CN111315983A - 风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力涡轮机，包括：涡轮机转子，其包括一组涡轮机转子叶片并限定转子旋转轴线，所述涡轮机转子安装在塔架上；齿轮箱，其以传动方式耦合到所述涡轮机转子且具有输出端，用于在操作时增加输出端旋转速度；发电机，其用于将所述涡轮机转子的机械能转换成电能，所述发电机安装在所述塔架的端部处靠近所述转子旋转轴线，且包括之间具有气隙的第一发电机转子和第二发电机转子，所述第一发电机转子和第二发电机转子安装成能够相对于彼此旋转以将旋转运动转换成电能；变速箱系统，包括：外部传动轴和同心位于所述外部传动轴内的内部传动轴；传动轴齿轮系统，其将所述内部传动轴和所述外部传动轴耦合到所述齿轮箱，其中所述内部传动轴和所述外部传动轴的旋转轴线功能性地垂直于所述转子旋转轴线，其中所述传动轴系统包括以传动方式与所述齿轮箱耦合的传动轴齿轮，所述传动轴齿轮啮合所述内部传动轴上的第一传动齿轮并啮合所述外部传动轴上的第二传动齿轮，且布置成在操作时使所述内部和外部传动轴彼此相反地旋转，并且其中所述内部传动轴和所述外部传动轴中的一个以传动方式耦合到所述第一发电机转子，且所述内部传动轴和所述外部传动轴中的另一个以传动方式耦合到所述第二发电机转子。

Description

风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机。

背景技术

WO2015016703涉及一种风力涡轮机，包括：转子，其耦合到限定转子旋转轴线的转子轴，所述转子包括一组转子叶片；外部竖直传动轴和同轴位于所述第一竖直传动轴内的内部竖直传动轴，所述内部和外部竖直传动轴耦合到所述转子轴；发电机，其用于将所述转子的机械旋转能转换成电能，且包括耦合到所述内部和外部竖直传动轴的共轴内部和外部发电器转子；以及齿轮系统，其将所述内部和外部传动轴耦合到所述转子轴。齿轮系统使得所述转子轴能够耦合到所述内部和外部竖直传动轴，其中所述内部和外部竖直传动轴的传动轴旋转轴线和所述转子旋转轴线使得水平涡轮机转子轴线倾斜介于1度与10度之间的角度。

根据WO9521326的摘要，WO9521326描述了一种风力发电系统，其包括：风力涡轮机，其具有安装在轴承上且能够围绕竖直轴线旋转的水平转子；一次能源单元；具有减速齿轮的机械变速箱；以及用于使风力涡轮机围绕竖直轴线旋转的系统。具有减速齿轮的机械变速箱具有被设计为两个共轴轴的输出,所述两个共轴轴与减速齿轮输入的运动学连接确保共轴轴在相反方向上旋转。所述系统具有呈两个反向旋转的协作工作单元形式的一次能源单元，每个工作单元连接到一个共轴减速齿轮轴。系统的结构设计补偿了在水平平面中作用于风力涡轮机的反扭矩，而不需要任何额外的耗电机构。

发明内容

本发明的一方面是提供一种替代性风力涡轮机设计。

因此，本发明提供一种风力涡轮机，包括：

涡轮机转子，其包括一组涡轮机转子叶片并限定转子旋转轴线，所述涡轮机转子安装在塔架上；

齿轮箱，其以传动方式耦合到所述涡轮机转子且具有输出端，用于在操作时增加输出端旋转速度；

发电机，其用于将所述涡轮机转子的机械能转换成电能，所述发电机安装在所述塔架的端部处靠近所述转子旋转轴线，且包括之间具有气隙的第一发电机转子和第二发电机转子，所述第一发电机转子和第二发电机转子安装成能够相对于彼此旋转以将旋转运动转换成电能；

变速箱系统，包括：

外部传动轴和同心位于所述外部传动轴内的内部传动轴；

传动轴齿轮系统，其将所述内部传动轴和所述外部传动轴耦合到所述齿轮箱，其中所述内部传动轴和所述外部传动轴的旋转轴线功能性地垂直于所述转子旋转轴线，其中

所述传动轴系统包括以传动方式与所述齿轮箱耦合的传动轴齿轮，所述传动轴齿轮啮合所述内部传动轴上的第一传动齿轮并啮合所述外部传动轴上的第二传动齿轮，且布置成在操作时使所述内部和外部传动轴彼此相反地旋转，并且其中所述内部传动轴和所述外部传动轴中的一个以传动方式耦合到所述第一发电机转子，且所述内部传动轴和所述外部传动轴中的另一个以传动方式耦合到所述第二发电机转子。

