CN113287249A - 与风力涡轮机中的发电机相关的改进 - Google Patents

与风力涡轮机中的发电机相关的改进 Download PDF

Info

Publication number
CN113287249A
CN113287249A CN202080008761.5A CN202080008761A CN113287249A CN 113287249 A CN113287249 A CN 113287249A CN 202080008761 A CN202080008761 A CN 202080008761A CN 113287249 A CN113287249 A CN 113287249A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power output
generator
wind turbine
tab
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080008761.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113287249B (zh
Inventor
P·蒙高
L·朗瓦特·克罗赫
M·根杜斯
X·丁
U·美奈卡特
N·赫曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vestas Wind Systems AS
Original Assignee
Vestas Wind Systems AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vestas Wind Systems AS filed Critical Vestas Wind Systems AS
Publication of CN113287249A publication Critical patent/CN113287249A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113287249B publication Critical patent/CN113287249B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H02K7/1838—Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/91—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/912—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure on a tower
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于风力涡轮机的发电机，该发电机包括基本上立方形形式的壳体，定子安装在该壳体内。定子具有一个或多个多相绕组，并且设置有用于将电力从绕组输送到电力输出模块的总线环。所述电力输出模块的一端连接到所述总线环，并且所述模块的另一端具有用于连接到电力输出线缆的多个电力输出接口。电力输出模块的远端位于立方形发电机壳体的拐角中。

Description

与风力涡轮机中的发电机相关的改进
技术领域
本发明总体上涉及用于风力涡轮机的发电机，并且更具体地涉及用于这种发电机的电力输出设备。
背景技术
现代商业规模的风力涡轮机正越来越多地用于产生电力，以用于供应给配电网，从而进一步供应给家庭和工业。随着风力发电的使用变得更加普遍，对可以容易地和经济地被制造和维护的发电机设备的需求日益增加。
用于风力涡轮机的发电机包括具有定子芯的定子，多个多相绕组缠绕在定子芯上。通常，定子包括两个三相绕组，以用于向电网供应三相电力。如本领域所公知的，通过绕组附近的旋转磁场的作用在每个绕组中感应出电流。通常，旋转磁场由位于发电机的转子中的永磁体的旋转产生。发电机的转子由风力涡轮机的转子直接或间接地驱动。
风力涡轮机的发电机通常位于机舱内，该机舱在使用时定位在风力涡轮机塔架的顶部处。机舱支撑风力涡轮机的转子，并为将风力涡轮机转子的旋转运动转换成电力所需的电气和机械设备提供壳体。由于机舱在塔架顶部处的使用位置，机舱理想上具有尽可能小的尺寸和尽可能轻的重量。因此，希望使机舱内的重量最小化并使机舱内的包装效率最大化。
发电机的每个绕组必须电连接到电力转换设备，以用于将电力进一步传递到电网。在现有的发电机中，总线环用于将每个绕组的端部连接到通常被称为“悬空引线(flying leads)”的电力输出线缆。由于大量的绕组，并且由于需要使线缆中的电流密度最小化以避免过热，大量的线缆从总线环被布线到发电机的外部。大量的线缆及其相关联的连接和电绝缘占据了发电机壳体内的相当大的空间。
在现有的发电机中，电力输出线缆在制造期间附接到发电机。通常，这种电力输出线缆永久地附接到发电机，并且不被设计成允许移除或更换。每个线缆连接到总线环上的特定位置，并经由发电机壳体中的一个或多个开口被布线到发电机的外部。通常，两组线缆经由两个开口离开壳体，每个三相绕组一个开口。
发电机的组装是复杂且耗时的，对于总线环上的特定连接点，需要多个长度的线缆。正确组装发电机所需的技能水平高，并且材料清单复杂且昂贵。不仅组装过程复杂，因此易于出错，而且由于线缆的“悬空”端是脆弱的，因此必须被很好地保护，这又增加了更多的时间和费用，所以发电机的运输也是困难的。
通常，风力涡轮机的发电机在风力涡轮机塔架的顶部处就位时需要维护。如果电力线缆中的一个失效，则必须接近所讨论的线缆以便对其进行修理。由于线缆连接的复杂性以及机舱和发电机壳体内的有限的接近，这可能是极其困难的。
