借助于转动装置的发电机的旋转运动控制的制作方法

本发明涉及发电机，具体地用于风力涡轮机的发电机的技术领域。更确切地，本发明涉及一种发电机，其具有定子组件、转子组件和用于暂时阻滞转子（相对于定子）的旋转运动以便允许检修作业的装置。进一步地，本发明涉及一种发电机系统和包括这种发电机的风力涡轮机。再进一步地，本发明涉及一种用于使这种发电机的转子组件以受控的方式旋转的方法。

背景技术：

风力涡轮机被用于以清洁且高效的方式将机械风能转换为电能。在风力涡轮机中，机械传动系或者直接驱动发电机，或者借助于齿轮箱驱动发电机，其中该机械传动系包括具有若干转子叶片的风轮。所得的交流电流（ac）频率直接与风轮的转速成比例，其中该交流电流频率形成于发电机的定子终端处。

为了提供与公用电网匹配的ac功率信号，风力涡轮机包括功率转换器，该功率转换器包括发电机侧ac-dc转换器、dc桥和电网侧dc-ac转换器。ac-dc转换器和dc-ac转换器通常包括若干大功率半导体开关，这些大功率半导体开关以桥式构造布置，以便实现ac电流的每一相。

能够在岸或者离岸建立风力涡轮机。大型风力涡轮机通常离岸安装。尤其出于检修的原因，采用自激式发电机，这种发电机具有带有永磁体的转子组件。出于效率的原因，应当保持（a）定子组件的定子段的线圈与（b）转子组件的（永）磁体之间的气隙是小的。因此，必须以极高的构建精度来建造这种大型发电机。此外，这种发电机的大的大小不仅需要针对组装的特定解决方案，还需要针对检修发电机的特定解决方案。检修作业可以包括例如更换转子侧上的磁体和更换定子侧上的定子段。显而易见的是，为了检修发电机，必须防止转子组件相对于定子组件旋转。

ep2566017a1公开了一种用于风力涡轮机的发电机。该发电机包括定子组件、转子组件和至少一个转子制动盘。该转子制动盘沿径向向外方向延伸。因而，在定子组件和转子组件之间延伸的气隙在任何时刻都可以从轴向方向自由地通达，从而带来关于可维护性的改善，具体地关系到磁体和定子段的轴向插入或移除。

技术实现要素：

存在对于促进大型发电机的组装和/或检修作业的需求。

这种需求可由根据独立权利要求所述的主题满足。从属权利要求描述了本发明的有利实施例。

根据本发明的第一方面，提供一种发电机，具体地用于风力涡轮机的发电机。该发电机包括（a）定子组件；（b）转子组件，其可旋转地支撑在定子组件处，以便围绕旋转轴线旋转；（c）环形装置，其固定到转子组件，且包括接合结构；以及（d）第一转动装置，其安装到定子组件，第一转动装置包括致动器和由致动器驱动的接合元件。第一转动装置被构造为采取两种操作状态：主动操作状态和被动操作状态。在主动操作状态中，接合元件与接合结构之间存在接合，在被动操作状态中，接合元件与接合结构彼此机械分离。

所述发电机基于如下构思：借助于“按需”接合（即，第一转动装置暂时处于主动操作状态），第一转动装置能够引起转子组件以受控的方式运动，使得其被带入预定的角位置。在预定的角位置处，通过停止转动装置的操作，将使转子组件的运动停止。这能够简单地通过停止致动器的操作来实现。此外，可以使用制动系统和/或机械阻滞系统以便维持转子组件的适当角位置。

所描述的预定角位置的特征可以在于，其允许容易地组装或检修转子组件，例如，更换发电机部件。

根据用于限定发电机的几何结构的常用术语，转子组件的旋转轴线限定发电机的轴向方向。该术语也将被用在本文献中。

在目前优选的实施例中，借助于齿轮实现接合元件，且借助于弯曲的带齿结构实现接合结构。由此，当第一转动装置处于主动操作状态中时，齿轮的齿与带齿结构接合。

带齿结构的曲率对应于环形结构的半径。在第一转动装置接合在环形装置的径向外表面处的情况中，带齿结构形成在环形结构的径向外表面处。因此，带齿结构的曲率对应于环形结构的外半径。尽管因为力传递的原因，这被视为至少目前是优选的解决方案，但是带齿结构形成在环形结构的径向内表面处当然也是可能的。

根据本发明的实施例，发电机具有内定子-外转子构造。替代性地，发电机可以具有外定子-内转子构造。相对于旋转轴线，（a）环形装置的内缘具有内半径，且（b）环形装置的外缘具有外半径。此外，相对于定子组件的定子半径，（c）外半径大于50%但小于85%，具体地小于75%，且更具体地小于65%，和/或（d）内半径大于40%但小于75%，具体地小于65%，且更具体地小于55%。

用描述性的语言来说，当第一转动装置处于操作中时，传递到定子组件的框架结构内的力传递将作用于定子组件的径向中间环形部分中。这可提供以下优势：可以以机械稳定性更低的方式构建定子组件的径向外部环形部分。这可以有助于在不降低定子组件的有效机械稳定性的情况下减轻定子组件的重量。

在这方面提及的是，围绕旋转轴线的发电机的径向内部空间可能不是空闲的，因为它被发电机的主轴承占据。因此，所描述的环形装置的径向延伸部会被主轴承的径向延伸部朝向更小的直径限制，其中该主轴承相对于定子组件支撑转子组件。