本风力涡轮机适用于新一代的具有10MW或更大容量的风力涡轮机。具体地说，这种设计实现了12-16MW+类别中的下一代大型风力涡轮机。它可以在IEC I、II和III+级风区中运转。为了尽可能多地增强可靠性性能，限制了旋转部件的数量。出于经济原因，此设计特别适合于大型风力涡轮机。

此设计适用于风力涡轮机的逆风和顺风两种设计。

在本描述中，像内部和外部传动轴及内部和外部转子的元件是共轴的。就此而言，共轴是指元件各自围绕旋转轴线旋转，并且这些旋转轴线在一条直线上或者重合。在本申请中，内部和外部传动轴的旋转轴线重合，且内部和外部转子的旋转轴线重合。一方面，内部传动轴和外部传动轴的旋转轴线在一条直线上，另一方面，内部转子和外部转子的旋转轴线在一条直线上。此外，内部转子和外部转子是同心的。内部转子同心地设置于外部转子内部。

涡轮机轴可以是保持在两个预偏置轴承中的中空轴，所述轴承具体地是壳体中的锥轴承。此类构造部件也被称作主轴承单元或MBU。举例来说，Eolotec公司在US2015030277中描述了在本发明中可以使用的此类构造部件的实例。在此类轴中，轴包括在间隔开的轴承之间延伸的锥形区段。轴承朝向彼此的预偏置或预加载可以使用控制装置来控制。还可使用技术人员已知的具有例如单个转子轴承的其它构造。

在传动系的实施例中，涡轮机轴包括主轴承单元或MBU。在此实施例中，轴承单元是刚性地附接到铸造的主托架上的唯一主要元件，进而形成舱体结构或底盘的结构主要组件。其它主要组件通过凸缘连接附接到此主轴承单元上，而不是通过其它方式直接连接到底盘。这种解决方案的主要益处在于，底盘的任何动态变形都不会对传动系的完整性产生负面影响。

通常，为了避免或承担转子诱发的弯矩及附加负荷和负荷变化，涡轮机轴耦合到柔性或弹性联轴器。在风力涡轮机中，各种柔性联轴器是已知的。举例来说，Geislinger公司描述了一种合适的柔性联轴器的实例，它被称为“Geislinger Compowind联轴器”。大体来说，此类联轴器响应于转子诱发的弯曲负荷而组合扭转刚度与内置柔性，由此提供可以弹性扭转的轴耦合。柔性联轴器可包括不同概念的解决方案，但是主要功能工作原理实质上仍然是消除有害的非扭矩负荷(弯矩)进入齿轮箱的任何可能性。

本风力涡轮机可包括任何一般类型的发电机，但是带有内部转子和外部转子设计。举例来说，发电机可包括轴向通量发电机。或者，可以使用径向通量发电机。这些发电机类型可具有常规发电机设计，但是带有内部转子和外部转子，而不是转子-定子设计。

发电机可以是永磁发电机，但是同样可以包括需要在外部激活的发电机-转子励磁电流的同步电机型发电机。

在实施例中，第一和第二传动齿轮定位在与传动轴旋转轴线相交的线形件的相对端部处。在另一实施例中，内部传动轴在一端或其附近以传动方式与所述传动轴齿轮耦合，且相对端部延伸超过所述传动轴齿轮。在实施例中，内部传动轴同心地通过所述第二传动齿轮。在另一实施例中，外部传动轴在一端或其附近以传动方式与所述第二传动齿轮耦合，且所述外部传动轴的相对端部延伸超过所述传动轴齿轮。这提供了具有两个同心的反向旋转轴的功能性垂直的联轴器。

在实施例中，第一发电机转子是内部发电机转子，且所述第二发电机转子是外部发电机转子，其中所述外部发电机转子围绕内部发电机转子同心地安装。

在实施例中，内部传动轴以传动方式耦合到所述内部发电机转子，且所述外部传动轴以传动方式耦合到所述外部发电机转子。

在实施例中，齿轮箱包括行星变速箱，所述行星变速箱包括以传动方式耦合到所述涡轮机转子的环形齿轮和以传动方式耦合到所述传动轴齿轮的太阳齿轮。此类行星变速箱可以是单级的。或者，此类变速箱可以是1.5级的。

