專利名稱：直接驅(qū)動發(fā)電機和風(fēng)力渦輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機的直接驅(qū)動發(fā)電機和包括這種直接驅(qū)動發(fā)電機的風(fēng) 力渦輪機。
背景技術(shù)：
從原理上，針對風(fēng)力渦輪機的驅(qū)動構(gòu)造存在兩種主要類型的風(fēng)力渦輪機。第一種 類型的風(fēng)力渦輪機是更經(jīng)典類型的風(fēng)力渦輪機，其包括布置在風(fēng)力渦輪機的主軸和發(fā)電機 之間的齒輪箱。第二種類型的風(fēng)力渦輪機是無齒輪類型的，其包括直接驅(qū)動器或直接驅(qū)動 的發(fā)電機。這種直接驅(qū)動發(fā)電機能夠被制成帶有被纏繞的轉(zhuǎn)子或帶有附連到轉(zhuǎn)子的永磁體 的同步發(fā)電機，或其能夠被設(shè)計成替代類型的發(fā)電機。與直接驅(qū)動發(fā)電機的類型無關(guān)，在風(fēng) 力渦輪機和直接驅(qū)動發(fā)電機各自地運行過程中，甚至當(dāng)風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子、主軸和直接驅(qū)動 發(fā)電機的裝置承受載荷時，理想的是發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙的寬度優(yōu)選地被恒定 地保持或至少在一定公差之內(nèi)。
因此用于包括直接驅(qū)動發(fā)電機的風(fēng)力渦輪機的驅(qū)動構(gòu)造的不同軸承布置被開 發(fā)。直到現(xiàn)在，直接驅(qū)動發(fā)電機的經(jīng)典軸承布置是雙軸承布置。從而連接到風(fēng)力渦輪機 轉(zhuǎn)子的發(fā)電機的轉(zhuǎn)子朝向固定內(nèi)軸或不動內(nèi)軸由兩個軸承支撐。定子在一側(cè)附連到固定 內(nèi)軸。因此轉(zhuǎn)子能夠相對于定子圍繞固定內(nèi)軸轉(zhuǎn)動。具有這種設(shè)計的風(fēng)力渦輪機在例如 EP1641102A1和US6，483，199B2中被描述。這種設(shè)計的缺陷在于定子的單邊支撐使其很難 在定子的非支撐側(cè)保持氣隙的寬度至少大體上恒定，當(dāng)整個發(fā)電機結(jié)構(gòu)不僅受到重力和質(zhì) 量慣性而且受到不平衡的磁拉力時尤為如此。為了減少這種缺陷，帶有這種雙軸承布置的 直接驅(qū)動發(fā)電機需要能夠吸收相對大的定子彎矩的大而重的定子支撐結(jié)構(gòu)。這種定子支撐 結(jié)構(gòu)在例如W002/0M08A1中被描述，其中定子支撐結(jié)構(gòu)包括具有多個支撐臂的支撐構(gòu)造。
在替代設(shè)計中雙軸承布置被單軸承代替，該單軸承具有附連到固定內(nèi)軸的固定內(nèi) 軸承部分和支撐直接驅(qū)動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動外軸承部分。包括帶有單軸承的直接驅(qū)動發(fā) 電機的風(fēng)力渦輪機在US2006/0152014A1和W002/057624A1中被公開。但是用單軸承替代 雙軸承不能實質(zhì)上改變單側(cè)支撐的定子結(jié)構(gòu)的缺陷。
在一些其他解決方案中，固定內(nèi)軸概念被轉(zhuǎn)動軸概念代替。由于根據(jù)轉(zhuǎn)動軸概念， 發(fā)電機的定子在雙側(cè)被支撐，因此更容易保持發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙的寬度至少 大體上恒定。存在兩種已知的轉(zhuǎn)動軸概念的變體，一種帶有雙軸承布置，一種帶有四軸承布置。
根據(jù)雙軸承布置，發(fā)電機的軸承作為主軸的軸承用于風(fēng)力渦輪機，主軸連接到風(fēng) 力渦輪機的轉(zhuǎn)子。定子結(jié)構(gòu)朝向主軸被支撐并且附連到風(fēng)力渦輪機的底板。具有這種設(shè)計 的風(fēng)力渦輪機在US7，119，453B2和W003/023943A2中被公開。這個設(shè)計的缺陷在于定子結(jié) 構(gòu)需要被確定尺寸來吸收和轉(zhuǎn)移所有風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子的載荷，即風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子的重量和 所有不對稱空氣動力學(xué)載荷，來保持氣隙寬度在必要公差之內(nèi)。在大的風(fēng)力渦輪機上這導(dǎo) 致非常重和昂貴的定子結(jié)構(gòu)。3