提及的定子半径可以是定子框架的外半径，第一转动装置固定或附接于所述定子框架的外半径处。应该清楚的是，在所描述的内定子-外转子构造中，包括导体线圈的定子段安装在定子组件的外圆周处，其中在发电机的正常操作期间，在所述导体线圈中发生磁感应。

发电机的直径大于7m，具体地大于8m，且更具体地大于9m。甚至10m或更大的直径也是可能的。由此，转子组件或替代性地定子组件的外部大小可以限定发电机沿垂直于旋转轴线的方向的几何尺寸。

在定子段各自的导体线圈和转子组件的（永）磁体之间形成有气隙，根据优选实施例，该气隙的大小小于25mm，具体地小于20mm，更具体地小于15mm。应该清楚的是，就发电机的大的大小而言，这种小的气隙需要定子组件、转子组件以及定子组件和转子组件之间的轴承系统的非常高的几何精度和机械稳定性。因此，平滑地作用的第一转动装置和上文提及的相对于定子半径的环形装置的尺寸会是必须的，以便分别保证高度的可维护性和所描述的发电机的容易检修。

根据本发明的进一步的实施例，第一转动装置以可移动的方式安装到定子组件，使得为了将操作状态从主动操作状态改变为被动操作状态，使第一转动装置的至少一部分沿平行于旋转轴线的轴向方向和/或至少部分地沿垂直于旋转轴线的径向方向相对于定子组件移动。这可以允许接合元件和接合装置之间容易分离。

应该清楚的是，从被动操作状态到主动操作状态的改变需要第一转动装置沿相对方向的移动。

指出的是，移动第一转动装置不必须要求使致动器和接合元件沿相同方向移动。使致动器和接合元件沿相对方向移动也可以是可能的。这意味着第一转动装置的整个轴向延伸部被改变。具体地，当执行从主动操作状态到被动操作状态的改变时，可以使该延伸部扩大。因此，可以将转接元件插入致动器和接合元件之间，其中转接元件具有沿轴向方向的足够大的延伸部。

沿相对的轴向方向移动致动器和接合元件以便改变第一转动装置的操作状态可提供如下优势：能够保持用于第一转动装置的安装空间相对小，以及在被动操作状态中转子组件的完全自由运动将是可能的，其中不出现由第一转动装置引起的任何妨碍。

根据本发明的另一实施例，第一转动装置被构造为仅当转子组件与平衡的风轮机械联接时才使转子组件旋转。这可以意味着第一转动装置可以是相对弱的机械装置，其能够在几何上小且紧凑的设计内实现。此外，能够经济地制造相对弱的第一转动装置。

由于第一转动装置的紧凑设计和/或廉价的制造，第一转动装置可以固定地安装在定子组件处。这意味着第一转动装置是发电机的永久部件，其将总是准备好投入使用。

在本文献中，“平衡的”意味着安装在风轮的轮毂处的所有转子叶片的重心至少近似地与旋转轴线重合。

根据本发明的另一实施例，发电机还包括安装到定子组件的至少一个另外的第一转动装置，该另外的第一转动装置包括另外的致动器和能够由该另外的致动器驱动的另外的接合元件。由此，该另外的第一转动装置也被构造为采取两种操作状态：主动操作状态和被动操作状态，其中，（i）在主动操作状态中，该另外的接合元件与接合结构之间存在接合，以及（ii）在被动操作状态中，该另外的接合元件与接合结构彼此机械地分离。

设置至少一个另外的第一转动装置可提供如下优势：即使在弱的且小尺寸的（另外的）第一转动装置的情况下，仍有相对大的力矩施加于转子组件。由此，如果第一转动装置和至少一个另外的第一转动装置围绕旋转轴线周向分布，则这可以是有利的。这可以允许周向上至少近似均匀的力传递到转子组件中，这当然也对定子组件的机械变形产生影响。出于该原因，或多或少地周向均匀的力传递可提供重要的贡献，即当第一转动装置和至少一个另外的第一转动装置处于主动状态时，上文提及的小气隙也将保持稳定。

关于另外的第一转动装置的数量，不存在重要（principal）限制。由于效率和构建上的原因，目前另外的第一转动装置的数量为7至15，优选地为9至13似乎是恰当的。

已提及的是，该另外的第一转动装置可以与第一转动装置具有相同的类型。具体地，该另外的第一转动装置可以满足与第一转动装置相同的技术规格。

根据本发明的另一实施例，定子组件包括用于容纳第二转动装置的机械接口，第二转动装置包括驱动单元和能够由驱动单元驱动的接合装置。当第二转动装置由机械接口容纳时，接合装置与接合结构之间存在接合。

与第一（另外的）转动装置形成对比，所描述的第二转动装置可以显著地更坚固。这可以提供如下优势：能够将更高的力矩施加于转子组件，这允许更快的角加速度。由此，角加速度可以是正加速度，或者引起旋转运动减速的负加速度中的任一者。

相比于接合元件，所描述的接合装置可以具有相同或者至少相似的结构特征。第二转动装置与第一转动装置额不同之处可以仅在于驱动单元比第一转动装置的致动器更加有力。

根据本发明的另一实施例，第二转动装置能够使转子组件旋转，即使当转子组件与不平衡的风轮机械联接时也是如此。

在足够坚固的第二转动装置的帮助下，通过将转子组件带入预定的角位置，以及因此也分别将轮毂和不平衡的风轮带入预定的角位置，能够有效地促进将转子叶片安装于风轮的轮毂以及从轮毂卸除转子叶片。

