CN103036337A

CN103036337A - 发电机

Info

Publication number: CN103036337A
Application number: CN2012103709542A
Authority: CN
Inventors: J.K.布思; U.埃里克森; J.B.尼尔森
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: US9407123B2; US20130241365A1; EP2578872A1; EP2578872B1; CN103036337B

Abstract

本发明涉及发电机（2），特别是用于风力涡轮机（1）的发电机，具有转子（8）和定子（9），其中转子（8）包括支撑所述转子（8）的至少一个盘状形状的转子端板（11、11a、11b），定子（9）包括支撑所述定子（9）的至少一个盘状形状的定子端板（14、14a、14b），其中，所述至少一个转子端板（11、11a、11b）和/或所述至少一个定子端板（14、14a、14b）相对于发电机（2）的中心轴线（A）至少部分地倾斜延伸。

Description

发电机

技术领域

本发明涉及发电机，特别是用于风力涡轮机的发电机，其具有转子和定子，其中所述转子包括支撑转子的至少一个盘状形状的转子端板，所述定子包括支撑所述定子的至少一个盘状形状的定子端板。

背景技术

例如在风力涡轮机中使用的发电机必须在操作过程中承受高机械载荷。特别是，大型发电机在操作期间不得不遇到极大的轴向和/或径向力，所述力对于发电机支撑结构来说是具有挑战性的，所述发电机支撑结构即：呈相应的转子端板和/或定子端板形式的相应的转子和/或定子的支撑结构。由此，一个具体的问题是维持恒定的转子和定子之间的气隙。

因此，该发电机的支撑结构，即特别是相应的基本上径向延伸的转子端板和/或定子端板，必须足够稳定，以便承受结构载荷或振动。特别是，必须避免将会从整体上导致发电机相当大损害的转子和定子的碰撞。

现代发电机，特别是大型发电机的支撑结构的已知方法在其机械稳定性方面是常常不能令人满意的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改进的机械稳定性的发电机。

这由最初描述的发电机创造性地实现，其中，所述至少一个转子端板和/或所述至少一个定子端板相对于发电机的中心轴线至少部分地倾斜延伸。

本发明的发电机具有至少部分倾斜、侧倾或锥形的转子端板和/或定子端板，导致相应的转子和/或定子支撑结构的改进的机械稳定性。特别地，相应的转子和/或定子支撑结构在发电机的水平延伸的中心轴线的方向上被提供有抵抗机械载荷的额外的机械稳定性。至于本发明的发电机作为风力涡轮机的一部分，质心可以更靠近风力涡轮机的塔构造定位，导致在整个风力涡轮机构造的静力学方面的改进。另外，支撑定子的定子轴的轴向尺寸也可以降低。

术语“倾斜”是指相应的转子端板和/或定子端板或者转子端板和/或定子端板的相应部段相对于发电机的中心轴线以一定角度延伸。优选地，相应的转子端板和/或定子端板在来自发电机的中心轴线的向外方向上倾斜离开转子和/或定子的轴向侧面。

相应的转子端板和/或定子端板或者转子端板和/或定子端板的相应部段的示例性倾斜角在来自相对于发电机的中心轴线垂直延伸的竖直轴线的逆时针或顺时针方向上处于1-70°，特别是15-65°的范围。当然，例外或偏离所提出的倾斜角是可能的。

至于本发明的发电机包括多于一个的转子端板和/或定子端板，相应的倾斜角可以相同或不同。这同样适用于如下情况：其中本发明的发电机包括至少一个至少部分倾斜的转子端板和至少一个至少部分倾斜的定子端板。

如果转子端板和/或定子端板相对于发电机的中心轴线仅部分地倾斜延伸，则相应的转子端板和/或定子端板包括相对于发电机的中心轴线垂直延伸的至少一个第一部段和相对于发电机的中心轴线倾斜延伸的至少一个第二部段。相应的转子端板和/或定子端板包括多于一个的相应第一部段和/或多于一个的相应第二部段是可能的。通常，第一部段之后是第二部段，反之亦然。

一般来说，本发明的相应的转子端板和/或定子端板的设计允许构建具有大的深度且同时保持支撑定子的定子轴（即相应的定子端板）在轴向方向比较短的发电机。以这样的方式，在定子线圈（定子绕组）和转子永磁体的区域中具有大轴向尺寸的相对低重量的发电机构造是可行的。

根据本发明的一个示例性实施例，所述定子包括设置在所述定子的每个轴向侧面的至少一个定子端板，从而相应的定子端板仅在所述定子的一个轴向侧面相对于发电机的中心轴线至少部分地倾斜延伸，或者相应的定子端板在所述定子的两个轴向侧面相对于发电机的中心轴线至少部分地倾斜延伸。因此，定子可以由至少两个相应的定子端板支撑，即，至少一个相应的定子端板被设置在所述定子的每个侧面。由此，相应的定子端板在所述定子的仅一个轴向侧面或两个轴向侧面相对于发电机的中心轴线至少部分地倾斜延伸。在后者的情况下，进一步减少定子轴的轴向尺寸是可能的。