正是在这个背景下开发了本发明。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供了一种具有中心轴线的用于风力涡轮机的发电机，该发电机包括：基本上立方形形式的壳体；定子，所述定子安装在所述壳体内，所述定子包括一个或多个多相绕组；以及总线环，所述总线环用于将电力从所述一个或多个多相绕组输送到一个或多个电力输出模块；其中，所述电力输出模块或每个电力输出模块包括与所述总线环电连通的近端部分和包括多个电力输出接口的远端部分，其中，所述电力输出模块或每个电力输出模块的所述远端部分基本上位于所述壳体的拐角内。
所述电力输出模块或每个电力输出模块的所述远端部分可以被构造成使得所述电力输出接口中的至少一些电力输出接口在选自包括以下各项的组的至少两个方向上彼此偏移：相对于所述发电机的所述中心轴线的轴向方向；相对于所述发电机的所述中心轴线的径向方向；以及相对于所述发电机的所述中心轴线的周向方向。
在优选示例中，所述电力输出模块或每个电力输出模块可以包括多个电力输出突片，每个电力输出突片具有与所述总线环电连通的近端部分以及包括电力输出接口的远端部分。所述电力输出突片的所述远端部分可以相对于彼此以阶梯式构造布置。
所述电力输出突片可以被布置成堆叠，其中，每个电力输出突片通过电绝缘材料与至少一个其它电力输出突片分开。
每个电力输出突片可以包括导电材料板。每个突片的中心部分优选地可以是基本上平面的，其中，每个突片的所述远端部分位于基本上垂直于所述突片的所述中心部分的平面中。
在优选的示例中，所述定子可以具有多个多相绕组，其中，每个多相绕组与专用的电力输出模块排他地电连通。
所述壳体优选地包括在所述电力输出模块或每个电力输出模块的所述远端部分附近的电力输出开口，使得每个电力输出模块具有相关联的电力输出开口。
优选地，所述壳体包括在所述电力输出模块或每个电力输出模块的所述远端部分附近的出入舱口，其中，所述出入舱口被定位并且尺寸被设定成提供通向所述电力输出接口的安装和维护通路。
所述电力输出模块或每个电力输出开口可以位于所述壳体的非驱动端面中，其中，所述出入舱口或每个出入舱口相对于所述中心发电机轴线位于所述壳体的轴向延伸面中。
一个或多个电力输出模块的所述电力输出接口中的至少一些电力输出接口可以电连接到电力输出线缆，其中，所述电力输出线缆从所述电力输出接口穿过相关联的电力输出开口延伸到所述壳体的外部。
所述电力输出线缆优选地直接延伸远离所述电力输出接口，使得所述电力输出线缆至少沿着从所述电力输出接口延伸到所述电力输出开口的部分是基本笔直的。
在可选的示例中，所述电力输出模块或每个电力输出模块的所述远端部分的一部分穿过相关联的电力输出开口从所述壳体突出，使得所述电力输出接口位于所述壳体的外部。
在另一方面，本发明提供了一种安装用于风力涡轮机的发电机的方法，所述方法包括：设置根据前述权利要求中任一项所述的发电机；将所述发电机固定在所述风力涡轮机的安装结构中或安装结构上；以及将电力输出线缆连接到所述一个或多个电力输出模块的所述电力输出接口，其中，在所述发电机已经被固定在所述安装结构中或所述安装结构上之后，将所述电力输出线缆中的至少一些电力输出线缆连接到所述电力输出接口。所述安装结构优选地包括所述风力涡轮机的机舱。
在又一方面，本发明提供一种维护用于风力涡轮机的发电机的方法，所述方法包括：经由出入舱口接近所述电力输出线缆；断开失效或磨损的电力输出线缆；以及连接替换电力输出线缆，其中，所述断开和重新连接经由一个或多个出入舱口实现。
在又一方面，本发明提供了一种用于风力涡轮机的发电机的电力输出模块，所述模块包括被布置成阵列的多个电力输出突片，其中，每个突片通过绝缘材料层与至少一个其它突片分开，并且其中，每个突片具有被构造成用于电连接到所述发电机的总线环的第一端部分和包括电力输出接口的第二端部分，其中，所述电力输出突片的所述第二端部分相对于彼此以阶梯式构造布置。
每个电力输出突片优选地包括导电材料板。
每个突片的中心部分可以是基本上平面的，其中，每个突片的所述远端部分位于基本上垂直于所述突片的所述中心部分的平面中。
总线环刚性地附接到所述定子绕组，并且电力输出模块刚性地连接到所述发电机壳体，自然的结果是由于温度和热膨胀效应的差异，在这两个子组件之间可能存在一些差别的轴向位移。根据本发明的实施方式，该问题可以通过在两个组件之间使用柔性带或总线连接来解决，这允许相对位移而不会对连接件施加不适当的应力。
在又一方面，本发明提供了一种具有中心轴线的用于风力涡轮机的发电机，所述发电机包括：基本上立方形形式的壳体；定子，所述定子安装在所述壳体内，所述定子包括一个或多个多相绕组；以及总线环，所述总线环用于将电力从所述一个或多个多相绕组输送到一个或多个电力输出模块；其中，所述电力输出模块或每个电力输出模块包括与所述总线环电连通的近端部分和包括多个电力输出接口的远端部分，其中，所述电力输出模块或每个电力输出模块包括多个电力输出突片，每个电力输出突片具有与所述总线环电连通的近端部分和包括电力输出接口的远端部分。
在又一方面，本发明提供了一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括风力涡轮机塔架、可旋转地联接到塔架的机舱、安装到机舱的旋转轮毂和联接到轮毂的多个风力涡轮机叶片，其中，机舱包括如上所述的发电机。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的非限制性示例，其中：
图1是水平轴风力涡轮机的示意性立体图；
图2是风力涡轮机的机舱的功能部件的示意性立体图；
