專利名稱：風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子以及風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子以及風(fēng)力渦輪機(jī) 本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子以及包括這種轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機(jī)。用于發(fā)電的風(fēng)力渦輪機(jī)是已知的，且越來越多地用于提供可持續(xù)的電力供應(yīng)。風(fēng)力渦輪機(jī)可產(chǎn)生的最大功率與其葉片的掃掠面積成正比，該掃掠面積與葉片長度的平方大致成正比。理想的是增加風(fēng)力渦輪機(jī)的尺寸以便增加它們所能夠提供的最大功率以及以便降低供應(yīng)能量的成本。然而，輸出功率的線性縮放不能通過風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)件的線性縮放來簡單地實(shí)現(xiàn)。例如，如果每個(gè)葉片的長度增加一倍，則掃掠面積增加四倍。然而，每個(gè)葉片的重量通常與長度的立方成正比，這樣重量增加八倍。下述風(fēng)力渦輪機(jī)是已知的，其中葉片固定到輪轂，其經(jīng)由連接到該輪轂的軸來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。這種布置的實(shí)例在 WO 03 / 098034A1,DE 10311025A1,US 2006 / 0251516A1,EP 0058791A1 和 US 6951443B1 中有所公開。由機(jī)軸驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)通常需要使用齒輪箱來增加旋轉(zhuǎn)速度從而提供更好的發(fā)電效率。然而，齒輪箱由于增加風(fēng)力渦輪機(jī)的成本、重量和維修要求而存在缺陷。直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)現(xiàn)已被使用，且這種布置的實(shí)例在DE10255745A1以及US6285090B1中有所公開。WO 02 / 099950A1公開了這種類型的發(fā)電機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子，其輪輞通過張緊構(gòu)件而連接到輪轂，以便類似于自行車車輪輻條。輪轂通過軸向間隔開的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片布置而受到驅(qū)動(dòng)。CA26265452A1公開了一種具有直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)。渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的葉片被固定到圓環(huán)，其通過從輪轂徑向延伸且設(shè)置于與旋轉(zhuǎn)軸線垂直的公共平面內(nèi)的桿而連接到輪轂。葉片的力在圓環(huán)處分解，葉片的內(nèi)端部連接到該圓環(huán)。因此，圓環(huán)必須制成具有足夠的強(qiáng)度以便承受這些力。對(duì)于具有繞旋轉(zhuǎn)軸線的約12米半徑以及3. 5米橫截面直徑的圓環(huán)而言，制造成本相對(duì)昂貴，且該圓環(huán)具有相當(dāng)大的重量。因此風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)輸和組裝往往是昂貴的。US7042109B2中公開了風(fēng)力渦輪機(jī)的各種布置，其中渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子直接地或通過齒輪箱來驅(qū)動(dòng)無鐵心的環(huán)型發(fā)電機(jī)。在本文圖3中所示的布置中，葉片在轉(zhuǎn)子輪轂內(nèi)延伸到輪轂軸承且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子固定到輪轂。作用于葉片上的力的平行于旋轉(zhuǎn)軸線的分力傳遞到軸承以及還傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。由葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩被傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。其中葉片固定到輪轂且通過繩索或纜繩布置而受到支撐的風(fēng)力渦輪機(jī)也是已知的。在這種渦輪機(jī)中，輪轂同樣通過機(jī)軸且典型地經(jīng)由齒輪箱來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。因?yàn)樵诒３纸Y(jié)構(gòu)完整性的同時(shí)不能充分增加掃掠面積，因此這種類型的風(fēng)力渦輪機(jī)不適于進(jìn)行相對(duì)較高的發(fā)電。在GB 1511948A1, WO 97 / 13979A1, US 4330714A, US 4350895A, WO 86 /02701A1, W02007 / 135391A2, US2005 / 200134A1, US5118255A, US 2050129A, DE19606359A1以及US2008 / 124216A1中公開了風(fēng)力渦輪機(jī)的其它實(shí)例。本發(fā)明的最初方面可以由下面編號(hào)的款項(xiàng)來限定1. 一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括軸；多個(gè)葉片布置，每個(gè)葉片可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并具有一個(gè)葉片，其徑向外端不受到支撐；沿著軸軸向間隔開的至少第一和第二軸承布置；以及直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，其包括定子和轉(zhuǎn)子，定子可旋轉(zhuǎn)地固定到所述軸，而轉(zhuǎn)子具有連接到所述第一和第二軸承布置的輪輞，每一軸承布置將徑向力從轉(zhuǎn)子傳遞到所述軸，以及其中至少一個(gè)軸承布置將彎矩傳遞到軸，每一葉片布置在所述輪輞處或附近的位置，以便將葉片布置產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩直接傳遞到該位置，每個(gè)葉片布置具有橫跨發(fā)電機(jī)的第一和第二腿部。2.如第I項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中所述定子設(shè)置于第一和第二軸承布置之間。3.如第I項(xiàng)或第2項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片通過變槳軸承而連接到葉片布置的其余部分。4.如前述項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中輪輞分別通過若干對(duì)第三和第四腿部而連接到所述第一和第二軸承布置，其中每對(duì)第三和第四腿部設(shè)置在包含軸的軸線或平行于軸的軸線的平面內(nèi)。5.如前面項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置通過連桿而連接到上述位置，該連桿是撓性的和/或樞轉(zhuǎn)到葉片布置和/或所述位置。6.如前面項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中每個(gè)所述第一和第二軸承布置將彎矩傳遞到所述軸。7.如前面項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中第一和第二腿部分別連接到所述第一和