在这方面要再次提及的是，包含轮毂和附接到轮毂的风力涡轮机叶片的风轮或者直接联接到转子组件，或者借助于齿轮箱联接到转子组件。具体地，当将叶片安装于轮毂或者从轮毂卸除叶片时，可以将轮毂带入一定角位置，其中，相应的叶片处于最低（六点钟方位）的角位置。然而，要提及的是，在许多应用中，具体地在离岸风力涡轮机的情况中，可以用所谓的“水平单叶片安装”实现叶片更换。在这种程序中，当相应的叶片被附接到轮毂或从轮毂被移除时，其处于水平位置（3点钟方位；9点钟方位）。这可以提供如下优势：当以水平取向输送待安装的新叶片时，不需要在将其附接到轮毂之前通过使其旋转成竖直取向来使该叶片重新取向。这种程序对于不利的环境条件（诸如高风速）高度不敏感。

根据本发明的另一实施例，机械接口被构造为以可拆卸的方式容纳第二转动装置。这可以提供如下优势：仅当必须执行组装和/或检修作业时（这需要将大的力矩施加到转子组件），才可以安装第二转动装置。具体地，仅当必须以受控的方式使与不平衡的风轮联接的转子组件旋转时，才可以使用第二转动装置。

仅针对一些特定的组装和/或检修作业安装第二转动装置可以提供如下优势：能够保持第二转动装置可用于若干发电机。这降低了所描述的发电机的制造成本，同时保留了针对在不平衡的风轮的情况下执行（很少需要的）组装和/或检修作业的所有选择。

在这方面要提及的是，所描述的机械接口也可以被构造为允许已安装的第二转动装置的径向运动，使得能够使其在主动操作状态（存在与接合结构的接合）和被动操作状态（不存在与接合结构的接合）之间移动。

根据本发明的另一实施例，定子组件包括用于容纳另外的第二转动装置的至少一个另外的机械接口，该另外的第二转动装置包括另外的驱动单元和能够由另外的驱动单元驱动的另外的接合装置。当该另外的第二转动装置由另外的机械接口容纳时，另外的接合装置与接合结构之间存在接合。

设置至少一个另外的第二转动装置可以具有如下优势：能够使能够被施加到转子组件的力矩进一步增加。类似地，相比于第一转动装置和至少一个另外的第一转动装置，如果使第二转动装置和至少一个另外的第二转动装置围绕旋转轴线周向地分布，则可以是有利的。这可以允许周向上至少近似均匀的力传递到转子组件中，这当然也对定子组件的机械变形产生影响，特别是如果需要更大的力矩的情况。正如关于第一转动装置和另外的第一转动装置已经在上文提及的那样，这可以对保持（小）气隙的大小稳定做出贡献。

而且，分别关于另外的机械接口和另外的第二转动装置的数量，不存在重要限制。由于效率和构建上的原因，目前另外的机械接口的数量为1至7，优选地为3-5似乎是恰当的。

另外的第二转动装置可以与第二转动装置具有相同的类型。具体地，另外的第二转动装置可以满足与第二转动装置相同的技术规格。

根据本发明的另一实施例，在定子组件处，第一转动装置和至少一个另外的第一转动装置的第一角分布关于围绕旋转轴线的圆周不对称。替代性地或组合地，第二转动装置和至少一个另外的第二转动装置的第二角分布关于围绕旋转轴线的圆周不对称。这可以具体地意味着，至少一些相邻的转动装置之间沿所描述的圆周的距离不总是相同的。

设置（另外的）第一转动装置和（另外的）第二转动装置的非均匀角分布可提供如下优势：某些角位置不会被任何一个转动装置占据。“未占据”的角范围可以包括多个角位置，其中任何转动装置的出现均可以在空间上限制其它部件的出现。

根据本发明的另一实施例，与位于旋转轴线下方的可能的转动装置位置相关联的角范围不受第一转动装置、另外的第一转动装置、第二转动装置和另外的第二转动装置的影响。这可以提供如下优势：在转子组件或定子组件的轴下方，将不存在转动装置，由于转动装置的角位置，具有绳索的起重机不能够触及转动装置，该起重机仅能够从上方触及转动装置（即，沿平行于重力方向的竖直方向）。

根据本发明的另一实施例，发电机还包括制动系统，该制动系统包括卡钳和制动盘。卡钳安装到定子组件，且制动盘是环形装置的至少一部分。这可以提供如下优势：不需要单独的制动盘结构，除了环形装置之外，该单独的制动盘结构也将必须安装到转子组件。

具体地，环形装置的制动盘部分可以面向径向内侧，且接合结构可以面向径向外侧。这种设计可以提供如下优势：制动灰尘（brakedust）将在径向地更内侧生成，并且在优选的内定子-外转子构造的情况下，制动灰尘“远”离位于定子组件的外边缘处的定子段生成。因此，定子段的相对敏感的电气线圈绕组将不被暴露于有害的制动灰尘。然而，当然也可能的是设计环形装置，使得制动盘部分面向径向外侧，且接合结构面向径向内侧。

根据本发明的另一实施例，环形装置的制动盘部分的直径小于定子组件的直径的80%，优选地小于70%，更优选地小于60%。这可以提供如下优势：将径向远离发电机的定子绕组生成制动灰尘。

