CN115483801A - 用于有源定子零件的更换工具和方法 - Google Patents

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P·珀佐托雷斯
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Abstract

本公开涉及用于安装和/或移除电机(例如发电机)的定子的有源零件的方法和工具。本公开还涉及转子、定子和发电机。一种方法包括：当转子处于移除开始位置时，移除电机的转子的一个或多个有源转子零件；将更换工具布置在由移除的有源转子零件留下的间隙中；将转子旋转到对齐位置，使得更换工具与待移除的有源定子零件径向地对齐；利用更换工具拾取待移除的有源定子零件；将转子旋转到取出位置；以及将有源定子零件从转子移除。

Description

用于有源定子零件的更换工具和方法
技术领域
本公开涉及用于安装和/或移除电机的定子的有源零件(例如直接驱动式风力涡轮的发电机的定子的一个或多个有源零件)的方法和工具。本公开还涉及电机的转子、定子和发电机。
背景技术
诸如马达和发电机的电机大体上包括转子结构和定子结构。大型发电机可为例如永磁体励磁发电机(PMG)。电机的转子相对于定子旋转。转子可为内部结构，并且定子可为外部结构。因此，在这种情况下，定子(例如径向地)围绕转子。备选地，该构造可为相反的，即转子(例如径向地)围绕定子。
这样的发电机可例如在风力涡轮中使用。风力涡轮大体上包括带有转子毂和多个叶片的转子。转子在风对叶片的影响下开始旋转。转子轴的旋转直接驱动发电机转子(“直接驱动”)或者通过使用齿轮箱来驱动。
直接驱动式风力涡轮发电机可具有例如6-10米(236-328英寸)的直径、例如2-3米(79-118英寸)的长度，并且可在例如在2-20 rpm(每分钟转数)的范围内的低速下旋转。备选地，永磁体发电机也可联接到齿轮箱，该齿轮箱将发电机的旋转速度增加到例如50至500rpm之间或甚至更多。
在永磁体励磁发电机(PMG)的情况下，永磁体(PM)通常包括在转子中(尽管它们也可备选地布置在定子结构中)，而绕组元件(例如，线圈)通常包括在定子中(尽管它们可备选地布置在转子结构中)。永磁体发电机通常被认为是可靠的，并且需要比其它发电机类型更少的维护。这是为何在海上风力涡轮中和特别地直接驱动式海上风力涡轮中采用永磁体发电机的重要原因。
可在永磁体模块中设置多个永磁体，该永磁体模块可作为单件附接到转子。永磁体模块可限定为具有多个永磁体的单元，使得所述多个磁体可一起安装和拆卸。这样的模块可具有模块基部，其具有适合于容纳或承载可固定到基部的多个永磁体的形状。基部可构造成以这样的方式固定到诸如转子边沿的转子结构，使得多个磁体通过模块基部一起固定到转子边沿。永磁体模块的使用可促进转子的制造。类似地，定子线圈可在线圈模块中一起成组。线圈模块可固定到诸如定子边沿的发电机结构。
在诸如直接驱动式风力涡轮的永磁体发电机的大型电机中，可能难以接近定子中损坏的线圈。例如，如果待更换的线圈靠近风力涡轮塔架或机舱的前(逆风)侧，则损坏的线圈在将其拿出时可能碰到塔架或机舱。同样，如果替换线圈要布置在难以接近的定子间隙中，则安装线圈可能需要相当数量的时间和精力。
更换定子中损坏的线圈的更容易的方法可能是从合适的位置拿出许多线圈，直到够到损坏的线圈为止。然后从该合适的位置可安装新线圈，并且可再次安装先前移除的工作线圈。从合适的位置安装和移除线圈可包括从发电机的顶部或上部(径向)部分插入和取出线圈。然而，这可能仍然需要大量的时间。
发明内容
在本公开的一个方面，提供了一种用于移除电机的有源定子零件的方法。该方法包括：当转子处于移除开始位置时，移除转子或电机的一个或多个有源转子零件；以及将更换工具布置在通过移除有源转子零件而产生的间隙中。该方法还包括：将转子旋转到对齐位置，使得更换工具与待移除的有源定子零件径向地对齐；以及利用更换工具拾取待移除的有源定子零件。该方法还包括将转子旋转到取出位置和从转子移除有源定子零件。
根据该方面，更换工具可能够释放地附接到转子并被运载到周向位置，在该周向位置中放置定子的损坏的有源零件。损坏的有源零件可处于特别难以接近的位置，或者从该位置移除该零件特别复杂。一旦由工具拾取，损坏的零件就可从可能相对容易接近的位置被移除。
以这种方式，可高效地执行定子的有源零件的更换。零件的完整性可以不受损害(comprise)，并且操作者也能够以更安全的方式更换有源定子零件。
在另一个方面，提供了一种用于在电机中安装有源定子零件的方法。该方法包括：在转子处于安装开始位置时，将有源定子零件布置在附接到转子的更换工具中。该方法还包括将转子旋转到插入位置，在该插入位置中更换工具与定子的间隙径向地对齐，在该间隙中将安装有源定子零件。该方法还包括将有源定子零件插入间隙中。
该方法可在上述取出方法之后执行，或者可独立于取出方法执行。
在又一个方面，提供了一种更换工具。更换工具包括构造成保持有源定子零件的保持部分。更换工具还包括构造成将更换工具固连到转子的锚固部分。
更换工具可用于上述方法中的任一种中，包括两种方法的组合。