在实施例中，行星变速箱包括行星齿轮系统，所述行星齿轮系统具有在公共轴上的第一和第二行星齿轮，其中第一行星齿轮以传动方式与所述环形齿轮耦合，且所述第二行星齿轮以传动方式与所述太阳齿轮耦合。

在1.5级齿轮箱的实施例中，齿轮箱提供至少i＝1:10的增速齿轮比。

在实施例中，变速箱系统包括变速箱壳体且所述发电机包括发电机壳体，并且其中所述发电机壳体附接到所述变速箱壳体上，具体地说，所述发电机壳体附接在所述变速箱壳体的顶部上与所述塔架相对。

在实施例中，涡轮机转子安装在所述塔架上，其中所述涡轮机转子的转子旋转轴线功能性地垂直于塔架纵向轴线。

在实施例中，发电机包括壳体和冷却系统。

在实施例中，冷却系统包括液体冷却系统，其中所述壳体包括用于冷却液的至少一个冷却通道，具体地说，所述壳体包括具有用于容纳所述冷却液的空间的双重壁中空壳体部分。

在实施例中，冷却系统包括气体冷却系统，所述气体冷却系统包括位于所述发电机壳体中供冷却气体流进入所述发电机的气体冷却入口以及允许气体离开所述发电机壳体的气体冷却出口。

在实施例中，外部转子具有一个或多个轮叶，所述轮叶用于使所述壳体内部的所述冷却气体处于运动中，具体地说，被设计成在操作时诱使冷却气体从所述冷却气体入口流动到所述冷却气体出口。这样，通过最优气体混合可以优化内热扩散和冷却性能。

在实施例中，内部转子具有一个或多个预配件，具体地是通路，用于使所述壳体内部的所述冷却气体处于运动中，具体地说，被设计成在操作时诱使冷却气体从所述冷却气体入口流动到所述冷却气体出口。

在实施例中，辅助气体冷却系统包括用于与液体流交换热的热交换器。主要液体冷却系统是被动的，这意味着与基于外部的散热器之间的热交换是通过自然循环来实现的。

本发明另外涉及一种包括涡轮机转子的风力涡轮机，所述涡轮机转子以传动方式耦合到行星齿轮箱，所述行星齿轮箱以传动方式耦合到具有两个相对的齿轮的直角变速箱，所述两个相对的齿轮以传动方式耦合到相对于彼此安装以便通过相互旋转生成电能的第一和第二发电机转子，所述第一和第二发电机转子限定与涡轮机转子旋转轴线功能性地垂直的公共发电机旋转轴线。

本领域技术人员将理解本文中如在“大体上包括”中出现的术语“大体上”。术语“大体上”还可包含具有“整体地”、“完全地”、“所有”等的实施例。因此，在实施例中，还可以去除形容词“大体上”。适用时，术语“大体上”也可以是指90％或更高，例如95％或更高，特别是99％或更高，甚至更特别地是99.5％或更高，包含100％。术语“包括”还包含其中术语“包括”意指“由……组成”的实施例。

本领域技术人员将理解并且将清楚术语“功能性地”。术语“大体上”以及“功能性地”还可包含具有“整体地”、“完全地”、“所有”等的实施例。因此，在实施例中，还可以去除形容词“功能性地”。在使用时，举例来说，在“功能性地平行”中使用时，技术人员将理解，形容词“功能性地”包含如上文所解释的术语“大体上”。具体地说，“功能性地”应理解为包含一种特征配置，这种配置允许这些特征就像形容词“功能性地”不存在的那样起作用。术语“功能性地”意图涵盖它所指代的特征的变化，所述变化使得在特征(很可能与所述术语在本发明中涉及的其它特征组合)的功能性使用中，特征的组合能够操作或起作用。举例来说，如果天线功能性地耦合或功能性地连接到通信装置，那么通过所述天线接收的所接收电磁信号可供通信装置使用。例如在“功能性地平行”中使用的词语“功能性地”用于涵盖完全平行，而且还涵盖上文所解释的词语“大体上”所涵盖的实施例。举例来说，“功能性地平行”涉及在操作时就像部件(举例来说)平行的那样起作用的实施例。这涵盖了技术人员清楚的实施例，其中在其预期使用领域内就像是平行的那样操作。

