专利名称：风力涡轮发电机的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及风力涡轮发电机。本发明的实施方案特别地涉及这样的风力涡轮发电机，其中转子和定子被稳定来维持和控制在转子和定子之间的空气隙。
背景技术：
风力涡轮机是典型地大直径、高扭矩低速电气机械，并且包括具有转子和定子的风力涡轮发电机。在风力涡轮发电机的转子和定子之间的空气隙与转子的直径相比是特别地小的。例如，转子可能具有几米或更大的量级的直径，然而转子和定子之间的空气隙可能仅仅是几毫米。涡轮叶片典型地被安装在风力涡轮机的涡轮轴上，并且由于由阵风造成的瞬间载荷，会出现涡轮轴的偏斜。这些偏斜可以被传递给转子，并且如果转子和定子的运动不被调节，转子和定子之间的空气隙会受到负面的影响。这会由于损害通过空气隙的磁通量通道而降低风力涡轮发电机的效率。由于空气隙的小尺寸，如果存在显著的转子偏斜，转子和定子之间会出现接触。因此，通常需要大量的结构加强来维持空气隙，并且这增加风力涡轮发电机的结构复杂性、质量和成本。因此，存在对这样的风力涡轮发电机的需求，其中转子和定子可以被稳定来提供空气隙的控制，并且该风力涡轮发电机与已知的风力涡轮发电机相比在结构上较为不复杂。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种风力涡轮发电机，所述风力涡轮发电机具有驱动端和非驱动端，一个或更多个涡轮叶片是可安装在所述驱动端的，所述风力涡轮发电机包括:第一基本上圆柱形的空心本体，所述第一基本上圆柱形的空心本体具有径向内表面；第二基本上圆柱形的空心本体，所述第二基本上圆柱形的空心本体位于所述第一基本上圆柱形的空心本体之内并且具有径向外表面；所述第一基本上圆柱形的空心本体和所述第二基本上圆柱形的空心本体中的一个是转子；所述第一基本上圆柱形的空心本体和所述第二基本上圆柱形的空心本体中的另一个是定子，空气隙在所述转子和所述定子之间被界定；在所述驱动端的主轴承装置，所述主轴承装置在所述转子和所述定子之间起作用，以安装用来相对于所述定子旋转的所述转子；在所述非驱动端的稳定轴承，所述稳定轴承在所述转子和所述定子之间起作用，以稳定所述转子和所述定子并且维持在所述转子和所述定子之间的所述空气隙。主径向和轴向载荷，即偏向(yaw)、俯仰(pitch)和推力(thrust)载荷,是由在风力涡轮发电机的驱动端的主轴承装置来承载的，并且通过主轴承装置被传递到定子。结果，稳定轴承不承载显著的载荷。因此，稳定轴承是标准的并且相对便宜的现成轴承。因为转子和定子是不要求结构加强来维持转子-定子空气隙的空心本体形式，该风力涡轮发电机与现有的风力涡轮发电机相比更轻并且结构上较为不复杂，因此降低风力涡轮发电机的成本。除了维持和控制转子和定子之间的空气隙以外，稳定轴承可以去除在风力涡轮发电机的某些配置中可能存在的共振和振荡，由此进一步稳定风力涡轮发电机。根据本发明的第二方面，提供一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括根据本发明的第一方面的风力涡轮发电机，以及承载一个或更多个涡轮叶片的毂，所述毂在所述风力涡轮发电机的所述驱动端被安装在所述转子上。所述风力涡轮机典型地包括塔，所述风力涡轮发电机被安装在所述塔上。所述第一基本上圆柱形的空心本体可以包括可以是位于所述非驱动端的第一圆柱形支撑件。所述第二基本上圆柱形的空心本体可以包括可以是位于所述非驱动端的第二圆柱形支撑件。所述稳定轴承通常在风力涡轮发电机的所述非驱动端的所述第一圆柱形支撑件和所述第二圆柱形支撑件之间起作用，以稳定所述转子和所述定子并且由此维持和控制在所述转子和所述定子之间的所述空气隙。所述转子具有旋转轴，所述转子相对于所述旋转轴旋转，并且所述第一圆柱形支撑件和所述第二圆柱形支撑件典型地相对于与所述转子相同的所述旋转轴被安置。