外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明描述了用于風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造；風(fēng)力渦輪機(jī)；以及用于在這樣的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造上執(zhí)行維護(hù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在諸如發(fā)電機(jī)的電力機(jī)器的“外部轉(zhuǎn)子”設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)子繞內(nèi)部定子自由旋轉(zhuǎn)。外部轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子外殼(例如在直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)中使用的通常由滾軋且焊接的鋼桶制成。機(jī)加工這樣的轉(zhuǎn)子外殼的復(fù)雜性和成本隨轉(zhuǎn)子大小而增加。必須建造定制機(jī)器以便能夠處理大型外部轉(zhuǎn)子，并且必須投入大量工作來(lái)確保重但相對(duì)薄壁的轉(zhuǎn)子在處理期間不扭曲。如果轉(zhuǎn)子外殼被制成整體式桶，則這樣的扭曲或扁化是非常難以避免的，具體是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子處于“水平”位置，即在其旋轉(zhuǎn)軸線處于水平對(duì)齊的情況下實(shí)施一些發(fā)電機(jī)組裝步驟。轉(zhuǎn)子的自身重量會(huì)導(dǎo)致其在結(jié)構(gòu)元件(例如前板)能夠在最后的組裝步驟中被固定之前在該位置扭曲。
[0003]與這樣的外部轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的另一問(wèn)題是難以通達(dá)并更換有缺陷的磁極或者極片。在已知設(shè)計(jì)中，可能必要的是拆卸發(fā)電機(jī)的整個(gè)背板或背盤(pán)以便能夠移除有缺陷的磁體。這樣的維護(hù)過(guò)程是漫長(zhǎng)的且昂貴的，并且發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)間會(huì)是顯著的。
[0004]這樣的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)會(huì)遇到的另一問(wèn)題是不均勻空氣間隙的問(wèn)題。這僅能例如通過(guò)調(diào)整多個(gè)定子節(jié)段之一的位置來(lái)在有限程度上解決。定子節(jié)段是圓筒形定子的一部分，例如十二分之一，并且通常承載被設(shè)置在定子齒之間且被安裝到載架結(jié)構(gòu)或底座框架的多個(gè)繞組。由于定子節(jié)段通常覆蓋多個(gè)磁極，例如是1:8或者更大的比例，所以會(huì)難以或不可能通過(guò)調(diào)整一個(gè)定子節(jié)段的位置來(lái)校正(與僅僅一個(gè)或兩個(gè)磁極相關(guān)的)局部空氣間隙不一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于發(fā)電機(jī)的改進(jìn)轉(zhuǎn)子構(gòu)造。
[0006]這個(gè)目標(biāo)是通過(guò)權(quán)利要求1的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造、權(quán)利要求12的風(fēng)力渦輪機(jī)以及權(quán)利要求14的在外部轉(zhuǎn)子上執(zhí)行維護(hù)過(guò)程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，用于風(fēng)力渦輪機(jī)的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造包括多個(gè)轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段，其中轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段被實(shí)現(xiàn)成保持多個(gè)磁極，并且其中每個(gè)轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段包括橫向連接接口，該橫向連接接口用于將該轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段沿著其縱向長(zhǎng)度可拆卸地連接到相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)在于，轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段被可拆卸地連接到其相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段，因此每當(dāng)必要時(shí)就可以移除轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段。在磁極或者磁極片故障的情況下，能夠在非常簡(jiǎn)便的過(guò)程中移除有缺陷的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段，使得能夠在其現(xiàn)場(chǎng)安裝替換的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段，或者能夠在將轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段再次連接到外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造之前更換有缺陷的磁極或極片。尤其在近海風(fēng)力渦輪機(jī)的情況下，這種便利地通達(dá)到有缺陷的部件是一種重要的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)的停機(jī)時(shí)間能夠保持最小，并且也能夠理想地減少維護(hù)成本。
[0009]因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造的每個(gè)轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段被實(shí)現(xiàn)成保持多個(gè)磁極，所以外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造具有桶的外觀，即基本直壁圓筒形形狀，并且可以在下文中被稱為〃轉(zhuǎn)子桶"。每個(gè)轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段可被看作是這種桶的板條，因?yàn)槊總€(gè)轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段具有對(duì)應(yīng)于外部轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度的兩條“長(zhǎng)”邊。這里且在下文中，術(shù)語(yǔ)〃轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段〃和〃轉(zhuǎn)子外殼區(qū)段〃可以被理解為具有相同含義并且可以被互換地使用。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，風(fēng)力渦輪機(jī)包括發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)包括內(nèi)部定子和根據(jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠以相對(duì)簡(jiǎn)便且不復(fù)雜的方式處理任意有缺陷的磁極或者磁極片或者其他的涉及轉(zhuǎn)子部件的缺陷，使得能夠快速修復(fù)缺陷。