在另一个方面，提供了一种定子。该定子包括定子框架、定子边沿和附接到定子边沿的多个有源定子零件。定子框架包括一个或多个凹部，所述一个或多个凹部包括一个或多个可移动元件。可移动元件构造成将有源定子零件推离定子框架。例如，线圈、线圈组件或线圈模块可通过存储在凹部内的可移动元件在径向方向上朝向转子被推动。定子可为用于直接驱动式风力涡轮的定子。定子可构造成由转子径向地围绕。
在又一个方面，提供了定子。该定子包括定子框架、定子边沿和附接到定子边沿的多个有源定子零件。定子框架包括一个或多个突起(protrusion)，所述一个或多个突起包括一个或多个可移动元件。可移动元件构造成将有源定子零件推离定子框架。例如，线圈可通过存储在突起内的可移动元件在径向方向上朝向转子被推动。定子可为用于直接驱动式风力涡轮的定子。定子可构造成由转子径向地围绕。在一些示例中，有源定子零件可为线圈、线圈组件或线圈模块。
在另一个方面，提供了一种转子。该转子包括转子边沿和附接到转子边沿的多个可移除的转子元件。在使用中，转子元件面向定子。转子元件的高度基本上等于或大于有源定子零件的高度，使得当由转子保持时，有源定子零件中的一个或多个可与转子一起旋转。高度可沿着径向方向测量。转子可为用于直接驱动式风力涡轮的转子。转子可构造成径向地围绕定子。转子元件可为有源转子零件。转子元件可为有源转子零件和间隔件(spacer)的组件。在一些示例中，有源转子零件可为永磁体模块。
在这个方面，转子元件的高度可使得：在移除一个或多个转子元件之后，可将构造成保持有源定子零件的工具布置在转子中，例如在转子间隙中，以用于通过旋转转子来取出和/或插入有源定子零件。
又在另一个方面，提供了一种电机。该电机包括转子、定子和在转子与定子之间的径向空气间隙。定子包括多个有源定子零件。转子包括转子边沿、可移除地附接到转子边沿的多个转子元件。转子元件的高度基本上等于或大于有源定子零件的高度，使得当由转子保持时，有源定子零件中的一个或多个可与转子一起旋转。在一些示例中，有源转子零件可为永磁体模块。在一些示例中，有源定子零件可为线圈。
在本文中，高度在径向方向上被测量。电机可为发电机，特别是用于风力涡轮的发电机，并且更特别地是用于直接驱动式风力涡轮的发电机。在一些示例中，转子可围绕定子。
技术方案1. 一种方法，包括：
当转子处于移除开始位置时，移除电机的转子的一个或多个有源转子零件；
将更换工具布置在通过所述有源转子零件的移除而产生的间隙中；
将所述转子旋转到对齐位置，使得所述更换工具与待移除的有源定子零件径向地对齐；
利用所述更换工具拾取待移除的所述有源定子零件；
将所述转子旋转到取出位置；并且
将所述有源定子零件从所述转子移除。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，还包括移除侧盖，以使得能够接近所述有源转子零件。
技术方案3. 根据技术方案1或2所述的方法，其中，所述有源转子零件和/或所述有源定子零件在轴向方向上被移除。
技术方案4. 根据技术方案1至3中任一项所述的方法，其中，移除所述有源转子零件还包括移除与所述有源转子零件径向相邻的一个或多个间隔件。
技术方案5. 根据技术方案1至4中任一项所述的方法，还包括由可移动元件将待取出的所述有源定子零件朝向所述更换工具推动。
技术方案6. 根据技术方案1至5中任一项所述的方法，其中，所述可移动元件合并在所述定子中，特别是在所述定子的凹部或突起中。
技术方案7. 根据技术方案1至6中任一项所述的方法，其中，所述有源定子零件由所述更换工具夹紧。
技术方案8. 根据技术方案1至7中任一项所述的方法，其中，所述取出位置是所述移除开始位置。
技术方案9. 根据技术方案1至8中任一项所述的方法，其中，所述电机是发电机，特别是用于风力涡轮(10)的发电机(42)，并且更特别地是用于直接驱动式风力涡轮的发电机(42)。
技术方案10. 一种方法，包括：
在转子处于安装开始位置时，将有源定子零件布置在附接到转子的更换工具中；
将所述转子旋转到插入位置，使得所述更换工具与所述定子的间隙径向地对齐，在所述间隙中将安装所述有源定子零件；并且
将所述有源定子零件插入所述间隙中。
技术方案11. 一种转子，包括转子边沿和附接到所述转子边沿的多个可移除的转子元件，其中，在使用中所述转子元件面向定子，并且其中，所述转子元件的高度基本上等于或大于所述有源定子零件的高度，使得当由所述转子保持时，所述有源定子零件中的一个或多个能够与所述转子一起旋转。
技术方案12. 根据技术方案11所述的转子，其中，所述转子元件是有源转子零件。
技术方案13. 根据技术方案11所述的转子，其中，所述转子元件包括有源转子零件和间隔件的组件。
技术方案14. 根据技术方案11至13中任一项所述的转子，其中，所述有源转子零件是永磁体模块。
技术方案15. 一种电机，包括根据技术方案11至14中任一项所述的转子。
附图说明
图1示意性地图示风力涡轮的一个示例的透视图；
图2图示风力涡轮的毂和机舱的示例；
图3示意性地图示电机的示例的后视图。电机可为用于直接驱动式风力涡轮的发电机；