图3是根据本发明的用于风力涡轮机的发电机和齿轮箱的一部分的示意性立体图；
图4是图3的发电机的示意性立体局部分解图；
图5是连接到发电机的总线环的电力输出模块的示意性细节图；
图6是连接到图5的电力输出模块的电力输出接口的电力输出线缆的示意性细节图；
图7是连接到电力输出接口的电力输出线缆的替代性示意性细节图；以及
图8是根据本发明的电力输出模块的示意图。
具体实施方式
现在将描述本发明的具体实施方式，其中将详细讨论许多特征，以便提供对权利要求中限定的发明构思的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以在没有具体细节的情况下实现，并且在一些情况下，没有详细描述公知的方法、技术和结构，以免不必要地模糊本发明。
为了将本发明的实施方式置于适当的环境中，首先参考图1，其示出了典型的水平轴风力涡轮机(HAWT)1，其中可以实现根据本发明的实施方式的用于风力涡轮机的发电机。尽管该特定图像描绘了岸上风力涡轮机，但是将理解的是，在离岸风力涡轮机上也可以找到同等特征。此外，尽管风力涡轮机被称为“水平轴”，但是本领域技术人员将理解，出于实用目的，轴线通常略微倾斜以防止在强风的情况下转子叶片与风力涡轮机塔架之间的接触。
风力涡轮机1包括塔架2、通过偏航系统6可旋转地联接到塔架2的顶部的机舱4、安装到机舱4的旋转轮毂8和联接到轮毂8的多个风力涡轮机转子叶片10。机舱4和转子叶片10通过偏航系统6被转向并引导到风向中。
机舱4容纳风力涡轮机的许多功能部件，包括发电机、齿轮箱、传动系和转子制动组件，以及用于将风的机械能转换成电能以供应给电网的转换器设备。参照图2，机舱4可包括轴壳体20、齿轮箱22和发电机24。主轴延伸穿过轴壳体20，并且被支撑在轴承(未示出)上。主轴连接到轮毂8并由该轮毂驱动，并向齿轮箱22提供输入驱动。齿轮箱22经由内部齿轮(未示出)提高低速主轴的转速，并驱动齿轮箱输出轴。齿轮箱输出轴又驱动发电机24，该发电机将齿轮箱输出轴的旋转转换成电力。然后，由发电机24产生的电力在被供应到适当的消耗装置(例如电网配电系统)之前可以根据需要由其它部件(未示出)转换。如上所述，不使用齿轮箱的所谓“直接驱动”风力涡轮机也是已知的。因此，齿轮箱可以被认为是可选的。
齿轮箱22和发电机24可在集成单元中联接在一起。图3中示出了这种集成单元作为具体示例。在该图中，发电机24和齿轮箱22是单独的子组件，它们本身已经联接在一起以形成比较紧凑的单个组件。齿轮箱22在图的右手侧示出，发电机24在图的左手侧示出。
首先参考齿轮箱22，齿轮箱壳体30为大致圆柱形形式，并且被定向成使得其主旋转轴线在附图的定向上是水平的。齿轮箱壳体30的圆柱形构造是由于在所示实施方式中使用的齿轮箱的具体类型，该齿轮箱是行星齿轮箱。如本领域技术人员所知，行星齿轮箱包括一系列行星齿轮，这些行星齿轮围绕中心太阳齿轮布置，并且这些行星齿轮共同布置在环绕的环形齿轮内。环形齿轮、行星齿轮和太阳齿轮之间的齿数比确定了齿轮箱的齿轮比。为了清楚起见，这里将不进一步详细描述齿轮箱的细节，因为齿轮箱不是本发明的主要主题。只要说也可以使用其它齿轮箱构造就足够了，尽管目前设想行星齿轮箱提供适于风力涡轮机机舱的界限的优雅解决方案。
参照图3，齿轮箱22的输出轴与发电机24的转子32配合。这样，齿轮箱输出轴的主轴线限定了发电机24的旋转轴线。
在所示实施方式中的发电机24是IPM(内部永磁体)电机，该发电机具有围绕转子32的外部定子36(图5)。定子36包括定子芯和围绕并支撑定子芯的定子框架。定子芯包括在发电机的轴向方向上堆叠的多个薄片。由导电材料例如铜制成的励磁绕组围绕定子芯的薄片缠绕。通过由附接到转子32的磁体产生的波动磁场在励磁绕组中感应出电流，该转子在使用中通过风力涡轮机1的轮毂8来旋转。尽管本文描述的示例涉及内部永磁体电机，但是应当理解，在其它示例中，发电机可以包括具有电磁体而不是永磁体的转子。
再次参照图3，发电机24包括壳体25，定子36安装在该壳体内。壳体25包括定子支撑框架40和在定子支撑框架的非驱动端面45和驱动端面46之间延伸的多个面板。如图所示，驱动端面46定位成与齿轮箱22邻近，而非驱动端面45位于发电机24的相对端处。
定子支撑框架40具有在非驱动端面45和驱动端面46之间延伸的多个支撑构件(未示出)。支撑构件为框架提供结构刚性，并提供供定子和壳体面板安装在其上的安装点。
壳体25的外表面包括定子支撑框架40的驱动端面46和非驱动端面45，以及可移除地附接到定子支撑框架40的面板48、42。环境调节模块10可移除地附接在定子支撑框架40的每个拐角处，所述环境调节模块的外表面也形成发电机壳体25的一部分。
非驱动端面45包括两个电力输出开口41(图4)，该电力输出开口在使用中相对于发电机24的定向位于定子支撑框架40的最下拐角47附近。电力输出开口41被线缆支撑压盖43覆盖，该线缆支撑压盖通过机械紧固件可移除地附接到非驱动端面45。线缆支撑压盖43包括多个孔44，电力输出线缆72(图6)穿过所述多个孔。
位于非驱动端面45的最下拐角47附近的可移除面板42覆盖出入舱口49(图4)，该出入舱口提供了通到发电机24内的电输出连接件的通到，这将在下面更详细地描述。
图4示出了发电机24的局部分解图，其中线缆支撑压盖43和面板42从定子支撑框架40拆下。
图5示出了发电机24内的在定子支撑框架40的最下拐角47中的一个拐角附近的区域的示意性细节图，其中为了清楚起见移除了非驱动端面45和转子32。定子36被示出为连接到总线环60，该总线环又连接到电力输出模块50。电力输出模块50通过支架90被支撑在壳体25内。