第二軸承布置。8. 一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括軸；渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其具有沿著軸軸向間隔開的至少兩個(gè)軸承布置，用于允許渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸繞軸線的旋轉(zhuǎn)；以及多個(gè)葉片布置，其布置成將作用于葉片布置上的所有力的平行于軸線作用的至少一些分力的合力傳遞到至少一個(gè)軸承布置；以及直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，其具有發(fā)電機(jī)定子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子至少部分地維持葉片布置的角度關(guān)系，且與葉片布置間隔開，每個(gè)葉片布置被布置成將來自葉片布置的基本上僅繞軸線作用的轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。9.如第8項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中葉片布置具有多個(gè)葉片，所述多個(gè)葉片在其徑向外端部不受到支撐。10.如第8項(xiàng)或第9項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置被布置成將至少一半的合力傳遞到至少一個(gè)軸承布置。11.如第10項(xiàng)中所限定的一種渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置被布置成將至少90%的合力傳遞到至少一個(gè)軸承布置。12.如第8項(xiàng)至第11項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中至少一個(gè)軸承布置被布置成將彎矩傳遞到所述軸。13.如第12項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中所述或每個(gè)軸承布置包括多個(gè)平面或滾動(dòng)元件軸承，其外圈剛性地連接到管道。14.如第8項(xiàng)至第13項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括一個(gè)多腿部的結(jié)構(gòu)，其徑向內(nèi)腿端被附接到第一和第二軸承構(gòu)件。15.如第8項(xiàng)至第14項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中葉片布置包括第一開放式框架結(jié)構(gòu)。16.如第15項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中第一開放式框架結(jié)構(gòu)包括第一空間框架。17.如第8項(xiàng)至第16項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過第二開放式框架結(jié)構(gòu)連接到所述至少一個(gè)軸承布置。18.如從屬于第16項(xiàng)的第17項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中第二開放式框架結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與第一開放式框架結(jié)構(gòu)是機(jī)械獨(dú)立的。19.如第17項(xiàng)或第18項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中第二開放式框架結(jié)構(gòu)包括至少
一個(gè)第二空間框架。20.如第8項(xiàng)至第19項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中從軸線到每一葉片布置的每一葉片的徑向最內(nèi)端部的徑向距離大于從軸線到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向距離。21.如第8項(xiàng)到第20項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中葉片布置繞軸線等角度間隔開。22.如第21項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中葉片安布置的所述葉片設(shè)置在垂直于所述軸線的第一平面內(nèi)，或設(shè)置于與所述軸線共軸的截頭圓錐形表面內(nèi)。23.如第21項(xiàng)或第22項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中所述葉片布置彼此間隔開。24.如第8項(xiàng)至第23項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置通過第一構(gòu)件被連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，以便將繞軸線的轉(zhuǎn)矩從葉片布置傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。25.如第24項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中所述第一構(gòu)件是彈性的，和/或鉸接到葉片安裝布置和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，從而減少或防止作用于葉片布置上的所有力的平行于軸線的分力傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。26.如第24項(xiàng)或第25項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中每個(gè)第一構(gòu)件被連接到一塊板，所述板設(shè)置于葉片和葉片布置的其余部分之間，且葉片附接到所述板。27.如第26項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片經(jīng)由變槳軸承而安裝到所述板。28.如第8項(xiàng)至第27項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置包括設(shè)置于包含軸線的第二平面內(nèi)的第二和第三構(gòu)件，第二和第三構(gòu)件具有第一端部和第二端部，所述第一端部連接到一起且連接到葉片，所述第二端部在平行于軸線間隔開的相應(yīng)位置處連接到所述至少一個(gè)軸承構(gòu)件。29.如第28項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中對(duì)于平行于所述軸線作用的所有分力而言每個(gè)葉片具有力中心，且第二和第三構(gòu)件沿著線延伸，所述線在力中心處或附近基本上彼此相交。30.如第28項(xiàng)或第29項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置的第二和第三構(gòu)件包括復(fù)合構(gòu)件的第一和第二部分。31.如第8項(xiàng)至第30項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中每一葉片布置包括第一和第二附接點(diǎn)以及第三附接點(diǎn)，所述第一和第二附接點(diǎn)附接到所述至少一個(gè)軸承布置，而第三附接點(diǎn)附接或連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。32.如第31項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中葉片布置在第三附接點(diǎn)處或附近具有彈性，用于減少或防止將作用于葉片布置上的所有力的平行于軸線的分力傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。33.如第8項(xiàng)至第32項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過設(shè)置于相應(yīng)第三平面內(nèi)的若干對(duì)第四和第五構(gòu)件而連接到軸承布置，第四和第五構(gòu)件具有第一端部和第二端部，所述第一端部連接到一起且連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述第二端部在平行于軸線間隔開的相應(yīng)位置處連接到所述軸承布置。
34.如第24項(xiàng)至第30項(xiàng)以及第32項(xiàng)至第33項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中每個(gè)構(gòu)件基本上是剛性的和/或被張緊。35.如第8項(xiàng)至第30項(xiàng)以及第32項(xiàng)至第34項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中每個(gè)構(gòu)件在其第一端部和第二端部之間基本上是直的，或具有基本上直的部分。36.如第8項(xiàng)至第35項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)定子固定到所述軸且設(shè)置于軸承布置之間。37.如第36項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，且當(dāng)?shù)?6項(xiàng)從屬于第28項(xiàng)至第30項(xiàng)以及第33項(xiàng)至第35項(xiàng)中任一時(shí)，其中第一和第二軸承布置分別連接到第二和第三構(gòu)件的所述第二端部，和/或分別連接到第四和第五構(gòu)件的所述第二端部。38.如第8項(xiàng)至第37項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子包括繞軸線成角度間隔開的多個(gè)永久磁鐵或線圈。