要再次提及的是，发电机的径向内部空间可以不是空闲的，因为其被发电机主轴承占据。优选地，环形装置的直径和制动盘部分的直径分别接近主轴承。

在这方面，需要指出的是，环形装置的制动盘部分的相对小的直径也引起劣势：由于杠杆原理，能够由所描述的具有直径相对小的制动盘的制动系统处理的力矩相对小。因此，根据当前优选的设计，制动系统仅能够被用作行车制动器，仅当转子组件和风轮分别以非常低的速度运行时（这能够借助于已知的叶片变桨程序实现），必须将行车制动器投入操作。

在其它实施例中，制动盘和环形装置是单独的机械结构或工件，然而，这两者均（直接或间接地）安装到转子组件，或处于转子组件处。这可以提供如下优势：取决于具体应用，能够以适当的方式设计制动盘和环形装置两者，具体地环形装置的接合结构的具体应用。此外，两件式解决方案可以允许（具体地在两个工件的磨损不同的情况下）仅替换由于其（不良的）磨损状态或由于任何其它损伤而必须被替换的工件。

根据本发明的另一实施例，卡钳以能够径向移动的方式安装到定子组件。在卡钳的第一径向位置中，卡钳与环形装置的制动盘部分之间的制动相互作用是可能的。此外，在卡钳的第二径向位置中，卡钳与环形装置的制动盘部分之间的制动相互作用是不可能的。

用描述性的语言来说，在第二径向位置中，已使卡钳径向移动出环形装置。如果发电机处于惯常操作模式中，即包括发电机的风力涡轮机产生电功率，则可以将卡钳安置于该第二位置中。将有效地防止卡钳和环形装置之间任何不希望的机械相互作用，其中环形装置将减缓转子组件的转速。换言之，仅当可能需要制动作用时，才将卡钳安置于第一位置中。

取决于环形空间的设计，即，制动盘部分是位于环形装置的径向内侧处还是径向外侧处，第一位置和第二位置之间的径向关系可以不同。在当前优选的设计中，其中环形的径向内部部分是制动盘部分，且接合结构形成于环形装置的径向外表面处，第一位置比第二位置更加径向向外，其中在第一位置中，制动系统可以变得主动，在第二位置中，制动系统不能够变得主动。

在这方面要提及的是，在第二径向位置中，不可以将卡钳从制动盘完全移除。这意味着制动盘和卡钳的制动衬垫之间仅存在部分空间重叠，使得当（无意地）启用卡钳时，将建立减小的制动相互作用或制动力。优选地，第二径向位置从第一径向位置偏移到一定程度，使得更换制动衬垫是可能的。

根据本发明的另一实施例，定子组件包括具有径向延伸部的导引结构，且卡钳包括与导引结构接合的导引元件。这可以提供如下优势：能够以简单且有效的方式实现卡钳在第一径向位置和第二径向位置之间的移动。

在非常简单的构造中，可以借助于形成在定子组件内的槽来实现导引结构。导引元件可以仅是在槽内运行的至少一个销或螺栓。在其它构造中，导引结构可由轨道或者任何其它允许导引导引元件的结构实现。

根据本发明的另一实施例，发电机还包括用于将卡钳可拆卸地固定在第一径向位置或者第二径向位置中的任一者中的定置系统。由此，定置系统包括第一定置器件和第二定置器件，其中第一定置器件与卡钳在第一径向位置中的定置相关联，第二定置器件与卡钳在第二径向位置中的定置相关联。具体地，相比于第二定置器件，第一定置器件允许卡钳机械上更牢固地定置于定子组件。这可以提供如下优势：定置系统能够以有效的方式分别被设计和定尺寸，其中能够设置的定置强度仅如需要的那样强。用描述性的语言来说，定置系统不会被设计成尺寸过大，这允许以合理地重视的方式实现定置系统。

根据本发明的另一实施例，第一定置器件包括多个能够轴向移动的螺栓，这些螺栓被布置成一维或二维阵列的方式。替代性地或组合地，第二定置器件包括夹持装置。这可以提供如下优势：仅将在第一位置提供极强的抗扭强度，这防止卡钳围绕平行于旋转轴线的轴线扭转。在第二径向位置不需要如此强的抗扭强度，因为在此制动系统不能够进入操作中。

根据本发明的另一实施例，发电机还包括至少一个另外的制动系统，该至少一个另外的制动系统包括另外的卡钳和制动盘，其中另外的卡钳安装到定子组件。

设置至少一个另外的制动系统可以提供如下优势：定子组件和转子组件之间的制动力传递可以周向地分布。为了优化这种效果，制动系统和至少一个另外的制动系统可以围绕旋转轴线周向分布。由此，所有的卡钳均与相同的制动盘接合。

分别地设置若干制动系统和若干卡钳可允许周向上至少近似均匀的力传递到转子组件，这当然也对定子组件的机械变形产生影响。出于该原因，或多或少的周向均匀的力传递可以提供重要的贡献：当制动系统和至少一个另外的制动系统处于主动时，上文提及的（小）气隙也将保持稳定。

关于另外的制动系统的数量，不存在重要限制。由于效率和构建上的原因，目前另外的制动系统的数量为7至15，优选地为9至13似乎是合适的。

要提及的是，至少一个另外的制动系统可以是与制动系统相同的类型。具体地，至少一个另外的制动系统可以满足与制动系统相同的技术规格。

根据本发明的另一实施例，发电机还包括转子锁定系统，该转子锁定系统包括至少一个能够轴向移动的活塞。在第一位置中，活塞使转子组件相对于定子组件的旋转运动互锁。在第二位置中，能够实现转子组件相对于定子组件的旋转运动。

