CN112600330A - 用于风力涡轮发电机的母线装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于风力涡轮发电机的母线装置（100），所述风力涡轮发电机包括定子以及被布置成绕轴线（105）旋转的转子，所述装置包括用于将电力输送离开所述发电机的多个母线（110、112、114、116），其中每个母线被布置在距所述轴线的单独径向距离处并且被布置在沿所述轴线的单独轴向位置处。此外，描述了一种风力涡轮机和一种制造母线装置（100）的方法。

Description

用于风力涡轮发电机的母线装置

技术领域

本发明涉及风力涡轮发电机领域，具体地涉及用于风力涡轮发电机的母线装置、包括这种母线装置的风力涡轮发电机以及制造风力涡轮机的方法。

背景技术

在风力涡轮机中，从叶片转子的重心到塔架的水平距离对于主结构上的重力载荷是重要的。这意味着对于在叶片转子和塔架之间具有发电机的风力涡轮机，发电机的长度是重要的。发电机的总长度可以看作是有源和无源发电机部分的长度的和，其中有源发电机部分由磁体和绕组形成，而无源发电机部分由支撑结构和电连接件（诸如母线）形成，用于将产生的电力输送离开发电机，例如传输到位于地平面的功率变换器。

因此，可能需要一种使磁体和绕组的有源长度最大化并使得用于结构和电连接件的无源长度最小化的方法。

发明内容

这种需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。本发明的有利实施例在从属权利要求中阐述。

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母线装置，所述风力涡轮发电机包括定子以及布置成绕轴线旋转的转子。该装置包括用于将电力输送离开发电机的多个母线，其中每个母线被布置在距轴线的单独径向距离处和沿轴线的单独轴向位置处。

本发明的这个方面基于这样的构思，即通过将母线布置成具有距离轴线的单独径向距离（例如，与将母线布置在距离轴线的相同的径向距离处相反），可以获得紧凑的母线装置。特别地，母线装置的轴向延伸（其有助于发电机的总长度，特别是有助于发电机的非活动部分）可以减小，同时仍然允许在安装和维护期间容易地接近每个母线。

根据本发明的实施例，两个相邻母线的距轴线的径向距离相差预定的径向量。

换句话说，对于该装置中的任何两个相邻母线，距离轴线的径向距离的差是相同的（即，等于预定径向量）。

根据本发明的另一实施例，两个相邻母线的轴向位置分开预定的轴向量。

换句话说，母线在轴向方向上被相等地分开（以预定的轴向量）。

根据本发明的另一实施例，位于最靠近转子的轴向位置处的母线具有距轴线的最小径向距离，并且对于轴向位置，径向距离随着距转子的轴向距离的增加而增加。

因此，最靠近转子、即最靠近发电机的有源部分的母线也最靠近轴线，并且对于每个母线，在远离转子（即远离发电机的有源部分）的轴向方向上，距轴线的距离增加。

根据本发明的另一实施例，多个母线形成阶梯状结构。

根据本发明的另一实施例，每个母线成形为绕轴线的弧形物。

母线可以一直或部分地绕轴线延伸。每个母线优选地具有曲率，该曲率确保距轴线的径向距离在弧形母线的任何位置处都相同。

根据本发明的另一实施例，每个母线具有矩形截面。

根据本发明的另一实施例，矩形截面的较长边相对于轴线沿径向方向延伸。

由此，每个母线的延伸在轴向方向上最小。

根据本发明的另一实施例，每个母线包括一个或多个耦接部分，用于提供到风力涡轮机的其它部件和/或到其它母线的电连接。

换句话说，耦接部分用于将母线与风力涡轮机的其它电气部件连接和/或使母线互连。

根据本发明的另一实施例，所述耦接部分适于通过螺钉或螺栓耦接到电连接器。

根据本发明的另一实施例，选择距轴线的径向距离的差以及相邻母线之间的轴向间隔，以允许利用相应的工具接近耦接部分。

换句话说，距轴线的径向距离以及母线的轴向间隔选择成使得有足够的空间可用于使工具接近耦接部分，特别是不受其它母线的干扰。

根据本发明的第二方面，提供了一种风力涡轮机，其包括：发电机，所述发电机具有定子以及被布置成绕轴线旋转的转子并且适于产生电力；以及根据第一方面或上述实施例中的任何一个所述的母线装置，所述母线装置由所述定子支撑并且耦接到所述发电机以将所述电力输送离开所述发电机。

