本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的風(fēng)力渦輪機。

背景技術(shù)：

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機包括塔架，在塔架的自由端處設(shè)置有容納發(fā)電機的機器艙。在機器艙上安裝有星形轉(zhuǎn)子，所述星形轉(zhuǎn)子在大多數(shù)情況下包括三個轉(zhuǎn)子葉片并且能夠圍繞水平的中心軸轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩是借助于轉(zhuǎn)子軸，通過齒輪而直接或間接地傳遞到發(fā)電機的。由于轉(zhuǎn)子葉片具有可達到85米的長度，所以巨大的機械力施加作用，使軸承和轉(zhuǎn)子軸達到其機械極限。為了獲得良好的效率，直驅(qū)式發(fā)電機的直徑必須與轉(zhuǎn)子的直徑相匹配。具有這種中心支撐概念的風(fēng)力渦輪機已達到其物理極限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于所描述的現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于對具有改進的輸出的通用風(fēng)力渦輪機進行改善。特別地，本發(fā)明的目的在于，針對目前常見尺寸的風(fēng)力渦輪機，使其機械應(yīng)力降低，從而使用于修理和維護的工作減少。

所述目的通過一種風(fēng)力渦輪機(wea)來實現(xiàn)，其中支撐結(jié)構(gòu)包括靜止環(huán)，轉(zhuǎn)子被可轉(zhuǎn)動地引導(dǎo)到該靜止環(huán)上，并且發(fā)電機的定子位于該該靜止環(huán)上。由于設(shè)置有靜止環(huán)，所以轉(zhuǎn)子的機械負(fù)載并非集中在中心轉(zhuǎn)軸上，而是能夠分散到靜止環(huán)的圓周上。因此，根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機的機械負(fù)載減小，從而導(dǎo)致對修理和維護的節(jié)省。此外，利用所提供的設(shè)計可以實現(xiàn)具有更長的轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機。這在利用現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計時是不可能實現(xiàn)的，因為現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計已經(jīng)達到了其機械負(fù)載能力的極限。將靜止環(huán)作為發(fā)電機的定子來使用，使得發(fā)電機能夠被直接地集成到現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子-靜止環(huán)系統(tǒng)中。由此，無需進行更加復(fù)雜的、將轉(zhuǎn)子運動傳遞到發(fā)電機的機械傳動。為此，優(yōu)選地，發(fā)電機被設(shè)置在靜止環(huán)和轉(zhuǎn)子之間。

已經(jīng)證明，當(dāng)轉(zhuǎn)子不與作為軸或轉(zhuǎn)軸之一的機械元件連接時是有利的。轉(zhuǎn)子因此也不與這些機械元件兩者連接。在本專利申請的范圍內(nèi)，術(shù)語“軸”理解為一種用于傳遞轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動運動和轉(zhuǎn)矩并且用于支承轉(zhuǎn)子的桿狀機械元件。轉(zhuǎn)軸應(yīng)當(dāng)理解為一種不傳遞轉(zhuǎn)矩的桿狀機械元件。由于轉(zhuǎn)子被引導(dǎo)在靜止環(huán)上，因此能夠省去桿狀的轉(zhuǎn)子軸或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)子的機械負(fù)載由此不會被集中地傳遞到軸或轉(zhuǎn)軸，而是能夠被分散到具有更大直徑的靜止環(huán)上。

在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施例中，轉(zhuǎn)子包括經(jīng)由多個滾子軸承或滾動元件支撐在靜止環(huán)上的轉(zhuǎn)子環(huán)。滾動元件能夠被設(shè)計為輪子或滾子。在風(fēng)力渦輪機的情況下難免會發(fā)生的高機械負(fù)載在根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機的情況下能夠分散到靜止環(huán)的圓周上。因此，負(fù)載不必僅由少數(shù)幾個滾子軸承來承擔(dān)，而是能夠被分散到許多較小的滾子軸承上。滾子軸承的滾動元件能夠是圓筒、滾子、滾筒、球體、錐體等。

在本發(fā)明的一個實施例中，轉(zhuǎn)子包括通過磁力以懸浮方式支撐在靜止環(huán)上的轉(zhuǎn)子環(huán)。尤其對于高機械負(fù)載而言，磁懸式支撐是有利的，因為這種支撐概念不會經(jīng)受機械磨損。由此，所增加的投資成本能夠被快速地分期清償。