具体地如果转子组件应当被固定在一定角位置处（在该角位置处，分别存在转子组件以及与转子组件旋转联接的风轮的强烈的不平衡），则可以使用所描述的转子锁定系统。这种不平衡可以具体地发生在将叶片安装于风轮的轮毂或者从风轮的轮毂卸除叶片的程序期间。

气动致动器可以被用于移动活塞。优选地，可以为每个活塞设置单独的（气动）致动器。

设置相对大数量的能够轴向移动的活塞，例如多于12个，可以提供如下优势：对应的阻滞力将沿周向方向分布。这产生定子组件和转子组件两者的更小的变形，使得如上文已经提及的那样，即使小气隙的大小也能够被保持稳定。具体地，不存在定子段的电气线圈和（外）转子组件的磁体之间的不希望的机械接触的风险，这种机械接触能够引起对发电机的严重损害。

要提及的是，能够轴向移动的活塞的总数量可被细分为永久安装的能够轴向移动的活塞和暂时能够安装的能够轴向移动的活塞，其中仅在如果在存在大的不平衡时必须阻滞转子组件的旋转的情况中，才使用后者。对应于上文提及的能够经由机械接口安装的（另外的）第二转动装置，也可以在定子组件处设置适当的接口，以便可拆卸地安装能够暂时安装的能够轴向移动的活塞以及相应的（气动）致动器，以便轴向移动该活塞。

根据本发明的另一方面，提供一种发电机系统，其包括（a）如上文所述的发电机和（b）被容纳在机械接口内的第二转动装置。

根据本发明的另一方面，提供一种用于生成电功率的风力涡轮机，具体地离岸风力涡轮机。所提供的风力涡轮机包括（a）塔架，（b）风轮，其布置在塔架的顶部上，且包括至少两个叶片，以及（c）如上文所述的发电机。发电机与风轮机械地联接。

根据本发明的另一方面，提供一种用于控制如上文所述的发电机的旋转运动的方法。所提供的方法包括（a）将第一转动装置的操作状态从被动操作状态改变为主动操作状态；以及（b）控制致动器的操作，使得转子组件相对于定子组件朝向期望的角位置运动。

所描述的方法也基于以下构思：在已经被带入主动操作状态的第一转动装置的情况下，即接合元件接合环形装置的接合结构的情况下，能够实现转子组件的（缓慢的）受控旋转，这将转子组件安置于一定角位置，在该角位置中能够以有效的方式执行组装和/或检修作业。这种组装和/或检修作业可以具体地包括将定子段插入转子组件或者从转子组件移除定子组件，或者分别地将永磁体插入定子组件或者从定子组件移除永磁体。此外，更繁重的组装和/或检修作业可以是分别将叶片安装于风轮的轮毂或者从风轮的轮毂卸除叶片。

应注意的是，已经参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体地，已经参考设备类型的权利要求描述了一些实施例，而且已经参考方法类型的权利要求描述了其它实施例。但是，本领域技术人员将从上文和下文的描述中获悉，除非另有其它说明，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，关于不同主题的特征之间的任何组合，具体地设备类型的权利要求的特征与方法类型的权利要求的特征之间的任何组合，也被视为由本文献公开。

上文限定的方面和本发明的另外的方面从将在下文描述的实施例的示例中显而易见到，并且参考实施例的示例进行解释。下文将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但本发明不限制于这些实施例的示例。

附图说明

图1示出包括根据本发明的实施例的发电机的风力涡轮机。

图2示出发电机的定子组件。

图3示出发电机的转子组件。

图4以放大视图示出环形装置，该环形装置附接至转子组件，并且包括（a）用于驱动转子组件旋转的接合结构和（b）用于停止转子组件旋转的制动盘。

图5示出定子组件和转子组件的透视半剖视图。

图6示出允许能够与制动盘相互作用的卡钳径向移动的机构。

图7、8a和8b示意性地图示用于将转动装置固定在两个不同的径向位置中的机构。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。应注意的是，在不同的附图中，相似的或等同的元件或特征设有相同的附图标记，或者设有仅第一个数字与对应的附图标记不同的附图标记。为了避免不必要的重复，已经关于先前描述的实施例阐明的元件或特征不在说明书的后文中再次阐明。

此外，空间相对术语，诸如“前”和“后”，“上”和“下”，“左”和“右”等，被用于描述如图所示的一个元件相对另一个（些）元件的关系。因此，空间相对术语可以应用于不同于附图中所描绘的取向的使用中的取向。显然，所有这种空间相对术语仅为了描述的容易而指代附图中所示的取向，并且不必然是限制性的，因为当处于使用中时，根据本发明的实施例的设备能够采取不同于附图中所图示的那些取向的取向。

图1示出根据本发明的实施例的风力涡轮机180。风力涡轮机180包括安装在未绘出的基座上的塔架182。在塔架182的顶部上布置有机舱184。塔架182和机舱184之间设置有偏航角调节装置183，该偏航角调节装置183能够使机舱184围绕未绘出的竖直轴线旋转，该竖直轴线与塔架182的纵向延伸部对齐。通过以适当的方式控制偏航角调节装置183，能够确保在风力涡轮机180的正常操作期间，机舱184总是恰当地与当前风向对齐。

风力涡轮机180还包括具有三个叶片192的风轮190。在图1的透视图中仅两个叶片192是可见的。风轮190能够围绕旋转轴线190a旋转。安装在轮毂194处的叶片192相对于旋转轴线190a径向延伸。