39.如第38項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子包括第一和第二同軸環(huán)形磁軛，所述磁軛跨過適于發(fā)電機(jī)定子的磁性氣隙彼此面對(duì)。40.如第39項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，且當(dāng)?shù)?9項(xiàng)直接或間接地從屬于第34項(xiàng)時(shí)，其中第四和第五構(gòu)件的第一端部固定到所述第一和第二磁軛。41.如第39項(xiàng)或第40項(xiàng)所限定的渦輪機(jī)，其中所述第一和第二磁軛是鐵磁性的。42.如第39項(xiàng)至第41項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中永久磁鐵被固定到背襯板，所述背襯板可拆卸地附接到第一和第二磁軛的相對(duì)表面以便限定氣隙。43.如前述項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)是無鐵心的發(fā)電機(jī)。通過本發(fā)明的下述描述可限定本發(fā)明的另外方面。1. 一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其包括用于允許轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸繞軸線旋轉(zhuǎn)的至少一個(gè)軸承構(gòu)件，發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置和多個(gè)渦輪機(jī)葉片以及葉片安裝布置，所述葉片在其徑向外端部處不受到支撐，每個(gè)葉片安裝布置布置成將作用于相關(guān)聯(lián)葉片上的所有力的平行于軸線作用的分力基本上僅傳遞到所述至少一個(gè)軸承構(gòu)件以及將繞軸線作用于相關(guān)聯(lián)葉片上的轉(zhuǎn)矩基本上僅傳遞到發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置，發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置被連接到葉片但與所述葉片分隔開，葉片和葉片安裝布置使得葉片具有固定槳距。2.如第I項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中葉片被布置成失速調(diào)節(jié)。3.如第I項(xiàng)或第2項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)葉片安裝布置包括第一開放式框架結(jié)構(gòu)。4.如第3項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中第一開放式框架結(jié)構(gòu)包括第一空間框架。5.如前面項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子，其中發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通過第二開放式框架結(jié)構(gòu)而連接到所述至少一個(gè)軸承構(gòu)件。6.如從屬于第3項(xiàng)或第4項(xiàng)的第5項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中第二開放式框架結(jié)構(gòu)與第一開放式框架結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是機(jī)械獨(dú)立的。7.如第5項(xiàng)或第6項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中第二開放式框架結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)第二空間框架。8.如第5項(xiàng)至第7項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子，且當(dāng)?shù)?項(xiàng)至第7項(xiàng)從屬于第3項(xiàng)或第4項(xiàng)時(shí)，其中第二開放式框架結(jié)構(gòu)設(shè)置于第一開放式框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部。9.如前面項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子，其中從軸線到每個(gè)葉片徑向最內(nèi)端部的徑向距離大于從軸線到發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置的徑向距離。10.如前面項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子，其中渦輪機(jī)葉片和葉片安裝布置繞軸線等角度間隔開。11.如第10項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中所述渦輪機(jī)葉片設(shè)置于垂直于軸線的第一平面內(nèi)或設(shè)置于與軸線共軸的截頭圓錐形表面內(nèi)。12.如第10項(xiàng)或第11項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中葉片安裝布置彼此間隔開。13.如前述項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)葉片安裝布置通過第一構(gòu)件而連接到發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置上，基本上僅用于將繞軸線的轉(zhuǎn)矩從相關(guān)聯(lián)葉片傳遞到發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置。14.如第13項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中所述第一構(gòu)件是彈性的，和/或鉸接到葉片安裝布置和發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器布置，以便基本上防止將作用于葉片上的所有力的平行于軸線作用的分力傳遞到發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置。15.如前面項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)葉片安裝布置包括設(shè)置于包含軸線的第二平面內(nèi)的第二和第三構(gòu)件，第二和第三構(gòu)件具有第一端部和第二端部，所述第一端部連接到一起且連接到葉片，所述第二端部在平行于軸線間隔開的相應(yīng)位置處連接到所述至少一個(gè)軸承構(gòu)件。16.如第15項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中對(duì)于平行于所述軸線作用的所有分力而言每個(gè)葉片具有力中心，且第二和第三構(gòu)件沿著線延伸，所述線在力中心處或附近基本上彼此相交。17.如第15項(xiàng)或第16項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)葉片安裝布置的第二和第三構(gòu)件包括復(fù)合構(gòu)件的第一和第二部分。18.如前面項(xiàng)中任一所述的轉(zhuǎn)子，其中每一葉片安裝布置成形以便將風(fēng)轉(zhuǎn)變成繞軸線的轉(zhuǎn)矩。19.如前面項(xiàng)中任一所述的轉(zhuǎn)子，其中每一葉片安裝布置包括第一和第二附接點(diǎn)以及第三附接點(diǎn)，所述第一和第二附接點(diǎn)附接到所述至少一個(gè)軸承構(gòu)件，而第三附接點(diǎn)附接或連接到發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置。20.如第19項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中葉片安裝布置在第三附接點(diǎn)處或附近具有彈性，用于基本防止將作用于葉片上的所有力的平行于軸線作用的分力傳遞到發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置。21.如前面項(xiàng)中任一所述的轉(zhuǎn)子，其中發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置通過設(shè)置于包含軸線的相應(yīng)第三平面內(nèi)的若干對(duì)第四和第五構(gòu)件而連接到至少一個(gè)軸承構(gòu)件，第四和第五構(gòu)件具有第一端部和第二端部，所述第一端部連接到一起且連接到發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置，所述第二端部在平行于軸線間隔開的相應(yīng)位置處連接到至少一個(gè)所述軸承構(gòu)件。22.如第13項(xiàng)至第17項(xiàng)以及第20項(xiàng)至第21項(xiàng)任一所限定的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)構(gòu)件基本上是剛性的。23.如第I項(xiàng)至第17項(xiàng)以及第20項(xiàng)至第22項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)構(gòu)件在其第一端部和第二端部之間基本上是直的，或具有基本上直的部分。24.如前面項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子，其中所述至少一個(gè)軸承構(gòu)件包括第一和第二軸承構(gòu)件，其軸向間隔開以便容納發(fā)電機(jī)定子。
