NO331377B1 - Vindkraftgenerator. - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen angår en vindkraftgenerator omfattende et lager (2), en stator (3) som er festet til lageret (2), en rotor (4) som kan rotere i forhold til statoren (3), et nav (5) forbundet med statoren (4) og minst to blad som strekker seg radielt bort fra navet 5. Ifølge oppfinnelsen er statoren (3) og rotoren (4) utformet ved rørseksjoner som er konsentriske med hverandre, på hvis motsatte overflater permanente magneter (7) og viklinger (8) er plassert, og som strekker seg over magnetene og ut fra viklingene for å gi rom for antifriksjonslager på minst en side.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en vindkraftgenerator som fremsatt i innledningen til krav 1.

Som kjent fra den internasjonale søknad WO 01/29413, finnes det såkalte multipolar vindkraft generator Al, i hvilke en vinddrevet rotor er forbundet med en kraftgenerator som er montert for rotasjon på den øvre ende av et tårn. Rotoren er festet til enden av en aksel som er montert for å rotere i to lagre. Disse lagrene er i sin tur ivaretatt med et hus som omfatter statoren av kraftgeneratoren. Selve rotoren består av et antall eiker som bærer ringen til hvilke elektromagnetene er festet, som kommer til å ligge motsatt bindingene etter rotasjon av motoren, hvilke bindinger i sin tur er plassert inne i huset.

Det vil bli bemerket, at i den anvendelse er det beskrevet en ringtypegenerator i hvilken rotorakselen er roterbart understøttet av lagre som strekker seg i en stråleliknende måte i huset. På den andre side, er akselen for rotoren aktivert ved vindenergi også selv virke som rotoraksel for generatoren, som er utstyrt med radielt anordnede eiker designet til å understøtte ringen med elektromagneter.

Det skal bemerkes at i en generator designet på denne måte, er det ingen passasje mellom det indre av tårnet og det indre av bladene som strekker seg bort fra rotorens nav. Derfor er den indre ventilasjonen av rotorbladene og spesielt avisingseffekten av bladene vanskelig å oppnå. Videre er konstruksjon av den vinddrevne generator av den kjente type komplisert når det gjelder understøttelse av rotoren inne i statorlegemet. Også, tilgang til rotoren er vanskelig å grunn av understøttelsen av selve rotorakselen.

I motsetning til dette, i den tyske patentspesifikasjonen DE 44 02 184, er det beskrevet en flerpolarsynkrongenerator for vindkraftanlegg med horisontale akser, i hvilke generatoren er utformet ved en enkelt strukturert enhet bestående av en stator og en rotor, som er forbundet med hverandre ved en flytende understøttelse anordnet inne i generatoren. Videre, denne enkelte strukturelle enhet understøtter den roterende bevegelse av rotoren og mottar de ekstremt introduserte kretser og dreiemomenter.

I det foreslåtte tilfellet viser det seg at strukturen av rotoren er meget komplisert, siden de to overflatene av rotoren og statoren må være designet til å ligge i en betydelig avstand fra rotorens antifriksjonslagre.

Det er derfor et mål for den foreliggende oppfinnelse å unngå ulempene med de konvensjonelle vindkraftgeneratorer, og å foreslå en vindkraftgenerator i hvilken maksimum ventilasjonsmuligheter er garantert frembrakt ved en høy grad av til-gjengelighet til de forskjellige komponenter av generatoren, hvor et høyt nivå av strukturell stivhet er sikre på samme tid.

I følge oppfinneslen, løses dette og andre mål ved en vindkraftstrømgenerator omfattende en understøttelse, en stator som er festet til støtten, en rotor som kan rotere i forhold til statoren, et nav forbundet med rotoren og minst to blad som strekker seg radielt bort fra navet som angitt i krav 1 og som har de karakteristiske trekk angitt i den kjennetegnende delen av kravet.

I en foretrukket utførelse har den hule og flerpolare synkrongenerator med permanente magneter ytre viklinger. I dette tilfellet anordner den multipolare synkron-girløse generator med permanente magneter et rørelement, som samtidig tjener som en aksel for å ta vare på lagrene og som en struktur for å forankre magnetlegemene. På denne måten er eikene mellom akselen og ringen som bærer de permanente magneter unngått.