此外，在说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区别类似元件，而不一定用于描述顺序或时间次序。应理解，如此使用的术语在适当情况下可互换，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以不同于本文中所描述或说明的顺序进行操作。

本文尤其描述在操作期间的装置或设备。就如本领域技术人员将清楚，本发明不限于操作方法或操作中的装置。

应注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求书的范围的情况下设计许多替代实施例。在权利要求书中，放置在圆括号中的任何附图标记不应被解释为限制所述权利要求。使用动词“包括”及其词形变化形式并不排除权利要求中所陈述的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一(a/an)”并不排除多个此类元件的存在。可以借助包括数个相异元件的硬件并借助适当编程的计算机来实施本发明。在列出数个构件的装置或设备权利要求中，可以通过硬件中的同一个物件实施这些构件中的数个。在彼此不同的附属权利要求项中叙述某些措施这一单纯事实并不指示不能使用这些措施的组合来获得优势。

本发明还适用于包括在说明书中描述的和/或在附图中示出的一个或多个表征特征的设备或装置。本发明还涉及一种包括在说明书中描述的和/或在附图中示出的一个或多个表征特征的方法或过程。

可以组合本专利中论述的各个方面以便提供另外的优点。此外，一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。

附图说明

现在将参考所附示意图来描述仅作为实例的本发明的实施例，在示意图中，对应的参考符号指示对应部件，且在示意图中：

图1示意性地描绘风力涡轮机的实施例；

图2是图1的吊舱或舱体部分的内部的示意性横截面示意图；

附图不一定按比例绘制。

1 涡轮机转子

2 涡轮机转子轴

3 壳体

4 柔性联轴器

5 齿轮箱

6 传动轴齿轮

7 第一传动齿轮

8 内部传动轴

9 第二传动齿轮

10 外部发电机转子

11 内部发电机转子

12 过载离合器

13 发电机刷子

14 转换器

15 变换器

16 锁

17 吊舱钳轴承

18 塔架

19 环形齿轮

20 第一行星齿轮

21 第二行星齿轮

22 发电机壳体液体冷却

23 散热器

24 外部传动轴

25 发电机壳体

27 外部转子翼片

28 内部转子通道

29 气体-液体热交换器

30 吊舱或舱体

31 直升机甲板

32 传入齿轮箱轴

33 传出齿轮箱轴

34 太阳齿轮

35 行星齿轮公共轴

36 变速箱

37 内部传动轴耦合端部

38 发电机

39 气隙

40 气体入口

41 气体出口

42 液体入口

43 液体出口

R 转子轴旋转轴线

R1 内部传动轴旋转轴线/纵向轴线

L 塔架纵向轴线

具体实施方式

图1示意性地示出本发明的风力涡轮机的实例。风力涡轮机具有塔架18。塔架18承载吊舱或舱体30。舱体30以可旋转方式保持涡轮机转子1。为了在风中定位涡轮机转子1，舱体30可以可旋转方式安装在塔架18上，使得能够设置所述舱体30的偏转角。

风力涡轮机的此设计在具有10MW和更大容量的风力涡轮机中尤其有利，因为这代表了技术规模化的下一重大阶段。预计这至少在一定程度上需要新的创新性解决方案，以便在技术上实现这种规模化阶段，同时降低基于使用寿命的发电成本。图1中说明了逆风风力涡轮机，但是本设计还可应用于顺风风力涡轮机。

在此实施例中，舱体30包括直升机甲板31，并且具有外部散热器23。

在此实施例中，舱体30容纳传动系，所述传动系通过一个或多个变速箱和/或齿轮箱将涡轮机转子1耦合到发电机。

在图2中将详细解释传动系和发电机。本图是示意性的，并且并非所有元件和部件都呈其确切大小或相对大小。本图是沿着由转子旋转轴线R(条纹线)和塔架纵向线L限定的平面的横截面。

风力涡轮机包括涡轮机转子1，所述涡轮机转子1包括一组涡轮机叶片且限定转子旋转轴线R(条纹线)。涡轮机转子1可具有两个或更多个叶片。在具有两个叶片时，安装被简化，并且直升机甲板31能够实际用于直升机着陆，如图中可见。

