专利名称：具有密封的定子室的风力涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力涡轮机，其包括:-风力涡轮机塔架；-设在风力涡轮机上的机舱；-风力涡轮机转子轮毂，所述风力涡轮机转子轮毂可旋转地安装在所述机舱上，所述风力涡轮机转子轮毂具有至少一个安装在其上的风力涡轮机叶片；-轴，所述轴联接至所述风力涡轮机转子轮毂；以及-发电机，所述发电机联接至所述轴，其中所述发电机包括转子，所述转子相对于定子可旋转地安装，所述转子包括至少一个超导转子线圈，所述超导转子线圈位于由转子壳体封装的转子室内，所述定子包括至少一个导电材料的定子线圈，所述定子线圈位于由定子壳体封装的定子室内；所述超导转子线圈和所述定子线圈被设置为具有相互作用的磁场，当所述转子旋转时，所述相互作用的磁场感应所述定子线圈内的电流，其中在所述转子壳体和所述定子壳体之间具有转子-定子间隙。
背景技术：
在这方面，已经使用和开发了风力涡轮机。在最近的研究和提议已经建议使用超导发电机。通常，超导体比传统的导体更轻且更小，因此，用于风力涡轮机中以降低其重量或使其产生更大的动力，是很有吸引力的。US2009/0224550A1公开了超导风力涡轮机的这个提议的一个实施例。对于在岸上和离岸的实际用途和操作，所公开的超导风力涡轮机具有许多缺陷，例如不适合操作条件的超导转子线圈和线圈的结构和设置。US4146804A公开了超导风力涡轮机的另一个实施例。该结构公开了设置在发电机壳体内的定子组件和转子组件，其中定子组件和转子组件分别设置在定子外壳和转子外壳中。转子组件安装在两个轴承上，两个轴承位于发电机壳体的端板。定子组件包括多个定子线圈，定子线圈缠绕在胶纸板孔密封上，该胶纸板孔密封连接至末端两个端板。该结构的缺点是，该胶纸板在回转端部可以朝着转子组件向外弯曲或甚至由于泵压和油压而塌陷。为了保持转子外壳和定子外壳的空气间隙尽可能小，转子组件由轴承支撑，以便转子组件相对于定子组件是稳定的，从而使空气间隙减小。然而，这种支撑结构增加了发电机的总重量，增加了生产成本。发明目的本发明的一个目的是提供一种克服现有技术中的缺陷的装置，以在风力涡轮机定子和转子相互作用中使用超导定子线圈，以减小重量和/或尺寸或允许更大的功率输出。本发明的一个目的是提供一种结构，以使基于超导转子线圈装置的转子在风力涡轮机内运行。本发明的一个目的是提供一种结构，其使得定子与基于超导转子线圈装置的转子相互作用。本发明的一个目的是提供一种装置，该装置用于定子线圈装置的冷却，该定子线圈装置与基于超导转子线圈装置的转子相互作用。本发明的一个目的是提供一种结构，以防止定子壳体内壳向着转子向外弯曲。
发明内容
本发明的一个目的这样实现，一种风力涡轮机，其特征在于:-所述定子壳体包括面向所述转子壳体的定子内壳，其中所述定子内壳包括至少一个第一内壳元件，所述至少一个第一内壳元件至少连接至定子铁内的至少一个楔形体，所述定子铁安装在定子室内。该结构使得定子壳体内壳连接至定子铁，特别是至少一部分楔形体使定子线圈保持在位置上，从而防止定子壳体内壳向转子组件弯曲或塌陷。第一内壳元件为几毫米的薄圆筒形板，例如Imm至6mm之间，优选地Imm至3mm之间或Imm至2mm之间。该薄板使定子线圈和转子线圈之间的距离变小，以使发电机的效率增加。第一内壳元件优选由非磁性和/或非导电性材料制得，例如合适的金属或纤维增强塑料或合适的复合材料，其中纤维可以是玻璃、碳纤维或有机纤维。通过采用非磁性和非导电性材料制作第一内壳元件，降低发电机的损耗。在一个特定实施方式中，所述楔形体包括面向所述转子壳体的外侧，其中所述外侧与所述定子铁的内边缘对齐。所述第一内壳元件可以使用胶粘剂，以胶水或具有强粘合性能的粘合剂的形式，连接至楔形体和所述第一内壳元件的材料，以便在运行过程中，定子内壳仍然连接至定子铁。胶粘剂设置在第一内壳元件的内侧和定子铁的外侧之间。