25.如第24項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中第一和第二軸承構(gòu)件形成推力軸承布置的一部分或與推力軸承布置配合以便確定或限制第一和第二軸承構(gòu)件的軸向分離。26.如第24項(xiàng)或第25項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，且當(dāng)?shù)?4項(xiàng)或第25項(xiàng)從屬于第15項(xiàng)至第17項(xiàng)和第21項(xiàng)至第23項(xiàng)中任一時(shí)，其中第一和第二軸承構(gòu)件分別連接到第二和第三構(gòu)件的所述第二端部，和/或分別連接到第四和第五構(gòu)件的所述第二端部。27.如前面項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子，其中所述發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置是環(huán)形的并與該軸線共軸。28.如前面項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子，其中發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置被固定到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子或形成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的至少一部分。29.如第28項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子包括繞軸線成角度間隔開的多個(gè)永久磁鐵或線圈。30.如第29項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子包括第一和第二同軸環(huán)形磁軛，所述磁軛跨過適于發(fā)電機(jī)定子的磁性氣隙彼此面對(duì)。31.如第30項(xiàng)中所限定的轉(zhuǎn)子，且當(dāng)?shù)?0項(xiàng)直接或間接地從屬于第17項(xiàng)時(shí)，其中第四和第五構(gòu)件的第一端部固定到所述第一和第二磁軛。32.如第30項(xiàng)或第31項(xiàng)所限定的轉(zhuǎn)子，其中第一和第二磁軛是鐵磁性的。33.如第30項(xiàng)至第32項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子，其中永久磁鐵被固定到背襯板，所述背襯板可拆卸地附接到第一和第二磁軛的相對(duì)表面以便限定氣隙。34. 一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其包括用于繞軸線旋轉(zhuǎn)的輪轂，以及至少一個(gè)渦輪機(jī)葉片和葉片安裝布置，其中對(duì)于平行于所述軸線作用的所有分力而言該葉片或每個(gè)葉片具有力中心，且該葉片安裝布置或每個(gè)葉片安裝布置包括將相關(guān)聯(lián)葉片連接到輪轂的第一和第二構(gòu)件，其在徑向內(nèi)端部處連接到輪轂，平行于軸線間隔開，且其沿線延伸，所述線大致在力中心處或附近基本上彼此相交，所述或每個(gè)葉片和葉片安裝布置使得所述或每個(gè)葉片具有固定槳距。35. 一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括如前面項(xiàng)中任一所限定的轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)。36.如從屬于第I項(xiàng)至第33項(xiàng)中任一的第35項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)布置成受到驅(qū)動(dòng)布置的驅(qū)動(dòng)或包括驅(qū)動(dòng)布置。37.如第35項(xiàng)或第36項(xiàng)中所限定的渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)是直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。38.如第35項(xiàng)至第37項(xiàng)任一所限定的渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)是無鐵心的發(fā)電機(jī)。39.如直接或間接從屬于第24項(xiàng)的第35項(xiàng)至第38項(xiàng)中任一所限定的渦輪機(jī)，其中該軸承構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地安裝在固定軸上，定子可旋轉(zhuǎn)地固定到所述固定軸上。因此，有可能提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，以及提供能夠產(chǎn)生相對(duì)大量電力的風(fēng)力渦輪機(jī)。這種布置可相對(duì)較輕，且可易于制造、運(yùn)輸和組裝。相較于制造成本和運(yùn)行成本，這種布置還可能夠提供相對(duì)低成本的能源，例如電能，其可在風(fēng)力渦輪機(jī)的整個(gè)使用壽命期間產(chǎn)生。將參照附圖通過舉例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，其中

圖1示出構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)；圖2是圖1所示風(fēng)力渦輪機(jī)一部分的截面圖；圖3示出構(gòu)成本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)；
圖4更詳細(xì)地示出圖3中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和定子；圖5示出構(gòu)成本發(fā)明另一實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)；圖6更詳細(xì)地示出圖5中所示風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子；圖7是圖2中所示風(fēng)力渦輪機(jī)一部分的細(xì)節(jié)截面圖；以及圖8示出包括本發(fā)明又一實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)。在整個(gè)附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的構(gòu)件。圖1和圖2中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)適合用作高電力發(fā)電機(jī)。例如，在典型的應(yīng)用中，這種風(fēng)力渦輪機(jī)可具有12兆瓦的額定輸出。當(dāng)陸地上或海上存在有利的風(fēng)力條件以及可接受存在一個(gè)或多個(gè)這種風(fēng)力渦輪機(jī)時(shí)，可在陸地上或海上使用該渦輪機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)包括一個(gè)支撐塔架1，其可通過適于陸上應(yīng)用的合適底坐(圖中未示出)而固定到地面上或者可設(shè)有適于海上應(yīng)用的浮力和/或固定布置。例如，塔和固定布置可以是在EP1509696和EP1944504中所公開的類型。主軸2固定到塔架I的頭部3，這樣該軸的軸線4保持大致水平。為了允許風(fēng)力渦輪機(jī)適應(yīng)不同的風(fēng)向，頭部3可安裝在塔架I的頂部，用于繞垂直軸線樞轉(zhuǎn)。該風(fēng)力渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在軸2上以便通過包括第一和第二軸承構(gòu)件6的主軸承5繞軸線4旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)子包括軸承構(gòu)件6 (構(gòu)成輪轂)，繞軸線4等角度布置的三個(gè)渦輪機(jī)葉片7，三個(gè)渦輪機(jī)葉片安裝布置8，和為環(huán)形發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子9的形式的發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置。