在轮毂194和叶片192之间分别设置叶片调节装置193，以便通过使相应的叶片192围绕未绘出的轴线旋转来调节每个叶片192的叶片桨距角，其中未绘出的轴线被对齐为与叶片192的纵向延伸部大致平行。通过控制叶片调节装置193，能够以一定方式调节相应的叶片192的叶片桨距角，使得至少当风不非常强时，能够从可用风能中提取最大风能。但是，叶片桨距角也能够被有意地调节到一定位置，在该位置中仅能够捕获减小的风能。

在机舱184内设置有发电机100。根据电子工程学的基本原理，发电机100包括定子组件110和转子组件120。根据在此所描述的实施例，发电机100以所谓的内定子-外转子构造实现。附接至转子组件120的永磁体围绕附接在定子组件110处的定子段行进。包括用于拾取随时间交替的磁感应的线圈的定子段和永磁体之间形成有气隙。根据在此所描述的示例性实施例，定子组件110具有大约为10m的外径，且气隙具有10mm的大小。根据这些尺寸能够认识到，就定子组件110和转子组件120两者的机械精度和稳定性而言，存在极高的要求。

风轮190借助于可旋转轴与转子组件120旋转联接。设置示意性地绘出的轴承组件198，以便将风轮190和转子组件120两者保持在恰当位置中。如能够从图1中看到的，轴196沿旋转轴线190a延伸。

要提及的是，风力涡轮机180是所谓的直驱式风力涡轮机，其中风轮190和转子组件120之间不设置齿轮箱。但是，要提及的是，也能够经由齿轮箱间接驱动发电机100，齿轮箱可以被用于将风轮190的转数转换为转子组件120的更高的转数。

此外，可以设置未绘出的制动器，以便比如（a）在紧急情况下，（b）在可能损害风力涡轮机180的过强的风条件的情况下，和/或（c）在有意的节约风力涡轮机180的至少一个结构部件，具体地叶片192的所消耗的疲劳寿命时间和/或疲劳寿命时间消耗率的情况下，停止风力涡轮机180的操作，或者降低风轮190的转速。

为了提供与公用电网匹配的ac功率信号，定子组件110的电输出与功率转换器186电连接。功率转换器186包括发电机侧ac-dc转换器186a、中间dc桥186b和电网侧dc-ac转换器186c。ac-dc转换器186a和dc-ac转换器186c包括若干未绘出的高功率半导体开关，这些高功率半导体开关针对由发电机100提供的每一相ac电流以已知的方式布置在桥结构中。

风力涡轮机180还包括控制系统188，以便以高效的方式操作风力涡轮机100。除了控制比如偏航角调节装置183之外，所绘出的控制系统188也被用于以优化的方式调节风轮190的叶片192的叶片桨距角。

图2更加详细地示出发电机100的定子组件110。该定子组件110包括径向内支撑结构211和径向外支撑结构216。外支撑结构216沿径向方向叉开成两个倾斜部分217。如能够在未绘出的横剖面视图中最好地看到的那样，两个倾斜部分217限定被用于容纳功能部件（诸如分别地冷却设施和热交换设施）的楔形空间。在两个倾斜部分217的径向外侧且近似在倾斜部分217的两个外缘处定位有未绘出的定子段。定子段包括导体线圈，在发电机的正常操作期间在所述导体线圈中发生磁感应。

在内支撑结构内形成有若干圆形开口255。这些开口表示机械接口255，如将在下文更详细地详述的那样，转动装置能够以固定方式或可拆卸的方式安装在所述机械接口255处，转动装置可以被用于使转子组件120以平滑的方式旋转。

如能够从图2中看到的，两块板212安装在内支撑结构211处。这些板用作平台212，工人能够站在这些平台上，以便执行组装和/或检修作业。

要提及的是，由于对定子组件110的机械精度和稳定性的前述极高的要求，因此借助于大的单件部件实现内支撑结构211以及具有其倾斜部分217的外支撑结构216，其中使用若干高精度焊接连接以便满足高的机械要求。

图3更详细地示出发电机100的转子组件120。转子组件120包括环形基板321。基板321的内部大开口用于分别容纳、连接转子组件120与图1中示意性地指示的主轴承196。在基板321的外缘处附接有周向环322。在周向环322的内侧形成有槽322a，未绘出的永磁体能够被插入所述槽内。在操作中，这些磁体提供随时间交替的磁通量，磁通量由定子段的线圈拾取，以便生成ac电流。

近似在环形基板321的径向中间部分处竖立有圆形凸缘321a。圆形凸缘321a沿平行于图1中所描绘的旋转轴线190a的轴向方向从基板321延伸。凸缘的顶部上安装有环形装置330。如将在下文详细描述的那样，关机时间正常操作中，该环形装置330被用于以下两者：（a）使转子组件120以受控的方式旋转，例如对于检修程序，和（b）用于使转子组件120的旋转运动以受控的方式减速。

图4以放大视图示出附接于转子组件120的环形装置330。在环形装置330的径向外表面处，环形装置330包括接合结构432。根据在此描述的示例性实施例，借助于带齿的表面结构432实现该接合结构。至少当待完成组装和/或检修作业时，接合结构432与安装于基板321的第一转动装置440的接合元件441接合。