本發(fā)明的特征尤其在于，發(fā)電機被集成到滾子軸承中，或者滾子軸承被機械地連接到發(fā)電機。因此，可以使用不只一個發(fā)電機來轉(zhuǎn)化電能，而是能夠?qū)⒃S多較小的發(fā)電機都連接到滾子軸承。這具有的優(yōu)勢在于，因為滾子軸承無論如何都存在，所以能夠非常容易地建立與轉(zhuǎn)子環(huán)的耦合。另一優(yōu)勢在于，分別根據(jù)風(fēng)況能夠容易地接通和斷開發(fā)電機。

已經(jīng)證明，當(dāng)將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動運動傳遞到滾子軸承的至少一個圓周軌道沿圓周方向被固定到轉(zhuǎn)子時是有利的。為此，轉(zhuǎn)子環(huán)無需具有滾動元件能夠在其上滾動的精密加工的工作表面。設(shè)計為圓形的該軌道能夠被容易地且成本效益高地制造，并且能夠被快速地集成到轉(zhuǎn)子環(huán)中。

在另一優(yōu)選實施例中，轉(zhuǎn)子的直徑與轉(zhuǎn)子葉片的長度的比值為1：2，優(yōu)選為1：1.5，特別優(yōu)選為1：1。盡管通過這些比例所得出的轉(zhuǎn)子環(huán)的直徑是相對較大的，但是用于對風(fēng)加以利用的表面僅比具有相同轉(zhuǎn)子直徑的常規(guī)風(fēng)力渦輪機小10％。大的轉(zhuǎn)子環(huán)能夠尤其好地承擔(dān)高機械負(fù)載。例如，對于同樣為50m的轉(zhuǎn)子葉片的長度而言，轉(zhuǎn)子環(huán)的優(yōu)選尺寸為50m。

出于具有大的轉(zhuǎn)子環(huán)的緣故，根據(jù)本發(fā)明的具有三個轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機沒有達到其機械極限，所以也能夠使用三個以上的轉(zhuǎn)子葉片，和/或增加轉(zhuǎn)子葉片的長度。因此可以想到，根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機能夠提供高達20兆瓦的功率。

有利地，滾子軸承的至少兩個圓周軌道位于靜止環(huán)上，以便能夠更好地分散由大的轉(zhuǎn)子所引起的機械負(fù)載。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，發(fā)電機的線圈位于靜止環(huán)中。因此，特別容易提取所產(chǎn)生的電流，并且能夠省去滑動集電器。

相反地，當(dāng)發(fā)電機的磁體位于轉(zhuǎn)子中時是有利的。特別是當(dāng)磁體是永磁體時，轉(zhuǎn)子無需與風(fēng)力渦輪機的靜止部分導(dǎo)線連接，從而使設(shè)計簡化。

當(dāng)由發(fā)電機產(chǎn)生的電能在靜止環(huán)處能夠被提取時是有利的。在不動部件處的電流的移除比在運動部件處更加容易，特別是當(dāng)運動部件、比如轉(zhuǎn)子環(huán)非常大時。

有利地，支撐結(jié)構(gòu)包括具有塔架和橫梁的t形立柱，其中靜止環(huán)被固定到橫梁的端部，由此，靜止環(huán)能夠被可靠地支撐在支撐結(jié)構(gòu)上，并且該支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)阻力仍然很小。

有利地，橫梁能夠圍繞塔架的縱軸轉(zhuǎn)動，使得風(fēng)力渦輪機能夠根據(jù)風(fēng)而轉(zhuǎn)動。

已經(jīng)證明，當(dāng)轉(zhuǎn)子環(huán)在靜止環(huán)外側(cè)被設(shè)置在該靜止環(huán)上時是有利的。轉(zhuǎn)子環(huán)可以被安裝到靜止環(huán)上，并且可以例如在對軸承進行維護操作期間被從靜止環(huán)拆掉。

附圖說明

其他優(yōu)勢和特征從參照示意圖對本發(fā)明的一個示例性實施例的如下描述得出，所述示意圖未按真實比例示出。

圖1示出風(fēng)力渦輪機的軸測總體圖；

圖2示出支撐結(jié)構(gòu)連同靜止環(huán)的軸測圖；

圖3示出在靜止環(huán)上轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子連同多個轉(zhuǎn)子葉片的軸測圖；以及

圖4以局部剖視圖示出風(fēng)力渦輪機，用于說明轉(zhuǎn)子軸承。

具體實施方式

圖1和圖4示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機的一個實施例，其總體上由附圖標(biāo)記11來表示。風(fēng)力渦輪機(wea)11包括轉(zhuǎn)子13，其被支撐以使得其能夠圍繞靜止環(huán)15轉(zhuǎn)動。靜止環(huán)15由t形立柱17來支撐或支持。