总线环60包括彼此电绝缘的多个离散的环形构件。每个环形构件将电流从定子绕组中的一个定子绕组传送到环形电力输出连接件62。在该特定示例中，发电机24包括两个三相绕组。由三相绕组中的第一三相绕组产生的电流被引导到基本上位于定子支撑框架40的最下拐角47中的第一拐角处的第一电力输出模块50，如图5所示，并且由三相绕组中的第二三相绕组产生的电流被引导到基本上位于定子支撑框架40的最下拐角47中的第二拐角处的第二电力输出模块50。
每个三相绕组的每一相连接到总线环60的离散的环形构件中的单独的环形构件，使得由每一相产生的电流保持独立于由其它相中的每一相产生的电流。
如图5所示，总线环60具有六个环形电力输出连接件62，所述环形电力输出连接件位于定子支撑框架40的最下拐角47附近的总线环60的区段上。六个环形电力输出连接件62包括三个单独的组63u、63v、63w，每个组有两个环形电力输出连接件62。第一组63u的环形电力输出连接件62附接到总线环60的第一离散环形构件，以传送由第一三相绕组的U相产生的电流，第二组63v的环形电力输出连接件62附接到总线环60的第二离散环形构件，以传送由第一三相绕组的V相产生的电流，并且第三组63w的环形电力输出连接件62附接到总线环60的第三离散环形构件，以传送由第一三相绕组的W相产生的电流。
电力输出模块50具有连接到总线环60的电力输出连接件62的近端部分54，以及包括电力输出接口59的远端部分53。电力输出模块50包括三个电力输出突片51u、51v、51w，每个电力输出突片包括铜板，该铜板具有位于电力输出突片的近端部分57和远端部分56之间的基本上平面的中心部分55。每个电力输出突片51u、51v、51w的每个远端部分56包括多个电力输出接口59。在该示例中，电力输出接口59包括形成在电力输出突片51u、51v、51w的远端部分56中的孔。三个电力输出突片51u、51v、51w彼此电绝缘，并且一起被布置在由紧固件80(图8)固定的堆叠中。
每个电力输出突片51u、51v、51w的每个近端部分57包括两个模块电力输出连接件58的组52u、52v、52w。电力输出突片51u的模块电力输出连接件58的组52u连接到总线环60的环形电力输出连接件62的组63u。类似地，电力输出突片51v的模块电力输出连接件58的组52v连接到总线环60的环形电力输出连接件62的组63v，并且电力输出突片51w的模块电力输出连接件58的组52w连接到总线环60的环形电力输出连接件62的组63w。
现在参考图6和图7，示出了电力输出模块50的远端部分53。多个电力输出线缆72经由连接到电力输出接口59的线缆连接器71附接到远端部分53。电力输出线缆72穿过线缆支撑压盖43中的孔44并由所述孔支撑，该线缆支撑压盖定位在定子支撑框架40的非驱动端面45中的电力输出开口41之上。电力输出线缆72沿着从电力输出接口59到电力输出开口41的基本笔直的路径延伸，从而提供了电力输出线缆不需要弯曲以便到达电力输出开口41的优点。
如图7和图8中最佳示出的，每个电力输出突片51u、51v、51w的远端部分56相对于中心平面部分55以大约90°的角度弯曲，使得远端部分56基本上垂直于中心平面部分55。如图7中最清楚地看到的，每个电力输出突片51u、51v、51w成形为使得远端部分56在两个平面中相对于彼此交错，使得远端部分56形成台阶式或阶梯式布置。电力输出接口59沿着每个电力输出突片51u、51v、51w的远端部分56基本上等距地间隔开。
电力输出突片51u、51v、51w的远端56的阶梯式布置和电力输出接口59的间隔的组合允许每个电力输出线缆72附接到电力输出接口59，而不与任何其它电力输出线缆72干涉或冲突。
尽管未示出，但应当理解，在发电机24的另一侧上在定子支撑框架40的第二最下拐角47附近也存在总线环60和电力输出模块50的等同布置。
设置电力输出模块50代替现有技术的复杂“悬空引线”意味着发电机24可以更有效地被制造，而在组装期间产生误差的可能性更小。另外，由于电力输出模块50的远端部分53的构造，与可移除面板42一起，电力输出线缆72可在发电机已经从制造商被交付之后，在其安装在机舱4中之前或之后，被装配到发电机。这减少了发电机的材料费，从而降低了成本。此外，由于没有脆弱的“悬空引线”需要保护，所以使得发电机24的运输更容易。
如图6和图7中最佳示出的，当移除了可移除面板42时，装配工经由出入舱口49接近线缆连接器71和电力输出接口59之间的连接件。在发电机24的安装和试运行期间，第一组73u的电力输出线缆72连接到第一电力输出突片51U的电力输出接口59，以将由第一三相绕组的U相产生的电力传送到电力转换设备。类似地，第二组73v的电力输出线缆72连接到第二电力输出突片51V的电力输出接口59，以将由第一三相绕组的V相产生的电力传送到电力转换设备，并且第三组73w的电力输出线缆72连接到第三电力输出突片51W的电力输出接口59，以将由第一三相绕组的W相产生的电力传送到电力转换设备。对于位于定子支撑框架40的第二最下拐角47处的第二电力输出模块50，重复该过程用于第二三相绕组。
为了易于装配，第一组73u的电力输出线缆72首先被连接，因为它们位于第二组73v和第三组73w的电力输出线缆72下方。随后，在最后第三组73w的电力输出线缆72被连接之前，第二组73v的电力输出线缆72被连接。
如果在发电机24的使用期间任何连接件或电力输出线缆失效，则通过移除面板42，线缆72和连接器71可容易地被接近以便维护。由于所有的连接件基本上位于发电机24的两个区域中的一个区域中，所以定位和修理失效的连接器71或线缆72比现有技术发电机中显著地简化。
应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对所描述的示例发电机24进行修改。特别地，在一个替代示例中，电力输出突片51u、51v、51w的远端部分56可以突出穿过线缆支撑压盖43，使得电力输出接口59位于发电机壳体25的外部以用于连接到电力输出线缆72。