胶粘剂可以是二组分环氧粘合剂，例如具有强粘结性的二组分环氧粘合剂，以粘接至纤维增强塑料/复合材料和楔形体所选择的材料或复合材料。楔形体的外侧和定子铁内的定子齿的外侧相互对齐，因此，为胶粘剂提供大的涂胶区或粘合区，以使该层的厚度更小。所述第一内壳元件还可以使用紧固装置连接，所述紧固装置例如螺栓、螺钉或其他合适紧固装置，所述螺栓、螺钉或其他合适紧固装置由非磁性和/或非导电性材料(即由塑料或尼龙)制得。紧固装置的使用使第一内壳元件能够直接与边缘和定子齿的外侧接触，因而，减小了定子线圈和转子线圈之间的距离。在另一个特定的实施方式中，所述楔形体包括面向所述转子壳体的外侧，其中所述外侧相对于所述定子铁的内边缘缩回。这使得胶粘剂可以位于由两定子齿和中间楔形体形成的凹槽内。使第一内壳元件能够直接与定子齿的外侧接触，因而，减小了定子线圈和转子线圈之间的距离。在一个特定的实施方式中，所述楔形体由具有强粘合性或强粘结性的材料或者复合材料制得，以粘结至第一内壳元件。楔形体可以由非磁性或磁性材料或复合材料制得，例如环氧玻璃，纤维增强塑料/复合材料，复合材料包括至少一种磁性材料，例如铁或其他合适的材料。强粘合性或强粘结性使胶粘剂能够在第一内壳元件和楔形体之间形成牢固的连接。胶粘剂可以具有耐高温性能，例如对热油，例如耐高温二组分环氧胶粘剂(即LORD公司的LORDk 305型)适用于油冷却风力涡轮机发电机。
在一个特定的实施方式中，所述第一内壳元件进一步连接至所述定子铁内的至少一个定子齿。这使得内壳元件连接至定子铁的至少一部分定子齿，以便防止定子内壳弯曲或塌陷。所述第一内壳元件可以通过使用胶粘剂、胶水或具有强粘结性的粘合剂，连接至定子齿和/或第一内壳元件的材料，以便在运行的过程中，定子内壳仍然连接至定子铁。胶粘剂可以是二组分环氧粘合剂，例如具有强粘结性的二组分环氧粘合剂，以粘接至金属和/或纤维增强塑料/复合材料。胶粘剂可以具有耐高温性能，例如对热油，例如耐高温二组分环氧胶粘剂(即LORD公司的LORD.. ..305型)适用于油冷却风力涡轮机发电机。所述第一内壳元件还可以使用紧固装置连接至定子齿，所述紧固装置例如螺栓、螺钉或其他合适紧固装置，所述螺栓、螺钉或其他合适紧固装置由非磁性和/或非导电性材料(即由塑料或尼龙)制得。在特定实施方式中，所述第一内壳元件包括至少一个肋体，所述肋体安装在面向所述定子铁的内侧，其中所述肋体与至少所述定子铁接触。这使得在所述定子内壳配备多个肋体，以加固定子内壳，使所述定子壳体不会向转子组件弯曲或塌陷。所述肋体可以为凸起，所述凸起设置在第一元件的内表面上，其中定子铁的内边缘可以包括多个凹槽，所述凹槽用于容纳和固定凸起。所述肋体可以为在相对于定子线圈的轴方向的垂直方向上延伸的肋体，或为一个或多个螺旋型的肋体。在这个结构中，第二内壳元件可以省略，因为由于泵压和静态油压，所述肋体可以吸收所施加的负载。在一个特定的实施方式中，所述第一内壳元件与第二内壳元件的至少一部分重叠，所述第一内壳元件在重叠区域连接至所述第二内壳元件。所述第一内壳元件和所述第二内壳元件可以彼此连接，以便重叠区域在第一和第二内壳元件之间起封条的作用，从而不需要密封第二内壳元件和定子铁的管口之间的接触区域。重叠区域可以通过在重叠区域的至少一部分上使用胶粘剂密封。或者，在重叠区域内设置弹性变形元件形式的封条，或使用密封器密封重叠区域。所述第一内壳元件可以延伸至与第二内壳元件的整个外表面重叠。这使得第一内壳元件也连接至和/或密封至定子壳体端板。适合的固定装置或合适的胶粘剂可以用于将第一内壳元件连接至定子壳体端板。所述第二内壳元件优选由非磁性和/或非导电性材料制得，所述非磁性和/或非导电性材料例如合适的金属、或纤维增强塑料、或合适的复合材料，其中纤维可以是玻璃、碳纤维或有机纤维。第一内壳兀件可以由与第二内壳兀件不同的材料制得，例如第一内壳兀件为纤维增强塑料/复合材料，第二内壳元件为金属。