本发明的这个方面基于与上述第一方面基本相同的构思，并且提供了一种具有优化的发电机长度的风力涡轮机。

根据本发明的第三方面，提供了一种制造风力涡轮机的方法。该方法包括（a）提供具有定子和转子的发电机，所述转子布置成绕轴线旋转，以及（b）提供用于将电力输送离开发电机的多个母线，其中每个母线布置在距轴线的单独径向距离处和沿轴线的单独轴向位置处。

本发明的这个方面基于与上述第一和第二方面基本上相同的构思。

注意，已经参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，已经参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而已经参考装置类型权利要求描述了其它实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中了解到，除非另外指出，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征的任何组合，特别是方法类型权利要求的特征和装置类型权利要求的特征的组合，也是本文档的公开的一部分。

本发明的上述方面和其它方面从要在下文描述的实施例的示例中是显而易见的，并且参考实施例的示例进行解释。下面将参考实施例的示例更详细地描述本发明。然而，明确指出，本发明不限于所描述的示例性实施例。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性实施例的母线装置的截面图。

图2示出了根据本发明的示例性实施例的两个互连母线的详细视图。

图3示出了可以连接到根据本发明的示例性实施例的母线装置的定子段。

图4示出了可以连接到根据本发明的示例性实施例的母线装置的另一定子段。

图5示出了风力涡轮机中的发电机的示意图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。注意，在不同的图中，相似或相同的元件设置有相同的附图标记或仅在第一位数字不同的附图标记。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的母线装置100的截面图。母线装置包括沿轴线105 （对应于风力涡轮机旋转轴线）布置在不同位置处的母线110、112、114、116。母线110最靠近风力涡轮机（未示出）的发电机的有源部分，即，最靠近发电机的在转子绕轴线105旋转并由此在定子的对应部分中产生电流时产生电力的部分。其它母线112、114、116分别进一步远离发电机的有源部分（在轴线105的方向上）。母线110、112、114、116具有矩形截面，其中较短边沿轴向方向延伸，较长边远离轴线105径向地延伸。每个母线110、112、114、116优选地成形为如同至少部分地绕轴线105的弧形物。此外，母线112与母线110相比具有距轴线105的更大径向距离，母线114与母线112相比具有距轴线105的更大径向距离，并且母线116与母线114相比具有距轴线105的更大径向距离。母线110、112、114、116由相应地倾斜的支撑结构120支撑，并因此形成阶梯状结构。此外，电连接器122、124、126借助于对应的紧固装置对分别耦接到母线112、114、116，所述紧固装置对是诸如成对的螺母和螺栓132、133；134、135；136和137。

图1还示出了用于将电连接器122耦接到母线112的对应耦接部分的一组工具，更具体地，具有装配螺栓133的头部142的电动螺丝刀140，以及装配螺母132的扳手或扳钳144。应当注意，工具140、144本身不是母线装置100的部分，而是在安装和维护工作期间用于将母线110、112、114、116与对应的电连接器122、124、126连接。如可以看到的，母线110、112、114、116的阶梯状布置允许母线110、112、114、116在轴向方向上定位得彼此更靠近，同时仍留出足够的空间以在安装和维护工作期间使用工具140、114。如果母线110、112、114、116被布置成与轴线105相距相同的径向距离，则母线114将必须位于螺丝刀140的相对侧上，并且因此比图1中的母线116的轴向位置甚至更远离母线112。因此，所示的母线结构比简单的水平布置明显更紧凑，该水平布置在轴线105的方向上将明显更长。因此，本发明的母线结构允许容易的安装，同时最小化风力涡轮发电机的无源（即，非有源）长度，并且因此最小化风力涡轮机塔上的结构载荷。

图2示出了根据本发明的示例性实施例的两个互连母线211、213的详细视图。如可以看到的，母线211通过两个螺栓231、232和两个螺母233、234耦接到电连接器221。类似地，母线213通过两个螺栓235、236和两个螺母237、238耦接到电连接器223。电连接器221、223通过柔性电缆225连接。图2中所示的互连原理可以用于互连两个母线，如图所示，但也可以用于互连母线和发电机绕组（未示出）或母线和输出电力电缆（或母线）。只要有足够的空间用于所需的工具（见上文），使用螺栓和螺母的连接就易于使用。此外，连接通常非常有效和可靠。

