[發明專利]用于風力渦輪機的發電機

在審

• 申請號: 201210187910.6
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN102820728A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: S.塞默
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02K5/16
• 分類號: H02K5/16;F03D9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰;楊楷

技術領域

本發明涉及用于風力渦輪機的發電機，其包括定子和轉子，轉子通過至少一個發電機軸承相對于定子可轉動地被支撐。

背景技術

包括發電機的風力渦輪機特別是直驅型風力渦輪機的總體構造設計是眾所周知的。因此，連接到可旋轉支撐的轉子輪轂，即風力渦輪機的驅動端的發電機的轉子通常支撐于至少一個發電機軸承的外圈上。發電機的定子通常支撐于發電機軸承的內圈上，內圈被附連到風力渦輪機的非驅動端，即在風力渦輪機的非旋轉組件上。

尤其是對于直驅型風力渦輪機而言，發電機軸承必須在機械上有剛度，以便維持在轉子和定子之間延伸的氣隙。因此，發電機軸承必須經受源自被附連到轉子輪轂的轉子葉片和/或源自轉子和定子之間的磁交互作用的負荷，特別是彎曲負荷。保持氣隙恒定通常是有問題的。

為了穩定發電機轉子的支撐，已經提出了要提供另一種支撐性發電機軸承，其與基本不旋轉的軸上（即風力渦輪機的非驅動端）的主發電機軸承軸向間隔開。因此，通常使用滑動軸承。此方法被認為構造復雜，費用高。

發明內容

因此，本發明的目的是要在機械穩定設計方面改進用于風力渦輪機的相應發電機。

這是通過上文提到的發電機實現的，其特征在于至少一個發電機軸承被設置在定子和轉子之間的徑向間隙內，發電機軸承具有磁通量傳導特性。

本發明基于這樣的思想，即：將至少一個發電機軸承直接設置在相應風力渦輪機的相應發電機的轉子和定子之間。因此，環形空間，即在常規發電機設置中的轉子和定子之間延伸的氣隙被創造性地用于容納相應的至少一個發電機軸承。以此方式，轉子和定子之間相應的環形空間配置有至少一個發電機軸承。在風力渦輪機的驅動端和非驅動端設置有相應發電機軸承的常用發電機軸承設置被本發明的原理克服。

本發明的原理提供了具有機械穩定性的發電機和整個風力渦輪機，使軸承上的高負荷可基本上被降低。具體地，源于風力渦輪機的轉子葉片的發電機軸承上的彎曲力矩可被顯著降低。

因此，發電機軸承的機械穩定性主要由其軸向尺寸限定。根據本發明，與常規設置相比，發電機軸承的外表面可被顯著增大，使相應負荷可分布在較大面積上，導致應力降低，因此帶來發電機軸承的更高可靠性。

通常，優選的是，相應的發電機軸承沿轉子和定子之間的氣隙的整個軸向長度延伸。然而，在特定實施例中，軸承的軸向長度，即軸承圈的寬度可比在轉子和定子之間延伸的軸向間隙的長度更小或更大。

而且，本發明的原理提供了一種維持轉子和定子的恒定徑向位置的簡便方式，即在轉子和定子之間的氣隙方面，關于相應的徑向距離的維持不再是問題。相比較而言，轉子和定子之間的徑向距離只由相應的（一個或多個）發電機軸承的內圈和外圈之間的徑向距離來限定。

此外，由于本發明的原理提高了發電機的效率，因此轉子和定子兩者的軸向尺寸可被降低。因此，發電機的構造更為緊湊，這還帶來材料和成本的降低。

要理解，相應的（一個或多個）發電機軸承由具有磁通傳導特性的材料制成，或包括此類材料，使相應的（一個或多個）發電機軸承不會負面影響發電機的運行。

對于本發明的發電機有兩種可能的設置，其中第一設置提供附連到定子軛的軸承的內圈和附連到轉子軛的軸承的外圈。此設置涉及具有外轉子-內定子構造的發電機。可替代地，可構思的是軸承的內圈附連到轉子軛，軸承的外圈附連到定子軛。此設置涉及具有外定子-內轉子構造的發電機。因此，本發明的原理可分別應用于相應的發電機或電機的通常可能的構造。

為了保持將相應的發電機軸承固定就位，優選的是軸承的外圈或內圈包括至少一個適于容納轉子的相應永磁體的至少一個凹槽。凹槽的尺寸基本適于相應的永磁體的尺寸。此實施例通常涉及軸承的形式閉合，即內圈或外圈的相應凹槽，和抑制相應軸承的任何軸向運動的轉子的永磁體。

發電機軸承可以是滾子軸承或滑動軸承。因此，發電機軸承可包括相應的滾動元件，諸如球、圓柱體或例如在滾子軸承情況下的針。可替代地，軸承的相應外圈和內圈可以直接接觸，因此如果需要，相應的潤滑層可設置在軸承的外圈和內圈之間。通常，所有類型的軸承可用于本發明的原理。

有利的是，外圈和/或內圈和/或至少一個滾動元件和/或軸承的潤滑物由磁性或可磁化材料構成。通過提高磁性特性，即軸承或軸承的相應組件的磁通量傳導特性，由于發電機的效率如上所述可被提高，所以轉子和定子即整個發電機的軸向尺寸可被降低。