發(fā)電機(jī)定子10固定到軸2上且在軸承構(gòu)件6之間。每個(gè)軸承構(gòu)件6是“剛性力矩”類型。特別地，軸承構(gòu)件6將葉片安裝布置8上的彎矩傳遞到軸2。因此，軸承構(gòu)件6是如此的使相對(duì)于定子10改變轉(zhuǎn)子9位置的彎矩傳遞到軸2，以抵制這種位移。軸承構(gòu)件6可以是任何合適的類型。例如，每個(gè)軸承構(gòu)件6可包括一個(gè)或多個(gè)軸承，其中每一個(gè)可以是滾動(dòng)元件軸承或滑動(dòng)軸承，并可提供角接觸。合適滾動(dòng)元件的實(shí)例包括球形元件、圓柱形元件和截頭圓錐形(錐形)元件。例如，外軸承座圈可剛性地連接到管或管道以形成輪轂。在一個(gè)具體的實(shí)例中，兩個(gè)滾動(dòng)元件軸承可以設(shè)置在管道的一端處或附近，以及一個(gè)滾動(dòng)元件軸承可以設(shè)置在管道的另一端處或附近。這些軸承可以設(shè)置在管道內(nèi)。雖然本文所述實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)具有三個(gè)渦輪機(jī)葉片和安裝布置或葉片布置，根據(jù)應(yīng)用也可以設(shè)置成任何適當(dāng)數(shù)量。例如通過環(huán)結(jié)構(gòu)(雖然可以使用互連電纜)，葉片7只在其徑向內(nèi)端部或部分處受到支撐，且在其徑向外端部處不受到支撐。每個(gè)安裝布置8包括一個(gè)可以由復(fù)合材料或由金屬形成的構(gòu)件。布置8類似于“A-框架”或空間框架，并包括形成第一和第二構(gòu)件的第一和第二部分11和12，其內(nèi)端部連接到軸承構(gòu)件6，以便平行于軸線4而被間隔開。內(nèi)端部可以剛性地固定到或樞轉(zhuǎn)地附接到軸承構(gòu)件。外端部連接到一起且連接到復(fù)合構(gòu)件8的外側(cè)部分，復(fù)合構(gòu)件8為葉片7提供樞轉(zhuǎn)安裝，這樣葉片7可繞其縱向軸線樞轉(zhuǎn)，從而允許控制葉片的變距程度或槳距。例如，葉片安裝布置的外端設(shè)有板，其基本垂直于葉片7的變槳軸線延伸。該板提供適于葉片的固定，葉片通過變槳軸承13連接到所述板以便葉片7的槳距變化。電動(dòng)機(jī)14將葉片7旋轉(zhuǎn)到所需槳距。由于其為復(fù)合構(gòu)件的一部分，構(gòu)件11和12的外端連接到適于葉片7的安裝件。因此，所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括多腿部結(jié)構(gòu)，其中徑向內(nèi)腿端附接到軸承構(gòu)件6。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子包括布置成類似于A-框架或空間框架的若干對(duì)第三和第四構(gòu)件15和
16。構(gòu)件15和16的徑向內(nèi)端連接到軸承構(gòu)件6，以便軸向間隔開，而構(gòu)件15和16的徑向外端部連接到為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子9形式的發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置。這樣發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子9連接到葉片7但與葉片7分隔開。作為一種備選方案，轉(zhuǎn)子可處于壓縮狀態(tài)，且可通過張緊的輻條而連接到輪轂上。包括轉(zhuǎn)子9和定子10的該發(fā)電機(jī)是無鐵心的、環(huán)形或環(huán)狀的直接驅(qū)動(dòng)類型。該轉(zhuǎn)子包括一對(duì)共軸的環(huán)形構(gòu)件17和18，其承載永久磁鐵并在其間限定磁性氣隙。磁鐵在環(huán)形構(gòu)件17和18上布置成面對(duì)的成對(duì)磁鐵，使得每對(duì)磁鐵具有彼此面對(duì)的相反磁極以及沿圓周或相對(duì)于軸線4成角度布置的交替磁極，。定子包括多個(gè)成角度分布的線圈19，其設(shè)置在構(gòu)件17和18之間的氣隙內(nèi)。線圈19不包含鐵磁芯，屬于“無鐵心”類型。例如，線圈被形成且可以具有足夠強(qiáng)度的材料(諸如環(huán)氧樹脂)進(jìn)行封裝，以保持線圈的結(jié)構(gòu)和形式。根據(jù)應(yīng)用的具體要求，對(duì)線圈的輸出進(jìn)行處理，以及經(jīng)由通過塔架I的導(dǎo)體供應(yīng)所產(chǎn)生的電力。所述定子可包括通過張緊輻條以壓縮狀態(tài)連接到軸的輪輞。這種類型的發(fā)電機(jī)是已知的，且將不再進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。同樣，用于處理這種發(fā)電機(jī)輸出的電路布置是已知的，且將不再進(jìn)行進(jìn)一步描述。這種發(fā)電機(jī)和布置的實(shí)例例如在之前提及的幾個(gè)出版物中有所公開。每個(gè)安裝布置8通過連接件20連接到轉(zhuǎn)子9。這樣轉(zhuǎn)子9由每個(gè)葉片7通過其安裝布置8和連接件20而受到驅(qū)動(dòng)，從而相對(duì)于定子10繞軸線4旋轉(zhuǎn)。這樣線圈19切割構(gòu)件17和18之間在氣隙內(nèi)的磁通，以產(chǎn)生電力。在使用中，葉片7被導(dǎo)引到風(fēng)向上且電機(jī)14使得葉片7圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)，從而提供所需的葉片槳距，葉片7設(shè)置于與繞軸2的旋轉(zhuǎn)軸線4垂直的公共平面內(nèi)，或設(shè)置于與軸線4同軸的截頭圓錐形表面內(nèi)。例如，可如此設(shè)置槳距，使得葉片7的外端速度約等于風(fēng)速的6倍以便使得從風(fēng)提取的能量達(dá)到最大理論效率。各種力作用于葉片7上，且這些力可分解為平行于軸線4作用在葉片7上的力、葉片和葉片安裝布置8的重量、以及繞軸線4作用于葉片7上的轉(zhuǎn)矩。安裝布置8是如此的以至于平行于軸線4的作用力的至少一些合力(或平行于該軸線的所有作用分力)，主要由每個(gè)復(fù)合構(gòu)件8的構(gòu)件11和12傳遞到軸承構(gòu)件6。每個(gè)葉片7具有適于平行于旋轉(zhuǎn)軸線4作用的所有分力33的力中心30。構(gòu)件11和12沿線31、32延伸，所述線在力中心30處或附近基本上彼此相交。因此，在圖2中水平方向上的任何運(yùn)動(dòng)傾向由軸承構(gòu)件6通過構(gòu)件11和12來抵制，并基本上不經(jīng)由連接件20傳遞到轉(zhuǎn)子9。優(yōu)選的，由安裝布置8將很大比例的合力(例如超過50%，甚至超過90% )傳遞到軸承構(gòu)件6，且因而不傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子9，因此降低趨于平行于軸線4偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子9的力，從而降低轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求，以允許相對(duì)較小的發(fā)電機(jī)磁隙。轉(zhuǎn)子9連接到安裝布置8且維持安裝布置的角度關(guān)系。具體的，轉(zhuǎn)子9抵抗由安裝布置8和葉片7的重量所產(chǎn)生的繞軸線4的轉(zhuǎn)矩，以保持其相對(duì)的角間距。不需要將安裝布置8連接到軸承構(gòu)件6以保持這些角度關(guān)系或者槳距的連接件，以及甚至可包括前面所提及的樞轉(zhuǎn)連接件。由葉片7產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩基本上僅經(jīng)由連接件20傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子9。具體的，基本上不經(jīng)由包括構(gòu)件11和12，軸承構(gòu)件6和構(gòu)件15和16的路徑將轉(zhuǎn)矩傳遞或傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子
