CN209963844U

CN209963844U - 用于电机的转子、电机、以及风力涡轮机

Info

Publication number: CN209963844U
Application number: CN201920122075.5U
Authority: CN
Inventors: E·格伦达尔
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2029-01-24
Also published as: DE102018201105A1

Abstract

本实用新型涉及用于电机的转子。描述了一种用于电机的转子（10），该电机具有驱动端（DE）和非驱动端（NDE），转子（10）包括圆筒形部分，该圆筒形部分适于围绕在驱动端（DE）和非驱动端（NDE）之间延伸的轴线（A）旋转，其中，该圆筒形部分包括适于面向电机中的定子的第一表面（16），并且其中，第一表面（16）具有圆锥形状使得从第一表面（16）到旋转轴线（A）的径向距离朝向非驱动端（NDE）比朝向驱动端（DE）更大。此外，描述了包括此类有利转子结构的电机和风力涡轮机。

Description

用于电机的转子、电机、以及风力涡轮机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，具体地涉及用于电机的转子。本实用新型还涉及电机和包括电机的风力涡轮机。

背景技术

为了优化电机的性能，在定子和转子之间具有小的平均气隙是有益的。然而，为了避免定子和转子之间的接触，必须考虑到在生产或操作期间能够引起气隙减小的所有因素。在操作期间能够引起气隙的改变的因素之一是机器上的弯矩。

例如，在包括内定子（带有绕组）、外转子（带有永磁体）以及在发电机的驱动端侧处（即，在发电机的连接到风力涡轮机转子的端部处）的单个轴承的直接驱动风力涡轮发电机中，由驱动端中的弯矩引起的气隙改变朝向非驱动端（即，发电机的不连接到风力涡轮机转子的端部）将比在驱动端处更大。这是由于轴承和非驱动端之间的距离更长。

电机的标称气隙通常设定为沿机器的轴向方向恒定。对于在驱动端侧处具有单个轴承的机器而言，必须将标称气隙设定得足够大，以考虑到当暴露于驱动端中的弯矩时，相比于驱动端处的情况，气隙朝向非驱动端将变化得更大。

因此，可能需要一种最小化或至少减小电机中的转子和定子之间的平均气隙的方式。

实用新型内容

该需求可由根据独立权利要求的主题来满足。从属权利要求中阐述了本实用新型的有利实施例。

根据本实用新型的第一方面，提供一种用于电机的转子，该电机具有驱动端和非驱动端。所描述的转子包括圆筒形部分，该圆筒形部分适于围绕在驱动端和非驱动端之间延伸的轴线旋转，其中，该圆筒形部分包括适于面向电机中的定子的第一表面，并且其中，第一表面具有圆锥形状使得从第一表面到旋转轴线的径向距离朝向非驱动端比朝向驱动端更大。

本实用新型的该方面是基于如下构思：转子的面向电机中的定子的表面与旋转轴线之间（及由此该表面和定子之间）朝向非驱动端逐渐增大的径向距离使得可能减小转子和定子之间的平均气隙。更具体地，面向定子的转子表面的圆锥形状使得可能在沿旋转轴线的任何位置处具有转子和定子之间的最小气隙，其中该最小气隙足够大以确保定子和转子在操作期间彼此不接触。最小气隙朝向非驱动端比在驱动端处更大。由此，能够确保在驱动端处施加到转子的弯曲力的影响将不引起对电机的损坏。

根据本实用新型的实施例，转子还包括适于与电机的驱动端处的轴承接合的端部部分，该端部部分垂直于旋转轴线延伸。

具体地，端部部分可构成在圆筒形部分的驱动端处配合圆筒形部分的底部。端部部分可与圆筒形部分一体地形成，或者其可紧固于圆筒形部分（例如，通过焊接）。

根据本实用新型的另一实施例，圆筒形部分还包括适于背向电机中的定子的第二表面，该第二表面优选地平行于旋转轴线。

换言之，第二表面是与第一表面相对的表面。例如，如果第一表面是圆筒形部分的内表面，则第二表面是圆筒形部分的外表面，且反之亦然。

根据本实用新型的另一实施例，圆筒形部分的第一表面是内表面。

因此，根据该实施例的转子适合于具有内转子和外转子的电机，诸如例如，在直接驱动风力涡轮发电机中。

根据本实用新型的另一实施例，圆筒形部分的第一表面（16）适于保持多个磁体，具体地永磁体。

根据本实用新型的另一实施例，在驱动端处从第一表面到旋转轴线的径向距离和在非驱动端处从第一表面到旋转轴线的径向距离之间的差异在1 mm和5 mm之间，具体地在2 mm和4 mm之间，具体地约3 mm。

根据本实用新型的第二方面，提供一种电机，具体地用于产生电力的发电机，该电机包括：(a)定子，所述定子包括至少一个定子绕组；以及(b)根据第一方面或以上实施例中的任一个的转子，该转子布置成相对于定子旋转。

本实用新型的该方面基于与上文所描述的第一方面相同的构思，且因此提供一种电机，该电机由于转子和定子之间的平均气隙的整体减小而具有提高的效率。

根据本实用新型的第三方面，提供一种风力涡轮机，其包括根据第二方面的电机。

根据本实用新型的另一实施例，电机是包括内定子和外转子的直接驱动风力涡轮发电机。

应注意的是，已参考不同的主题描述了本实用新型的实施例。具体地，已参考方法型权利要求描述了一些实施例，而且已参考装置型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中获知，除非另有其他指示，否则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（具体地方法型权利要求的特征与装置型权利要求的特征的组合）的任何组合也是本文献的公开内容的一部分。