根据在此描述的示例性实施例，沿周向方向设置有若干第一转动装置440，这些第一转动装置440分别以固定的、不可拆卸的方式安装在基板321上。在这些第一转动装置440的主动操作状态中，相应的接合元件441和接合结构432之间存在接合。在被动操作状态中，相应的接合元件441和接合结构432彼此机械分离。在发电机100的正常操作中给定被动操作状态，当期望转子组件120的受控旋转时给定主动操作状态，通过沿相应的第一转动装置440的旋转轴线移动相应的接合元件441，实现被动操作状态和主动操作状态之间的过渡。

沿周向方向还设置有若干第二转动装置445。与第一转动装置440相比，这些第二转动装置445仅仅暂时地分别安装在图2中所描绘的机械接口255处。每个第二转动装置445均包括接合装置446，该接合装置446也与接合结构432接合。根据在此描述的示例性实施例，第二转动装置445仅仅在检修或组装作业中被分别安装和使用，在检修或组装作业中，由于缺失至少一个叶片192，因此风轮190机械不平衡。

在这方面要提及的是，代替使一个或多个第一转动装置440和/或一个或多个第二转动装置445直接作用在接合结构432的齿上，存在如下选项：将一个或多个第一转动装置440和/或一个或多个第二转动装置445放置和安装成稍微远离环形装置330，且因此通过一个或多个中间齿轮间接地作用在接合结构432上。当相应的转动装置被用作维护转动装置时，这可以特别具有优势，因为即使在发电机100的惯常操作期间，相应的转动装置也能够被永久地安装在整个定子支撑结构（的内支撑结构211）处。当需要维护时，（多个）中间齿轮能够被简单地放置在相应的接合元件441或接合装置446之间，以便使相应的转动装置能够操作地主动。在维护作业结束之后，能够移除（多个）中间齿轮。

如能够从图4中进一步看到的，发电机100包括也沿环绕旋转轴线190a的周边布置的若干制动系统450。每个制动系统450均包括安装于定子组件110的卡钳451。当启用制动系统450时，卡钳451与安装于转子组件120的（公共）制动盘458相互作用。根据在此描述的示例性实施例，制动盘458是环形装置330的内部部分。

应指出的是，与图4中所描绘的构建性设计相比，制动盘和环形装置可由不同的（环形）件制成，其均安装于转子组件或者形成转子组件的一部分。两个环形件可以具有不同的直径，和/或可以被定位在相对于旋转轴线190a的不同轴向位置处。这可以允许实现具有各种不同几何结构的转子组件，这显著地提高设计的构建性自由度。

要提及的是，在本文所描述的实施例中，所有制动系统450的整体并不被用作用于使风轮190的旋转停止（例如在紧急情况下）的紧急制动器。制动系统450的整体仅被用作所谓的维护制动器，当转子组件120（已经缓慢地）被旋转时，允许针对组装和/或检修作业使转子组件120进一步减慢和停止。

如能够从图4中进一步看到的那样，发电机100还包括转子锁定系统470，其能够被启用以便防止转子组件120和/或风轮190的任何不希望的旋转。根据在此描述的示例性实施例，设置有若干转子锁定系统470，这些转子锁定系统470被布置在围绕旋转轴线190a的周边处，并被安装到定子组件110。每个转子锁定系统470均包括能够轴向移动的活塞471，当启用相应的转子锁定系统470时，能够轴向移动的活塞471被向前推动，以便分别与一个接合开口431接合。

在图4中所示的实施例中，所有的接合元件441均是相同类型。具体地，被实现为与接合结构432接合的齿轮的所有接合元件441均具有相同的直径。但是，也可能的是，齿轮441、446具有不同的直径，使得至少一些转动装置相对于其它转动装置径向移动。这可以提供如下优势：在没有任何额外齿轮的情况下，将针对不同转动装置实现不同齿轮比。

图5示出定子组件110和转子组件120的透视半剖视图。能够看到转子组件120如何连接至轴196，而且轴196在定子组件110处被支撑在轴承198内。在图5的放大视图中，不能够看到完整的转子组件120，而是仅能看到基板321以及凸缘321a。环形装置330牢固地附接到凸缘321a。

在这点上要提及的是，凸缘321a不仅具有沿接近定子组件110的内支撑结构211的轴向方向布置环形装置330的目的。凸缘321a也可以促成整个转子组件120的机械加强。

相比于图2中的图示，更加详细地绘出了具有其两个倾斜部分217的外支撑结构216。为了扩大两个倾斜部分217之间的容纳空间，右倾斜部分217不直接在内支撑结构211处形成，而是在轴向凸缘518处形成，其中轴向凸缘518形成在内支撑结构211的外缘和右倾斜部分217之间。

图5中能够清晰地看到一个第一转动装置440的致动器542、一个第二转动装置445的驱动单元547，和一个转子锁定系统470的液压马达572。致动器542、驱动单元547和液压马达572均被安装于内支撑结构211，并朝向内支撑结构的右侧延伸。

根据在此描述的示例性实施例，每个卡钳451均以能够径向移动的方式被安装于内支撑结构211。在卡钳451的第一径向（外部）位置中，当启用卡钳451时，将实现卡钳451和制动盘458之间的制动相互作用。在卡钳451的第二径向（内部）位置中，卡钳451已移动远离环形装置330的制动盘458。因此，卡钳451和制动盘458之间的制动相互作用是不可能的。用描述性的语言来说，当启用卡钳451时，其制动衬片（lining）将“抢占空闲空间”。

