[發明專利]用于由風輪機驅動的超導發電機的方法和設備

有效

• 申請號: 200810009969.X
• 申請日: 2008-02-15
• 公開（公告）號: CN101247070A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: E·T·拉斯卡里斯;K·西瓦蘇布拉馬尼亞姆
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02K55/00
• 分類號: H02K55/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 崔幼平;廖凌玲

技術領域

本發明涉及發電機，并特別涉及風輪機和超導發電機。

背景技術

由風輪機的葉片驅動的直接驅動發電機是高效的并且由于從渦輪葉片到發電機的扭矩傳輸使損失減少到最小。在風力渦輪機塔架上直接驅動的傳統發電機通常具有三(3)兆瓦(MW)或更少的功率。

傳統的直接驅動發電機典型地具有低轉矩密度，并且因為3MW以上額定功率的風力渦輪機塔架變得太重。具有3MW以上額定功率的重型發電機已經被用于帶有間接傳動裝置的風力渦輪機塔架中，所述間接傳動裝置通常包括變速箱和供緊湊的高速發電機用的軸。變速箱往往不可靠并且不適用于風力渦輪機塔架使用中的長使用期限。

存在長久的需求，用于風輪機的直接驅動的發電機能夠產生數兆瓦(MW)的電功率，例如，10MW。所需要的發電機應該非常可靠，并且具有適當尺寸和重量以考慮到經濟的運送和在風輪機塔架上的安裝。

發明內容

本發明提出一種發電機，該發電機包括：一個可連接的與風輪機的旋轉部件一起旋轉的環形電樞；一個與所述電樞同軸的并且通過一間隙與所述電樞分離開的不旋轉環形勵磁線圈，其中所述勵磁線圈包括超導體線圈磁鐵；以及一個用于所述勵磁線圈并可連接到風輪機的塔架的上部的不旋轉支承裝置。

本發明提供一種用于風輪機的發電機，該發電機包括：一個由風輪機直接驅動的并且與風輪機的旋轉部件一起旋轉的環形電樞；一個與所述電樞同軸的并且通過一間隙與所述電樞的內表面分離開的環形勵磁線圈，其中所述勵磁線圈包括超導體線圈磁鐵；以及至少一個安裝在比所述勵磁線圈更高的高度上的再冷凝器。

本發明提供一種用于產生電能的方法，所述方法包括：在發電機中的不旋轉的環形勵磁線圈中產生一磁場，其中所述勵磁線圈包括超導體線圈磁鐵并將所述發電機安裝在用于風輪機的塔架的上部分上；從所述風輪機上施加扭矩以轉動發電機的電樞，其中所述電樞與超導勵磁繞組同軸并且電磁耦合；通過電樞圍繞固定的磁場繞組的轉動在電樞中產生電流；將電流從旋轉電樞傳輸到功率變換裝置中；使用冷卻液將超導體線圈磁鐵冷卻到超導狀態，當所述冷卻液冷卻線圈時使其至少部分汽化，并且在發電機之上的再冷凝器中冷凝被汽化的冷卻液，其中被冷凝的冷卻液通過重力流到超導體線圈磁鐵。

附圖說明

圖1是具有直接驅動發電機的風輪機，該發電機帶有超導的電磁部件；

圖2是圖示直接驅動的發電機的橫截面的示意圖，該發電機具有一環形的旋轉電樞和一由該電樞圍繞的靜止的超導勵磁線圈(或勵磁繞組)；

圖3是圖示用于超導勵磁繞組的低溫恒溫器的橫截面的示意圖；

圖4是一殼環的透視圖，該殼環支承著超導勵磁繞組的線圈磁鐵；

圖5是發電機和用于風輪機的輪轂的后部和側面透視圖；以及

圖6是導流罩、發電機和用于風輪機的輪轂的部分剖視圖。

具體實施方式

超導交流電(AC)發電機已經發展到具有一個靜止(或固定)的磁場繞組和一個由風輪機或渦輪機(一起稱為“風輪機”)直接驅動的旋轉電樞。超導交流發電機可以安裝在風力渦輪機塔架的上部并且直接聯接到風輪機的旋轉部件上，例如葉片上。直接驅動的發電機有足夠輕的重量，以被安裝在傳統的風力渦輪機塔架的頂部并聯接到傳統的旋轉風輪機葉片上。

超導發電機提供了高轉矩密度，其允許發電機變輕，盡管增加的部件需要冷卻并且需要將超導體線圈從野外風場中隔離。靜止的磁場繞組包括一系列被冷卻到冷凝溫度的跑道狀超導體線圈。旋轉電樞和鐵軛(備選的)被直接連接到風輪機上并由風輪機轉動。一集電器在靜止的定子中將由旋轉電樞產生的三相電流傳輸到經過風輪機的框架向下延伸的導體上。

圖1是風輪機10的前視圖，該風輪機包括錨固在地面上的塔架12。一個超導發電機裝放在導流罩14的內部，該導流罩安裝在塔架的頂部。該導流罩可以圍繞塔架的軸轉動，以使渦輪葉片18相對于風向對準。葉片從輪轂20向外成放射狀伸展。葉片18一般面對著風并且借助于風的能量來轉動。發電機裝放在導流罩14的內部并且由輪轂20和葉片18直接驅動。葉片和輪轂的旋轉直接驅動發電機的電樞。