轉(zhuǎn)子13包括轉(zhuǎn)子環(huán)19和多個轉(zhuǎn)子葉片21。轉(zhuǎn)子環(huán)19優(yōu)選地具有基本上對應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片的長度的直徑。例如，轉(zhuǎn)子環(huán)19的直徑和轉(zhuǎn)子葉片的長度分別為50米。盡管相對于轉(zhuǎn)子葉片21的長度而言，轉(zhuǎn)子環(huán)具有相當(dāng)大的直徑，但是轉(zhuǎn)子環(huán)19的表面積僅為由轉(zhuǎn)子葉片21的自由端所限定的圓的面積的10％。因此，可利用的風(fēng)表面由于轉(zhuǎn)子環(huán)19而僅略微減少。與用于現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的長度相比，轉(zhuǎn)子葉片21的長度由此能夠減小大約1/3，而可利用的風(fēng)表面不會顯著地減小。因此，由于轉(zhuǎn)子葉片的材料成本較低，根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機11的材料成本能夠顯著降低。

轉(zhuǎn)子環(huán)19被可轉(zhuǎn)動地引導(dǎo)在靜止環(huán)15的外側(cè)。如圖4所示，支撐能夠由多個滾動元件23來承擔(dān)。滾動元件23能夠被可轉(zhuǎn)動地容納在靜止環(huán)15的外側(cè)上的凹部中，并且位于靜止環(huán)15上的兩個或更多個同軸軌道中。滾動元件23能夠直接地在轉(zhuǎn)子環(huán)19的內(nèi)側(cè)上的工作表面上滑動，或者間接地在導(dǎo)軌25上滑動。滾動元件23可以是輪子、滾子、滾筒、球體和其他可轉(zhuǎn)動的對稱體。導(dǎo)軌25被固定地連接到轉(zhuǎn)子環(huán)19，并且將轉(zhuǎn)子環(huán)19的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)移到滾動元件23上。由轉(zhuǎn)子葉片的重量所產(chǎn)生的高機械負(fù)載不會如傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機的情況那樣必須由中心支撐件來承擔(dān)，而是能夠分散到多個滾動元件23上。因此，用于風(fēng)力渦輪機11的維修成本能夠減少。還可以想到增加風(fēng)力渦輪機11的轉(zhuǎn)子葉片的長度，因為對于所述尺寸而言，滾動元件23的負(fù)載能力尚未達到其最大值。

還可以想到，通過使轉(zhuǎn)子環(huán)19保持懸浮在靜止環(huán)15上的磁力來將轉(zhuǎn)子環(huán)19支撐在靜止環(huán)15上。

將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的風(fēng)力渦輪機11的發(fā)電機優(yōu)選地位于轉(zhuǎn)子環(huán)19和靜止環(huán)15之間。因為對于發(fā)電機而言，只有磁場的相對于感應(yīng)線圈的運動是重要的，所以，當(dāng)發(fā)電機的定子位于無論如何都是靜止的靜止環(huán)15中是優(yōu)選的。有利地，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子位于轉(zhuǎn)子環(huán)19中。為了簡化對所產(chǎn)生的電流的提取，在靜止環(huán)15處進行對電流的提取是優(yōu)選的，盡管也可以在轉(zhuǎn)子環(huán)19處使用滑動元件來進行提取。對于簡化的電流提取而言，發(fā)電機磁體因此位于轉(zhuǎn)子環(huán)19中，并且感應(yīng)線圈位于靜止環(huán)15中。

也可以想到，將單個的發(fā)電機集成在滾動元件23中，或者將單個的發(fā)電機機械地連接到滾動元件23。根據(jù)風(fēng)力，單個的發(fā)電機能夠通過滾動元件23的轉(zhuǎn)動傳遞而被接通或斷開。

現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機通常包括三個轉(zhuǎn)子葉片。在根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機的情況下，由于其環(huán)形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子葉片能夠承受更高的機械負(fù)載，所以該數(shù)量能夠增加。

t形立柱包括塔架27和橫梁29。靜止環(huán)15位于橫梁29的端部。以這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)足夠穩(wěn)定的安裝，并且同時實現(xiàn)盡可能小的風(fēng)阻力。

由于設(shè)置有靜止環(huán)15和轉(zhuǎn)子環(huán)19，機械力能夠是分散的，并且不會像現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機的情況那樣作用于轉(zhuǎn)軸的中心點。機械力能夠分散在多個滾動元件上。

附圖標(biāo)記列表：

11風(fēng)力渦輪機

13轉(zhuǎn)子

15靜止環(huán)

17立柱，支撐結(jié)構(gòu)

19轉(zhuǎn)子環(huán)

21轉(zhuǎn)子葉片

23滾動元件，滾子軸承

25導(dǎo)軌

27塔架

29橫梁