[發明專利]風輪機和用于監測風力渦輪發電機的轉子和定子之間的間隙的長度的方法

有效

• 申請號: 200980156164.0
• 申請日: 2009-12-17
• 公開（公告）號: CN102308086A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: M·E·C·達蒙;H·盧伊梅斯
• 申請（專利權）人: 湘電達爾文有限責任公司
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D11/00;F03D7/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 林振波

技術領域

本發明涉及包括發電機的風輪機，該發電機具有發電機轉子和定子，在定子和發電機轉子之間有間隙，并且在間隙的相對的側部處有磁體和導電繞組。本發明還涉及監測間隙的長度的方法，特別是在風輪機運轉的過程中。

背景技術

通常，風力渦輪發電機包括具有兩個或三個葉片的轉動件，雖然風輪機也可具有一個葉片、四個葉片或更多葉片。轉動件通常被安裝至塔的頂部上的機艙內的軸。連接至可轉動的轂的葉片將機械風能轉變為驅動發電機的發電機轉子的機械轉動扭矩。發電機轉子可以通過變速箱連接至轉動件，或者連接可以是無傳動裝置的，如在所謂的直接驅動風輪機中。發電機將轉動機械能轉換為電能，該電能被輸入公共電網。

通常發電機包括發電機轉子和定子，兩者被圓筒形的氣隙隔開。在運轉過程中，由多個磁體產生的磁場經過氣隙部分。磁體可以例如是永磁體，安裝在轉子上的纏繞磁體，和/或者是在轉子鐵(rotor?iron)內感應產生的電流。經過氣隙的磁場的有效傳導至少部分地取決于氣隙的長度。在本文中，氣隙的長度是轉子表面和定子表面之間的徑向距離。

在運轉過程中，轉動件上的負載由風力通過葉片傳入。這些負載能夠以改變氣隙的長度或者使氣隙變得不均勻的方式使發電機轉子偏轉。如果徑向的氣隙的長度變得太小，轉子和定子元件就可以碰撞，導致對發電機嚴重損壞。

EP1870566?A1公開了帶有包含定子和轉子的發電機的風輪機。在定子和轉子之間的氣隙通過多個傳感器而被測量，并通過葉片傾角控制器而被調節。在風輪機運轉的過程中，在氣隙中產生強磁通量。這妨礙了對氣隙的長度進行準確且可靠的測量。而且，由于傳感器被設置在氣隙附近，所以傳感器不能容易地更換。

發明內容

本發明的目的是提供具有氣隙測量系統的風輪機，盡管有強磁通量，但該氣隙測量系統依然能夠在運轉的過程中準確地測量發電機氣隙的長度。

本發明的目的用包括發電機的風輪機實現，該發電機具有轉子和定子，在轉子的第一表面和定子之間有間隙，并且在間隙相對的側部處有磁體和導電繞組，其中風輪機包括一個或多個距離測量裝置，以便在離間隙一定徑向距離處、不具有磁體和繞組的位置測量轉子第二表面和發電機固定部分之間的距離(L′)。這樣，間隙長度就能夠在有效地降低由磁體磁場產生的干擾的位置處被準確地測量。

優選地，將距離測量裝置設置在由磁體產生的磁場的范圍外，以便測量轉子的第二旋轉表面和發電機的固定部分之間的距離，而不受到由在間隙之上的磁體所產生的磁場的有效干擾。在距離測量裝置的位置處，磁場的強度太小以至于不能將測量的準確性降低到不能接受水平。

在一個實施例中，發電機轉子包括面對定子的第一表面的外表面和面對定子的第二表面的內表面，從而形成了在運轉過程中產生的磁場的范圍外的第二間隙。這樣，定子包圍轉子。在這種情況下，轉子的內表面可以包括沿第二定子表面方向延伸的凸緣。這樣，能夠在離第一氣隙中產生的磁場的安全距離處形成第二間隙。

在一個替代的實施例中，定子包括面對發電機轉子的第一表面的外表面，和面對發電機轉子的第二表面的內表面，從而在運轉期間所產生的磁場的范圍外形成第二間隙。在這個實施例中，定子被發電機轉子包圍。

為了獲得更加可靠的在氣隙的整個外周之上的間隙的長度測量值，可以例如在兩個、三個或者更多的位置(可以是在圓周上等距的)測量氣隙的長度。如果使用兩個距離測量裝置，它們可設置成沿兩個互相垂直的維度測量距離。

第二氣隙可以具有與在定子和發電機轉子之間的第一氣隙相同量級的長度，或者如果需要的話，它可以更小或更寬。

距離測量裝置可以例如是非接觸傳感器，如感應接近傳感器、電容接近傳感器、或光學距離傳感器。也可以將三種類型的傳感器結合來使用。

風輪機可以還包括氣隙調整組件，氣隙調整組件設置成響應來自距離測量裝置的信號來調節氣隙的長度。氣隙調整組件可以例如包括用于調節一個或多個葉片的螺旋角的傾角驅動裝置。這樣，在葉片上的負載可以被減少或增大，而且能夠獲得更均衡的負載分布狀態，從而產生更均勻的氣隙的長度。葉片例如可以是單獨傾斜或是同步傾斜。

這種氣隙控制系統有助于實現高效率的和有效的機械負載轉移方案。該空氣控制系統還提高了發電機的效率和可靠性，而且能夠有效地降低風輪機的維護、維修和停機成本。

附圖說明

現僅通過實例，參考附圖，描述本發明的實施例，其中：

圖1：示出根據本發明的風輪機的剖面圖；

圖2：以剖面圖的方式示出在圖1中的風輪機的發電機的上半部分。