在四軸承布置中，風(fēng)力渦輪機的在其一端連接到風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子的主軸由其自身 的兩個軸承支撐并且在其另一端承載直接驅(qū)動發(fā)電機。直接驅(qū)動發(fā)電機具有雙軸承布置用 于將轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)部對準(zhǔn)中心。這種風(fēng)力渦輪機的例子在US6，781，276B1中描述。在該主 軸安裝布置中，發(fā)電機定子由發(fā)電機轉(zhuǎn)子承載并且轉(zhuǎn)矩從發(fā)電機通過轉(zhuǎn)矩臂裝置被傳遞到 風(fēng)力渦輪機底板。轉(zhuǎn)矩臂裝置需要包括某種柔性，例如用橡膠元件實施，來允許主軸-發(fā)電 機結(jié)構(gòu)和渦輪機底板之間存在輕微錯位。定子在轉(zhuǎn)子上的雙邊支撐允許相對輕質(zhì)的定子結(jié) 構(gòu)。這種設(shè)計的主要缺陷是總共需要四個軸承，并且全轉(zhuǎn)矩至少部分地穿過這些軸承。對 大的風(fēng)力渦輪機這意味著相比而言大的和昂貴的軸承。另外，對于大的風(fēng)力渦輪機，轉(zhuǎn)矩臂 裝置成為相比而言相當(dāng)大而重的結(jié)構(gòu)。
在US4，291, 235中描述了用于風(fēng)力渦輪機的另外的軸承布置。風(fēng)力渦輪機包括固 定軸以及具有內(nèi)定子和外轉(zhuǎn)子的直接驅(qū)動發(fā)電機。內(nèi)定子被布置在固定軸上。外轉(zhuǎn)子連接 到風(fēng)力渦輪機的轂體，在前側(cè)通過前軸承連接到固定軸并且在后側(cè)通過后軸承連接到固定 軸。因此軸承布置關(guān)于載荷容量不是最優(yōu)的。
此外在沒有預(yù)公布的EP07013519. 9中描述了包括具有轉(zhuǎn)子和定子的直接驅(qū)動發(fā) 電機的風(fēng)力渦輪機。直接驅(qū)動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子附連到主軸的后側(cè)，主軸由兩個主軸承支撐。 定子大體上圍繞轉(zhuǎn)子布置并且包括前端板、后端板和將前端板和后端板互相連接的殼體元 件。定子的后端板被支撐在轉(zhuǎn)子上或通過第三軸承被支撐在主軸上。定子的前端板至少間 接地附連到風(fēng)力渦輪機的固定部分。因此在沒有預(yù)公布的EP07013519. 9中描述了三軸承 布置。
這種三軸承結(jié)構(gòu)有時可能是靜態(tài)不確定的。在這種情況下，由于安裝公差或?qū)χ?軸和/或直接驅(qū)動發(fā)電機的重力或外載荷所導(dǎo)致的任何變形而引起的任何錯位能夠潛在 地導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機的三個軸承之間不一致的載荷分布，這轉(zhuǎn)而能夠?qū)е逻^早的軸承故障。 定子的前端板因此在主軸的中心軸線方向上至少部分地在一定適當(dāng)程度上是柔性的。
因此三軸承布置的靜態(tài)不確定性的潛在問題通過建立前端板在主軸的中心軸線 方向上的足夠柔性被消除。前端板像膜一樣在徑向方向上大體牢固地支撐定子以便保持氣 隙，但是易撓曲以便使得例如主軸能夠彎曲而沒有較大阻力。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是指出用于風(fēng)力渦輪機的直接驅(qū)動發(fā)電機的柔性端板的合適的材 料來優(yōu)選地保證端板的足夠的柔性。
該目標(biāo)通過用于包括定子裝置和轉(zhuǎn)子裝置的風(fēng)力渦輪機的直接驅(qū)動發(fā)電機被創(chuàng) 造性地實現(xiàn)，其中定子裝置和/或轉(zhuǎn)子裝置包括至少一個至少部分柔性的前端板和/或后 端板，其中至少一個端板是至少部分地、優(yōu)選地完全由玻璃纖維制成。玻璃纖維包括相對低 的彈性系數(shù)并且因此針對要求的柔性對至少一個端板而言是合適的材料。另外，玻璃纖維 包括優(yōu)秀的腐蝕性能，甚至在像風(fēng)力渦輪機的離岸應(yīng)用的惡劣環(huán)境中也是如此。作為用于 發(fā)電機的材料的玻璃纖維的另外的優(yōu)點是良好的電絕緣。