所述第一圆柱形支撑件和所述第二圆柱形支撑件可以是被彼此同轴安置的，其中所述第二圆柱形支撑件通常以从第一圆柱形支撑件径向向内的方式被定位。所述第一圆柱形支撑件的直径可以明显小于所述第一基本上圆柱形的空心本体的直径。所述第二圆柱形支撑件的直径可以明显小于所述第二基本上圆柱形的空心本体的直径。因此，在所述第一圆柱形支撑件和所述第二圆柱形支撑件之间起作用的所述稳定轴承具有相对小的直径，该相对小的直径又使得标准的、现成的轴承能够被使用。所述风力涡轮发电机可以包括第一安装装置和第二安装装置，所述第一安装装置用来在所述第一基本上圆柱形的空心本体上安装所述第一圆柱形支撑件，所述第二安装装置用来在所述第二基本上圆柱形的空心本体上安装所述第二圆柱形支撑件。在一个实施方案中，所述第一安装装置和所述第二安装装置中的至少一个包括安装板。更典型地，所述第一安装装置和所述第二安装装置中的每个包括安装板。安装板提供一个特别地刚性的解决方案，所述解决方案用来安装所述第一圆柱形支撑件和/或所述第二圆柱形支撑件，或者用来安装所述第一圆柱形支撑件和/或所述第二圆柱形支撑件中的每个。在另一个实施方案中，所述第一安装装置和所述第二安装装置中的至少一个包括多个周向间隔并且径向延伸的辐条构件。更典型地，所述第一安装装置和所述第二安装装置中的每个包括多个周向间隔并且径向延伸的辐条构件。辐条构件提供一个特别地重量轻的解决方案，所述解决方案用来安装所述第一圆柱形支撑件和/或所述第二圆柱形支撑件，或者用来安装所述第一圆柱形支撑件和/或所述第二圆柱形支撑件中的每个。可能地，所述第一安装装置和所述第二安装装置中的一个可以包括安装板，而所述第一安装装置和所述第二安装装置中的另一个可以包括多个周向间隔并且径向延伸的辐条构件。
所述第一基本上圆柱形的空心本体可以包括在所述风力涡轮发电机的所述驱动端的第一支撑法兰。所述第二基本上圆柱形的空心本体可以包括在所述风力涡轮发电机的所述驱动端的第二支撑法兰。所述主轴承装置可以在所述第一支撑法兰和所述第二支撑法兰之间起作用，以安装用来相对于所述定子旋转的所述转子。所述主轴承装置可以包括外轴承环和至少一个内轴承环，所述外轴承环可以与所述第一支撑法兰相配合，并且所述至少一个内轴承环可以与所述第二支撑法兰相配合。主轴承装置可以是圆锥滚子轴承，并且更典型地为双列圆锥滚子轴承。所述主轴承装置可以例如包括两个内轴承环。第一列圆锥滚子可以与第一内轴承环和提供在外轴承环上的第一滚道相配合，并且第二列圆锥滚子可以与第二内轴承环和提供在外轴承环上的第二滚道相配合。双列圆锥滚子轴承(尤其是具有两个内轴承环和单个外轴承环)的使用是有益的，因为双列圆锥滚子轴承使得所述主轴承装置能够承载在风力涡轮机的操作期间出现的主要的径向和轴向载荷。所述第一本体可以具有形成于所述第一本体的径向内表面的多个周向间隔的绕组槽和多个周向间隔的磁极中的一种。所述第二本体可以由此具有形成于所述第二本体的径向外表面的多个周向间隔的绕组槽和多个周向间隔的磁极中的另一种。在典型的实施方案中，所述第一本体为所述定子并且所述第二本体为所述转子。所述转子可以由此被可旋转地安装在所述定子内侧。在可替换的实施方案中，所述第一本体为所述转子并且所述第二本体为所述定子。所述转子可以由此被可旋转地安装在所述定子外侧。
图1是根据本发明的风力涡轮发电机的一个实施方案的示意性立体剖开视图；以及图2是根据本发明的风力涡轮发电机的另一个实施方案的示意性立体剖开视图。