此处，涡轮机转子1连接到中空的涡轮机转子轴2，所述涡轮机转子轴2在此处描绘为上文所论述的类型。涡轮机转子轴2具有机械锁16，所述机械锁16能够将风力涡轮机锁定在锁定位置中。

舱体或吊舱30通过轴承17(示意性)以可旋转方式安装在塔架18上。

涡轮机转子轴2安装到壳体3中，所述壳体3具有前部轴承和端部轴承，并且是锥形的。举例来说，Eolotec悉知、描述这样的构造并申请了专利。它包括前部和后部预加载锥形滚子轴承。此壳体3附接到框架上，所述框架附接到舱体上。在壳体3的相对端部处，传动系的其它部分延伸。

随后，涡轮机转子轴2耦合到柔性联轴器4。举例来说，此类柔性或弹性联轴器4可以是上文论述的类型。在实施例中，柔性联轴器包括两个盘，这两个盘使用柔性或弹性材料耦合。

图2的风力涡轮机的当前实施例包括齿轮箱5，所述齿轮箱5具有耦合到柔性联轴器4的传入齿轮箱轴32和耦合到变速箱系统36的传出齿轮箱轴33。对于小得多的额定功率，风力涡轮机可以设计成不具有齿轮箱5。齿轮箱5具有修改后的行星齿轮设计，也被称作1.5级齿轮箱。齿轮箱5也被称作多级行星齿轮，并且使得最大增速齿轮比至少为i＝1:10。或者，可以跳过一起在输出轴处传动中央太阳轮的最终齿轮组。此类实施例将产生最大增速齿轮比约为i＝1:6.4的常规1级行星齿轮箱，并且因此增大了锥形齿轮箱的输入扭矩负荷。这反过来又减少了给定转子速度下的发电机转数，并增加了反向旋转发电机的尺寸和成本。特别是对于整体传动系概念和较高的额定值来说，这种布置可能在技术上不太可行。

传入齿轮箱轴32保持环形齿轮19。此处，安装在壳体中的是两个行星齿轮元件，用于保持第一行星齿轮20和代表齿轮箱的额外0.5级的主要元件的第二行星齿轮21。第一行星齿轮和第二行星齿轮以旋转方式固定地安装在公共轴35上。公共轴35固定在齿轮箱壳体中，并保持定位在壳体中。因为第二行星齿轮21的直径大于第一行星齿轮20，所以旋转速度会另外增大。第二行星齿轮21啮合太阳齿轮34，并在操作时传动太阳齿轮34。太阳齿轮34以旋转方式固定在传出齿轮箱轴33上。本图在横截面中示出了两个行星齿轮组。实际上，可以使用高达四个行星齿轮组，它们全部以啮合方式与太阳齿轮啮合，并定位在太阳齿轮周围。

在当前传动系中，还有可能提供一个或多个额外齿轮箱，以便进一步增加发电机的旋转速度。使用当前修改后的行星齿轮箱5，旋转速度至少增加大约10倍。环形齿轮19和第一行星齿轮20的第一齿轮比可高达最大值1:6.4。第二行星齿轮21和太阳齿轮34的第二齿轮比可高达1:2。因此，组合的齿轮比可高达12或更大。

齿轮箱5耦合到变速箱36。

传出齿轮箱轴33以旋转固定的方式耦合到齿轮或传动轴齿轮6。在当前实施例中，传动轴齿轮6的齿形齿轮相对于转子旋转轴线R成介于60度与70度之间的角度。传动轴齿轮6啮合第一传动齿轮7和第二传动齿轮9。此处，第一传动齿轮7和第二传动齿轮9均是锥形的。第一传动齿轮7以旋转固定的方式与内部传动轴8耦合。内部传动轴8相对于传动轴齿轮6径向延伸。内部传动轴8具有与耦合到第一传动齿轮7的端部相对的耦合端部37。耦合端部37延伸超出传动轴齿轮6。内部传动轴8平行于传动轴齿轮6的中心线。中心线将所述传动轴齿轮划分成两个相等半部。换句话说，此处，内部传动轴纵向轴线R1与传动轴齿轮6的旋转轴线R垂直相交。