Generatoren er en integrerende komponent av støttestrukturen, og belastningen kan overføres direkte fra navet til rotorakselen av generatoren, hvilket introduserer dem i statorlegemet gjennom to lagre plassert ved begynnelsen og enden av den elektriske maskin.

Den resulterende hule struktur tillater atkomst til den fremre del av nasellen, som letter vedlikehold og reparasjonsarbeid på de øvrige systemer. Videre, systemet gjør det mulig å montere navet fra innsiden.

Den hule struktur gjør det videre mulig for den varmen som avgis av kraft-elektronikkhuset i tårnet, og den del av varmen som blir utløst av selve generatoren, å bli utnyttet for å lede varm luft inn i navet og derfra inn i rotorbladene. På denne måten er et spesielt effektivt avisingssystem skapt. Ingen ekstern energi trenger å bli levert under operasjon for å varme rotorbladene. Varmen som avgis av generatoren og av kraftelektronikken blir således tatt i bruk på en enkelt måte.

Den hule struktur av generatoren, satt inn i resten av nasellen, tillater anbringelse av de elektriske og elektroniske subsystemer inne i nasellen. Dette resulterer i en utmerket beskyttelse fra lyn på basis av prinsippet for Faraday-skjermen.

I én variant har den hule og multipolare synkrongenerator med permanente magneter interne viklinger. Ved å reversere konseptet for den foretrukne utførelse, blir det mulig å frembringe en maskin som har statorenheten på innsiden og rotoren på utsiden. Magneten er festet til den indre overflate av rotoren og viklingene til den ytre overflate av rotorakselen.

Fordelene med en slik løsning er en høyere spesifikk utgang, muligheten for å bruke den totale varmen som utløses av generatoren for avisingssystemet og en forenkling av plasseringen av kraftkabler som er nødvendig for å lede den elektriske strøm fra generatoren til tårnet.

I en videre variant strekker den rørformede seksjon av statoren seg klokkeliknende i retning av navet og har et klokkehode med en sentrert, sirkelrund åpning, mens rørseksjonen av rotoren strekker seg likeledes i form av en klokke med rørseksjonen av statoren og konsentrisk til klokkeformen av statoren. Dens klokkeliknende hode har likeledes en sentrert åpning som går inn i en rørformet bås, som trenger inn i åpningen i statorklokkehodet, og danner dermed en anordning for å motta en antifriksjonslager, og dens ytre periferi også understøtter navet.

I en foretrukket utførelse er antifriksjonslageret et avsmalnet rullelager med en dobbelt kulebane.

For praktiske formål er den rørformede seksjon av rotoren utstyrt med en bremselagerstruktur og med en låsebrems på enden som vender mot støtterammen.

I denne utførelsen var derfor det bakre lageret utelatt og det fremre lager var erstattet med et enkelt spesiallager, så som et avsmalnet rullelager med dobbelt kulebane som har en mindre diameter og har plass til praktisk smalere del av den fremre del av statorstrukturens fremre del. Denne smalere delen er realisert ved en forsterkning, sandwichliknende toroidalt element som bare delvis reduserer tilgjengeligheten til navet.

Bruken av et enkelt avsmalnet rullelager med dobbelt kulebane gir de følgende fordeler over den første variant, med to lagre, beskrevet ovenfor: 1. Forenkling av teknologien for å montere generatoren (enkeltsidet plassering av lageret). 2. Eliminering av hasardiøse virvelstrømmer i generatoren muliggjort gjennom utforming av midlertidig kretser bygd opp mellom statorveggen, rotorveggen og kulebanene av lageret beskrevet ved slutten av den aktive del (viklinger). 3. Forenkling av justeringsprosessen for lageret (de avsmalete ruller må være forstresset; versjonen med to lagre på enden av generatoren gir derfor konstruksjonsproblemer når det gjelder konstruksjonstoleranser av termisk deformasjon). 4. Ett enkelt system av forseglinger og smøring konsentrert i det fremre området av generatoren. 5. Lagertypologien som brukes gir dessuten en høy grad av rullepresisjon (eliminering av klaring på grunn forspenning) og lav rullemotstand (merkbar økning i generatorens produktivitet).