图4示意性地图示图3的电机的细节，其中区段被移除；
图5示意性地图示用于移除定子的有源零件的方法的示例的流程图；
图6至图8示意性地图示图5的方法的一些方面；
图9A和图9B示意性地图示定子的两个示例；
图10示意性地图示用于安装定子的有源零件的方法的示例的流程图；
图11和图12示意性地图示图10的方法的一些方面；和
图13示意性地图示用于从定子移除有源零件和/或将有源零件安装到定子的工具的示例。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中被图示。每个示例通过解释本发明的方式被提供，而不是作为对本发明的限制。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分被图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一另外的实施例。因此，旨在本发明覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同物。
图1是风力涡轮10的示例的透视图。在该示例中，风力涡轮10是水平轴线式风力涡轮。备选地，风力涡轮10可为竖直轴线式风力涡轮。在该示例中，风力涡轮10包括从在地面12上的支撑系统14延伸的塔架15、安装在塔架15上的机舱16以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，转子叶片22联接到毂20并从毂20向外延伸。在该示例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18包括多于或少于三个转子叶片22。塔架15可由管状钢制成，以在支撑系统14和机舱16之间限定空腔(图1中未示出)。在备选实施例中，塔架15是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。根据备选方案，该塔架可为混合塔架，其包括由混凝土制成的部分和管状钢部分。并且，塔架可为部分格构塔架或全格构塔架。
转子叶片22围绕毂20间隔开，以促进旋转转子18，从而使动能能够从风转换成可用的机械能，并随后转换成电能。转子叶片22通过在多个负载转移区域26处将叶片根部部分24联接到毂20而配合到毂20。负载转移区域26可具有毂负载转移区域和叶片负载转移区域(图1中均未示出)。诱导至转子叶片22的负载经由负载转移区域26转移到毂20。
在示例中，转子叶片22可具有从约15米(m)至约90 m或更多的长度。转子叶片22可具有使得风力涡轮10能够如本文中所述起作用的任何合适的长度。例如，叶片长度的非限制性示例包括20 m或更小、37 m、48.7 m、50.2 m、52.2 m或大于91 m的长度。当风从风向28冲击转子叶片22时，转子18围绕转子轴线30旋转。当转子叶片22旋转并受到离心力时，转子叶片22也受到各种力和力矩。照此，转子叶片22可从中性或非偏转位置偏转和/或旋转到偏转位置。
此外，转子叶片22的桨距角(即确定转子叶片22相对于风向的取向的角度)可由变桨系统32改变，以通过调节至少一个转子叶片22相对于风矢量的角位置来控制由风力涡轮10生成的负载和功率。示出了转子叶片22的变桨轴线34。在风力涡轮10的操作期间，变桨系统32可特别改变转子叶片22的桨距角，使得转子叶片(的部分)的攻角减小，这促进减小旋转速度和/或促进转子18的失速(stall)。
在该示例中，每个转子叶片22的叶片桨距由风力涡轮控制器36或变桨控制系统80单独控制。备选地，针对所有转子叶片22的叶片桨距可由所述控制系统同时控制。
此外，在该示例中，随着风向28改变，机舱16的偏航方向可围绕偏航轴线38旋转，以相对于风向28定位转子叶片22。
在该示例中，风力涡轮控制器36示出为集中在机舱16内，然而，风力涡轮控制器36可为遍布风力涡轮10、在支撑系统14上、在风电场内和/或在远程控制中心处的分布式系统。风力涡轮控制器36包括处理器40，处理器40配置成执行本文中描述的方法和/或步骤。此外，本文中描述的其它部件中的许多部件包括处理器。
如本文中所使用的，术语“处理器”不限于在本领域中被称为计算机的集成电路，而是广义地指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些术语在本文中可互换使用。应当理解，处理器和/或控制系统也可包括存储器、输入通道和/或输出通道。
图2是风力涡轮10的一部分的放大截面图。在该示例中，风力涡轮10包括机舱16和能够旋转地联接到机舱16的转子18。更具体地，转子18的毂20通过主轴44、齿轮箱46、高速轴48和联轴器50能够旋转地联接到定位在机舱16内的发电机42。在该示例中，主轴44设置成至少部分与机舱16的纵向轴线(未示出)同轴。主轴44的旋转驱动齿轮箱46，齿轮箱46随后通过将转子18和主轴44的相对较慢的旋转移动转化成高速轴48的相对较快的旋转移动来驱动高速轴48。高速轴48借助于联轴器(或称为联接件，即coupling)50连接到发电机42，用于生成电能。此外，变压器90和/或合适的电子设备、开关和/或逆变器可布置在机舱16中，以便将具有400 V至1000 V之间的电压的由发电机42生成的电能变换成具有中等电压(10-35 KV)的电能。所述电能经由功率线缆从机舱16传导到塔架15中。