图3示出了具有以所谓的“分布式绕组”方案布置的绕组310、320、330的定子的段300。每个绕组310、320、330被示出为被折叠以给出闭环的金属带。示出了三种不同的绕组类型W1、W2、W3。每个线圈包括绕组310、320、330的序列，由此线圈序列转而包括不同绕组类型W1、W2、W3中的每一个。用于将绕组310、320、330连接到输出功率电子器件的相应母线装置在图1和图2中示出并在上面讨论。

图4示出了定子的段400，定子具有以所谓的“集中绕组”方案位于定子叠片404的定子槽403中的示例性绕组401。在这种构造中，一个绕组401的两个铜条405位于相邻的定子槽403中。作为相邻的“集中”绕组的位置的示例，示出了绕组可位于其中的两个相邻槽403。用于将绕组401连接到输出功率电子器件的相应母线装置在图1和图2中示出并在上面讨论。

图5示出了风力涡轮机5中的发电机4的非常简化的图示。为了简单起见，仅示出了相关的部件，并且未示出诸如齿轮箱、控制器等的其它部件。施加在风力涡轮机5的叶片50上的压力导致毂51或毂盖（spinner）转动，从而导致转子3旋转。转子3被封闭在定子2中，多个线圈（图中未示出）围绕该定子缠绕。发电机4作为感应电动机操作，在线圈中感应出电流。这种发电机的操作原理对于本领域技术人员来说将是清楚的，因此不需要在此进行详细描述。由于大电流（例如对于2-10 MW风力涡轮机在200-500安培的范围内），绕组必须相应地定尺寸。对于风力涡轮机定子，绕组通常由堆叠的金属条或金属带制成，所述金属条或金属带具有在20 mm×100 mm的范围内的截面。这些金属带被保持在围绕定子的外侧布置的定子槽中，定子槽的长度可以高达3m。通常，由于尺寸大（风力涡轮机定子可以具有3m至7m的范围内或更大的直径），定子通常包括一组定子段，例如如图3和图4所示构造的定子段。为了将产生的电力从发电机4输送到功率电子器件，诸如整流器和功率变换器（未示出），定子2的绕组连接到如图1和图2所示并且如上所述的紧凑型母线装置100。母线装置位于发电机4的与叶片50和毂51相对的一侧上。

注意，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且冠词“一”或“一个”的使用不排除多个。此外，可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (13)

1.一种用于风力涡轮发电机的母线装置（100），所述风力涡轮发电机包括定子和转子，所述转子被布置成绕轴线（105）旋转，所述装置包括：

多个母线（110、112、114、116），用于将电力输送离开所述发电机，

其中，每个母线布置在距所述轴线的单独径向距离处并且在沿着所述轴线的单独轴向位置处。

2.根据前述权利要求所述的装置（100），其中，两个相邻母线距所述轴线的径向距离相差预定径向量。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置（100），其中，两个相邻母线的轴向位置分开预定的轴向量。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置（100），其中，位于最靠近所述转子的轴向位置处的所述母线（110）具有距所述轴线的最小径向距离，并且其中，对于轴向位置，所述径向距离随着距所述转子的轴向距离的增加而增加。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述多个母线形成阶梯状结构。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，每个母线成形为围绕所述轴线的弧形物。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，每个母线具有矩形截面。

8.根据前述权利要求所述的装置，其中，所述矩形截面的较长边相对于所述轴线在径向方向上延伸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，每个母线包括一个或多个耦接部分，所述一个或多个耦接部分用于提供与所述风力涡轮机的其它部件或与其它母线的电连接。

10.根据前述权利要求所述的装置，其中，所述耦接部分适于通过螺钉或螺栓（133、135、137、233、234、237、238）耦接到电连接器（122、124、126、221、223）。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其中，距所述轴线的径向距离的差以及相邻母线之间的轴向间隔被选择成允许利用对应的工具（140、144）接近所述耦接部分。

12. 一种风力涡轮机，包括：

发电机，其具有定子和被布置成绕轴线（105）旋转的转子并且适于产生电力，以及

根据前述权利要求中任一项所述的母线装置（100），所述母线装置由所述定子支撑并且耦接到所述发电机以将所述电力输送离开所述发电机。

13. 一种制造风力涡轮机的方法，所述方法包括：

提供具有定子和转子的发电机，所述转子被布置成绕轴线（105）旋转，以及

提供用于将电力输送离开所述发电机的多个母线（110、112、114、116），

其中，每个母线布置在距所述轴线的单独径向距离处并且在沿着所述轴线的单独轴向位置处。

Images