第二传动齿轮9以传动方式耦合到相对于内部传动轴8同心的外部传动轴24。第二传动轴9与传动轴齿轮6啮合，所述传动轴齿轮6与第一传动齿轮7径向相对。这样，内部传动轴8和外部传动轴24的旋转方向围绕它们的公共旋转轴线R1处于相反方向上。

在当前实施例中，第一传动齿轮7和第二传动齿轮9均是锥形的。它们朝向转子旋转轴线R逐渐变窄。相对应地，传动轴齿轮6的轮齿表面是锥形的。在替代实施例中，第一传动齿轮7和第二传动齿轮9可以是斜齿轮、螺旋齿轮、直齿轮或鼓形齿轮。传动轴齿轮6的齿形部分与第一传动齿轮7和第二传动齿轮9适配。变速箱36实际上限定了双重直角变速箱，从而传动两个共轴轴8和24。传动齿轮7、9在操作时在相反方向上旋转，使得轴8、24在相反方向上旋转。

为了保护发电机38，特别是防止出现电网引发的事件，如突然断电，从而产生高瞬时传动系峰值负荷，在图2的当前实施例中，内部传动轴通过过载离合器耦合到发电机38。这样的过载离合器在本领域中是已知的。

变速箱36向传动系提供额外的介于1与10之间的齿轮比。此外，变速箱36提供具有两个反向旋转的轴8、24的倾斜变速箱(角度传动；小锥形齿轮；等径伞齿轮；直角锥形齿轮；钟形曲柄；角度传动)。因此，当前的传动系首先提供高达150的齿轮比。具体地说，可以获得介于100与150之间的齿轮比。因此，两个发电机部分可随彼此以高达涡轮机转子1的旋转速度的200至300倍的速度旋转。因此，发电机的转子元件的高达每分钟1,000至3,000转的旋转速度是可能的。举例来说，这可产生较小的发电机直径。

此处，转子和完整的传动系安装在塔架18中垂直于塔架纵向轴线L。在替代实施例中，具体地说，在逆风风力涡轮机中，转子和传动系可以安装在塔架上，其中转子旋转轴线R与垂直的(90°)联轴器成倾斜角α。倾斜角α可为至关重要的，因为它使得塔架与转子(尖端)之间的距离能够增大，由此使叶片尖端撞击塔架的可能性降到最低并减小塔架对转子的干扰影响。倾斜角α通常在约5度与最大值10度之间选择，以便不对空气动力性能产生负面影响。

齿轮箱5和变速箱36的壳体可以是一个壳体。或者，壳体可以划分成两个耦合的壳体部分，举例来说，在第二行星齿轮34处分开。这可以提高使用和维修的可能性。在当前实施例中，举例来说，柔性联轴器4可以通过去除螺栓来移除，并且可以从当前传动系中脱离出来，由此提供空间用于随后移除壳体(的部分)。在替代实施例中，齿轮箱5和变速箱36分别具有单独的壳体。

图2还以横截面示出发电机38的实施例。发电机(electrical generator，简称为‘generator’)具有壳体25。壳体25具有固定预配件，用于将壳体固定到另一传动系，此处是将壳体固定到变速箱的壳体或容纳变速箱36的壳体部分。通常，发电机壳体25将容纳在舱体30内部。

发电机38包括内部发电机转子11和外部发电机转子10。这些内部发电机转子11和外部发电机转子10是同心的，并且在它们之间限定了气隙39。内部发电机转子11耦合到内部传动轴8。在当前实施例中，内部传动轴8通过过载离合器12耦合到内部发电机转子11。外部发电机转子10耦合到外部传动轴24，此处，以旋转方式固定到外部传动轴24上。实际上，此处，作为可能的联轴器的实例，板将外部轴24耦合到外部发电机转子10。内部传动轴8和外部传动轴24均可以通过如德国RENK AG所提出和申请专利保护的齿轮花键联轴器进行耦合。这是为了补偿轻微的动态不对准和达到较小程度的长度变化。

内部发电机转子11和外部发电机转子10中的一个可包括用于提供交替磁极的永磁体。内部发电机转子11和外部发电机转子10中的一个或两个可包括用于感生电压和电流的线圈。在当前实施例中，内部发电机转子11通过刮片或滑动触点或刷子13来提供动力。此处，刷子13通过转换器14和变换器15提供动力。在替代实施例中，外部发电机转子10具有内向永磁体。如之前所论述，还可以考虑轴向通量发电机，而不是图2的径向通量发电机。在本发明概念中，此类发电机还将具有两个反向旋转的发电机转子。

