[發明專利]定子布置、發電機及風力渦輪機

有效

• 申請號: 200910173514.6
• 申請日: 2009-09-15
• 公開（公告）號: CN101677195A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: H·斯蒂斯達爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02K1/12
• 分類號: H02K1/12;H02K15/02;F03D9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 范曉斌;曹 若

技術領域

本發明涉及電機的定子布置，尤其是風力渦輪機的發電機的定子布 置。本發明還涉及發電機(例如，風力渦輪機的包括這樣的定子布置的直 驅式發電機)，以及包括這樣的發電機的風力渦輪機。

背景技術

每個風力渦輪機都包括發電機，例如，具有用于產生電能的發電機定 子和發電機轉子的大型直驅式發電機。

為了獲得相對高的發電機效率，尤其是風力渦輪機的發電機效率，發 電機的轉子元件(例如，永磁體)與定子元件(例如，具有繞組的疊層堆) 之間的徑向氣隙應相對較小，甚至對于可能具有幾米直徑的大型發電機 (如直驅式或直接驅動型發電機)來說，該氣隙通常在僅僅幾個毫米的范 圍內。

為了避免對轉子元件和定子元件的機械損傷，因此，在發電機的運行 期間，確保彼此相對布置的轉子元件的外表面和定子元件的外表面不會彼 此直接接觸是必要的。因此，必須保證該小氣隙處于狹窄公差內的標稱值， 其中由于效率原因該小氣隙必須是相對較小高度的。

在現代風力渦輪機中，直驅式發電機可具有幾米的直徑。將這種尺寸 的發電機的轉子元件與定子元件之間的氣隙維持在幾毫米的范圍內，這需 要相當堅固，并因此巨大且笨重的支撐結構，特別是定子布置的支撐結構。

采用傳統的內轉子的機器在外部具有定子支撐結構，因此，這導致了 大型且笨重的發電機。

如果發電機定子包括一系列獨立的定子段，是有益的。在制造定子的 時候，如果作為多個段來制造，那么該有效元件是非常容易掌控的，并且 被分段的定子具有這樣的優點：在有故障的情形中，可以用替換整個定子 所需要的成本和精力的一小部份來替換各自受影響的定子段。

另一方面，定子的分段具有缺乏用以維持圓柱度的剛度的缺點。對于 沒有被分段的定子來說，定子的整個疊層堆的環剛度效果提供了有助于維 持圓柱度的基本剛度。對于分段式發電機來說，疊層堆并不提供有助于維 持定子圓柱度的任何剛度。因此，對于分段的定子來說，主要還是需要更 加精心制作的支撐結構以確保形狀和尺寸公差，特別是關于定子和轉子之 間的氣隙。

定子支撐結構的剛度是該結構的局部橫截面(材料體積和厚度，以及 總的截面高度)的函數。例如，可用200mm的T字梁焊接到外部定子的 疊層的外部來獲得大型電機的傳統定子支撐結構的必要剛度，并且由外殼 補充，這導致支撐結構橫截面的總厚度為300mm。假如氣隙半徑是2000 mm，且疊層堆具有200mm的徑向高度，那么該發電機的凈半徑是2200 mm。但是，當加上支撐結構的300mm時，該半徑增加到了2500mm。 這可能會在總的運輸成本上引起很大的差別，并導致明顯的額外重量。

發明內容

因此，本發明的目標是，提供一種分段的定子布置，一種發電機以及 一種風力渦輪機，正如一開始所提及的那樣，用這樣的方式使得氣隙距離 相對于形狀和尺寸公差(特別是圓柱度、圓度以及直徑)能夠非常精確， 而無需過大的支撐結構。

通過具有根據權利要求1所述的特征的定子布置、具有根據權利要求 11所述的特征的發電機、和具有根據權利要求12所述的特征的風力渦輪 機，創造性地實現了本發明的目標。

在從屬權利要求中可以發現有益的實施例。

該電機的創造性的定子布置包括多個定子段，該多個定子段形成電機 的環繞徑向居中的軸的圓柱形定子，其中，可旋轉地安裝的轉子布置徑向 地包圍該定子布置，該定子段徑向地安裝在支撐結構的外表面上，該支撐 結構經由剛性連接件固定到軸。

定子的支撐結構可包括布置與該軸同心的一個或多個支撐構件。

由于可以將該內部定子的段一個接一個地在徑向方向上組裝，所以能 很容易地將它們組裝到定子支撐結構上，因此根據本發明的定子布置是特 別有益的。對于經典的內轉子機器(在該機器中轉子是在定子內旋轉的) 來說，由于段的楔形形狀的緣故，這是不可能的。對于這種經典的內轉子 機器，這些段要么必須是完全獨立的單元，每個單元都具有完整的支撐結 構，并且僅在端部處(位于繞組頭部的外部)被支撐，要么，這些段必須 沿軸向方向組裝，由于所需要的小公差，所以這種組裝是很難的，至少對 于最后的段是如此。