电力输出模块50位于定子支撑框架40的最下拐角47中不是必须的。例如，电力输出模块可以位于最上拐角中或位于发电机壳体25内的任何其它合适的位置处。在发电机壳体25的拐角中设置非永久性线缆连接件的特定布置减小了发电机壳体25的总体积，并且允许发电机24在机舱24内更紧凑的集成。
设置不只一个的电力输出模块50同样不是必须的，并且可以明确地想到，发电机24可以仅包括用于将所有相绕组产生的电力输送到电力输出线缆72的一个电力输出模块50。
虽然上述示例是用连接到三组52u、52v、52w的两个模块电力输出连接件58的三组63u、63v、63w的两个环形电力输出连接件62来描述的，但是应当理解，任何数量的环形电力输出连接件62可以连接到任何数量的模块电力输出连接件58。类似地，任何数量的电力输出线缆72可以连接到位于电力输出模块50的远端部分53处的任何数量的电力输出接口59。如图中所示电力输出接口59被布置成基本上阶梯式布置不是必须的。然而，电力输出接口59优选地在包括轴向方向、径向方向或周向方向的至少两个方向上彼此偏移，每个方向都是相对于发电机(24)的中心轴线而言的。
电力输出模块50的电力输出突片51u、51v、51w可以包括除铜之外的导电材料，并且可以具有除板状之外的构造。类似地，电力输出突片51u、51v、51w可以包括单片导电材料，或者可以由通过紧固、熔焊、锡焊等连接在一起的多片导电材料构成。

Claims (22)

1.一种具有中心轴线的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，所述发电机(24)包括：
基本上立方形形式的壳体(25)；
定子(36)，所述定子安装在所述壳体(25)内，所述定子(36)包括一个或多个多相绕组；以及
总线环(60)，所述总线环用于将电力从所述一个或多个多相绕组输送到一个或多个电力输出模块(50)；其中，所述电力输出模块或每个电力输出模块(50)包括与所述总线环(60)电连通的近端部分(54)和包括多个电力输出接口(59)的远端部分(53)，其中，所述电力输出模块或每个电力输出模块(50)的所述远端部分(53)基本上位于所述壳体(25)的拐角(47)内。
2.根据权利要求1所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，所述电力输出模块或每个电力输出模块(50)的所述远端部分(53)被构造成使得所述电力输出接口(59)中的至少一些电力输出接口在选自包括以下各项的组的至少两个方向上彼此偏移：
相对于所述发电机(24)的所述中心轴线的轴向方向；
相对于所述发电机(24)的所述中心轴线的径向方向；以及
相对于所述发电机(24)的所述中心轴线的周向方向。
3.根据权利要求1或2所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，所述电力输出模块或每个电力输出模块(50)包括多个电力输出突片(51u、51v、51w)，每个电力输出突片(51u、51v、51w)具有与所述总线环(60)电连通的近端部分(57)以及包括电力输出接口(59)的远端部分(56)。
4.根据权利要求3所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，所述电力输出突片(51u、51v、51w)的所述远端部分(56)相对于彼此以阶梯式构造布置。
5.根据权利要求3或4所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，所述电力输出突片(51u、51v、51w)被布置成堆叠，其中，每个电力输出突片(51u、51v、51w)通过电绝缘材料与至少一个其它电力输出突片(51u、51v、51w)分开。
6.根据权利要求5所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，每个电力输出突片(51u、51v、51w)包括导电材料板。
7.根据权利要求6所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，每个电力输出突片(51u、51v、51w)的中心部分(55)是基本上平面的，并且其中，每个电力输出突片(51u、51v、51w)的所述远端部分(56)位于基本上垂直于所述电力输出突片(51u、51v、51w)的所述中心部分(55)的平面中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，所述定子(36)具有多个多相绕组，并且其中，每个多相绕组与专用的电力输出模块(50)排他地电连通。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，所述壳体(25)包括在所述电力输出模块或每个电力输出模块(50)的所述远端部分(53)附近的电力输出开口(41)，使得每个电力输出模块(50)具有相关联的电力输出开口(41)。
10.根据权利要求9所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，所述壳体(25)包括在所述电力输出模块或每个电力输出模块(50)的所述远端部分(53)附近的出入舱口(49)，其中，所述出入舱口(49)被定位并且尺寸被设定成提供通向所述电力输出接口(59)的安装和维护通路。