根据在此描述的示例性实施例，借助于定位系统566完成使卡钳451在其第一径向（外部）位置和其第二径向（内部）位置之间移动，其中定位系统566也附接到定子组件110的内支撑结构211。为了允许相应的卡钳451的精确径向运动，在内支撑结构211内形成导引结构552。如能够从图5中看到的，借助于沿径向方向延伸的槽552实现导引结构。为了将卡钳451暂时固定在其径向（外部）位置中，第一定置器件561被设置在卡钳451处。根据在此描述的示例性实施例，借助于多个可移动螺栓561实现第一定置器件。

再次指出的是，制动盘和环形装置是单独的机械结构或工件。根据转子组件的旋转对称，这些工件均应当具有环形形状，可以以相对于彼此的径向偏移和/或轴向偏移被布置或定位。在这种背景中，单纯的径向偏移可以意味着环形制动盘和环形装置以彼此同心的方式在空间上布置，且具有沿旋转轴线的相同的轴向位置。此外，单纯的轴向偏移可以意味着环形制动盘和环形装置具有基本相同的直径，但是具有不同的轴向位置。优选地，径向偏移和轴向偏移两者均被给出。

图6更详细地示出允许（未示出）的卡钳451的上述径向移动的机构。卡钳451的导引元件653在槽552内被导引。为了防止卡钳451的不希望的旋转，借助于细长螺柱（stud）实现导引元件。

示意性地绘出的定置系统660确保卡钳451能够被固定在第一径向（外部）位置或者第二径向（内部）位置中的任一者中。如上文已经提及的那样，借助于可移动螺栓561实现第一定置器件，其附接于卡钳451的外壳。因为在第一径向（外部）位置中，当启用相应的卡钳451时，可以产生强大的制动力，因此第一定置器件561必须机械上非常稳定。为了实现这种稳定性以及在制动动作期间防止卡钳451的不希望的旋转，以二维阵列的方式布置可移动螺栓561。根据在此描述的示例性实施例，该阵列包括两行螺栓，每行分别由6个螺栓构成。当然，螺栓的其它空间布置也是可能的。

当启用第一定置器件561时，除了两个可移动螺栓之外，其它所有可移动螺栓均接合于形成在内支撑结构211内的对应开口中。其余的两个可移动螺栓接合在槽552内。第二定置器件662被用于将卡钳451固定在其第二径向（内部）位置中。在此，不存在必须被吸收的制动力。因此，在所绘出的示例中，借助于简单的夹持装置实现第二定置器件，其在图6中示意性地绘出并且用附图标记662标记。

图7根据另一实施例示出用于使转动装置440在（a）对应于主动操作状态的第一径向（内部）位置和（b）对应于转动装置440的主动操作状态的第二径向（内部）位置之间径向移动的机构。在该实施例中，包括致动器542和接合元件（齿轮）441的转动装置440不直接安装于定子组件110的内支撑结构211。事实上，转动装置440固定地安装于凸缘板743，凸缘板743自身能够在内支撑结构211处径向移动（在图7中沿竖直方向）。为了允许凸缘板的这种径向运动，凸缘板743的开口743a小于形成在内支撑结构211内的开口755，其中根据在此描述的示例性实施例，所述开口743a完全由致动器542占据。开口755的直径用φd2标示，而且开口743a的直径用φd1标示。

图7示出处于对应于转动装置440的第一操作状态的径向位置中的机构。这能够由齿轮441的径向位置看出，在接合区域741a中，齿轮441与环形装置330（的接合结构432）接合。

图8a和8b示意性地图示根据本发明的实施例的定置结构。该定置结构包括形成在内支撑结构211中的多个定置开口813（参见图8b）和形成在凸缘板743处的多个定置销844（参见图8a）。定置开口813和定置销844两者均以二维阵列（博特图案（bottpattern））布置。

如能够从图8a和图8b之间的比较看到的那样，两个阵列均具有相同数量（五）的列，而且定置销844的阵列相比于具有五行的定置开口813的阵列，具有更小数量（四）的行。此外，两个阵列的周期性沿阵列的行和沿阵列的列是相同的。

在分别地两个阵列及其位置必须彼此对齐以便允许定置销844于对应的定置开口813之间的接合的设置的条件下，存在两个不同的（径向）位置，凸缘板743能够在该位置中附接于内支撑结构211。具体地，当分别使用定置开口813a和凸缘板743时，转动装置440将处于第一径向（内部）位置，这导致齿轮441和接合结构432之间的接合。对应地，当分别使用定置开口813b和凸缘板743时，转动装置440将处于第二径向（外部）位置，这导致齿轮441和接合结构432之间的断开。

在图8b中，这两个径向位置（用于转动装置440的致动器542）由用实线画出的两个圆图示。下部的圆与第一径向（内部）位置相关联，且上部的圆与第二径向（外部）位置相关联。具有更大直径φd2的开口755由用虚线画出的圆图示。

应当清楚的是，两个阵列的行的数量和/或列的数量不局限于图8a和8b中所示的具体实施例。根据具体应用，本领域技术人员将为两个阵列的行和列两者找到合适的数量。此外，要提及的是，销844和开口813能够彼此交换。这意味着在其它实施例中，内支撑结构设置有销，且凸缘板743设置有开口。更进一步地，允许内支撑结构211和凸缘板743之间的适当接合的任何其它类型的结构元件也是可能的。

应注意到的是，术语“包括”不排除其它元件或步骤，且冠词“一”或者“一个”的使用不排除多个。而且，关于不同实施例所描述的元件也可以组合。还应注意到的是，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。