包括至少一個由玻璃纖維制成的 這種端板的直接驅(qū)動發(fā)電機因此良好地適用于風(fēng)力渦輪機，所述風(fēng)力渦輪機包括可能有時 靜態(tài)不確定的驅(qū)動構(gòu)造，例如帶有三軸承結(jié)構(gòu)的驅(qū)動構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，直接驅(qū)動發(fā)電機包括中心軸線，其中至少一個端板在中心軸線方向上至少部分地在一定程度上是柔性的。因此例如三軸承裝置的靜態(tài)不確定性的潛 在問題通過在直接驅(qū)動發(fā)電機的中心軸線方向上建立至少一個端板的足夠柔性而被消除。 必要時至少一個端板易撓曲以便使得例如風(fēng)力渦輪機的驅(qū)動構(gòu)造的各個部件能夠彎曲而 沒有較大阻力，因此在例如風(fēng)力渦輪機的驅(qū)動構(gòu)造的三個軸承之間大體上不會發(fā)生不一致 的載荷分布。
根據(jù)本發(fā)明的變體，至少一個端板是環(huán)形端板。根據(jù)本發(fā)明的另一變體，至少一個 端板具有大約15-50mm的、優(yōu)選地是在中心軸線方向上的20_30mm的厚度。因此至少一個 端板具有例如取決于至少一個端板的結(jié)構(gòu)的這種尺寸，使得至少一個端板具有相比而言很 小的抗彎剛度。
在本發(fā)明的實施例中，定子裝置大體上圍繞轉(zhuǎn)子裝置布置，包括前端板、后端板和 將前端板和后端板互相連接的空心圓柱形定子元件。優(yōu)選地空心圓柱形定子元件在內(nèi)部包 括至少一個疊片，該疊片具有至少一個繞組，通常具有多個繞組。
在本發(fā)明的另一個實施例中，轉(zhuǎn)子裝置大體上布置在定子裝置內(nèi)部。特別地，轉(zhuǎn)子 裝置包括前端板、后端板和將前端板和后端板互相連接的空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件。優(yōu)選地空 心圓柱形轉(zhuǎn)子元件在外部包括相對于疊片布置的至少一個永磁體，疊片帶有用于發(fā)電的繞 組。通常來說多個永磁體被布置在空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件的外表面上。
在本發(fā)明的另一個實施例中，轉(zhuǎn)子裝置大體上圍繞定子裝置布置，包括前端板、后 端板和將前端板和后端板互相連接的空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件。優(yōu)選地空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件在 內(nèi)部包括至少一個的永磁體。通常來說多個永磁體被布置在空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件的內(nèi)表面 上。
根據(jù)本發(fā)明的變體，定子裝置大體上被布置在轉(zhuǎn)子裝置的內(nèi)部并且包括定子支撐 結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地至少一個疊片與用于發(fā)電的永磁體相對地被布置在定子支撐結(jié)構(gòu)上，所述疊 片具有至少一個繞組，通常具有多個繞組。
本發(fā)明的目標(biāo)也通過包括如前面公開的直接驅(qū)動發(fā)電機和用于相對于定子裝置 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子裝置的驅(qū)動構(gòu)造的風(fēng)力渦輪機來實現(xiàn)，所述定子裝置包括至少三個軸承或兩個軸 承，其中兩個軸承中的至少一個是通常表現(xiàn)出雙軸承性能的四點軸承，因此帶有至少一個 四點軸承的雙軸承布置表現(xiàn)地像三軸承結(jié)構(gòu)。


本發(fā)明將接下來參照示意圖更詳細(xì)地解釋，其中
圖1示出第一種類型的風(fēng)力渦輪機，其包括具有柔性端板的直接驅(qū)動發(fā)電機，
圖2示出第二種類型的風(fēng)力渦輪機，其包括具有兩個柔性端板的直接驅(qū)動發(fā)電 機，
圖3示出第三種類型的風(fēng)力渦輪機，其包括具有柔性端板的直接驅(qū)動發(fā)電機，以 及
圖4示出第四種類型的風(fēng)力渦輪機，其包括具有柔性端板的直接驅(qū)動發(fā)電機。
具體實施方式
圖1圖示出風(fēng)力渦輪機1的第一實施例，其包括布置在風(fēng)力渦輪機1的塔3的順風(fēng)側(cè)的直接驅(qū)動發(fā)電機2。