11.根据权利要求10所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，所述电力输出开口或每个电力输出开口(41)位于所述壳体(25)的非驱动端面(45)中，并且其中，所述出入舱口或每个出入舱口(49)相对于所述中心发电机轴线位于所述壳体(25)的轴向延伸面中。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，一个或多个电力输出模块(50)的所述电力输出接口(59)中的至少一些电力输出接口电连接到电力输出线缆(72)，其中，所述电力输出线缆(72)从所述电力输出接口(59)穿过相关联的电力输出开口(41)延伸到所述壳体(25)的外部。
13.根据权利要求12所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，所述电力输出线缆(72)直接延伸远离所述电力输出接口(59)，使得所述电力输出线缆(72)至少沿着从所述电力输出接口(59)延伸到所述电力输出开口(41)的部分是基本笔直的。
14.根据权利要求9所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，其中，所述电力输出模块或每个电力输出模块(50)的所述远端部分(53)的一部分穿过相关联的电力输出开口(41)从所述壳体(25)突出，使得所述电力输出接口(59)位于所述壳体(25)的外部。
15.一种安装用于风力涡轮机(1)的发电机(24)的方法，所述方法包括：
提供根据前述权利要求中任一项所述的发电机(24)；
将所述发电机(24)固定在风力涡轮机(1)的安装结构中或安装结构上；以及
将电力输出线缆(72)连接到所述一个或多个电力输出模块(50)的所述电力输出接口(59)，其中，在所述发电机(24)已经被固定在所述安装结构中或所述安装结构上之后，将所述电力输出线缆(72)中的至少一些电力输出线缆连接到所述电力输出接口(59)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述安装结构包括风力涡轮机(1)的机舱(4)。
17.一种维护根据权利要求12或13所述的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)的方法，所述方法包括：
经由出入舱口(49)接近所述电力输出线缆(72)；
断开失效或磨损的电力输出线缆(72)；以及
连接替换电力输出线缆(72)，其中，所述断开和重新连接是经由一个或多个出入舱口(49)实现的。
18.一种用于风力涡轮机(1)的发电机(24)的电力输出模块(50)，所述模块(50)包括被布置成阵列的多个电力输出突片(51u、51v、51w)，其中，每个突片(51u、51v、51w)通过绝缘材料层与至少一个其它突片(51u、51v、51w)分开，并且其中，每个突片(51u、51v、51w)具有被构造成用于电连接到所述发电机(24)的总线环(60)的第一端部分(57)和包括电力输出接口(59)的第二端部分(56)，其中，所述电力输出突片(51u、51v、51w)的所述第二端部分(56)相对于彼此以阶梯式构造布置。
19.根据权利要求18所述的电力输出模块(50)，其中，每个电力输出突片(51u、51v、51w)包括导电材料板。
20.根据权利要求19所述的电力输出模块(50)，其中，每个突片(51u、51v、51w)的中心部分(55)是基本上平面的，并且其中，每个突片(51u、51v、51w)的所述第二端部分(56)位于基本上垂直于所述突片(51u、51v、51w)的所述中心部分(55)的平面中。
21.一种具有中心轴线的用于风力涡轮机(1)的发电机(24)，所述发电机(24)包括：
基本上立方形形式的壳体(25)；
总线环(60)，所述总线环用于将电力从所述一个或多个多相绕组输送到一个或多个电力输出模块(50)；其中，所述电力输出模块或每个电力输出模块(50)包括与所述总线环(60)电连通的近端部分(54)和包括多个电力输出接口(59)的远端部分(53)，其中，所述电力输出模块或每个电力输出模块(50)包括多个电力输出突片(51u、51v、51w)，每个电力输出突片(51u、51v、51w)具有与所述总线环(60)电连通的近端部分(57)和包括电力输出接口(59)的远端部分(56)。
22.一种风力涡轮机(1)，所述风力涡轮机包括风力涡轮机塔架(2)、以可旋转的方式联接到所述塔架(2)的机舱(4)、安装到所述机舱(4)的旋转轮毂(8)和联接到所述轮毂的多个风力涡轮机叶片(10)，其中，所述机舱(4)包括根据权利要求1至14中任一项或根据权利要求21所述的发电机(24)。
CN202080008761.5A 2019-01-10 2020-01-08 与风力涡轮机中的发电机相关的改进 Active CN113287249B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962790551P 2019-01-10 2019-01-10
US62/790,551 2019-01-10
DKPA201970065 2019-01-30
DKPA201970065 2019-01-30
PCT/DK2020/050003 WO2020143886A1 (en) 2019-01-10 2020-01-08 Improvements relating to electrical generators in wind turbines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113287249A true CN113287249A (zh) 2021-08-20
