CN102820728A

CN102820728A - 用于风力涡轮机的发电机

Info

Publication number: CN102820728A
Application number: CN2012101879106A
Authority: CN
Inventors: S.塞默
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-12-12
Also published as: DE102012208863A1; EP2532892A1

Abstract

用于风力涡轮机（2）的发电机（1），包括定子（5）和转子（3），转子（3）通过至少一个发电机轴承（7）相对于定子（5）可转动地被支撑，其中，至少一个发电机轴承（7）被设置在定子（5）和转子（3）之间的径向间隙（8）内，发电机轴承（7）具有磁通量传导特性。

Description

用于风力涡轮机的发电机

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的发电机，其包括定子和转子，转子通过至少一个发电机轴承相对于定子可转动地被支撑。

背景技术

包括发电机的风力涡轮机特别是直驱型风力涡轮机的总体构造设计是众所周知的。因此，连接到可旋转支撑的转子轮毂，即风力涡轮机的驱动端的发电机的转子通常支撑于至少一个发电机轴承的外圈上。发电机的定子通常支撑于发电机轴承的内圈上，内圈被附连到风力涡轮机的非驱动端，即在风力涡轮机的非旋转组件上。

尤其是对于直驱型风力涡轮机而言，发电机轴承必须在机械上有刚度，以便维持在转子和定子之间延伸的气隙。因此，发电机轴承必须经受源自被附连到转子轮毂的转子叶片和/或源自转子和定子之间的磁交互作用的负荷，特别是弯曲负荷。保持气隙恒定通常是有问题的。

为了稳定发电机转子的支撑，已经提出了要提供另一种支撑性发电机轴承，其与基本不旋转的轴上（即风力涡轮机的非驱动端）的主发电机轴承轴向间隔开。因此，通常使用滑动轴承。此方法被认为构造复杂，费用高。

发明内容

因此，本发明的目的是要在机械稳定设计方面改进用于风力涡轮机的相应发电机。

这是通过上文提到的发电机实现的，其特征在于至少一个发电机轴承被设置在定子和转子之间的径向间隙内，发电机轴承具有磁通量传导特性。

本发明基于这样的思想，即：将至少一个发电机轴承直接设置在相应风力涡轮机的相应发电机的转子和定子之间。因此，环形空间，即在常规发电机设置中的转子和定子之间延伸的气隙被创造性地用于容纳相应的至少一个发电机轴承。以此方式，转子和定子之间相应的环形空间配置有至少一个发电机轴承。在风力涡轮机的驱动端和非驱动端设置有相应发电机轴承的常用发电机轴承设置被本发明的原理克服。

本发明的原理提供了具有机械稳定性的发电机和整个风力涡轮机，使轴承上的高负荷可基本上被降低。具体地，源于风力涡轮机的转子叶片的发电机轴承上的弯曲力矩可被显著降低。

因此，发电机轴承的机械稳定性主要由其轴向尺寸限定。根据本发明，与常规设置相比，发电机轴承的外表面可被显著增大，使相应负荷可分布在较大面积上，导致应力降低，因此带来发电机轴承的更高可靠性。

通常，优选的是，相应的发电机轴承沿转子和定子之间的气隙的整个轴向长度延伸。然而，在特定实施例中，轴承的轴向长度，即轴承圈的宽度可比在转子和定子之间延伸的轴向间隙的长度更小或更大。

而且，本发明的原理提供了一种维持转子和定子的恒定径向位置的简便方式，即在转子和定子之间的气隙方面，关于相应的径向距离的维持不再是问题。相比较而言，转子和定子之间的径向距离只由相应的（一个或多个）发电机轴承的内圈和外圈之间的径向距离来限定。

此外，由于本发明的原理提高了发电机的效率，因此转子和定子两者的轴向尺寸可被降低。因此，发电机的构造更为紧凑，这还带来材料和成本的降低。

要理解，相应的（一个或多个）发电机轴承由具有磁通传导特性的材料制成，或包括此类材料，使相应的（一个或多个）发电机轴承不会负面影响发电机的运行。

对于本发明的发电机有两种可能的设置，其中第一设置提供附连到定子轭的轴承的内圈和附连到转子轭的轴承的外圈。此设置涉及具有外转子-内定子构造的发电机。可替代地，可构思的是轴承的内圈附连到转子轭，轴承的外圈附连到定子轭。此设置涉及具有外定子-内转子构造的发电机。因此，本发明的原理可分别应用于相应的发电机或电机的通常可能的构造。