本实用新型的上文限定的方面以及另外的方面从下文将要描述的实施例的示例中显而易见到，并且参考实施例的示例进行解释。下文将参考实施例的示例更详细地描述本实用新型。然而，应明确注意到，本实用新型并不限于所描述的示例性实施例。

附图说明

图1示出根据本实用新型的实施例的包括转子的电机。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。应注意的是，在不同的附图中，类似或等同的元件设有相同的附图标记，或设有仅在第一位数字内不同的附图标记。

图1示出包括布置在支撑结构30上的转子10和定子20的电机。附图关于旋转轴线A旋转对称，旋转轴线A从机器的驱动端侧（DE侧）延伸到非驱动端侧（NDE侧）。

更具体地，转子10包括端部部分14和圆筒形部分。端部部分14在支撑结构30的DE侧处接合轴承32，并与圆筒形部分形成基本方角。后者包括外表面12和内表面16。多个磁体18布置在内表面16处以面向定子20。虽然圆筒形部分的外表面12大致平行于旋转轴线A，但是内表面16从以下意义上说具有圆锥形状：在圆筒形结构的最接近驱动端DE的端部处从内表面16到支撑结构30的距离R1稍微小于在圆筒形部分的最接近非驱动端NDE的端部处从内表面16到支撑结构30的距离R2。取决于电机的大小，R1和R2之间的差异可在1 mm至10 mm的范围中。因此，磁体18和定子20之间的气隙19的大小朝向NDE侧比在DE侧处更大。

定子20包括至少一个绕组22，并且优选地形成为叠层结构并借助于相应的支撑元件24和26在两个端部处紧固于支撑结构。可旋转的毂（未示出）在驱动端DE处连接到转子端部部分14并且连接到驱动单元（未示出）（诸如，风力涡轮机叶片转子）。驱动单元连接到转子10，使得驱动单元的旋转将引起转子10围绕定子20旋转并由此在定子20的绕组22中感应电流。

在操作期间，力矩在驱动端处被施加到转子10。这将在转子10中引起一些弯曲，弯曲可相应地引起转子10的圆筒形部分的内表面16的部分更接近定子20。该弯曲将随着距转子10的非驱动端NDE侧的增加的接近度而具有更大的影响。由于朝向非驱动端略微增大的气隙19，避免了定子20和转子10之间的接触，同时保持气隙19朝向驱动端DE是小的。以这种方式，由于磁体18和定子20之间的平均气隙被保持为小的，因此改进了电机的效率。同时，由于朝向非驱动端增大的气隙，保证了发电机的鲁棒性，其中驱动端处的弯矩的影响最大。

具有上文所描述的有利转子结构的所描述的电机特别适合于在驱动端侧处带有单个轴承的直接驱动风力涡轮发电机中使用。

应注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且冠词“一（a）”或“一个（an）”的使用不排除复数。而且，与不同实施例相关联地描述的元件也可组合。还应注意的是，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

1.一种用于电机的转子（10），所述电机具有驱动端（DE）和非驱动端（NDE），其特征在于，所述转子（10）包括：

圆筒形部分，所述圆筒形部分适于围绕在所述驱动端（DE）和所述非驱动端（NDE）之间延伸的轴线（A）旋转，

其中，所述圆筒形部分包括适于面向所述电机中的定子的第一表面（16），并且其中，所述第一表面（16）具有圆锥形状使得从所述第一表面（16）到所述旋转轴线（A）的径向距离朝向所述非驱动端（NDE）比朝向所述驱动端（DE）更大。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，还包括适于与所述电机的驱动端（DE）处的轴承（32）接合的端部部分（14），所述端部部分（14）垂直于所述旋转轴线（A）延伸。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的转子，其特征在于，所述圆筒形部分还包括适于背向所述电机中的定子的第二表面（12），所述第二表面（12）平行于所述旋转轴线（A）。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的转子，其特征在于，所述圆筒形部分的第一表面（16）是内表面。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的转子，其特征在于，所述圆筒形部分的第一表面（16）适于保持多个磁体（18）。

6.根据权利要求1-2中任一项所述的转子，其特征在于，所述圆筒形部分的第一表面（16）适于保持多个永磁体。

7.根据权利要求1-2中任一项所述的转子，其特征在于，在所述驱动端（DE）处从所述第一表面（16）到所述旋转轴线（A）的径向距离和在所述非驱动端（NDE）处从所述第一表面（16）到所述旋转轴线（A）的径向距离之间的差异在1 mm和5 mm之间。

8.一种电机，其特征在于，所述电机包括：

定子（20），所述定子包括至少一个定子绕组（22），以及

根据前述权利要求中任一项所述的转子（10），所述转子（10）布置成相对于所述定子（20）旋转。

9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述电机是用于产生电力的发电机。

10.一种风力涡轮机，其特征在于，包括根据权利要求8-9中任一项所述的电机。

11.根据权利要求10所述的风力涡轮机，其特征在于，所述电机是包括内定子（20）和外转子（10）的直接驱动风力涡轮发电机。