CN113287249B CN113287249B (zh) 2024-09-27

Family

ID=

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB816232A (en) * 1956-04-30 1959-07-08 Gen Electric Co Ltd Improvements in or relating to field excitation arrangements for synchronous electric motors
GB0103062D0 (en) * 2000-02-08 2001-03-21 Honda Motor Co Ltd Structure for fitting generator stator to engine
JP2005057892A (ja) * 2003-08-05 2005-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd コネクタ付きスピンドルモータ
CN101592118A (zh) * 2008-05-29 2009-12-02 通用电气公司 用于在风力涡轮机中增加能量捕获的装备和方法
WO2012052022A1 (en) * 2010-10-18 2012-04-26 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine power transmission system
US8373319B1 (en) * 2009-09-25 2013-02-12 Jerry Barnes Method and apparatus for a pancake-type motor/generator
US20130049512A1 (en) * 2011-08-26 2013-02-28 Undustry-Academic Cooperation Foundation Of Kyungnam University Axial flux permanent magnet synchronous generator and motor
US20130147201A1 (en) * 2011-12-13 2013-06-13 Robert Roesner Contactless power transfer device and method
WO2014058886A1 (en) * 2012-10-08 2014-04-17 Exro Technologies Inc. Electrical machines such as generators and motors
EP3085958A1 (en) * 2015-04-21 2016-10-26 General Electric Company A system for installing a cable in a tower of a wind turbine and method therefor
US20170257005A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-07 Bryan Prucher Segmented dual radial gap brushless pmdc motor/generator
CN107852043A (zh) * 2015-07-17 2018-03-27 乌本产权有限公司 环形定子、发电机以及具有其的风能设备
FR3062753A1 (fr) * 2017-02-03 2018-08-10 Valeo Equipements Electriques Moteur Machine electrique tournante munie d'elements d'obturation limitant un rebouclage d'air chaud

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB816232A (en) * 1956-04-30 1959-07-08 Gen Electric Co Ltd Improvements in or relating to field excitation arrangements for synchronous electric motors
GB0103062D0 (en) * 2000-02-08 2001-03-21 Honda Motor Co Ltd Structure for fitting generator stator to engine
JP2005057892A (ja) * 2003-08-05 2005-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd コネクタ付きスピンドルモータ
CN101592118A (zh) * 2008-05-29 2009-12-02 通用电气公司 用于在风力涡轮机中增加能量捕获的装备和方法
US8373319B1 (en) * 2009-09-25 2013-02-12 Jerry Barnes Method and apparatus for a pancake-type motor/generator
WO2012052022A1 (en) * 2010-10-18 2012-04-26 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine power transmission system