类似地，如下所述是可能的：所述转子包括设置在转子的每个轴向侧面的至少一个转子端板，由此相应的转子端板仅在转子的一个轴向侧面相对于发电机的中心轴线至少部分地倾斜延伸，或者相应的转子端板在转子的两个轴向侧面相对于发电机的中心轴线至少部分地倾斜延伸。因此，转子可以由至少两个相应的转子端板支撑，即，至少一个相应的转子端板被设置在所述转子的每个侧面。由此，相应的转子端板在转子的仅一个轴向侧面或两个轴向侧面相对于发电机的中心轴线至少部分地倾斜延伸。

至于发电机作为风力涡轮机的一部分，支撑相应的转子端板的相应的轴承装置的轴向位置可朝向风力涡轮机的塔构造轴向移动，导致所提到的减少通常支撑相应轴承装置的静止部分的定子轴的轴向尺寸的可能性。

可以想到的是，所述转子包括相对于发电机的中心轴线至少部分地倾斜延伸的两个轴向相邻布置的转子端板，从而转子端板被设置在所述转子的一个轴向侧面。以这样的方式，转子在所述转子的一个公共侧面由两个相应的转子端板支撑。由此，转子支撑结构可进一步提供有改进的机械稳定性。当然，也有可能的是所述转子在转子的两个侧面设置有至少两个相应的转子端板。

类似地，可能的是，所述定子包括相对于发电机的中心轴线至少部分地倾斜延伸的两个轴向相邻布置的定子端板，从而定子端板被设置在所述定子的一个轴向侧面。这样，所述定子在所述定子的一个公共侧面由两个相应的定子端板支撑。由此，定子支撑结构还提供有改进的机械稳定性。当然，也有可能的是：所述定子在所述定子的两个侧面设置有至少两个相应的定子端板。

由此，相应转子端板的径向外端可会聚于所述转子的轴向侧面处的公共点。另外地或替代地，相应的定子端板的径向外端可会聚在所述定子的轴向侧面处的公共点。因此，分别设置在转子或定子的公共侧面的两个相应的转子端板和/或定子端板不平行地延伸，而是在径向向外方向会聚。也就是说，相应的转子端板和/或定子端板分别包括相对于发电机的竖直轴线或中心轴线不同的倾斜角。

至于布置在转子和/或定子的公共侧面的相应转子端板和/或定子端板平行地延伸或基本上平行地延伸，即不会聚于转子和/或定子的侧面处的公共点，相应的转子端板和/或定子端板的倾斜角优选地分别相对于发电机的竖直轴线或中心轴线相等。

进一步可能的是，如果至少一个转子端板和至少一个定子端板都相对于发电机的中心轴线至少部分地倾斜延伸，则相应的转子端板和定子端板被设置在发电机的相同或相对的轴向侧面。由此，优选的是相应的转子端板和定子端板分别被设置在发电机（即转子和定子）的相同的轴向侧面。相应的转子端板和定子端板的倾斜角可以是相同或不同的。

根据本发明发电机的进一步的实施例，至少一个定子端板包括至少一个孔。通常，术语“孔”是指开口、通孔或类似特征。以这样的方式，通往发??电机内部特别是通向转子和定子之间的轴向环形空间的可通达性是可能的，这可能对于发电机的相应部件（例如轴承装置等）的维护和/或维修工作是必要的。此外，相应的孔可作为通气孔，即允许在发电机内的气体冷却介质的循环。

此外，本发明涉及一种风力涡轮机，特别是直接驱动风力涡轮机，其包括如前面所描述的至少一个发电机。发电机被设置在风力涡轮机内，即例如风力涡轮机的相应机舱内，使得发电机的一个侧面被定向于风力涡轮机与转子毂的侧面相对应的驱动端，并且发电机的一个侧面被定向于风力涡轮机与所述风力涡轮机的塔构造的侧面相对应的非驱动端。