在一个特定的实施方式中，所述第二内壳元件设置在所述定子铁和定子壳体端板之间。所述第二内壳元件设置在所述定子铁和定子壳体之间，以便定子铁和第一内壳元件的内边缘形成连续的表面。这使得所述第一内壳元件与所述第二内壳元件重叠。所述第一内壳元件连接至所述第二内壳元件和/或定子铁。这使得定子室的第一室和第二室被第二内壳兀件封闭，定子铁的层压堆被第一内壳兀件封闭。这种结构使得两个内壳兀件的使用具有不同的热膨胀系数。所述第二内壳元件可以通过焊接、钎焊或其他紧固技术的方式，连接至定子壳体端板。第二内壳元件使用紧固装置连接至定子壳体端板，该紧固装置装置例如螺栓、螺钉或其他适合的紧固装置。所述第二内壳元件可以为大于几毫米的厚圆筒形板，例如为Imm至12mm之间，优选地为Imm至6mm之间，或Imm至4mm之间。由于定子室的泵压和静态油压被第二内壳元件吸收，厚板使得负载作用在定子壳体内壳上。在一个特定实施方式中，定子壳体端板包括凹槽，在凹槽内放置有所述第二内壳元件，其中在凹槽内设置有封条。通过凹槽，使第二内壳元件固定在位置上，而不使用紧固装置。所述第二内壳元件和定子壳体端板之间的接触区域可以使用密封器或弹性变形元件密封，所述密封器或弹性变形元件以O型密封圈或其他合适的封条的形式。封条可以由高温和/或耐油压材料制得，该高温和/或耐油压材料适用于油冷却风力涡轮机发电机。在一个特定实施方式中，至少一个压板设在定子铁的至少一个管口上，且连接至定子壳体外壳和第二内壳兀件。压板使所述第二内壳元件连接至定子外壳，以使定子铁内的层压堆牢固地保持在位置上，从而阻止该层压板的剥落。压板包括用于定子线圈的切口和安装在定子铁内的冷却通道，以使冷冻剂可以从一个室流到另一个室，以冷却定子线圈。压板可以使用紧固装置连接至第二内壳元件和/或定子外壳，该紧固装置例如螺栓、螺钉或其他合适的紧固装置。压板可以改用焊接、钎焊至定子外壳和/或第二内壳元件。压板可以在其端部封闭和/或围绕切口使用封条、密封器或其他合适的密封材料密封，以便防止油与定子铁内的层压堆接触。在一个特定实施方式中，扭矩传递型材设置在所述压板的第一侧面，且连接至所述定子壳体外壳和所述压板。扭矩传递型材允许在定子铁和定子线圈内引入扭矩，以转移至定子外壳。所述型材可以为加强板的形状，所述加强板连接至压板和定子外壳，且在垂直方向上延伸远离压板。连接可以通过焊接或钎接或使用紧固装置完成，所述紧固装置为螺栓、螺钉或其他合适的紧固装置。因此，定子线圈和转子线圈在它们各自的壳体内分开，其中环境，例如温度、压力或其他条件可以完全或更大程度相互独立地调节。封装理解为壳、盖体或壳体围绕对象形成一个密封容器。该对象可以是转子线圈或转子线圈和轴附近的辅助设备。转子辅助设备包括轴承、转子支撑结构、电缆等。所述对象可以是定子线圈和定子线圈附近的辅助设备。所述定子辅助设备包括定子铁、定子支撑结构、电缆等。封装的另一个优点是，转子可以在干净的环境组装，作为一个组件运输和安装，不会降低或降低被如潮湿物或甚至更糟糕的盐溃潮湿物污染的风险。同样，定子的封装也具有同样的优势。在风力涡轮机安装的过程中，转子壳体和定子壳体根据转子壳体和定子壳体上的标记放置和调节。因此，在单独运输之前，转子和定子可以在测试台上调节和平衡，且可以在风力涡轮机内，甚至在苛刻的条件下例如离岸，容易地安装并相对于彼此重新放置。在特定的实施方式中,转子壳体为圆筒形，围绕轴，且在任一端部被端板封闭。在特定的实施方式中，定子壳体为具有内圆筒和外圆筒的圆筒形，其中内圆筒围绕转子壳体，在所述定子壳体和所述转子壳体之间有空气间隙。所述内圆筒和外圆筒在其端部被环形端板封闭，从而形成定子室。所述定子壳体具有连接装置，所述连接装置用于连接定子壳体的内侧和外侧。连接装置包括用于连接输电线、通信电缆、诊断电缆、从内部至外部的导管的装置。在一个实施方式中，空气间隙是真空的。