为了保持将相应的发电机轴承固定就位，优选的是轴承的外圈或内圈包括至少一个适于容纳转子的相应永磁体的至少一个凹槽。凹槽的尺寸基本适于相应的永磁体的尺寸。此实施例通常涉及轴承的形式闭合，即内圈或外圈的相应凹槽，和抑制相应轴承的任何轴向运动的转子的永磁体。

发电机轴承可以是滚子轴承或滑动轴承。因此，发电机轴承可包括相应的滚动元件，诸如球、圆柱体或例如在滚子轴承情况下的针。可替代地，轴承的相应外圈和内圈可以直接接触，因此如果需要，相应的润滑层可设置在轴承的外圈和内圈之间。通常，所有类型的轴承可用于本发明的原理。

有利的是，外圈和/或内圈和/或至少一个滚动元件和/或轴承的润滑物由磁性或可磁化材料构成。通过提高磁性特性，即轴承或轴承的相应组件的磁通量传导特性，由于发电机的效率如上所述可被提高，所以转子和定子即整个发电机的轴向尺寸可被降低。

除了轴承具有与转子和定子之间的径向间隙相同的轴向长度的情况之外，至少两个轴向相邻设置的轴承被设置在径向间隙中也是可行的，即多个相应的轴向对齐或邻接的发电机轴承可设置在径向间隙或转子和定子之间的环形空间中。因此，轴向间隙可以在至少两个轴承之间延伸，使在相应的轴承之间限定自由的环形空间，即转子和定子之间不被相应轴承占据的环形空间。以此方式，转子和定子之间的磁交互作用可被调节。

本发明进一步涉及一种风力涡轮机，具体是直驱型风力涡轮机，包括如之前描述的发电机。发电机包括转子和定子，转子连接到风力涡轮机的驱动端，而定子连接到风力涡轮机的非驱动端。转子通过至少一个发电机轴承相对于定子可转动地被支撑，此发电机轴承被设置在定子和转子之间的径向间隙中。

附图说明

下文将参照附图更加详细地描述本发明，附图中：

图1示出了根据本发明一个示例性实施例的用于风力涡轮机的发电机的原理性纵向剖视图；

图2示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力涡轮机的发电机的原理性局部横截面剖视图；

图3示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力涡轮机的发电机的原理性局部横截面剖视图；和

图4示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力涡轮机的发电机的原理性局部纵向剖视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一个示例性实施例的用于风力涡轮机2的发电机1的原理性剖视图。风力涡轮机2是直驱型风力涡轮机，即发电机1的转子3直接连接到支撑相应转子叶片（未示出）的转子轮毂4，即风力涡轮机2的驱动端。定子5支撑于风力涡轮机2的非旋转轴6或其它任何非旋转组件上。风力涡轮机的中心轴线标示为“A”。

转子3通过发电机轴承7相对于定子5可转动地被支撑，发电机轴承7直接设置在径向间隙8或转子3和定子5之间的环形空间中。发电机轴承7具有磁通量传导特性，使得总能确保发电机1的适当运行。如可观察到的，发电机轴承7具有与转子3和定子5之间的径向间隙8相同的轴向长度。

结果，在本发明的原理中，不会给出常规发电机转子和定子之间延伸的气隙。此外，风力涡轮机的驱动端上不需要相应发电机轴承，非驱动端上可能也不需要附加轴承。

本发明的原理可以降低发电机轴承7上的机械负荷，原因是发电机轴承7具有增加的外表面，使所施加负荷可分布在扩大的面积上，导致单位轴承表面面积上的应力降低，以及进一步带来更高的可靠性。

而且，转子3和定子5的径向位置是由发电机轴承7相应的外圈和内圈之间的径向距离清楚限定的，使得即使在高负荷情形下也能保证发电机2的适当运行。由于本发明的原理不允许相应改变转子3和定子5之间的径向距离，所以转子3和定子5之间的磁交互作用的偏差被抑制。