9。將轉(zhuǎn)子9支撐在軸承構(gòu)件6上的構(gòu)件15和16帶有平行于軸線4的較少的負(fù)載或分力，且因此在存在這種減小負(fù)載的情況下僅需要確保轉(zhuǎn)子9在平行于軸線4的方向上的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。所有承重構(gòu)件作用成基本上拉伸或壓縮，從而類似于空間框架布置。因此類似于或用作空間框架的開放式框架結(jié)構(gòu)可用于形成用于安裝渦輪機(jī)葉片和驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子布置。因此，可以提供相對(duì)較輕的結(jié)構(gòu)，且在存在相對(duì)較高功率風(fēng)力渦輪機(jī)的操作期間所產(chǎn)生的力的情況下能夠很容易地保持結(jié)構(gòu)完整性。例如，這種結(jié)構(gòu)可用于提供一種相對(duì)較輕的12兆瓦或類似尺寸的發(fā)電機(jī)。由于由葉片7繞軸線4產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過連接件20而基本上完全連通到每個(gè)構(gòu)件8上，因此連接件20可以是樞轉(zhuǎn)類型的。同樣，為了傳遞或抵抗轉(zhuǎn)矩，不需要將構(gòu)件11和12連接到軸承構(gòu)件6的連接件21，因?yàn)閯傂缘幕旧现钡臉?gòu)件11和12基本上只沿其長度傳遞張力和壓縮力。在平行于軸線4的圖2所示平面內(nèi)作用于轉(zhuǎn)子9上的力減小，從而使環(huán)形永久磁鐵承載構(gòu)件17和18之間的氣隙可相對(duì)較小。在具有12兆瓦最大發(fā)電能力的風(fēng)力渦輪機(jī)的情況下，葉片7是典型的50米長以及轉(zhuǎn)子9的半徑通常是12m。開放式框架結(jié)構(gòu)通過形成或類似空間框架的相對(duì)較輕結(jié)構(gòu)提供足夠的結(jié)構(gòu)完整性。因此與已知類型的布置相比較而言，在形成風(fēng)力渦輪機(jī)的組件制造，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，和組件的組裝方面相對(duì)更容易和更便宜。因此，能夠提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其制造和組裝不太昂貴，且其在使用過程中需要相對(duì)較少的維修。因此這種風(fēng)力渦輪機(jī)在其整個(gè)使用周期內(nèi)提供產(chǎn)生能量與總成本的很好比率，并代表可持續(xù)的電能源，其根據(jù)制造成本和運(yùn)行成本是非常有效的。通過在轉(zhuǎn)子9上設(shè)置發(fā)電機(jī)的永久磁鐵以及在定子10上提供發(fā)電機(jī)的線圈19，所產(chǎn)生的電力可通過固定的電導(dǎo)體從風(fēng)力渦輪機(jī)提取，而不需要例如，滑環(huán)或其它相對(duì)移動(dòng)的電氣連接。然而，如果必要或所需，永久磁鐵可設(shè)置于定子10上以及線圈可設(shè)置于轉(zhuǎn)子9上，在這種情況下，某種形式的旋轉(zhuǎn)電連接，諸如滑環(huán)將通常是必要的，以便從風(fēng)力渦輪機(jī)提取所產(chǎn)生的電力。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子9形成風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的一部分。因此，其具有雙重目的，即安裝發(fā)電機(jī)的永久磁鐵(或線圈)以及形成用于傳遞由葉片7所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)的一部分。這代表有效的結(jié)構(gòu)布置，這有助于渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)組件相對(duì)較輕。圖3和圖4示出另一種類型的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其與圖1和圖2中所示的不同之處主要在于構(gòu)件11和12形成為棒或管(例如金屬)。此外，用于將轉(zhuǎn)矩從葉片7傳遞到轉(zhuǎn)子9的連接件20形成為棒或管，以便使得包括葉片安裝布置8的結(jié)構(gòu)更密切類似于空間框架。每個(gè)葉片具有安裝到主軸承21內(nèi)的內(nèi)側(cè)端，這樣平行于軸2的軸線4作用在葉片上的分力的至少一些合力通過構(gòu)件11和12 (構(gòu)件在適于平行于旋轉(zhuǎn)軸線作用的所有分力的葉片的力中心處或附近基本上彼此相交)傳遞到軸承構(gòu)件6，而繞軸線4作用于葉片7上的轉(zhuǎn)矩基本上僅由構(gòu)件20傳遞到轉(zhuǎn)子9，且轉(zhuǎn)子9保持安裝布置8的角度關(guān)系。葉片的最內(nèi)端部設(shè)置有一個(gè)軸或形成為一個(gè)軸，該軸穿過主軸承21到達(dá)另外的軸承22，軸承22被固定到這些構(gòu)件15和16的外端部(在圖3和圖4中不可見)，其位于包含相鄰構(gòu)件11和12的相同徑向平面內(nèi)。因此構(gòu)件15和16協(xié)助將平行于軸線4作用在葉片7上的力傳遞到軸承構(gòu)件6而不傳遞繞軸線4的任何實(shí)質(zhì)性轉(zhuǎn)矩。因此葉片7和轉(zhuǎn)子9通過類似于空間框架的空間框架或布置而連接在一起并連接到軸承構(gòu)件6。轉(zhuǎn)子9還具有用作相對(duì)于轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的目的，抵抗垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的葉片力，并支撐發(fā)電機(jī)的永久磁鐵(或線圈)。定子10被固定到軸2上且在軸承構(gòu)件6之間，其形成推力軸承的一部分或設(shè)有推力軸承，以便固定或限制軸承構(gòu)件6的軸向分離。圖5中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)的在圖6中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子類似于圖4中示出的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，但布置成制成被粘結(jié)在一起的復(fù)合材料的一部分。每個(gè)構(gòu)件11或12及其相鄰構(gòu)件15或16與主葉片軸承21和輔助葉片軸承22 —體地形成。整個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子可由粘結(jié)的復(fù)合元件形成，或者可包括一些非復(fù)合材料組件。因此，該轉(zhuǎn)子可被視為等效的復(fù)合空間框架。圖7示出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子結(jié)構(gòu)的一部分，其可用于任一實(shí)施例，但通過實(shí)例的方式，其涉及圖2中所示的轉(zhuǎn)子。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子9包括第一和第二環(huán)形磁軛23，其形成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的主要結(jié)構(gòu)部分。磁軛23也提供磁通路徑，因此必須具有用于此目的的足夠厚度以及適當(dāng)?shù)蔫F磁材料。磁軛23被固定到構(gòu)件15和16的徑向外端部。在本實(shí)施例中，永久磁鐵25被固定到轉(zhuǎn)子9。具體地，每個(gè)永久磁鐵25為扇形，并固定到鐵磁性安裝板24。安裝板24被可拆卸地固定到磁軛23上，例如通過螺栓26，以便允許磁鐵組裝到磁軛23以及從磁軛23拆卸下來。該定子10包括多個(gè)線圈19，例如，“插入”環(huán)氧樹脂中，以便抵抗發(fā)電機(jī)內(nèi)的作用力來保持線圈的形狀和結(jié)構(gòu)，而不需要芯或線圈架。線圈19設(shè)置于位于第一和第二磁軛23上的面對(duì)磁鐵25之間限定的磁性氣隙內(nèi)。在空氣間隙中的磁場基本上是均勻的，這樣發(fā)電機(jī)性能耐線圈19相對(duì)于磁鐵25的軸向位置。限定氣隙的每對(duì)相對(duì)的一對(duì)磁體具有相互面對(duì)的相反磁極。另外，在磁軛上的永久磁鐵的磁極在圓周方向上交替(或繞軸線4成角度)。從而每個(gè)線圈19產(chǎn)生交變電流，且線圈可根據(jù)任何合適的(例如已知的)技術(shù)互連，以提供所需的輸出功率。優(yōu)勢(shì)來自于在大致平坦磁鐵后面的磁通路徑具有一定的最小厚度，以便優(yōu)化發(fā)電機(jī)性能。該厚度的大部分由磁軛23提供，因此磁軛23相對(duì)強(qiáng)和且形成適于傳遞轉(zhuǎn)矩的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的一部分。使用用于安裝磁鐵25的單獨(dú)安裝板24對(duì)于制備和維護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子9而言是方便的，例如去除和更換損壞的磁鐵。將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子9劈成連續(xù)的環(huán)形磁軛23以及多個(gè)離散段允許在轉(zhuǎn)子的組裝過程中以小的組或部段安裝磁鐵，在安裝磁鐵之前可焊接和/或加工環(huán)形磁軛23，多個(gè)離散段為承載有磁鐵25的板24的形式。這在替換損壞的磁鐵或用于任何其它目的組裝或移除同樣是便利的。這種布置允許安裝板24和磁鐵25從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)以外徑向安裝，而不干擾線圈19的端部繞組，如圖7中所示，其往往比通過磁性氣隙的線圈部分更寬。線圈19與定子10形成為多個(gè)常規(guī)的扇形元件，其在組裝渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的過程中也徑向安裝。在安裝每個(gè)定子元件的同時(shí)，相鄰磁鐵25安裝于安裝板24上，以便容納發(fā)電機(jī)輪輞處的所有構(gòu)件。這允許由環(huán)形磁軛23形成的主發(fā)電機(jī)輪輞結(jié)構(gòu)為連續(xù)結(jié)構(gòu)。圖8示出一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其與圖1中所示的不同之處在于連接件20為連桿形式，而不是葉片安裝的延長尾部。此外，變槳軸承在徑向上更靠近軸2。另外，由任何合適類型的不同的連接件替換固定的連接件21。應(yīng)當(dāng)理解葉片7的槳距不必可調(diào)，且葉片7也不必分別由葉片安裝布置8形成。