以此方式，例如由于有缺陷磁極或極片導(dǎo)致的風(fēng)力渦輪機(jī)的停機(jī)時(shí)間能夠保持為理想的最小值。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，在根據(jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造上執(zhí)行維護(hù)的方法包括步驟:將轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段從其相鄰轉(zhuǎn)子外殼區(qū)段拆除；將被拆除的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段提升出所述外部轉(zhuǎn)子以留下間隙；將替換的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段降低到所述間隙內(nèi)；以及將所述替換的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段固定到所述相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠在不需要拆卸發(fā)電機(jī)的大型部分的情況下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方法步驟。從外側(cè)通達(dá)到有缺陷的轉(zhuǎn)子部件，這不同于必需拆解制動(dòng)盤(pán)以便能夠通達(dá)有缺陷的磁極片的現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造。
[0014]由從屬權(quán)利要求給出本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例和特征，如下文描述所揭示的。不同權(quán)利要求類別的特征可以適當(dāng)組合以得到本文沒(méi)有描述的其他實(shí)施例。
[0015]在下文中，在不以任何方式約束本發(fā)明的情況下，可假定發(fā)電機(jī)是直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)，并且也可以假定外部轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)的領(lǐng)域并且承載永磁極，其中磁極能夠是單個(gè)磁體或者能夠包括一行磁極片。本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造能夠被用于承載永磁體領(lǐng)域的任意電動(dòng)機(jī)器設(shè)計(jì)，而不論電力機(jī)器是直接驅(qū)動(dòng)的還是包括齒輪箱。根據(jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造尤其良好地適合較大轉(zhuǎn)子，例如近海風(fēng)力渦輪機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的外部轉(zhuǎn)子。
[0016]為此，外部轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段優(yōu)選地包括用于保持一個(gè)或更多個(gè)磁極的極保持器件。例如，極保持器件可以包括T形槽，其被實(shí)現(xiàn)成容納磁極片的基板，使得能夠沿著槽推動(dòng)該極片直到其到達(dá)其指定位置。在3 MW直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)中，外部轉(zhuǎn)子可以包括100-140個(gè)這樣的磁極，每個(gè)具有4-6個(gè)極片。在故障情況下，根據(jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造允許通過(guò)首先提升出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)子外殼區(qū)段且之后將磁極片滑出槽并更換有缺陷的磁極片從而相對(duì)容易地移除磁極片。
[0017]頂蓋通常被用于保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)的各種零件。例如，頂蓋能夠被成形為配合在塔頂上從而封裝偏航機(jī)構(gòu)并保護(hù)其免受雨和灰塵的影響。在下文中，可以假定發(fā)電機(jī)被設(shè)置在轂和頂蓋之間，該頂蓋通常指的是保護(hù)其所封裝的部件免受環(huán)境影響的殼體或者外殼。頂蓋、諸如底座框架的支撐框架以及偏航機(jī)構(gòu)可以被總體地稱為“機(jī)艙”。諸如迷宮式密封件的密封件能夠被設(shè)置在發(fā)電機(jī)和頂蓋之間以允許轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且同時(shí)防止?jié)駳膺M(jìn)入頂蓋。
[0018]能夠以任意適當(dāng)方式實(shí)現(xiàn)橫向連接接口。不過(guò)，優(yōu)選地，橫向連接接口被實(shí)現(xiàn)成形成在第一轉(zhuǎn)子外殼區(qū)段和相鄰第二轉(zhuǎn)子外殼區(qū)段之間的匹配連接件。換言之，匹配連接件包括相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的互補(bǔ)成形的連接接口。優(yōu)選地，匹配連接件的互補(bǔ)連接接口部分被實(shí)現(xiàn)成在其整個(gè)長(zhǎng)度上匹配，例如當(dāng)橫向接口從轉(zhuǎn)子外殼的前面延伸到后面時(shí)在轉(zhuǎn)子外殼的長(zhǎng)度上匹配。優(yōu)選地，匹配接口具有不大于轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的最大厚度的厚度。
[0019]在兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段之間的匹配接口或連接件能夠以任意適當(dāng)方式被實(shí)現(xiàn)，例如使用燕尾接頭或其他合適的齒形接頭。不過(guò)，實(shí)現(xiàn)這樣的接頭會(huì)是相對(duì)昂貴的，因?yàn)檫@會(huì)需要對(duì)大量轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的精密機(jī)加工。因此，在本發(fā)明的具體優(yōu)選實(shí)施例中，橫向連接接口包括第一轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的外部凸緣和第二轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的互補(bǔ)內(nèi)部凸緣。優(yōu)選地，互補(bǔ)凸緣中的至少一個(gè)沿著基本上轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的整個(gè)長(zhǎng)度延伸，即凸緣沿著轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段在前端和后端之間的部分延伸。優(yōu)選地，兩種凸緣均沿著轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的長(zhǎng)度延伸。
[0020]包括這種互補(bǔ)凸緣的匹配接口能夠被適當(dāng)?shù)毓潭?。一?duì)凸緣能夠在沿橫向連接接口的長(zhǎng)度的多個(gè)點(diǎn)處被螺栓連接或以其他方式被連接。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，橫向連接接口包括多個(gè)緊固件，其被實(shí)現(xiàn)成將轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段固定到相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段。例如，在具有大約4 m直徑和1600 cm范圍內(nèi)的長(zhǎng)度(從轂端至后端)的外部轉(zhuǎn)子的情況下