图2示出了根据本发明的另一示例性实施例用于风力涡轮机2的发电机1的原理性局部剖视图。其中，发电机轴承7被构造成滑动轴承，因此，发电机轴承7的外圈9被附连到转子轭10，进而包住转子3的永磁体11，即外圈9配置与永磁体11的形状对应的凹槽。因此，发电机轴承7的外圈9通过围绕转子3的永磁体11而保持就位。

发电机轴承7的内圈12被附连到定子轭13，即相应径向延伸的定子齿14。以已知方式，相应的定子绕组15被容纳于定子齿14之间。为了提高发电机轴承7的寿命，可在发电机轴承7的外圈9和内圈12之间提供润滑层16，以便抑制或至少降低摩擦和磨损效应。

发电机轴承7的所有相应的组件，即相应外圈9、内圈12以及润滑层16具有磁通量传导特性，即由磁性或可磁化材料，诸如例如铁磁合金或相应的铁磁颗粒构成，或包括此类物质。

图3示出了根据本发明又一示例性实施例的用于风力涡轮机2的发电机1的原理性局部剖视图。其中，发电机轴承7被构造成滚子轴承，即形状为球的多个滚动元件17被设置在发电机轴承7的外圈9和内圈12之间。滚动元件17由磁性或可磁化材料制成。发电机轴承7还配置具有磁通量传导特性的润滑层16。

在图1-3中所示的实施例只描绘了转子3和定子5之间的径向间隙8内的一个单一发电机轴承7。与其相比，图4的实施例示出了设置于发电机2的转子3和定子5之间的两个相应轴向相邻设置的发电机轴承7。其中，环形空间18在相应的发电机轴承7即左、右发电机轴承7之间延伸。以此方式，可能影响转子3的相应永磁体11和定子5，即永磁体11和定子绕组15之间的磁交互作用。当然，可以在转子3和定子5之间的径向间隙8内设置超过两个相应的发电机轴承7。

前述实施例示出了一种发电机设置，其具有的转子3的内圈12附连到转子轭10，而发电机轴承7的外圈9附连到定子轭13。因此，相应的实施例示出了具有外转子3-内定子5构造的发电机设置。然而，本发明的原理还适用于具有外定子5-内转子3构造的发电机2，即在此情况下，发电机轴承7的内圈12被附连到转子轭10，发电机轴承7的外圈12被附连到定子轭13。

Claims

1. 用于风力涡轮机（2）的发电机（1），包括定子（5）和转子（3），所述转子（3）通过至少一个发电机轴承（7）相对于所述定子（5）可转动地被支撑，其特征在于：所述至少一个发电机轴承（7）被设置在所述定子（5）与所述转子（3）之间的径向间隙（8）内，所述发电机轴承（7）具有磁通量传导特性。

2. 根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述发电机轴承（7）的内圈（12）被附连到定子轭（13），所述发电机轴承（7）的外圈（12）被附连到转子轭（10）；或者，所述发电机轴承（7）的外圈（9）被附连到定子轭（13），所述发电机轴承（7）的内圈（12）被附连到转子轭（10）。

3. 根据权利要求2所述的发电机，其特征在于：所述发电机轴承（7）的外圈（9）或内圈（12）包括适于容纳所述转子（3）的相应永磁体（10）的至少一个凹槽。

4. 根据前述权利要求之一所述的发电机，其特征在于：所述发电机轴承（7）是滚子轴承或滑动轴承。

5. 根据前述权利要求之一所述的发电机，其特征在于：所述轴承的外圈（9）和/或内圈（12）和/或至少一个滚动元件（17）和/或润滑物（16）由磁性或可磁化材料构成。

6. 根据前述权利要求之一所述的发电机，其特征在于：所述发电机轴承（7）具有与所述转子（3）和所述定子（5）之间的径向间隙（8）相同的轴向长度。

7. 根据权利要求1-5之一所述的发电机，其特征在于：至少两个轴向相邻设置的发电机轴承（7）被设置在所述径向间隙（8）内，其中在所述至少两个发电机轴承（7）之间延伸有一轴向间隙。

8. 风力涡轮机（2），特别是直驱型风力涡轮机，其包括前述权利要求之一所述的发电机（1）。