在可變槳距布置中，風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片被總體或單獨(dú)控制，以便改變它們對(duì)表觀風(fēng)的角度，從而控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。雖然這種布置工作良好，它們需要使得葉片繞其縱軸或“槳距”軸而可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝。促動(dòng)器(例如電動(dòng)馬達(dá))需要用于改變?nèi)~片槳距而控制布置需要用于控制葉片槳距。這增加了這種風(fēng)力渦輪機(jī)的成本和復(fù)雜性，并可能增加維修的要求。風(fēng)力渦輪機(jī)可具有失速控制的速度控制布置。在失速控制或調(diào)節(jié)的情況下，葉片是不繞其槳距軸旋轉(zhuǎn)，而是固定到輪轂，其中葉片扭曲分布以便在接近最佳的流入速度旋轉(zhuǎn)速度比率下操作(端部速比)。在上述最佳的速度關(guān)系下，攻角減小，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩降低。在低于最佳的速度關(guān)系下，攻角增加，從而導(dǎo)致葉片失速，減少轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的升力，以及增加拖曳。通過從發(fā)電機(jī)或由機(jī)械或氣動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)提供反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，該調(diào)節(jié)機(jī)制的部分可取決于控制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的能力。因此，可以于必要時(shí)或可取時(shí)提供上述速度控制布置。失速控制方法的結(jié)果可能是與槳距控制的渦輪相比，更高的負(fù)載施加于轉(zhuǎn)子和渦輪機(jī)系統(tǒng)上。然而，該失速調(diào)節(jié)的系統(tǒng)簡單性和更高的系統(tǒng)可靠性使其在許多應(yīng)用中在經(jīng)濟(jì)上具有吸引力。在一些實(shí)施例中，葉片7可與葉片安裝布置8 —體地形成，例如，使用上述復(fù)合材料。另外，對(duì)于整個(gè)葉片轉(zhuǎn)子(包括所有的葉片7)而言，也可以一體地形成，例如，整個(gè)轉(zhuǎn)子由如上所述的復(fù)合元件形成。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括 軸； 葉片轉(zhuǎn)子，其包括多個(gè)葉片布置，每個(gè)葉片布置可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)； 沿著軸軸向間隔開的至少第一和第二軸承布置，所述葉片轉(zhuǎn)子連接到所述第一和第二軸承布置；以及 直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，其包括定子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，定子可旋轉(zhuǎn)地固定到所述軸，而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有輪輞； 其中第一和第二軸承布置的每一軸承布置將徑向力從葉片轉(zhuǎn)子傳遞到所述軸，以及第一和第二軸承布置的至少一個(gè)軸承布置將彎矩傳遞到軸； 每一葉片布置連接在發(fā)電機(jī)所述輪輞處或鄰近輪輞的位置，以便將葉片布置產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩直接傳遞到該位置； 以及其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位于葉片轉(zhuǎn)子內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置具有橫跨發(fā)電機(jī)的第一和第二腿部。
3.如任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)，其中葉片轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是單獨(dú)的轉(zhuǎn)子。
4.如權(quán)利要求1或2所述的渦輪機(jī)，其中葉片轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子形成單一的轉(zhuǎn)子。
5.如權(quán)利要求4所述的渦輪機(jī)，其中葉片轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一體形成。
6.如權(quán)利要求4所述的渦輪機(jī)，其中葉片轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子固定到一起。
7.如任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)，其中定子設(shè)置于第一和第二軸承布置之間。
8.如任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置包括一個(gè)葉片，其通過變槳軸承而連接到葉片安裝布置的其余部分。
9.如任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置是包括葉片的整體結(jié)構(gòu)。
10.如任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)，其中輪輞分別通過若干對(duì)第三和第四腿部而連接到第一和第二軸承布置，其中每對(duì)第三和第四腿部設(shè)置于包含或平行于軸的軸線的平面內(nèi)。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置通過連桿連接到位，連桿是撓性的和/或樞轉(zhuǎn)到葉片安裝布置和/或所述位置。
12.如任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)所述第一和第二軸承布置將彎矩傳遞到軸。
13.如任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)，其中第一和第二腿部分別連接到所述第一和第二軸承布置。
14.如任一前述權(quán)利要求所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置具有一個(gè)其徑向外端不受到支撐的葉片。
15.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括 軸； 葉片轉(zhuǎn)子，其包括多個(gè)葉片布置； 沿著軸而軸向間隔開的至少兩個(gè)軸承布置，用于允許葉片轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸繞軸線的旋轉(zhuǎn)，這樣葉片布置將作用于葉片布置上的所有力的平行于軸線作用的至少一些分力的合力傳遞到至少一個(gè)軸承布置；以及直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，其具有發(fā)電機(jī)定子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子至少部分地維持葉片安裝布置的角度關(guān)系，且與葉片布置間隔開； 每個(gè)葉片布置被布置成將來自葉片布置的基本上僅繞軸線作用的轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