具体实施例方式现在，将仅通过实施例的方式并且参考附图来描述本发明的实施方案。先参照图1，风力涡轮发电机10包括以外部定子14为形式的第一本体12以及以内部转子16为形式的第二本体13。空气隙18以常规的方式被界定在转子16和定子14之间，并且定子14包括多个周向间隔的绕组槽20，而转子16包括形成永久磁极的多个周向间隔的永久磁体22。风力涡轮发电机10包括驱动端24，在该驱动端24，涡轮叶片(未示出)通过毂(未示出)被安装在转子16上，该毂可以被固定到转子毂法兰26。风力涡轮发电机10还包括非驱动端28，非驱动端28在轴向上与驱动端24间隔开。风力涡轮发电机10形成包括塔的风力涡轮机的部分，并且风力涡轮机包括机舱30 (在图1中仅部分被示出)，机舱30被安装在塔顶并且风力涡轮发电机10的定子14被刚性地连接到该机舱30。定子14包括在风力涡轮发电机10的驱动端24的第一支撑法兰32，并且转子16同样地包括在该驱动端24的第二支撑法兰34。第一和第二支撑法兰32、34倾向于转子16的旋转轴，并且主轴承装置36在第一和第二支撑法兰32、34之间起作用，以可旋转地相对于所述定子14安装转子16。第一和第二支撑法兰32、34中的每个包括多个周向间隔的冷却开口 35，以允许冷却空气流动通过风力涡轮发电机10。主轴承装置36典型地包括双列圆锥滚子轴承，该双列圆锥滚子轴承承载在风力涡轮机的操作期间产生的径向和轴向载荷。定子14和转子16分别包括在风力涡轮发电机10的非驱动端28的第一和第二圆柱形支撑件38、40。第一和第二圆柱形支撑件38、40是同轴的并且相对于所述转子16的旋转轴被安置。从图1将可以容易地理解，第一圆柱形支撑件38的直径明显小于定子14的直径，并且同样地第二圆柱形支撑件40的直径明显小于转子16的直径。在图1图示说明的实施方案中，第一圆柱形支撑件38通过包括多个周向间隔并且径向延伸的辐条构件42的第一安装装置被安装在定子14上。以类似的方式，第二圆柱形支撑件40通过包括多个周向间隔并且径向延伸的辐条构件44的第二安装装置被安装在转子16上。风力涡轮发电机10包括位于非驱动端28的稳定轴承46，并且稳定轴承46在第一和第二圆柱形支撑件38、40之间起作用。稳定轴承46典型地是具有单列滚子的滚子轴承并且稳定定子14和转子16的运动，由此以简单但仍非常有效的方式控制并维持转子-定子空气隙18。因为，在风力涡轮机的操作期间产生的径向和轴向载荷由主轴承装置36承载，稳定轴承46不承载任何明显的操作载荷。现在参照图2，其中示出根据本发明的风力涡轮发电机110的可替换实施方案。风力涡轮发电机110类似于前面描述的并且在图1中图示说明的风力涡轮发电机10，并且因此，对应的参考标号被用来标示相应的部件。风力涡轮发电机110采用修改后的用于在定子14和转子16上分别安装第一和第二圆柱形支撑件38、40的结构。更具体地，以第一一般地为圆形的安装板48为形式的第一安装装置在定子14上安装第一圆柱形支撑件38，同时以第二一般地为圆形的安装板50为形式的第二安装装置在转子16上安装第二圆柱形支撑件40。为了允许冷却空气流动通过风力涡轮发电机10，第一和第二安装板48、50中的每个包括多个周向间隔的冷却开口 52。尽管本发明的实施方案已经参照各种实施例在前面的段落中进行了描述，应当理解的是，可以对那些实施例进行各种修改而不偏离本发明所要求保护的范围。
权利要求
1.一种风力涡轮发电机，所述风力涡轮发电机具有驱动端和非驱动端，一个或更多个涡轮叶片是可安装在所述驱动端的，所述风力涡轮发电机包括: 第一基本上圆柱形的空心本体，所述第一基本上圆柱形的空心本体具有径向内表面； 第二基本上圆柱形的空心本体，所述第二基本上圆柱形的空心本体位于所述第一基本上圆柱形的空心本体之内并且具有径向外表面； 所述第一基本上圆柱形的空心本体和所述第二基本上圆柱形的空心本体中的一个是转子； 所述第一基本上圆柱形的空心本体和所述第二基本上圆柱形的空心本体中的另一个是定子，空气隙在所述转子和所述定子之间被界定； 在所述驱动端的主轴承装置，所述主轴承装置在所述转子和所述定子之间起作用，以安装用来相对于所述定子旋转的所述转子； 在所述非驱动端的稳定轴承，所述稳定轴承在所述转子和所述定子之间起作用，以稳定所述转子和所述定子并且维持在所述转子和所述定子之间的所述空气隙。
2.根据权利要求1的风力涡轮发电机,其中所述第一基本上圆柱形的空心本体包括位于所述非驱动端的第一圆柱形支撑件，并且所述第二基本上圆柱形的空心本体包括位于所述非驱动端的第二圆柱形支撑件，所述稳定轴承在所述第一圆柱形支撑件和所述第二圆柱形支撑件之间起作用。