附图说明

在下文中，参考附图详细描述本发明，其中：

图1示出了风力涡轮机的原理局部视图；

图2示出了在根据示例性实施例的发电机的前侧的轴向视图；

图3示出了图2的发电机的透视图；

图4示出了在根据示例性实施例的发电机的后侧的轴向视图；

图5示出了图4的发电机的透视图；

图6示出了通过根据示例性实施例的发电机的部分剖切透视图；

图7示出了图6的发电机的纵向剖视图；以及

图8以放大图示出了图7的细节。

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机1的原理局部视图。风力涡轮机1可以适用于海上应用。风力涡轮机1是直接驱动风力涡轮机1，即风力涡轮机1的发电机2直接连接到转子毂3，该转子毂3具有与其附接的相应转子叶片4。因此，发电机2被设置在风力涡轮机构造的结构部件5和转子毂3之间。结构部件5可以是所谓的基架或类似物。因此，发电机2具有：朝向驱动端6定向的一个侧面，即风力涡轮机1的转子毂3的侧面；以及朝向风力涡轮机构造的非驱动端7定向的一个侧面，即风力涡轮机构造的结构部件5的侧面。

图2示出了根据示例性实施例的发电机2的前侧的轴向视图。发电机2的前侧是指发电机2的朝向风力涡轮机1的驱动端6定向的侧面（参见图1）。图3示出了图2的发电机2的透视图。

发电机2包括环状形状的转子8和环状形状的定子9。转子8包括相应的??转子永磁体10（例如参见图7、8），定子9包括相应的定子线圈17（例如参见图7、8）。气隙19在转子8和定子9之间延伸（例如参见图7、8）。

转子8包括盘状形状的转子端板11，所述转子端板11将转子8支撑在轴向延伸的定子轴12上并且相对于所述定子轴12支撑转子8。如从与图6相关联的图3具体看出的，前转子端板11a具体地相对于发电机2的中心轴线A（旋转轴线）倾斜地延伸。另外，提供毂接口13，该毂接口13用于建立风力涡轮机1的转子8和转子毂3的直接机械连接。

图4示出了在根据示例性实施例的发电机2的后侧的轴向视图。发电机2的后侧是指发电机2的朝向风力涡轮机1的非驱动端7定向的侧面（参见图1）。图5示出了图4的发电机2的透视图。

定子9包括相应的盘状形状的定子端板14，所述定子端板14将定子9支撑在定子轴12上。定子9还包括风力涡轮机构造接口15，所述风力涡轮机构造接口15提供定子9与风力涡轮机1的构造的机械连接。

定子端板14设有不同的孔16，允许维护和/或维修人员进入发电机2的内部。另外，相应的孔16起通气孔的作用，即允许气态冷却介质在发电机2内的循环。因此，提供安装在所述定子线圈17、定子端板14和定子轴12之间的相应风扇（未明确示出）。

图4、5还示出相应的转子永磁体10和定子线圈17（定子绕组）。定子9可以被分段成在组装时适于构建定子9的周向延伸的环段状形状的定子段（未明确示出）。由于转子8围绕定子9，因此发电机2具有外转子8-内定子9的构造。

图6示出通过根据示例性实施例的发电机2的部分剖开透视图。图7示出图6的发电机2的纵向剖视图。图8以放大图示出图7的细节。

关于转子8，两个轴向相邻布置的转子端板11a、11b相对于发电机2的中心轴线A倾斜延伸，从而转子端板11a、11b在来自发电机2的中心轴线A的向外方向上倾斜离开转子8的轴向侧面。两个转子端板11a、11b被设置在转子9的相同轴向侧面，即朝向风力涡轮机1的驱动端6定向的侧面。相应转子端板11a、11b的径向内端被设置在轴承装置18或安装到轴承装置18的相应基座环20的可旋转部分上，该轴承装置18轴向连接于定子轴12。

相应转子端板11a、11b的径向外端会聚在转子8面向风力涡轮机1的驱动端6的侧面处的公共点。因此，转子端板11a、11b由于分别相对于发电机2的中心轴线A或相应的竖直轴线不同的倾斜角α1、α2而不平行地延伸。

关于定子9，朝向风力涡轮机1的驱动端6定向的定子端板14a（前板）在来自发电机2的中心轴线A的向外方向上部分地倾斜离开定子9的轴向侧面。定子端板14a包括相对于发电机2的中心轴线A垂直延伸的第一部段以及分别相对于第一部段和发电机2的中心轴线A倾斜延伸的第二部段。如从图6、7、8可看出的，第一部段从定子轴12延伸，第二部段基本上在径向方向上跟随第一部段。

朝向风力涡轮机1的非驱动端7定向的定子端板14b不倾斜，但相对于发电机2的中心轴线A垂直延伸。定子端板14a的第二部段的倾斜角α3不同于转子端板11a、11b的相应的倾斜角α1、α2。

本发明的原理，即提供相对于发电机2的中心轴线A至少部分倾斜的相应的转子端板11、11a、11b和定子端板14a，允许具有大的深度且同时保持定子轴12在轴向方向比较短的发电机设计。本发明的原理允许在定子线圈17和转子永磁体10的区域中的轴向上大的发电机尺寸，同时保持发电机2的重量低。相应的至少部分锥形形状、倾斜延伸的转子端板11、11a、11b和定子端板14a的设置提供了抵抗在发电机2的中心轴线A的方向上引入的机械载荷的高稳定性。此外，质心可以更靠近风力涡轮机1的塔构造定位。