齿轮箱46、发电机42和变压器90可由机舱16的主支撑结构框架支撑，该主支撑结构框架任选地实施为主框架52。齿轮箱46可包括通过一个或多个扭矩臂103连接到主框架52的齿轮箱壳体。在该示例中，机舱16还包括主前支撑轴承60和主后支撑轴承62。此外，发电机42可通过脱离支撑装置54安装到主框架52，特别是为了防止发电机42的振动被引入到主框架52中，并因此导致噪声发射源。
任选地，主框架52构造成承载由转子18和机舱16的部件的重量以及由风和旋转负载引起的全部负载，并且进一步将这些负载引入到风力涡轮10的塔架15中。转子轴44、发电机42、齿轮箱46、高速轴48、联轴器50以及任何相关联的紧固、支撑和/或固连设备(其包括但不限于支撑件52以及前支撑轴承60和后支撑轴承62)，有时被称为传动系64。
在一些示例中，风力涡轮可为没有齿轮箱46的直接驱动式风力涡轮。在直接驱动式风力涡轮中，发电机42在与转子18相同的旋转速度下操作。因此，它们大体上具有比具有齿轮箱46的风力涡轮中使用的发电机大得多的直径，以用于提供与具有齿轮箱的风力涡轮相似的功率量。
机舱16还可包括偏航驱动机构56，偏航驱动机构56可用于使机舱16旋转，并且因此也使转子18围绕偏航轴线38旋转，以控制转子叶片22相对于风向28的视角。
为了相对于风向28适当地定位机舱16，机舱16还可包括至少一个气象测量系统，该系统可包括风向标和风速计。气象测量系统58可向风力涡轮控制器36提供信息，该信息可包括风向和/或风速。在该示例中，变桨系统32至少部分地布置为毂20中的变桨组件66。变桨组件66包括一个或多个变桨驱动系统68和至少一个传感器70。每个变桨驱动系统68联接到相应的转子叶片22(在图1中示出)，以用于沿着变桨轴线34调制转子叶片22的桨距角。图2中仅示出了三个变桨驱动系统68中的一个。
在该示例中，变桨组件66包括至少一个变桨轴承72，该变桨轴承72联接到毂20和相应的转子叶片22(图1中示出)，用于使相应的转子叶片22围绕变桨轴线34旋转。变桨驱动系统68包括变桨驱动马达74、变桨驱动齿轮箱76和变桨驱动小齿轮78。变桨驱动马达74联接到变桨驱动齿轮箱76，使得变桨驱动马达74将机械力施加到变桨驱动齿轮箱76。变桨驱动齿轮箱76联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78由变桨驱动齿轮箱76旋转。变桨轴承72联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78的旋转引起变桨轴承72的旋转。
变桨驱动系统68耦联到风力涡轮控制器36，用于在从风力涡轮控制器36接收到一个或多个信号时调节转子叶片22的桨距角。在该示例中，变桨驱动马达74是由电功率和/或液压系统驱动的任何合适的马达，其使得变桨组件66能够如本文中所述起作用。备选地，变桨组件66可包括任何合适的结构、构造、布置和/或部件，诸如但不限于液压缸、弹簧和/或伺服机构。在某些实施例中，变桨驱动马达74由从毂20的旋转惯量和/或向风力涡轮10的部件供应能量的存储能量源(未示出)提取的能量驱动。
变桨组件66还可包括一个或多个变桨控制系统80，用于在特定的优先情形下和/或在转子18超速期间根据来自风力涡轮控制器36的控制信号来控制变桨驱动系统68。在该示例中，变桨组件66包括至少一个变桨控制系统80，该变桨控制系统80通信地耦联到相应的变桨驱动系统68，用于独立于风力涡轮控制器36控制变桨驱动系统68。在该示例中，变桨控制系统80耦联到变桨驱动系统68和传感器70。在风力涡轮10的正常操作期间，风力涡轮控制器36可控制变桨驱动系统68来调节转子叶片22的桨距角。
根据实施例，例如包括电池和电容器的功率生成器(power generator)84布置在毂20处或毂20内，并且耦联到传感器70、变桨控制系统80和变桨驱动系统68，以向这些部件提供功率源。在该示例中，功率生成器84在风力涡轮10的操作期间向变桨组件66提供持续的功率源。在备选实施例中，功率生成器84仅在风力涡轮10的电功率损失事件期间向变桨组件66提供功率。电功率损失事件可包括电力网损失或骤降(dip)、风力涡轮10的电气系统的故障和/或风力涡轮控制器36的故障。在电功率损失事件期间，功率生成器84操作以向变桨组件66提供电功率，使得变桨组件66可在电功率损失事件期间操作。
在该示例中，变桨驱动系统68、传感器70、变桨控制系统80、线缆和功率生成器84各自定位在由毂20的内表面88限定的空腔86中。在备选实施例中，所述部件相对于毂20的外表面定位，并且可直接地或间接地耦联到外表面。
图3示意性地图示电机100的示例的后视图。图4示意性地图示图3的电机的一部分，其中没有区段145。如在图3和图4的示例中可看到的，电机100包括转子130、定子120以及在转子130和定子120之间的径向空气间隙116。
在该示例中，电机是用于风力涡轮、特别是用于直接驱动式风力涡轮的发电机。发电机的所图示的后侧可面向风力涡轮的顺风侧，而不是风力涡轮的转子。在其它示例中，电机100可为用于具有齿轮箱的风力涡轮的发电机、一般的发电机或甚至马达。
在图3和图4的示例中，发电机在其后侧上包括环形盖140(风力涡轮转子布置在发电机的前侧处)。环形盖140包括多个区段145，所述多个区段中的一个在图4中已被移除。在该图中，可看到转子边沿131和定子边沿121。在图示示例中，转子130径向地围绕定子120。在其它示例中，定子可径向地围绕转子。
定子120包括定子边沿121和多个有源定子零件122。转子130包括转子边沿131和多个有源转子零件132。有源定子零件122可为一个或多个永磁体、一个或多个永磁体模块、一个或多个线圈、或一个或多个线圈模块。有源转子零件132同样可为一个或多个永磁体、一个或多个永磁体模块或一个或多个线圈、或一个或多个线圈模块。例如，有源定子零件122可为线圈，并且有源转子零件132可为永磁体模块。在其它示例中，有源定子零件122和有源转子零件132都可为线圈。径向空气间隙116将转子的有源零件132与定子的有源零件122分开。涉及线圈可包括仅涉及线圈或涉及线圈和线圈支撑件(例如，线圈齿)。
如图3和图4中所图示，环形盖140可附接到转子130的周向盖的凸缘150。环形盖140可在基本上垂直于轴向方向105的径向平面中延伸，并且周向盖(未示出)可径向地围绕定子。凸缘150可理解为转子的周向盖的侧面部分。诸如螺栓或螺钉的可移除紧固件可将环形盖140连结到凸缘150。可在环形盖140与定子的有源零件122和转子的有源零件132之间提供轴向间隙。
环形盖140可包括多个区段145。如在图4的示例中可看到的，区段145的移除可使得能够接近转子和/或定子的一些有源零件。环形盖140可保护转子和/或定子的有源零件。在其它示例中，这样的盖140可能不存在。
在本公开的一方面，提供了方法200。方法200适合于移除电机100的定子120的有源零件122。方法200在图5中示意性地图示。
在一些示例中，电机可为发电机，特别是用于风力涡轮的发电机，并且更特别地是用于直接驱动式风力涡轮的发电机。
如在整个本公开中所使用的，有源零件可被视为转子或定子的磁性有源和/或电气有源的零件。在一些示例中，多个有源定子零件122可为多个线圈，并且多个有源转子零件132可为多个永磁体模块。待移除的有源零件122可为线圈。支撑线圈的齿可与线圈一起移除。
该方法包括：在框210，当转子处于移除开始位置时，移除电机100的转子130的一个或多个有源转子零件132。如果一个或多个有源零件132(例如一个或多个永磁体模块)被移除，则这些零件可在周向方向115上彼此相邻。这可在图6中看到，在图6中转子的两个相邻的有源零件132已经被移除。(多个)移除的零件132在转子中留下间隙160。
转子的移除开始位置可根据其对于移除转子的(多个)有源零件132的适宜性来选择。例如，转子130可旋转到第一位置，使得待移除的转子的一个或多个有源零件132容易接近。相对容易的接近可为例如从机舱的上部部分或顶部部分。如果转子已经处于合适的位置，则旋转它将不是必要的。
该方法还可包括：移除侧盖，例如侧盖140的一部分，以使得能够接近有源转子零件132。在一些示例中，侧盖可为环形盖140的区段145。移除侧盖145可产生开口，该开口使得能够在轴向方向105上移除转子的一个或多个有源零件132(和/或定子的一个或多个有源零件122)。
附加地或备选地，该方法可包括移除周向盖(未示出)的一部分以使得能够接近有源转子零件132。周向盖可沿着轴向方向105和切向或周向方向115覆盖转子130。凸缘150可为周向盖在发电机的后侧(下游侧)上的延伸部。移除周向盖的一部分可允许在径向方向110以及轴向方向105上移除一个或多个有源转子零件132。一个或多个有源定子零件122可类似地移除。
在一些示例中，转子130可包括多个间隔件133。间隔件133可在周向方向115上布置在转子的周向盖或转子边沿与转子的多个有源零件132之间。间隔件133可附接到转子边沿131，并且转子的有源零件132可例如径向附接到间隔件133。例如如图4中所图示，间隔件133可具有在周向方向115上的宽度，该宽度基本上等于转子的有源零件132在周向方向115上的宽度。同样地，间隔件133可具有在轴向方向105上的长度，该长度基本上等于转子的有源零件132在轴向方向105上的长度。间隔件133在径向方向110上的高度可小于、基本上等于或大于有源转子零件132在径向方向110上的高度。在图4中，间隔件133在径向方向110上的高度大于转子的有源零件132在径向方向110上的高度。
如果间隔件133存在于转子130中，则移除有源转子零件132还可包括移除与有源转子零件132径向地110相邻的一个或多个间隔件。因此，例如一旦转子130处于第一位置，就可拿出一个或多个间隔件133和转子的一个或多个有源零件132。
一个或多个间隔件133和转子的一个或多个有源零件132可一起移除，即在单个操作中移除，或者可分别移除。例如，可首先移除一个或多个间隔件133，并且可随后移除一个或多个有源零件132。移除可轴向地105和/或径向地110执行。在图6中，移除可通过由先前拆下的区段145留下的开口轴向地105执行。
该方法还包括：在框220，将更换工具101布置在由移除的有源转子零件132留下的间隙160中。如果间隔件133也已被移除，则更换工具可容纳在由移除的间隔件133和有源零件132留下的间隙160中。更换工具101构造成保持有源定子零件122，例如线圈、或者线圈和线圈齿。
间隔件133的使用以及当使用时间隔件133的高度(在径向方向110上的尺寸)可根据定子的有源零件122和转子的有源零件132的高度(在径向方向110上的尺寸)来选择。例如，如果有源转子零件132的高度小于有源定子零件122的高度，则可能需要用于布置更换工具101的更多的空间，并且因此可使用间隔件。在一些示例中，转子的直径也可增加，以在径向方向110上产生更多的空间用于布置间隔件133和更换工具101。
备选地或除了使用间隔件之外，可增加有源转子零件132的高度(在径向方向110上的尺寸)。例如，永磁体模块的高度和特别地其基部(即，构造成附接到转子边沿131或间隔件的零件)的高度可增加。在一些示例中，转子的直径也可再次增加。通过使用先前选项中的一个或多个，一个或多个取出工具101可在径向方向上具有足够的自由空间，以便布置成用于取出有源转子零件122。
鉴于上述情况，可提供包括转子边沿131和附接到转子边沿131的多个可移除转子元件的转子130。在使用中，转子元件面向定子。转子元件的高度基本上等于或大于有源定子零件122的高度，使得当由转子保持时，有源定子零件122中的一个或多个可与转子130一起旋转。高度可沿着径向方向110测量。
以这种方式，可在转子130中、特别是在径向方向110上提供足够的空间，以用于如在整个本公开中所描述的那样布置工具101。
在一些示例中，转子元件是有源转子零件132，例如永磁体模块。
在一些其它示例中，转子元件包括有源转子零件和间隔件的组件。例如，转子元件可为附接到间隔件133的有源转子零件132，使得有源零件通过间隔件附接到转子边沿。
这样的转子可包括在电机中，例如发电机中。转子和发电机可适合于风力涡轮，并且特别地适合于直接驱动式风力涡轮。
更换工具101可轴向地引入到间隙160中。备选地，工具101可径向地引入到间隙160中。一旦处于期望位置、例如处于期望的轴向位置，更换工具101可被固连。例如，工具101可例如通过螺母和螺栓可释放地附接到转子边沿。工具101还可夹紧转子的一部分，例如转子边沿。在图7中可看到附接到边沿和转子盖的更换工具101。在该示例中，转子盖直接固定到转子边沿，并且可与其形成一体零件，即转子盖与转子边沿一起旋转。多于一个的更换工具101可布置在间隙160中并固连到转子130，特别是沿着轴向方向105。例如，两个更换工具101可轴向地布置在间隙160中，使得有源定子零件122的纵向端部可稍后由更换工具101抓持。
该方法还包括：在框230，将转子旋转到对齐位置，使得更换工具101与待移除的有源定子零件122径向地对齐。在一些示例中，待移除的有源定子零件122可为线圈。有源零件122可处于定子120的难以接近的周向位置，即，定子的有源零件122可能难以从该位置取出。例如，在风力涡轮的直接驱动式发电机的情况中，有源定子零件122可靠近塔架或风力涡轮叶片。如果直接从这样的位置移除，则有源零件122可能与塔架或叶片碰撞。
该方法还包括：在框240，拾取待用更换工具101移除的有源定子零件122。该方法还可包括通过可移动元件155将待取出的有源定子零件122朝向更换工具101推动。可移动元件155可构造用于这样的目的。可移动元件155可在径向向外方向111上移动有源零件122。可移动元件155可为此在径向向外方向111上前进。可在图8中看到将有源定子零件122朝向工具101推动的可移动元件155。
有源定子零件122可能需要首先从定子边沿121拆下。例如，在使用可移动元件155将有源零件122径向向外地111移位之前，可能需要移除将有源零件122连结到定子边沿121的一个或多个螺栓。
可移动元件155可能已经合并在定子120中，例如，在定子的凹部135(参见图9A)或突起125(参见图9B)中。例如，如果已知定子120的某些周向区域对于更换附接在其中的有源零件122可能有问题，则一个或多个推动元件155可与定子的这些零件一起布置。可在定子框架142中设置突起和/或凹部。
在一些示例中，定子120可包括一个或多个凹部135，在凹部135中可存储一个或多个推动元件155。凹部可部分地或完全地沿着定子的轴向长度延伸。在第一种情况下，沿着轴向方向105可存在多于一个凹部。例如，两个凹部可沿着轴向方向设置在两个不同的轴向位置处。推动元件155可存储在各个凹部中。
类似地，一个或多个凹部135可沿着周向方向115设置。例如，沿着周向方向基本上等距地间隔的三个或四个凹部可设置在定子120中。凹部中的每一个可沿着定子的全部或部分轴向长度延伸。一个或多个推动元件155可布置在各个凹部中的某个轴向位置处。
在一些其它示例中，定子120可包括一个或多个突起125，在突起125中可存储一个或多个推动元件155。突起125可部分地或完全地沿着定子的轴向长度延伸。在第一种情况下，沿着轴向方向105可存在多于一个突起。例如，两个突起可沿着轴向方向设置在两个不同的轴向位置处。推动元件155可存储在各个突起的内部或下面。
类似地，一个或多个突起125可沿着周向方向115设置。例如，沿着周向方向基本上等距地间隔的三个或四个突起可设置在定子120中。突起中的每一个可沿着定子的部分或全部轴向长度延伸。一个或多个推动元件155可布置在各个突起中的某个轴向位置处。
凹部135或突起125的尺寸可根据推动元件155的尺寸来选择。周向相邻的突起或凹部之间的周向间隔可沿着周向方向115基本上相同。这对于定子中适当的负载分布可能是重要的。
可移动元件155可固定地或可释放地连接到突起或凹部。可移动元件155可为可回缩的。在一些示例中，可移动元件155可为杆、螺杆(例如蜗杆)或可能能够将有源定子零件122推离定子边沿121的任何合适的元件或工具。
在一些示例中，更换工具101可不径向地110移动以拾取有源定子零件122。该工具可不构造成在径向方向110上移动。可移动元件155可将有源零件朝向更换工具101推动，并且工具101可抓持有源零件122。更换工具可具有例如夹具或用于其的夹紧部分。有源定子零件122可由工具夹紧。例如，工具能够以工具101夹紧零件122的两个相对的周向凹部。在一些其它示例中，更换工具101(例如，工具的一部分)可径向(向内，参见图8中的箭头114)地移动，以便拾取有源零件122。在这些示例中，工具101构造成径向地移动。
该方法还包括：在框250，将转子130旋转到取出位置；以及在框260，从转子130移除有源定子零件122。在一些示例中，有源零件122可在轴向方向105上移除。然后更换工具101可被拆下，或者可被留着安装以用于安装新的有源定子零件122。在一些示例中，取出位置可为移除开始位置。在其它示例中，取出位置可不同于移除开始位置。
利用该方法，不需要取出其它有源零件(例如其它有源定子零件122)来够到损坏的有源零件122。而是，更换工具101从第一移除开始位置移动到损坏的有源零件122所在的第二对齐位置，并且然后移动到取出位置、例如第一位置。因此，在难以接近或操纵的位置中，该方法比用于移除或更换有源定子零件122的其它方法更容易执行且更高效。
新的有源定子零件122可连结到更换工具101，并且可以相反的顺序执行上述步骤来安装它。这些步骤如下文所指示。它们可在方法200的框260之后执行，或者它们可独立地执行。它们在下文被指示为单独的方法300，但是可与移除方法200一起执行更换方法。
在本公开的另一个方面，提供了一种用于将有源定子零件122安装在电机100的定子120中的方法300。方法300在图10中示意性地示出。电机100可为发电机，更特别地是用于风力涡轮的发电机，并且更特别地是用于直接驱动式风力涡轮的发电机。
图12示出了定子间隙65，在该定子间隙中将安装有源定子零件122。
该方法包括：在框310，在转子处于安装开始位置时，将有源定子零件122布置在附接到转子130的更换工具101中。在图11中图示了这个步骤。转子的安装开始位置可对应于方法200的取出位置或不同的位置。在一些示例中，有源定子零件122可为线圈，并且有源转子零件132可为永磁体模块。如果方法300不被执行作为方法200的延续，则可能需要移除一个或多个有源转子零件132，以及任选地一个或多个间隔件133，以便在转子中产生间隙160用于布置工具101。转子可旋转到安装开始位置，或者可能已经处于安装开始位置。
该方法还包括：在框320，将转子旋转到插入位置，使得更换工具101与定子的间隙165径向地对齐，在该间隙165中将安装有源定子零件122。在图12中已经实现了这样的位置。如果这些方法一个接一个地执行，则插入位置可为方法200的对齐位置。
该方法还包括：在框330，将有源定子零件122插入间隙65中。在一些示例中，可移动元件155可从更换工具101拾取有源零件122，并使其朝向定子边沿121移动。移动可为径向110的，特别是在径向向内方向上(参见图8中的箭头114)。
可移动元件155可与方法200中用于取出有源定子零件122的可移动元件相同。
一旦就位，定子的有源零件1122可例如利用螺母和螺栓附接到定子边沿121。
该方法还可包括将转子130旋转到安装结束位置和移除更换工具101。在一些示例中，安装结束位置可为安装开始位置。更换工具101可能需要在移除工具101之前从转子周向盖上拆下。在一些示例中，工具101可在轴向方向105上被取出。
一旦转子的周向相邻的有源零件132之间的转子间隙160空余，一个或多个有源转子零件132就可放置在间隙160中以填充它(参见图4)。例如，一个或多个永磁体模块可附接到转子边沿131。已经移除以接近有源零件122、132的任何盖145可再次附接到发电机(参见图3)。
以这种方式，有源定子零件122可方便且高效地被更换。
在本公开的另一个方面，提供了一种更换工具101。该更换工具构造成在电机中保持有源定子零件122。更换工具101可在方法200、方法300以及方法200和300的组合中使用。
在图13中示意性地表示了更换工具101的示例。更换工具101包括保持部分410和锚固部分420。保持部分构造成保持有源定子零件122。锚固部分构造成将更换工具101固连到转子130，例如固连到转子的周向盖。
保持部分410可包括从基部414延伸的两个基本上平行的臂411、411'。平行臂411、411'可构造成围绕有源定子零件122。臂的高度431可设计成与有源定子零件122的高度大约相同。
在一些示例中，臂411、411'的高度431可为可调节的。例如，臂可为可伸缩的。
保持部分410可包括两个相对的内部突起412、412'，它们构造成保持或夹紧有源定子零件122。例如，各个臂411、411'可为此而具有内部突起412、412'。当附接到转子130时，臂可在径向方向110上延伸，并且突起可在切向方向115上延伸。
如图13中所图示，突起可位于更换工具101的与锚固部分420相对的端部415处或附近。突起412、412'可构造成配合在有源定子零件122可具有的凹部中。在一些示例中，有源零件122中的凹部仅在有源零件122已经径向(向外)移位之后才可能对于工具101是可接近的。
保持部分410可包括基部414，臂411、411'可从基部414延伸。当拾取有源定子零件122时，基部414可与有源零件122的上(径向向外)侧接触。
锚固部分420可具有一个或多个夹持器421、421'用于夹持转子130，例如转子的周向盖的一部分。夹持器可为夹具或用于将工具101可释放地连接到转子的任何合适的部件。在一些示例中，夹持器可从基部414延伸。
尽管本文中仅公开了许多示例，但是其其它备选方案、修改、用途和/或等效物也是可能的。此外，还覆盖所描述的示例的所有可能组合。因此，本公开的范围不应受限于特定示例，而应仅通过所附权利要求书的公正解读来确定。

Claims (10)

1.一种方法(200)，包括：
当转子(130)处于移除开始位置时，移除(210)电机(100)的转子(130)的一个或多个有源转子零件(132)；
将更换工具(101)布置(220)在通过所述有源转子零件(132)的移除而产生的间隙(160)中；
将所述转子(130)旋转(230)到对齐位置，使得所述更换工具(101)与待移除的有源定子零件(122)径向地(110)对齐；
利用所述更换工具(101)拾取(240)待移除的所述有源定子零件(122)；
将所述转子(130)旋转(250)到取出位置；并且
将所述有源定子零件(122)从所述转子(130)移除(260)。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括移除侧盖(145)，以使得能够接近所述有源转子零件(132)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述有源转子零件(132)和/或所述有源定子零件(122)在轴向方向(105)上被移除。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，移除所述有源转子零件(132)还包括移除与所述有源转子零件(132)径向相邻的一个或多个间隔件(133)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括由可移动元件(155)将待取出的所述有源定子零件(122)朝向所述更换工具推动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述可移动元件(155)合并在所述定子(120)中，特别是在所述定子(120)的凹部(135)或突起(125)中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述有源定子零件(122)由所述更换工具(101)夹紧。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述取出位置是所述移除开始位置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述电机(100)是发电机，特别是用于风力涡轮(10)的发电机(42)，并且更特别地是用于直接驱动式风力涡轮的发电机(42)。
10.一种方法(300)，包括：
在转子(130)处于安装开始位置时，将有源定子零件(122)布置(310)在附接到转子(130)的更换工具(101)中；
将所述转子(320)旋转(320)到插入位置，使得所述更换工具(101)与所述定子(120)的间隙(165)径向地(110)对齐，在所述间隙(165)中将安装所述有源定子零件(122)；并且
将所述有源定子零件(122)插入(330)所述间隙(165)中。
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