为了能够抵抗或承担高扭力、同时允许一些弯曲偏转或为了减轻重量，至少内部传动轴8由纤维增强复合材料制成。它提供了扭矩轴。合适的纤维增强复合物包括Dyneema、Aramid和Kevlar名下商售的纤维材料。然而已发现，为了提供更高程度的刚性和强度，碳纤维增强复合材料是首选。

在当前实施例中，发电机38包括发电机壳体25。发电机38还包括冷却系统。在当前实施例中，冷却系统包括主要液体冷却系统。另外，冷却系统还包括辅助气体冷却系统。

气体冷却系统包括发电机壳体25中的气体入口40和发电机壳体25中的气体出口41。在示意图中，入口40和出口41定位在一条直线上。它们还可以尽可能地远离彼此。

在实施例中，通常基于在发电机38内部循环的空气的气体冷却系统包括位于一个或两个发电机转子上的空气置换构件。在当前实施例中，外部发电机转子10具有轮叶或翼片27，用于使发电机38内部的空气处于运动中。在实施例中，外部转子上的空气置换构件提供一种泵功能，将空气从气体入口40移到气体出口41。气体冷却系统可包括用于使空气循环通过发电机壳体25的泵装置。在当前实施例中，气体冷却系统包含使气体入口40和气体出口41成气体耦合的热交换器29。在当前实施例中，热交换器29是气体-液体热交换器类型。它使得气体冷却系统的气体能够与将进一步论述的液体冷却系统的液体交换热。在当前实施例中，在气体冷却系统中，内部发电机转子11另外具有气体置换构件。当前，气体通道28设置在内部发电机转子11中，用于进一步混合发电机38内部的气体或允许所述气体混合。

在当前实施例中，液体冷却系统包括穿过中空发电机壳体25的一个或多个壁的一个或多个液体通道。在当前实施例中，发电机壳体的至少部分具有双重壁，使得液体能够在壁之间的间隔22间流动。间隔22的液体通道包括液体入口42和液体出口43。液体入口42和液体出口43以流体方式耦合到热交换器23，此处，热交换器23是关于图1所论述的散热器23。在当前实施例中，散热器和热交换器29耦合，以便使气体冷却系统的气体与液体冷却系统的液体之间进行热交换接触。在图2的当前实施例中，在液体冷却系统中使用自然循环。因此，在当前实施例中，液体冷却系统使用被动冷却。在替代实施例中，可以添加泵。经处理液体中通过散热器的部分用于通过热交换器29与气体冷却系统的气体交换热。液体可以在返回发电机壳体25之前在散热器29中进行进一步处理。

另外应清楚，包含以上描述和各图是为了说明本发明的一些实施例而不是限制保护范围。基于本发明，技术人员将了解更多实施例。这些实施例属于本发明的保护范围和实质，并且是现有技术和本专利公开内容的明显组合。

Claims (17)

1.一种风力涡轮机，包括：

涡轮机转子，其包括一组涡轮机转子叶片并限定转子旋转轴线，所述涡轮机转子安装在塔架上；

齿轮箱，其以传动方式耦合到所述涡轮机转子且具有输出端，用于在操作时增加输出端旋转速度；

发电机，其用于将所述涡轮机转子的机械能转换成电能，所述发电机安装在所述塔架的端部处靠近所述转子旋转轴线，且包括之间具有气隙的第一发电机转子和第二发电机转子，所述第一发电机转子和第二发电机转子安装成能够相对于彼此旋转以将旋转运动转换成电能；