塔的凸緣4被布置在塔3的頂部。底板5附連到塔的凸緣4。風(fēng)力渦輪機1以沒 有明顯示出的方式包括用于繞軸線Y轉(zhuǎn)動風(fēng)力渦輪機的底板5以及直接地或間接地附連到 底板5的風(fēng)力渦輪機1的其他部件的偏航系統(tǒng)，。
軸承外殼6牢固地布置在底板5上。軸承外殼6包括兩個主軸承7和8。雖然主 軸承7、8的各個不動部分附連到軸承外殼6，但主軸承7、8的各個轉(zhuǎn)動部分附連到主軸9。 主軸9在前端連接到風(fēng)力渦輪機1的轂體11。轂體11包括用于三個未示出的但是眾所周 知的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的三個安裝裝置12。
主軸9在后端包括牢固地連接到主軸9的環(huán)狀凸緣13。軸承外殼6在后端也包括 環(huán)狀凸緣14。在其前側(cè)帶有第一凸緣16和在其后側(cè)帶有第二凸緣17的管狀連接件15用 螺栓連接軸承外殼6的環(huán)狀凸緣14。
直接驅(qū)動發(fā)電機2被布置在主軸9上和軸承外殼6上并且因此在底板5上。主軸 9和直接驅(qū)動發(fā)電機2包括共同的中心軸線A。直接驅(qū)動發(fā)電機2是包括轉(zhuǎn)子裝置18和定 子裝置19的一個單元。
轉(zhuǎn)子裝置18在前側(cè)包括環(huán)狀凸緣20。環(huán)狀凸緣20用螺栓連接主軸9的環(huán)狀凸緣 13。沒有詳細(xì)示出的永磁體M安裝在轉(zhuǎn)子裝置18的環(huán)元件23的外表面上。在后側(cè)轉(zhuǎn)子 裝置18包括突耳25。管狀突出部分沈通過螺栓附連到突耳25。第三軸承27被布置在管 狀突出部分26上。
定子裝置19包括附連到第三軸承27的大體上固定部分或外殼的后環(huán)形定子端板 28。
此外定子裝置19包括具有環(huán)狀凸緣30的前環(huán)形定子端板四。前端板四的環(huán)狀 凸緣30和管狀連接件15的環(huán)狀凸緣17用螺栓連接在一起。空心圓柱形定子元件32將前 環(huán)形端板四和后環(huán)形端板四互相連接?？招膱A柱形定子元件32分別地在內(nèi)部和內(nèi)表面 上包括帶有繞組的疊片33。
定子裝置19的帶有繞組的疊片33和轉(zhuǎn)子裝置18的永磁體M被彼此相對地布置， 帶有大約5mm的中間環(huán)形氣隙34。因此轉(zhuǎn)子裝置18能夠與主軸9 一起相對于定子裝置19 圍繞中心軸線A轉(zhuǎn)動。
根據(jù)描述的特別地包括主軸9和直接驅(qū)動發(fā)電機2的三軸承布置，定子裝置19在 后側(cè)利用后端板觀通過第三軸承27被支撐在轉(zhuǎn)子裝置18上，并且在前側(cè)利用前端板四 通過在風(fēng)力渦輪機底板5的靠近主軸承8的不動結(jié)構(gòu)上的軸承外殼6被支撐。
為了避免三軸承布置的靜態(tài)不確定的情況，被支撐在底板5的不動結(jié)構(gòu)上的定子 裝置19的前端板四由玻璃纖維制成并且因此在中心軸線A的方向上包括足夠的柔性。因 此前端板四的作用像膜一樣在徑向方向上大體上牢固地支撐定子裝置19以便保持氣隙34 的寬度大體上恒定，但是易撓曲以便允許例如主軸9彎曲而沒有較大阻力。前端板四因此 具有大約15_50mm的、優(yōu)選的是20-30mm的厚度，并且具有相比而言很小的抗彎剛度。當(dāng)例 如主軸9由于偏斜而少量移動時，前端板在軸線A的方向上簡單地被動撓曲。因此當(dāng)轉(zhuǎn)子 裝置18附連到的主軸9的彎曲發(fā)生時，前端板四在中心軸線A的方向上彎曲，其中氣隙34 的寬度大體上保持恒定或在要求的公差之內(nèi)。此外，風(fēng)力渦輪機的三個軸承之間不一致的 載荷分布被避免。
圖2圖示出風(fēng)力渦輪機100的第二實施例，其包括布置在風(fēng)力渦輪機100的塔103 的逆風(fēng)側(cè)的直接驅(qū)動發(fā)電機102。
保持臂106在其基側(cè)直接地布置在底板105上。在保持臂106的另一側(cè)包括凸緣 108。固定軸107以凸緣109附連到凸緣108。
主軸110朝向固定軸107通過第一主軸承111和第二主軸承112被支撐。主軸 110在前端連接到風(fēng)力渦輪機100的轂體114。轂體114包括用于三個未明顯示出的但是 眾所周知的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的三個安裝裝置115。
直接驅(qū)動發(fā)電機102大體上圍繞主軸110布置并且包括轉(zhuǎn)子裝置116和定子裝置 117。
