[發明專利]直接驅動風力渦輪機

在審

• 申請號: 202010129856.4
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111622901A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: R.庫馬爾德
• 申請（專利權）人: 西門子歌美颯可再生能源公司
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;H02K7/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張婧晨;劉茜

直接驅動風力渦輪機包括轂（11）、包括轉子（5）的發電機（4）和用于將轂（11）和轉子（4）可旋轉地聯接到支撐件（15）的單個主軸承(14)，其中，轂（11）直接附接在轉子（5）處，并且主軸承（14）的外環（17）附接在轉子（5）處，外環（17）徑向地定位在轂（11）的內部。

技術領域

本發明涉及一種直接驅動風力渦輪機，該直接驅動風力渦輪機包括轂、包括轉子的發電機、和用于將可旋轉的轉子和轂聯接到支撐件的單個主軸承。

背景技術

眾所周知，風力渦輪機將移動空氣的能量轉換為電能。空氣使風力渦輪機的轉子加速，轉子的旋轉被傳輸到生成電能的發電機。風力渦輪機的最新概念是所謂的直接驅動風力渦輪機。該類型的風力渦輪機允許將轉子的旋轉能量在沒有中間齒輪箱的情況下傳輸到發電機，因為風力渦輪機的轉子被直接連接到發電機的轉子。因此，這種類型的風力渦輪機具有非常短的傳動系，該傳動系包括從風力渦輪機的轉子通向發電機的轉子的機械連接部分的鏈（chain）。

該傳動系包括轂，流動的空氣作用在其上的渦輪機轉子葉片連接到該轂。傳動系還包括至少一個主軸承，而在特定類型的所謂的單個軸承直接驅動風力渦輪機中，提供僅一個主軸承。該主軸承包括外環和內環，該內環附接至風力渦輪機的靜止部分或支撐件，并且因此被連接到風力渦輪機的塔架。為傳動系的部分的外環被夾置在發電機的轂和轉子之間。這意味著，轂被附接在主軸承的外環的一側處，而轉子被附接在外環的另一側處。眾所周知，轉子包括相應磁體并且與定子相互作用，定子也是靜止的并且包括相應其他磁體。渦輪機的轉子的旋轉引起轂的旋轉，并且因此，由于經由外環連接到轉子，引起轉子的旋轉，轉子相對于靜止的定子旋轉。這種具有單個主軸承的直接驅動風力渦輪機的設置是眾所周知的。

在其中主軸承的外環被夾置在發電機的轂和轉子之間的這種風力渦輪機的當前設計中，轂和轉子都直接附接在外環處，來自轂的負載被直接傳輸到主軸承，并且經由主軸承傳輸到塔架。因此，負載的顯著一部分被分別直接置放在外環或主軸承上。為了對付該高負載，軸承的尺寸已經被增加，以便克服由于在操作時的顯著應力而引起的過早軸承失效的問題。軸承的大尺寸導致額外的成本，并且使得主軸承相對大并且重。

發明內容

本發明的目的是提供一種改進的直接驅動風力渦輪機。

該目的借助于如上文中描述的直接驅動風力渦輪機來達到，其特征在于，轂直接附接在轉子處，并且主軸承的外環附接在轉子處，該外環徑向地定位在轂內。

根據本發明，外環不再被夾置在轂和轉子之間。作為替代，轂直接附接在轉子處。沿徑向方向看，主軸承完全布置在轂內，并且外環具有比轂的內直徑更小的外直徑。因此與轂的附接位置相比較，有可能將外環在徑向更靠內的位置處附接在轉子處。

由于該新的布置，與現有技術中的布置相比較，從包括轉子和轂的轉子組件到主軸承的負載路徑被改變，因為轂被直接連接到發電機轉子。因此，轉子的剛度積極參與控制主軸承的位移，并且繼而降低軸承應力以及顯著地增加軸承壽命。

主軸承的布局不再需要過大，因為轉子也被集成在負載路徑中。另一優點在于，轂在到轉子的接口處的設計不再需要解決外環的設計，而是獨立于外環，外環不再連接到轂。

另外，轉子移動成更靠近塔架，因為轂直接附接至發電機的轉子，并且外環不再被夾置在其間。這降低了在渦輪機的順風側處的所有部件上的傾斜力矩，并且對于在負載路徑中的所有部件都具有可能的結構益處。

在優選實施例中，轉子包括轉子殼體，轉子殼體具有徑向朝內延伸的前板，轂和外環附接在前板處。通常，轉子包括具有前板的轉子殼體，環形殼體部分附接到該前板處，相應磁體在內表面處附接到環形殼體部分。優選地，轂和外環附接至前板，最優選地盡可能近地附接至內直徑，以便轂和外環的直徑相對小。