变速箱系统，包括：

外部传动轴和同心位于所述外部传动轴内的内部传动轴；

传动轴齿轮系统，其将所述内部传动轴和所述外部传动轴耦合到所述齿轮箱，其中所述内部传动轴和所述外部传动轴的旋转轴线功能性地垂直于所述转子旋转轴线，其中

所述传动轴系统包括以传动方式与所述齿轮箱耦合的传动轴齿轮，所述传动轴齿轮啮合所述内部传动轴上的第一传动齿轮并啮合所述外部传动轴上的第二传动齿轮，且布置成在操作时使所述内部和外部传动轴彼此相反地旋转，并且其中所述内部传动轴和所述外部传动轴中的一个以传动方式耦合到所述第一发电机转子，且所述内部传动轴和所述外部传动轴中的另一个以传动方式耦合到所述第二发电机转子。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中所述第一和第二传动齿轮定位在与传动轴旋转轴线相交的线形件的相对端部处，并且其中具体地说，所述内部传动轴在一端或其附近以传动方式与所述传动轴齿轮耦合，且相对端部延伸超过所述传动轴齿轮，从而同心地通过所述第二传动齿轮，并且其中所述外部传动轴在一端或其附近以传动方式与所述第二传动齿轮耦合，且所述外部传动轴的相对端部延伸超过所述传动轴齿轮。

3.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中所述第一发电机转子是内部发电机转子，且所述第二发电机转子是外部发电机转子，其中所述外部发电机转子围绕所述内部发电机转子同心地安装。

4.根据前一权利要求所述的风力涡轮机，其中所述内部传动轴以传动方式耦合到所述内部发电机转子，且所述外部传动轴以传动方式耦合到所述外部发电机转子。

5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中所述齿轮箱包括行星变速箱，所述行星变速箱具体地包括以传动方式耦合到所述涡轮机转子的环形齿轮和以传动方式耦合到所述传动轴齿轮的太阳齿轮。

6.根据前一权利要求所述的风力涡轮机，其中所述行星变速箱包括行星齿轮系统，所述行星齿轮系统具有在公共轴上的第一和第二行星齿轮，其中第一行星齿轮以传动方式与所述环形齿轮耦合，且所述第二行星齿轮以传动方式与所述太阳齿轮耦合。

7.根据前述权利要求5或6所述的风力涡轮机，其中所述齿轮箱提供10至15的齿轮比。

8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中所述变速箱系统包括变速箱壳体，且所述发电机包括发电机壳体，并且其中所述发电机壳体附接到所述变速箱壳体上，具体地说，所述发电机壳体附接在所述变速箱壳体的顶部上，与所述塔架相对。

9.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中所述涡轮机转子安装在所述塔架上，其中所述涡轮机转子的转子旋转轴线功能性地垂直于塔架纵向轴线。

10.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中所述涡轮机转子固定到中空涡轮机转子轴的一端上，所述中空涡轮机轴延伸穿过壳体，其中所述壳体固定到所述塔架上的舱体上，并且中空涡轮机转子轴的相对端部承载所述齿轮箱、所述变速箱系统和所述发电机。

11.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中所述发电机包括壳体和冷却系统。

12.根据前一权利要求所述的风力涡轮机，其中所述冷却系统包括液体冷却系统，其中所述壳体包括用于冷却液的至少一个冷却通道，具体地说，所述壳体包括具有用于容纳所述冷却液的空间的双重壁壳体部分。

13.根据包含权利要求11或12的前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中所述冷却系统包括气体冷却系统，所述气体冷却系统包括位于所述发电机壳体中供冷却气体流进入所述发电机的气体冷却入口以及允许气体离开所述发电机壳体的气体冷却出口。

14.根据权利要求13所述的风力涡轮机，其中所述外部转子具有一个或多个轮叶，所述轮叶用于使所述壳体内部的所述冷却气体处于运动中，具体地说，被设计成在操作时诱使冷却气体从所述冷却气体入口流动到所述冷却气体出口。

15.根据权利要求13或14所述的风力涡轮机，其中所述内部转子具有一个或多个预配件，具体地是通路，用于使所述壳体内部的所述冷却气体处于运动中，具体地说，被设计成在操作时诱使冷却气体从所述冷却气体入口流动到所述冷却气体出口。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的风力涡轮机，其中所述气体冷却系统包括用于与液体流交换热的热交换器。

17.一种风力涡轮机，其包括以传动方式耦合到行星齿轮箱的涡轮机转子，所述行星齿轮箱以传动方式耦合到具有两个相对的齿轮的直角变速箱，所述两个相对的齿轮以传动方式耦合到相对于彼此安装以便通过相互旋转生成电能的第一和第二发电机转子，所述第一和第二发电机转子限定与涡轮机转子旋转轴线功能性地垂直的公共发电机旋转轴线。

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