轉(zhuǎn)子裝置116包括前環(huán)形轉(zhuǎn)子端板118、后環(huán)形轉(zhuǎn)子端板119和將前轉(zhuǎn)子端板118 和后轉(zhuǎn)子端板119互相連接的空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件120?？招膱A柱形轉(zhuǎn)子元件120圍繞其 外周邊承載未詳細(xì)示出的永磁體125。
定子裝置117包括前環(huán)形定子端板126、后環(huán)形定子端板127和將前定子端板1 和后定子端板127互相連接的空心圓柱形定子元件128。空心圓柱形定子元件128圍繞其 內(nèi)周邊承載未詳細(xì)示出的帶有繞組的疊片133。
帶有繞組的疊片133和永磁體125被彼此相對地布置以用于發(fā)電，其帶有大約5mm 的中間環(huán)形氣隙134。氣隙134的寬度非常小以至于氣隙134在圖2中不是明顯可見的。
為了轉(zhuǎn)子裝置116能夠與主軸110 —起圍繞直接驅(qū)動發(fā)電機102的中心軸線A并 且相對于定子裝置117轉(zhuǎn)動，風(fēng)力渦輪機100特別地是直接驅(qū)動發(fā)電機102包括第三或前 發(fā)電機軸承135和第四或后發(fā)電機軸承136。
第三軸承135在本發(fā)明的當(dāng)前實施例的情況中附連到主軸110的凸緣137。更精 確地，第三軸承135的內(nèi)軸承套牢固地附連到主軸110的凸緣137。第三軸承135的內(nèi)軸承 套此外牢固地附連到支撐轉(zhuǎn)子裝置116的前部的前轉(zhuǎn)子端板118。第三軸承135的外軸承 套牢固地連接到支撐定子裝置117的前部的前定子端板126。
定子裝置117的后部由牢固地連接固定軸107的凸緣109并因此連接到保持裝置 的后定子端板127來支撐。在本發(fā)明的當(dāng)前實施例的情況中，第四軸承136的內(nèi)軸承套牢 固地附連到后定子端板127并且支撐轉(zhuǎn)子裝置116的后部的后轉(zhuǎn)子端板119牢固地連接到 第四軸承136的外軸承套。
基于所描述的包括主軸110、第一主軸承111、第二主軸承112、轉(zhuǎn)子裝置116、定子 裝置117、第三軸承135和第四軸承136的布置，主軸110在風(fēng)力渦輪機100運行時與轉(zhuǎn)子 裝置116 —起相對于定子裝置117轉(zhuǎn)動。
為了避免四軸承布置的靜態(tài)不確定的情況，在本發(fā)明的當(dāng)前實施例的情況中，被 牢固地支撐在主軸110上的前轉(zhuǎn)子端板118和被牢固的支撐在保持裝置上的后定子端部 127由玻璃纖維制成并且因此在中心軸線A的方向上包括一定和足夠程度的柔性。前轉(zhuǎn)子 端板118和后定子端板127因此具有大約15-50mm的、優(yōu)選地是20_30mm的厚度，并且具有 相比而言很小的抗彎剛度。因此這些端板118、127的作用像膜一樣在徑向方向上大體上牢 固地支撐轉(zhuǎn)子裝置116和定子裝置117以便保持氣隙134的寬度，但是易撓曲以便允許例 如主軸110彎曲而沒有較大阻力。當(dāng)例如主軸110由于偏斜而少量移動時，端板118、127 簡單地被動撓曲。因此當(dāng)轉(zhuǎn)子裝置116和定子裝置117連接到的主軸110的彎曲發(fā)生時，前轉(zhuǎn)子端板118和后定子端板127以大體上各自的方式在中心軸線A的方向上彎曲，其中 氣隙134的寬度保持大體上恒定或在要求的公差之內(nèi)。此外，風(fēng)力渦輪機的四個軸承之間 不一致的載荷分布被避免。
圖3圖示出風(fēng)力渦輪機200的第三實施例，其包括具有中心軸線A的布置在風(fēng)力 渦輪機200的塔203的逆風(fēng)側(cè)的直接驅(qū)動發(fā)電機202。
風(fēng)力渦輪機200包括固定外軸206。固定外軸206的后側(cè)附連到被附連到底板205 的保持裝置207。在固定外軸206的前側(cè)布置直接驅(qū)動發(fā)電機202的定子裝置208。定子裝 置208包括定子支撐結(jié)構(gòu)209和帶有繞組211的疊片210。定子支撐結(jié)構(gòu)209包括兩個用 于疊片210的兩側(cè)支撐的支撐元件212。在本發(fā)明的當(dāng)前實施例的情況中，支撐元件212是 例如用螺栓連接附連到固定外軸206的外部的環(huán)形支撐元件212。環(huán)形支撐元件212能夠 是緊湊的或能夠包括輻條或輻條結(jié)構(gòu)。一種空心圓柱形支撐元件213附連到環(huán)形支撐元件 212的外端。該空心圓柱形支撐元件213承載帶有繞組211的環(huán)形疊片210。疊片210能 夠包括環(huán)形段狀疊片段，每個疊片段具有至少一個繞組211，疊片段其整體構(gòu)建在疊片210 中。