US20130049512A1 (en) * 2011-08-26 2013-02-28 Undustry-Academic Cooperation Foundation Of Kyungnam University Axial flux permanent magnet synchronous generator and motor
US20130147201A1 (en) * 2011-12-13 2013-06-13 Robert Roesner Contactless power transfer device and method
WO2014058886A1 (en) * 2012-10-08 2014-04-17 Exro Technologies Inc. Electrical machines such as generators and motors
EP3085958A1 (en) * 2015-04-21 2016-10-26 General Electric Company A system for installing a cable in a tower of a wind turbine and method therefor
CN107852043A (zh) * 2015-07-17 2018-03-27 乌本产权有限公司 环形定子、发电机以及具有其的风能设备
US20170257005A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-07 Bryan Prucher Segmented dual radial gap brushless pmdc motor/generator
FR3062753A1 (fr) * 2017-02-03 2018-08-10 Valeo Equipements Electriques Moteur Machine electrique tournante munie d'elements d'obturation limitant un rebouclage d'air chaud

Also Published As

Publication number Publication date
EP3909117B1 (en) 2022-11-23
EP4131735A1 (en) 2023-02-08
ES2932652T3 (es) 2023-01-23
US11496018B2 (en) 2022-11-08
WO2020143886A1 (en) 2020-07-16
EP3909117A1 (en) 2021-11-17
US20220085680A1 (en) 2022-03-17
US20230041688A1 (en) 2023-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1641101B1 (en) Electrical machine with double-sided stator
US7863766B2 (en) Power converter for use with wind generator
US10389210B2 (en) Stator assembly with a cable wiring arrangement, generator and wind turbine with such a stator assembly
US11196311B2 (en) Electric generator having multiple electrical machines
EP2005558A1 (en) Electric generator for wind and water turbines
US10886811B2 (en) Segmented stator assembly with flexible electrical connections, generator and wind turbine with such a stator assembly
US20230041688A1 (en) Electrical generators in wind turbines
US20120177492A1 (en) Wind turbine
CN109083816B (zh) 用于翻新风力涡轮的方法
US11293412B2 (en) Busbar arrangement for wind turbine generator
EP3698455B1 (en) Stator assembly with flexible cabling arrangements, generator and wind turbine with such a stator assembly
US20220069644A1 (en) Improvements relating to the mounting of stators in generators for wind turbines
WO2005069465A1 (en) Electric machine assembly
US20230023771A1 (en) Cooling of active elements of electrical machines
EP2713478B1 (en) Outer structure of a generator
JP2023057035A (ja) 風力タービン発電機及び風力タービンのハブを回転させる方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination