CN115668693A - 用于风力涡轮机的发电机的节段支撑结构 - Google Patents

用于风力涡轮机的发电机的节段支撑结构 Download PDF

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Abstract

一种用于风力涡轮机(1)的发电机(11)的定子(20)的节段支撑结构(50)，其中，所述节段支撑结构(50)沿着纵向轴线(Y)延伸并且包括铸造组件，所述铸造组件具有：在所述节段支撑结构(50)的一个轴向端部处的第一压力板(240)和在所述节段支撑结构(50)的相对的轴向端部处的第二压力板(241)；多个承载元件(200)，其从所述第一压力板(240)延伸到所述第二压力板(241)。

Description

用于风力涡轮机的发电机的节段支撑结构
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机的发电机的节段支撑结构、包括多个这种节段支撑结构的用于风力涡轮机的发电机的定子以及用于制造该定子的方法。
背景技术
风力涡轮机通常包括用于产生机械旋转能的多个叶片。风力涡轮机内的发电机构造成在叶片由风驱动旋转时生成电力。因此，风力涡轮机被设计成将风能有效地转换成旋转运动，从而为发电机提供足够的旋转能以用于电力生成。
风力涡轮机的发电机包括定子和转子。
定子通常包括框架主体，该框架主体沿着纵向轴线纵向延伸并且包括根据径向方向从定子轭突出的多个齿。在定子中还限定有多个槽，每个槽由两个相邻的齿沿周向限定。每个槽容纳相应的绕组。叠片片材沿着定子的轴向方向一个接一个地附接，并且形成定子的叠片堆，其中提供用于电力生成的线圈。转子包括多个磁体。在磁体旋转时，旋转能被转换成电能。
存在多种设计，在所述设计中具有相对于定子径向向外布置的转子。在不同的设计中，定子相对于转子径向向外布置。
定子的叠片片材堆需要放置在距转子的磁体特定距离处。为此，在定子中在定子的叠片片材部段和转子之间包括有支撑结构。
这种支撑结构可以沿周向成节段，即，支撑结构和叠片片材堆可以通过沿周向结合多个相应的节段而形成。成节段的定子包括多个周向节段，每个周向节段具有相应的节段支撑结构和相应的叠片片材堆。相对于不是成节段的解决方案，这种结构允许增加定子的径向尺寸。
希望用于定子的支撑结构具有高的径向、切向和扭转刚度。这在具有成节段结构的大尺寸的定子中可能是特别关键的。实现成本有效的结构是进一步期望的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于成节段定子的新的支撑结构，特别是用于风力涡轮机的发电机中，其满足关于机械性能特别是刚度的要求，并且同时能够以成本有效的方式被制造。
该目的可以通过根据独立权利要求的主题的节段支撑结构、定子和用于制造定子的方法来实现。
本发明的一个方面涉及一种用于风力涡轮机的发电机的定子的节段支撑结构。该节段支撑结构沿着纵向轴线延伸并且包括：
在所述节段支撑结构的一个轴向端部处的第一压力板和在所述节段支撑结构的相对的轴向端部处的第二压力板；
从所述第一压力板延伸到所述第二压力板的多个承载元件；
其中所述第一压力板、所述第二压力板和所述多个承载元件是单个铸造元件的部件。
本发明的另一方面涉及一种制造用于风力涡轮机的发电机的定子的方法。该方法包括：
制造多个如上所述的节段支撑结构，该制造方法包括将第一压力板、第二压力板、多个承载元件和至少一个加强件铸造为单个元件的部件的步骤；
机加工多个节段支撑结构；
提供叠片片材部段；
通过多个固定连接将叠片片材部段与多个承载元件联接；
周向地结合多个节段支撑结构。
根据本发明的可能实施例，节段支撑结构还包括轴向地介于第一压力板与第二压力板之间的至少一个加强件，加强件连接多个承载元件中的至少两个承载元件。与第一压板、第二压板和多个承载元件一起，至少一个加强件也可以是单个铸造元件的部件。
这种铸造结构提供了更高的设计自由度，即，其可以用于提供尺寸增加的定子，同时保持一体的主体的结构强度。拐角不太尖锐，因此减少了结构性热应力点。一体的主体设计集成了压力板以将轴向构件保持在适当位置。在节段支撑结构中避免了焊接。
本发明提供了高的径向刚度。避免了支撑结构的翘曲，所述翘曲是由于焊接引起的热影响区导致的。这确定了在组装的发电机中调节气隙的需要更少。另外的优点是材料成本较低、部件处理较少和人工成本降低。球墨铸铁的机加工对用工具加工的要求较低，因此较快。本发明的设计允许使用较少数量的周向加强件，从而提供更好的冷却，因为在轴向结构构件之间的自由区域增大，这导致压降的减小较少。
根据本发明的可能实施例，多个承载元件可以是I形梁。
“I形梁”也可以称为“双T形梁”，其意思是具有I字母形状的横截面并且包括两个水平元件或凸缘以及连接两个水平元件的竖直元件或腹板的梁。根据本发明的实施例，水平元件被标识为顶部和基部部段，并且切向地定向，而竖直元件或部段径向地定向。在这样的实施例中，铸造支撑结构将结构刚性与I形梁的轮廓相结合，其中顶部部段可用于支撑叠片片材堆。
根据本发明的可能的实施例，承载元件的至少一部分包括具有在顶部部段上的开口的孔，该孔构造成通过固定连接来联接到定子的叠片片材部段。可以提供通孔，该通孔具有在顶部部段上的第一开口和在基部部段上的第二开口，该通孔构造成通过固定连接来联接到定子的叠片片材部段。在后者的实施例中，通孔延伸通过I形梁的竖直部段，从而提供用于叠片片材堆的夹紧介质。
本发明的上述方面和其它方面从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，但本发明并不限于这些实施例的示例。
附图说明
图1示出了根据本发明的包括具有定子的发电机的风力涡轮机的示意性截面。
图2示出了根据本发明的具有定子的发电机的分解图。
图3示出了图2的定子的节段的轴测图。
图4示出了图3的节段的第一部件。
图5示出了图3的节段的第二部件。
图6示出了用于图3的节段的节段支撑结构的轴测图。
图7示出了图6的节段支撑结构的截面图，其为从顶部观察的第二轴测图。
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，相似或相同的元件具有相同的附图标记。
图1示出了根据本发明的风力涡轮机1。风力涡轮机1包括安装在未示出的基座上的塔架2。机舱3布置在塔架2的顶部。风力涡轮机1还包括至少一个风力转子5，其具有轮毂和至少一个叶片4 (在图1的实施例中，风力转子包括三个叶片4，其中仅两个叶片4可见)。风力转子5可围绕旋转纵向轴线Y旋转。叶片4相对于纵向轴线Y基本上径向地延伸。通常，当没有进行不同的说明时，下文中的术语“轴向”、“径向”和“周向/圆周”参照旋转纵向轴线Y来表示。风力涡轮机1包括至少一个发电机11，该发电机包括定子20和转子30。转子30相对于定子20围绕旋转纵向轴线Y可旋转。风力转子5与转子30联接，并且两者均连接到主轴承组件8的外圈。主轴承组件8的外圈相对于静止内圈围绕旋转纵向轴线Y旋转，静止内圈与沿着纵向轴线Y延伸的主轴9联接。
图2示出了具有转子30和定子20的发电机11的分解图。定子20包括圆柱形内芯，六个节段45附接到该内芯。每个节段45具有60°的圆周角延伸。根据本发明的其它实施例，定子20包括多个节段，其具有不同于六个的数量的节段。根据本发明的另一可能实施例，定子20不是成节段的，即，定子包括覆盖360°的整个角延伸的一个单个节段。转子30具有带有多个周向分布的转子永磁体的传统结构。
图3至5更详细地示出了定子节段45。定子节段45具有传统的结构，包括沿周向介于多个槽之间的多个齿。齿根据径向方向突出。定子节段45还包括插入节段45的槽中的线圈绕组48。齿、槽和绕组48不是本发明的特定目的，因此不再进一步详细地进行描述。每个节段45包括节段支撑结构50和由节段支撑结构50支撑的叠片堆60。叠片堆60包括多个叠片片材，这些叠片片材沿着定子20的纵向轴线Y一个接一个地附接。如下面更详细说明的，叠片堆60被固定在支撑结构50上。当定子节段45周向地结合时，由所有支撑结构50和叠片堆60制成的组件构成定子主体。