能夠轉(zhuǎn)動的內(nèi)軸214被布置在固定外軸206內(nèi)部并且能夠轉(zhuǎn)動地由兩個主軸承 215,216抵靠固定外軸206支撐。在本發(fā)明的當(dāng)前實施例的情況中，中心軸線A是直接驅(qū) 動發(fā)電機202、能夠轉(zhuǎn)動的內(nèi)軸206和固定外軸214的共同中心軸線A。轂體217例如用螺 栓連接到能夠轉(zhuǎn)動的內(nèi)軸214的前端。轂體217包括用于三個未示出的但是眾所周知的風(fēng) 力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的三個安裝裝置218。因此能夠轉(zhuǎn)動的內(nèi)軸214能夠與轂體217 —起轉(zhuǎn) 動。
轉(zhuǎn)子裝置219大體上圍繞定子裝置208布置。在本發(fā)明的當(dāng)前實施例的情況中， 轉(zhuǎn)子裝置219包括前環(huán)形端板220、后環(huán)形端板221和將前環(huán)形端板220和后環(huán)形端板221 互相連接的空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件222?？招膱A柱形轉(zhuǎn)子元件222在內(nèi)部包括與疊片210大 體上相對地布置的多個永磁體223。具有大約5mm寬度的氣隙2M位于永磁體223和疊片 210之間。
在本發(fā)明的當(dāng)前實施例的情況中，前環(huán)形端板220例如用螺栓連接到轂體217和 能夠轉(zhuǎn)動的內(nèi)軸214。后環(huán)形端板221用稱為支撐軸承225的第三軸承連接到固定外軸 206。因此轉(zhuǎn)子裝置219也具有兩側(cè)支撐。而且，轉(zhuǎn)子裝置219能夠與轂體217和能夠轉(zhuǎn)動 的內(nèi)軸214 —起轉(zhuǎn)動，其中特別地永磁體223相對于疊片210轉(zhuǎn)動以用于發(fā)電。
為了避免包括兩個主軸承215、216和支撐軸承225的三軸承布置的靜態(tài)不確定的 情況，轉(zhuǎn)子裝置219的前端板220在中心軸線A的方向上包括適當(dāng)?shù)娜嵝?。因此前端?20 的作用像膜一樣在徑向方向上大體上牢固地支撐轉(zhuǎn)子裝置219以便保持氣隙224的寬度， 但是易撓曲以便允許例如能夠轉(zhuǎn)動的內(nèi)軸214和固定外軸206彎曲而沒有較大阻力。前端 板220具有這種尺寸即其具有相比而言很小的抗彎剛度。當(dāng)例如能夠轉(zhuǎn)動的內(nèi)軸214由于 偏斜而少量移動時，前端板簡單地被動撓曲。因此當(dāng)通過主軸承215、216而互相連接的能 夠轉(zhuǎn)動的內(nèi)軸214和固定外軸206的彎曲發(fā)生時，前端板220在中心軸線A的方向上彎曲， 其中氣隙224的寬度被保持大體上恒定或在要求的公差之內(nèi)。再一次，三個軸承之間的不 一致的載荷分布被避免。
前端板220由玻璃纖維制成并且具有大約15-55mm的、優(yōu)選地是20_30mm的厚度。8轉(zhuǎn)子裝置219的后端板221也能夠由玻璃纖維或鋼制成。正常地，后端板221具有如前端 板220的較大厚度。
在本發(fā)明的實施例中，支撐軸承是能夠?qū)⒏咻S向載荷在中心軸線A的兩個方向上 傳輸?shù)乃狞c軸承。
圖4圖示出風(fēng)力渦輪機300的第四實施例，其包括具有中心軸線A的布置在風(fēng)力 渦輪機300的塔303的逆風(fēng)側(cè)的直接驅(qū)動發(fā)電機302。
風(fēng)力渦輪機300包括固定軸306。固定軸306的后側(cè)附連到被附連到底板305的 保持裝置307。在固定軸306的前側(cè)布置直接驅(qū)動發(fā)電機302的定子裝置308。定子裝置 308包括定子支撐結(jié)構(gòu)309和帶有繞組311的疊片310。定子支撐結(jié)構(gòu)309包括兩個用于 疊片310的兩側(cè)支撐的支撐元件312。支撐元件312是例如用螺栓連接附連到固定軸306 的外部的環(huán)形支撐元件312。環(huán)形支撐元件312能夠是緊湊的或能夠包括輻條或輻條結(jié)構(gòu)。 一種空心圓柱形支撐元件313附連到環(huán)形支撐元件312的外端。該空心圓柱形支撐元件 313承載帶有繞組311的環(huán)形疊片310。疊片310能夠包括環(huán)形段狀疊片段，每個疊片段具 有至少一個繞組311，疊片段其整體構(gòu)建在疊片310中。