Ytterligere trekk og detaljer finnes i kravene og i beskrivelsen av en kraftgenerator aktivert ved vind, i dens foretrukne utførelse som illustrert i de medfølgende tegninger, hvor figur 1 viser et snitt langs et vertikalt aksialt plan av en kraftgenerator aktivert med vindenergi ifølge oppfinnelsen, figur 2 viser en variant i et snitt lik det på figur 1.

På figur 1 er en vindkraftgenerator generelt indikert ved henvisningstall 1. Generatoren er montert ved et hult overgangselement 2 til den øvre ende av et tårn, ikke videre illustrert. Vindkraftgeneratoren 1 omfatter en stator 3 og en rotor 4. Rotoren 4 er forbundet på en kjent måte med et nav 5, til hvilket i det foregående tilfellet tre hule blad som ikke er vist her er forbundet, bladene er festet til flenser 6 av navet 5. Rotoren 4 er utformet ved en rørformet seksjon i et ytre skjell av hvilket permanente magneter 7 er satt. Disse magnetene kommer til ro motsatt vindingene 6 festet til den indre overflate av rørseksjonen av statoren 3. Et rullelager 9 og 10 er hvert anordnet i området av endene på rørseksjonen av statoren 3. Disse lagrene roterbart understøtter rørseksjonen av rotoren 4. Av de to rullelagene 9 og 10 må minst ett være et trykklager. Begge er anordnet på en slik måte at de permanente magneter 7 og viklingene er holdt mellom dem.

Navet 5 er festet ved en flens 11 til én av endene på rørseksjonen av rotoren 4. Flensen er sammenføyd med gjengede bolter 13 til en ringformet krage 12 av rør-seksjonen 5.

På den siden som vender mot navet 5 har rørseksjonen av rotoren 4 en forsenkning 14 i sin ytre overflate, som kan motta den indre ring 15 av rullelageret 9, mens den ytre ring 16 av det samme rørlager kan fritt gli på den ytre overflate av rørseksjonen av statoren 3.1 tillegg blir rullelageret 9 holdt mellom forsenkningen 14 og det vinklede ringelement 17.

På den enden som vender bort fra navet 5 er rørseksjonen av statoren 3 forbundet med en flens 19 av overgangselementet 2, hvilken flens er sammenføyd med skruer 21 til en tykkere kant 20 av rørseksjonen av statoren 3. Den ytre ring 22 i rullelageret 10 blir holdt på plass av et radialt anlegg 23 i statorseksjonen 3 og ved et avstandsstykke 18 som ligger direkte an mot flensen 19, mens den indre ring 24 av samme antifriksjonslager 30 blir mottatt på et belte 25 forsenket inn i den ytre overflate av rørseksjonen av rotoren 4. Den indre ring 24 blir videre holdt på plass av et vinkelelement 26 med et L-formet tverrsnitt.

I en første variant av figur 2 omfatter en vindkraftgenerator 100 en rotor 104 plassert på utsiden av statoren 3. Rotoren 4 er understøttet av statoren 3 på en måte lik den som er beskrevet med henvisning til figur 1.1 dette tilfellet er viklingene 108 plassert på den ytre overflate av statoren 103, mens de permanente magneter 107 er i den indre overflate av rotoren 104.

I den foretrukne utførelse ifølge figur 3, er vindkraftgeneratoren ifølge oppfinnelsen indikert i sin helhet med referansetall 200. Denne er festet til en ramme 201 på den øvre ende av et tårn 202 som er bare delvis vist. Også i dette tilfellet har vindkraftgeneratoren 200 en stator utformet ved en rørseksjon 203 av hvilket enden er festet med en skrueforbindelse 204 til rammen 201.

På utsiden går det radiale kjøleribber 204 fra rørseksjonen 203 mens stator-viklingene 206 er plassert på innsiden. På den siden som vender bort fra skruforbindelsen 204, ender rørseksjonen 203 i form av en klokke med et torusformet, sandwichliknende hode 207. Dette klokkehodet understøtter i sin åpning en ytre ring 208, som sammen med en indre ring 209 danner et avsmalnet rullelager 210 som stikker ut for å understøtte rørformet boss 211 av en toroidal bunn 212 i en rørformet seksjon 213, som ligger konsentrisk til den toroidale seksjonen 203, og bærer permanente magneter 214 av rotoren på sin ytre overflate. Magnetene ligger motsatt viklingene 206 av statoren.