图6以轴测完整视图示出了根据本发明的实施例的用于节段45的节段支撑结构50。
图7以截面图示出了节段支撑结构50，仅示出了节段支撑结构50的一半。图7的截面图是根据与纵向轴线Y正交且介于节段支撑结构50的两个轴向端部之间的平面获得的。
节段支撑结构50被构造用于风力涡轮机的定子中。图6和7的节段支撑结构50包括在第一压力板240与第二压力板241之间轴向延伸的多个承载元件200。在图6和7的实施例中示出了五个承载元件200，但是根据本发明的其它实施例，可以提供任何其它数量的承载元件。第一压力板240设置在节段支撑结构50的一个轴向端部处，并且第二压力板241设置在节段支撑结构50的相对的轴向端部处。第一压力板240、第二压力板241和多个承载元件200是单个铸造元件的部件。节段支撑结构50在两个周向端部46之间周向延伸。在每个周向端部46处，提供相应的承载元件200，承载元件是C形梁205。每个C形梁205包括基部部段201、顶部部段203、以及连接基部部段201和顶部部段203的相应边缘的竖直部段202。基部部段201和顶部部段203切向定向，而竖直部段202径向定向。C形梁205的竖直部段202可以用于例如通过多个螺栓连接或通过焊接来周向地结合多个节段45。被包括在C形梁205之间的多个承载元件200是I形梁206 (在图6和7的实施例中示出了三个I形梁206，但是根据本发明的其它实施例，可以提供任何其它数量的I形梁)。根据本发明的实施例(未示出)，不存在C形梁，而仅提供I形梁。每个I形梁206包括基部部段201、顶部部段203、以及连接基部部段201和顶部部段203的相应中点的竖直部段202。I形梁206和C形梁205的顶部部段203构造成与定子20的叠片片材部段60联接。节段支撑结构50还可包括轴向地介于第一压力板240与第二压力板241之间的至少一个加强件230。加强件230可以周向定向并连接多个承载元件200中的至少两个承载元件200。在图6和7的实施例中，两个周向平行的加强件230连接从一个C形梁205切向延伸到另一个的所有五个承载元件200。与第一压力板240、第二压力板241和多个承载元件200一起，加强件230可以是单个铸造元件的部件。
根据用于制造定子20的方法，在将第一压力板240、第二压力板241、多个承载元件200铸造为单个元件的部件的步骤中，多个节段支撑结构50被制造为半成品。在这种半成品中，还可以包括至少一个加强件230。在铸造之后，执行对多个节段支撑结构50的机加工。执行机加工步骤，以提供用于将叠片片材部段60联接到节段支撑结构50的第一多个固定元件210。固定元件210包括通孔，该通孔具有在顶部部段203上的第一开口和在基部部段201上的第二开口，通孔构造成联接到定子20的叠片片材部段60。这种通孔可设置成穿过承载元件200的竖直部段202。可以进一步执行机加工步骤，以提供在第一压板240和第二压板241上的第二多个固定元件211。固定元件211包括通孔，其可以用于将指板(图中未示出)连接到节段支撑结构50。“指板”是指这样的板，其具有与叠片片材部段60相同的圆周形状并且用于轴向夹紧叠片片材部段60。因此，叠片片材部段60可径向地(通过穿过第一固定元件210的孔的螺栓)和轴向地(通过穿过第二固定元件211的孔的螺栓)夹紧，从而减少焊接的使用。可进一步执行机加工步骤以提供在周向端部46处在竖直部段202上的第三多个固定元件212。固定元件212可以包括待与相应的螺栓联接的孔，所述螺栓用于周向结合多个节段支撑结构50。这可以进一步减少焊接的使用。根据本发明，当制造定子20时可以完全避免使用焊接。
应当注意，术语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且“一”或“一个”并不排除多个。可以组合结合不同实施例描述的元件。还应当注意，权利要求中的附图标记不应该被解释为限制权利要求的范围。