轉(zhuǎn)子裝置314大體上圍繞定子裝置308布置。在本發(fā)明的當(dāng)前實施例的情況中， 轉(zhuǎn)子裝置314包括前環(huán)形端板315、后環(huán)形端板316和將前環(huán)形端板315和后環(huán)形端板316 互相連接的空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件317。空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件317在內(nèi)部包括大體上相對于 疊片310布置的多個永磁體318。具有大約5mm寬度的氣隙319位于永磁體318和疊片310 之間。
在本發(fā)明的當(dāng)前實施例的情況中，前環(huán)形端板315通過能夠?qū)⒏咻S向載荷在中心 軸線A的兩個方向上傳輸?shù)乃狞c軸承320間接地布置在固定軸306上。合適的四點軸承在 例如DE20116649U1中被公開。四點軸承320的固定部分321附連到固定軸306。四點軸承 320的轉(zhuǎn)動部分322在本發(fā)明的當(dāng)前實施例的情況中連接到安裝環(huán)323。風(fēng)力渦輪機300 的前端板315以及轂體3M例如用螺栓連接附連到安裝環(huán)323。另外，轂體3M包括用于三 個未示出的但是眾所周知的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的三個安裝裝置325。
后環(huán)形端板316用稱為支撐軸承326的另一個四點軸承3 連接到固定軸306。 因此轉(zhuǎn)子裝置314也具有兩側(cè)支撐。另外，轉(zhuǎn)子裝置314能夠與轂體3M —起相對于定子 裝置308轉(zhuǎn)動，其中特別地永磁體318相對于疊片310轉(zhuǎn)動以用于發(fā)電。
為了避免包括兩個四點軸承320和326的軸承布置的靜態(tài)不確定的情況，轉(zhuǎn)子裝 置314的前端板315在中心軸線A的方向上包括適當(dāng)?shù)娜嵝?。因此前端?15的作用像膜 一樣在徑向方向上大體上牢固地支撐轉(zhuǎn)子裝置314以便保持氣隙319的寬度，但是易撓曲 以便允許例如固定軸306彎曲而沒有較大阻力。前端板315具有這種尺寸即其具有相比而 言很小的抗彎剛度。當(dāng)例如固定軸306由于偏斜而少量移動時，前端板簡單地被動撓曲。因 此當(dāng)固定軸306的彎曲發(fā)生時，前端板315在中心軸線A的方向上彎曲，其中氣隙319的寬 度被保持大體上恒定或在要求的公差內(nèi)。如前面提到的，軸承之間的不一致的載荷分布被 避免。
前端板315由玻璃纖維制成并且具有大約15-55mm的、優(yōu)選地是20_30mm的厚度。 轉(zhuǎn)子裝置314的后端板316也能夠由玻璃纖維或鋼制成。正常地，后端板316具有如前端 板315的較大厚度。
另外，兩個軸承即主軸承320和支撐軸承3 不必都是四點軸承。只是主軸承320 或只是支撐軸承3 是四點軸承也是可能的。
具有一定柔性的環(huán)形端板不需要在整個端板內(nèi)具有柔性。因此環(huán)形端板能夠具有 不同區(qū)域。環(huán)形端板能夠具有例如相比而言剛性的區(qū)域用于例如附連到風(fēng)力渦輪機的部 件，和在中心軸線A的方向上具有所提到的柔性的區(qū)域。
此外，各個端板不需要完整地由玻璃纖維制成。因此端板能夠具有由玻璃纖維制 成的并且包括要求的柔性的區(qū)域和出于安裝原因由另一種材料例如鋼制成的區(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力渦輪機的直接驅(qū)動發(fā)電機，包括-定子裝置(19，117，208，308)，和-轉(zhuǎn)子裝置(18，116，219，314)，其中-定子裝置(19，117)和/或轉(zhuǎn)子裝置(116，219，314)包括至少一個至少部分柔性的前 端板和/或后端板09，118，127，220，315)，其特征在于至少一個端板09，118，127，220，31 至少部分地由玻璃纖維制成。
2.如權(quán)利要求1所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，所述發(fā)電機包括中心軸線(A)，其中至少一個 端板09，118，127，220，31 在中心軸線(A)的方向上至少部分地在一定程度上是柔性的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，其中至少一個端板是環(huán)形端板09，118， 127,220,315)。
