齐。

14.如权利要求12或13所述的方法，

其特征在于，

利用法兰（24）将制动盘（12）连接到所述转子组件（8）。