16.如權(quán)利要求15所述的渦輪機(jī)，其中葉片布置具有多個(gè)葉片，所述多個(gè)葉片在其徑向外端部不受到支撐。
17.如權(quán)利要求15或16所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置被布置成將至少一半的合力傳遞到至少一個(gè)軸承布置。
18.如權(quán)利要求17所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置被布置成將至少90%的合力傳遞到至少一個(gè)軸承布置。
19.如權(quán)利要求15至18任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中至少一個(gè)軸承布置被布置成將彎矩傳遞到所述軸。
20.如權(quán)利要求19所述的渦輪機(jī)，其中所述或每個(gè)軸承布置包括多個(gè)平面或滾動(dòng)元件軸承，其外圈剛性地連接到管道。
21.如權(quán)利要求15至20中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中葉片轉(zhuǎn)子包括一個(gè)多腿部的結(jié)構(gòu)，其徑向內(nèi)腿端被附接到第一和第二軸承構(gòu)件。
22.如權(quán)利要求15至21中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中葉片布置包括第一開放式框架結(jié)構(gòu)。
23.如權(quán)利要求22所述的渦輪機(jī)，其中第一開放式框架結(jié)構(gòu)包括第一空間框架。
24.如權(quán)利要求15至23中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過第二開放式框架結(jié)構(gòu)連接到所述至少一個(gè)軸承布置。
25.如從屬于權(quán)利要求23的權(quán)利要求24中所述的渦輪機(jī)，其中第二開放式框架結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與第一開放式框架結(jié)構(gòu)是機(jī)械獨(dú)立的。
26.如權(quán)利要求24或25所述的渦輪機(jī)，其中第二開放式框架結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)第二空間框架。
27.如權(quán)利要求15至26中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中從軸線到每一葉片布置的每一葉片的徑向最內(nèi)端的徑向距離大于從軸線到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向距離。
28.如權(quán)利要求15至27中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中葉片布置繞軸線等角度間隔開。
29.如權(quán)利要求28所述的渦輪機(jī)，其中葉片布置的所述葉片設(shè)置在垂直于所述軸線的第一平面內(nèi)，或設(shè)置于與所述軸線共軸的截頭圓錐形表面內(nèi)。
30.如權(quán)利要求28或29所述的渦輪機(jī)，其中所述葉片布置彼此間隔開。
31.如權(quán)利要求15至30中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置通過第一構(gòu)件被連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，以便將繞軸線的轉(zhuǎn)矩從葉片布置傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
32.如權(quán)利要求31所述的渦輪機(jī)，其中所述第一構(gòu)件是彈性的，和/或鉸接到葉片安裝布置和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，從而減少或防止作用于葉片布置上的所有力的平行于軸線作用的分力傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
33.如權(quán)利要求31或32所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)第一構(gòu)件被連接到一塊板，所述板設(shè)置于葉片和葉片安裝布置的其余部分之間，且葉片附接到所述板。
34.如權(quán)利要求33所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片經(jīng)由變槳軸承而安裝到所述板。
35.如權(quán)利要求15至34任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置包括設(shè)置于包含軸線的第二平面內(nèi)的第二和第三構(gòu)件，第二和第三構(gòu)件具有第一端部和第二端部，所述第一端部連接到一起且連接到葉片，所述第二端部在平行于軸線間隔開的相應(yīng)位置處連接到所述至少一個(gè)軸承構(gòu)件。
36.如權(quán)利要求35所述的渦輪機(jī)，其中對(duì)于平行于所述軸線作用的所有分力而言每個(gè)葉片具有力中心，且第二和第三構(gòu)件沿著線延伸，所述線在力中心處或附近基本上彼此相交。
37.如權(quán)利要求35或36所述的渦輪機(jī)，其中每個(gè)葉片布置的第二和第三構(gòu)件包括復(fù)合構(gòu)件的第一和第二部分。
38.如權(quán)利要求15至37任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中每一葉片布置包括第一和第二附接點(diǎn)以及第三附接點(diǎn)，所述第一和第二附接點(diǎn)附接到所述至少一個(gè)軸承布置，而第三附接點(diǎn)附接或連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
39.如權(quán)利要求38所述的渦輪機(jī)，其中葉片布置在第三附接點(diǎn)處或附近具有彈性，用于減少或防止將作用于葉片布置上的所有力的平行于軸線作用的分力傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。
40.如權(quán)利要求15至39任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過設(shè)置于包含軸線的相應(yīng)第三平面內(nèi)的若干對(duì)第四和第五構(gòu)件而連接到軸承布置，第四和第五構(gòu)件具有第一端部和第二端部，所述第一端部連接到一起且連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述第二端部在平行于軸線間隔開的相應(yīng)位置處連接到所述軸承布置。
41.如權(quán)利要求15至40任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中葉片轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是單獨(dú)的轉(zhuǎn)子。
全文摘要
一種風(fēng)力渦輪機(jī)，包括軸(2)；若干葉片布置(8)，每個(gè)葉片布置(8)可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)且具有葉片(7)，所述葉片布置和葉片形成可繞軸旋轉(zhuǎn)的葉片轉(zhuǎn)子；沿著軸軸向間隔開的至少第一和第二軸承布置(6)，所述葉片轉(zhuǎn)子連接到所述第一和第二軸承布置；以及直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，包括定子(10)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(9)，定子(10)可旋轉(zhuǎn)地固定到所述軸，而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(9)具有輪輞；其中第一和第二軸承布置的每一軸承布置將徑向力從葉片轉(zhuǎn)子傳遞到所述軸，以及第一和第二軸承布置的至少一個(gè)軸承布置將彎矩傳遞到軸；每一葉片布置連接在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子輪輞處或附近，以便將葉片布置產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩直接傳遞到該位置；以及其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(9)位于葉片轉(zhuǎn)子內(nèi)。
文檔編號(hào)F03D11/00GK103069156SQ201180028166
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者E·博爾根, W·卡隆, M·韋斯特 申請(qǐng)人:斯威渦輪公司