虽然已参照优选实施例详细描述了本发明，不过本发明并不限于所公开的实例，本领域技术人员能够在不脱离本发明的范围的情况下从所述实例获得其他的变型。

Claims

1.一种发电机（2），特别是用于风力涡轮机（1）的发电机，具有转子（8）和定子（9），其中转子（8）包括支撑所述转子（8）的至少一个盘状形状的转子端板（11、11a、11b），定子（9）包括支撑所述定子（9）的至少一个盘状形状的定子端板（14、14a、14b），其中，所述至少一个转子端板（11、11a、11b）和/或所述至少一个定子端板（14、14a、14b）相对于发电机（2）的中心轴线（A）至少部分地倾斜延伸。

2.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述定子（9）包括设置在所述定子的每个轴向侧面的至少一个定子端板（14、14a、14b），从而相应的定子端板（14、14a、14b）仅在所述定子（9）的一个轴向侧面相对于发电机（2）的中心轴线（A）至少部分地倾斜延伸，或者相应的定子端板（14、14a、14b）在所述定子（9）的两个轴向侧面相对于发电机（2）的中心轴线（A）至少部分地倾斜延伸。

3.根据权利要求1或2所述的发电机，其中，所述转子（8）包括设置在所述转子（8）的每个轴向侧面的至少一个转子端板（11、11a、11b），从而相应的转子端板（11、11a、11b）仅在所述转子（8）的一个轴向侧面相对于发电机（2）的中心轴线（A）至少部分地倾斜延伸，或者相应的转子端板（11、11a、11b）在所述转子（8）的两个轴向侧面相对于发电机（2）的中心轴线（A）至少部分地倾斜延伸。

4.根据前述权利要求中任一项所述的发电机，其中，所述转子（8）包括相对于发电机（2）的中心轴线（A）至少部分地倾斜延伸的两个轴向相邻布置的转子端板（11a、11b），从而所述转子端板（11a、11b）被设置在转子（8）的一个轴向侧面。

5.根据前述权利要求中任一项所述的发电机，其中，所述定子（9）包括相对于发电机（2）的中心轴线（A）至少部分地倾斜延伸的两个轴向相邻布置的定子端板，从而所述定子端板被设置在所述定子（9）的一个轴向侧面。

6.根据权利要求4或5所述的发电机，其中，相应的转子端板（11a、11b）的径向外端会聚在所述转子（9）的轴向侧面的公共点，和/或相应的定子端板的径向外端会聚在所述定子（8）的轴向侧面的公共点。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的发电机，其中，相应的转子端板（11a、11b）和/或定子端板的倾斜角（α1、α2）是相同的或不同的。

8.根据前述权利要求中任一项所述发电机，其中，如果所述至少一个转子端板（11、11a、11b）和所述至少一个定子端板（14、14a、14b）都相对于发电机（2）的中心轴线（A）至少部分地倾斜延伸，则相应的转子端板（11、11a、11b）和定子端板（14、14a、14b）被设置在发电机（2）的相同或相对的轴向侧面。

9.根据权利要求8所述的发电机，其中，相应的转子端板（11、11a、11b）和相应的定子端板（14、14a）的倾斜角（α1、α2、α3）是相同的或不同的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的发电机，其中，如果所述转子端板和/或所述定子端板（14a）相对于发电机（2）的中心轴线（A）部分地倾斜延伸，则相应的转子端板和/或定子端板（14、14a）包括相对于发电机（2）的中心轴线（A）垂直延伸的至少一个第一部段和相对于发电机（2）的中心轴线（A）倾斜延伸的至少一个第二部段。

11.根据前述权利要求中任一项所述的发电机，其中，相应的转子端板（11、11a、11b）和/或定子端板（14、14a、14b）在来自发电机（2）的中心轴线（A）的向外方向上倾斜离开所述转子（8）和/或定子（9）的轴向侧面。

12.根据前述权利要求中任一项所述的发电机，其中，转子端板（11、11a、11b）和/或定子端板（14a）的相应倾斜部段的倾斜角（α1、α2、α3）在来自竖直轴线的逆时针或顺时针方向上处于1-70°，特别是15-65°的范围内。

13.根据前述权利要求中任一项所述的发电机，其中，所述至少一个定子端板（14、14a、14b）包括至少一个孔（16）。

14.一种风力涡轮机（1），特别是直接驱动风力涡轮机，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的发电机（2），其中所述发电机（2）的一个侧面朝向风力涡轮机（1）的驱动端（6）定向，并且所述发电机（2）的一个侧面朝向风力涡轮机（1）的非驱动端（7）定向。