Claims (13)

1.一种用于风力涡轮机(1)的发电机(11)的定子(20)的节段支撑结构(50)，其中，所述节段支撑结构(50)沿着纵向轴线(Y)延伸并且包括：
在所述节段支撑结构(50)的一个轴向端部处的第一压力板(240)和在所述节段支撑结构(50)的相对的轴向端部处的第二压力板(241)；
从所述第一压力板(240)延伸到所述第二压力板(241)的多个承载元件(200)；
其中所述第一压力板(240)、所述第二压力板(241)和所述多个承载元件(200)是单个铸造元件的部件。
2.根据权利要求1所述的节段支撑结构(50)，其中，所述节段支撑结构(50)还包括轴向地介于所述第一压力板(240)与所述第二压力板(241)之间的至少一个加强件(230)，所述加强件连接所述多个承载元件(200)中的至少两个承载元件(200)，其中，所述第一压力板(240)、所述第二压力板(241)、所述多个承载元件(200)和所述至少一个加强件(230)是单个铸造元件的部件。
3.根据权利要求1或2所述的节段支撑结构(50)，其中，所述多个承载元件(200)的至少一部分是I形梁(206)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的节段支撑结构(50)，其中，所述多个承载元件(200)的至少一部分是C形梁(205)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的节段支撑结构(50)，其中，所述承载元件(200)的至少一部分包括顶部部段(203)，其构造成通过固定连接来联接到所述定子(20)的叠片片材部段(60)。
6.根据权利要求5所述的节段支撑结构(50)，其中，所述承载元件(200)的至少一部分包括孔，所述孔具有在所述顶部部段(203)上的开口，所述孔构造成通过固定连接来联接到所述定子(20)的叠片片材部段(60)。
7.根据权利要求6所述的节段支撑结构(50)，其中，所述承载元件(200)的至少一部分能够包括另一基部部段(201)和通孔，所述通孔具有在所述顶部部段(203)上的第一开口和在所述基部部段(201)上的第二开口，所述通孔构造成通过固定连接来联接到所述定子(20)的叠片片材部段(60)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的节段支撑结构(50)，其中，所述节段支撑结构(50)包括多个加强件(230)。
9.根据权利要求8所述的节段支撑结构(50)，其中，所述多个加强件(230)周向地定向。
10. 一种用于风力涡轮机(1)的发电机(11)的定子(20)，其中，所述定子(20)包括多个周向节段(45)，每个周向节段(45)包括：
叠片片材堆(60)；以及
根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构节段(50)。
11.一种用于风力涡轮机(1)的发电机(11)，包括根据权利要求9所述的定子。
12.一种风力涡轮机(1)，包括根据权利要求10所述的发电机(11)。
13.一种用于制造用于风力涡轮机(1)的发电机(11)的定子(20)的方法，所述方法包括：
制造多个根据前述权利要求1至8中任一项所述的节段支撑结构(50)，所述制造方法包括将所述第一压力板(240)、所述第二压力板(241)、所述多个承载元件(200)和所述至少一个加强件(230)铸造成单个元件的部件的步骤；
机加工所述多个节段支撑结构(50)；
提供叠片片材部段(60)；
通过多个固定连接将叠片片材部段(60)与多个承载元件(220)联接；
周向地结合所述多个节段支撑结构(50)。
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