4.如權(quán)利要求1到3中的任意一個所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，其中至少一個端板09， 118，127，220，315)具有大約 15_50mm 的厚度。
5.如權(quán)利要求1到4中的任意一個所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，其中定子裝置(19，117) 大體上圍繞轉(zhuǎn)子裝置(18，116)布置，包括前端板( ，1沈)、后端板08，127)和將前端板 (29,126)和后端板08，127)互相連接的空心圓柱形定子元件(32，128)。
6.如權(quán)利要求5所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，其中空心圓柱形定子元件(32，128)在內(nèi)部包 括至少一個具有至少一個繞組的疊片(33，133)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，其中轉(zhuǎn)子裝置(18，116)大體上布置在定 子裝置(19，117)的內(nèi)部。
8.如權(quán)利要求7所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，其中轉(zhuǎn)子裝置(116)包括前端板(118)、后端 板(119)和將前端板(118)和后端板(119)互相連接的空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件(120)。
9.如權(quán)利要求8所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，其中空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件(120)在外部包括 至少一個永磁體(125)。
10.如權(quán)利要求1到4中的任意一個所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，其中轉(zhuǎn)子裝置(219，314) 大體上圍繞定子裝置(208，308)布置，包括前端板020，315)、后端板(221，316)和將前端 板(220,315)和后端板(221，316)互相連接的空心圓柱形定子元件(222，317)。
11.如權(quán)利要求10所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，其中空心圓柱形轉(zhuǎn)子元件(222，317)在內(nèi) 部包括至少一個永磁體023，318)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，其中定子裝置(208，308)大體上布置 在轉(zhuǎn)子裝置019，314)的內(nèi)部并且包括定子支撐結(jié)構(gòu)009，309)。
13.如權(quán)利要求12所述的直接驅(qū)動發(fā)電機，其中至少一個具有至少一個繞組(211， 311)的疊片(210,310)布置在定子支撐結(jié)構(gòu)(209,309)上。
14.一種風(fēng)力渦輪機，包括根據(jù)權(quán)利要求1到13中的任意一個所述的直接驅(qū)動發(fā)電機 和用于將轉(zhuǎn)子裝置(18，116，219，314)相對于定子裝置(19，117，208，308)轉(zhuǎn)動的包括至少 三個軸承或兩個軸承的驅(qū)動構(gòu)造，其中所述兩個軸承的至少一個是四點軸承。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機的直接驅(qū)動發(fā)電機，包括定子裝置(19，117，208，308)和轉(zhuǎn)子裝置(18，116，219，314)，其中定子裝置(19，117)和/或轉(zhuǎn)子裝置(116，219，314)包括至少一個至少部分柔性的前端板和/或后端板(29，118，127，220，315)，其中至少一個端板(29，118，127，220，315)至少部分地由玻璃纖維制成。
文檔編號F03D11/00GK102037239SQ200980117986
公開日2011年4月27日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者H·斯蒂斯達(dá)爾 申請人:西門子公司