3.根据权利要求2的风力涡轮发电机，其中所述第一圆柱形支撑件和所述第二圆柱形支撑件相对于所述转子的旋转轴被安置。
4.根据权利要求2或权利要求3的风力涡轮发电机，其中所述第一圆柱形支撑件和所述第二圆柱形支撑件是同轴的，所述第二圆柱形支撑件以从第一圆柱形支撑件径向向内的方式被定位。
5.根据权利要求2至4中的任一项的风力涡轮发电机，其中所述第一圆柱形支撑件的直径明显小于所述第一基本上圆柱形的空心本体的直径，并且所述第二圆柱形支撑件的直径明显小于所述第二基本上圆柱形的空心本体的直径。
6.根据权利要求2至5中的任一项的风力涡轮发电机，其中所述风力涡轮发电机包括第一安装装置和第二安装装置，所述第一安装装置用来在所述第一基本上圆柱形的空心本体上安装所述第一圆柱形支撑件，所述第二安装装置用来在所述第二基本上圆柱形的空心本体上安装所述第二圆柱形支撑件。
7.根据根据权利要求6的风力涡轮发电机，其中所述第一安装装置和所述第二安装装置中的至少一个包括安装板。
8.根据权利要求6或权利要求7的风力涡轮发电机，其中所述第一安装装置和所述第二安装装置中的至少一个包括多个周向间隔并且径向延伸的辐条构件。
9.根据任一项前述权利要求的风力涡轮发电机，其中所述第一基本上圆柱形的空心本体包括位于所述驱动端的第一支撑法兰，并且所述第二基本上圆柱形的空心本体包括位于所述驱动端的第二支撑法兰，所述主轴承装置在所述第一支撑法兰和所述第二支撑法兰之间起作用，以安装用来相对于所述定子旋转的所述转子。
10.根据权利要求9的风力涡轮发电机，其中所述主轴承装置包括外轴承环和至少一个内轴承环，所述外轴承环与所述第一支撑法兰相配合，并且所述至少一个内轴承环与所述第二支撑法兰相配合。
11.根据任一项前述权利要求的风力涡轮发电机，其中所述第一本体具有形成于所述第一本体的径向内表面的多个周向间隔的绕组槽和多个周向间隔的磁极中的一种，并且所述第二本体具有形成于所述第二本体的径向外表面的多个周向间隔的绕组槽和多个周向间隔的磁极中的另一种。
12.根据任一项前述权利要求的风力涡轮发电机，其中所述第一本体为所述定子，并且所述第二本体为所述转子。
13.根据权利要求1至11中的任一项的风力涡轮发电机，其中所述第一本体为所述转子，并且所述第二本体为所述定子。
14.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括根据任一项前述权利要求的风力涡轮发电机，以及承载一个或更多个涡轮叶片的毂，所述毂在所述风力涡轮发电机的所述驱动端被安装在所述转子上。
15.根据权利要求14的风力涡轮发电机，其中所述风力涡轮机包括塔，所述风力涡轮发电机被安装在所 述塔上。
全文摘要
一种风力涡轮发电机(10)具有驱动端(24)和非驱动端(28)，一个或更多个涡轮叶片是可安装在所述驱动端(24)的。所述风力涡轮发电机(10)包括具有径向内表面的外部定子(14)以及具有径向外表面的内部转子(16)，空气隙(18)在所述转子(16)和所述定子(14)之间被界定。主轴承装置(36)被提供在所述驱动端(24)并且在所述转子(16)和所述定子(14)之间起作用，以安装用来相对于所述定子(14)旋转的所述转子(16)，而稳定轴承(46)被提供在所述非驱动端(28)并且在所述转子(16)和所述定子(14)之间起作用，以稳定所述转子(16)和所述定子(14)并且维持和控制在所述转子(16)和所述定子(14)之间的所述空气隙(18)。
文档编号H02K7/18GK103155374SQ201080068125
公开日2013年6月12日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者G·D·莱弗勒姆, J·尤金, I·B·怀斯, J·F·希尔 申请人:Ge能源动力科孚德技术有限公司