Den rørformede seksjon 211 er forbundet med et nav 216 ved hjelp av en skrueforbindelse 215 som har et deksel eller hette 217.

På den siden som vender bort fra rørbossen 211 er enden på rørseksjonen 213 orientert mot en brems som understøtter strukturen 218, som er i stand til å bremse rørseksjonen 213 av rotoren, eller heller bevegelsen av bladene.

Claims (13)

1. En vindkraftstrømgenerator omfattende en understøttelse (2), en stator (3) som er festet til støtten (2), en rotor (4) som kan rotere i forhold til statoren (3), et nav (5) forbundet med rotoren (4) og minst to blad som strekker seg radielt bort fra navet (5), hvor statoren (3) og rotoren (4) er utformet ved rørseksjoner som er konsentriske med hverandre, på hvilke respektive motsatte overflater permanente magneter (7) og viklinger (8) er plassert, og som strekker seg forbi magnetene og viklingene for å gi rom for et antifriksjonslager på minst én sidekarakterisert vedat navet (5) er festet til en av endene av rørseksjonsdelen av rotoren (4) ved en flens (11), og ved at rørseksjonen av statoren (3) er forbundet, ved at enden som er rettet fra navet (5), til en flens (14) på understøttelsen (2), understøttelsen (2) er konstruert som et hult overgangselement og lagret er et rullingslager.

2. Generator ifølge krav 1,karakterisert vedat ett rullingslager (9, 10) er anordnet på hver respektive ende av rørseksj onene, med permanente magneter og viklinger som ligger mellom lagrene.

3. Generator ifølge krav 1,karakterisert vedat statoren er plassert på innsiden i forhold til rotoren (4).

4. Generator ifølge krav 1,karakterisert vedat statoren (3) er plassert på utsiden av rotoren (4).

5. Generator ifølge kravene 1 til 3,karakterisert vedat permanentmagnetene er plassert i rotoren.

6. Generator ifølge de foregående krav,karakterisert vedat minst ett lager er et rullelager av trykklagertypen.

7. Generator ifølge de foregående krav,karakterisert vedat det indre av generatoren danner en passasje fra det indre av støttetårnet til navet og inne i bladene.

8. Generator ifølge de foregående krav,karakterisert vedat på grunn av skorsteinseffekten, vil den hule struktur oppmuntre tilførselen av varm luft mot bladene, og muliggjøre en forbedret utnyttelse av termiske tap produsert ved de forskjellige elektrisk og elektronisk installerte komponenter.

9. Generator ifølge krav 1,karakterisert vedat bare ett enkelt antifriksjonslager (210) er anordnet.

10. Generator ifølge krav 1 og 9,karakterisert vedat antifriksjonslager (210) er et avsmalnet rullelager.

11. Generator ifølge krav 1, 9 og 10,karakterisert vedat rørseksjonen (203) av statoren strekker seg som en klokke i retning av navet (216), hvor bunnen av den nevnte klokken har en sentrert, sirkelrund åpning, mens rørseksjonen (213) av rotoren innen i rørseksjonen (203) av statoren likeledes strekker seg i form av en klokke konsentrisk med klokkeformen av statoren, og dens klokkebunn har likeledes en sentrert åpning som fortsetter inni en rørformet boss (211) som trenger inn i åpningen av klokkbunnen på statoren, og dermed danner en anordning for å gi rom for rullelageret (210), over hvilket dens ytre periferi understøtter navet (216).

12. Generator ifølge kravene 1, 9, 10 og 11,karakterisert vedat rullelageret er et avsmalnet rullelager med dobbel rullebane.

13. Generator ifølge kravene 1, 9, 10 og 11,karakterisert vedat det på den enden som vender mot støtterammen, er den rørformede seksjon (213) av rotoren utstyrt med en bremselagerstruktur og med en låsende brems.