该真空可以通过在转子壳体和定子壳体的任一末端封闭转子壳体和定子壳体之间的空间，并通过将真空泵连接至空气间隙来实现。通过超导了解导体的状态，其中导体的电阻率为0，这发生在当温度低于临界温度Tc时。根据超导材料的选择，临界温度将不同。同样，用于冷却和保持一定温度的装置的限制，确定了一系列在这些温度下将出现超导的材料。本领域的技术人员将能够从标准的教科书中作出选择。本领域的技术人员可以选择高温超导(HTS)材料，在此基础上将知道提供高于30K的温度。在上端，HTS目前在约150K。一种HTS-材料是Y-Ba-Cu-Ο，其在Tc>77K时是超导的，77K是液氮的沸点。另一种HTS-材料是B1-Sr-Ca-Cu- 0，其在不同临界温度是超导的(20K、85K和120Κ)。另一种HTS-材料是Tl-Ba-Ca-Cu- O,其在80Κ和125Κ之间的不同临界温度是超导的。另一种HTS-材料是Hg - Ba - Ca - Cu - 0，其在94Κ和134Κ之间的不同临界温度是超导的。根据一个实施方式，超导转子线圈的选择是基于温度，该温度通过使用具有低沸点的冷冻剂是可以维持的。特别是，液氮的沸点77Κ，液态氢的沸点20Κ，液氦的沸点4.2Κ。作为起点，本领域的技术人员将用下述表格确定材料的类别，以便提供基于特定的沸点、保持运行温度的冷却系统。
权利要求
1.一种风力涡轮机(100)，其包括: -风力涡轮机塔架(101)； -设在风力涡轮机(100)上的机舱(103)； -风力涡轮机转子轮毂(106)，所述风力涡轮机转子轮毂(106)可旋转地安装在机舱(103)上，所述风力涡轮机转子轮毂(106)具有至少一个安装在其上的风力涡轮机叶片(105)； -轴(115 )，所述轴(115)联接至所述风力涡轮机转子轮毂(106 );以及 -发电机(116)，所述发电机(116)联接至所述轴(115)，其中所述发电机(116)包括转子(203)，所述转子(203)相对于定子(204)可旋转地安装，所述转子(203)包括至少一个超导转子线圈(603)，所述超导转子线圈(603)位于由转子壳体(508)封装的转子室(509)内，所述定子(204)包括至少一个导电材料的定子线圈(503)，所述定子线圈(503)位于由定子壳体(505)封装的定子室(502)内；所述超导转子线圈(603)和所述定子线圈(503)被设置为具有相互作用的磁场，当所述转子(203)旋转时，所述相互作用的磁场感应所述定子线圈(503)内的电流，其中在所述转子壳体(508)和所述定子壳体(505)之间具有转子-定子间隙(506)； 其特征在于: 所述定子壳体(505 )包括面向所述转子壳体(508 )的定子内壳(602 )，其中所述定子内壳(602)包括至少一个第一内壳元件(702),所述至少第一内壳元件(702)至少连接至至少一个楔形体(704),所述楔形体(704)位于安装在所述定子室(502)内的定子铁(504)内。
2.根据权利要求1所述的风力`涡轮机(100)，其特征在于，所述楔形体(704)包括面向所述转子壳体(508)的外侧，其中所述外侧与所述定子铁(504)的内边缘对齐。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述楔形体(704)包括面向所述转子壳体(508)的外侧，其中所述外侧相对于所述定子铁(504)的内边缘缩回。
4.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述楔形体(704)由具有强粘合性或强粘结性的材料或者复合材料制得，以粘接至第一内壳元件(702)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述第一内壳元件(702 )进一步连接至所述定子铁(504)内的至少一个定子齿(705 )。
6.根据权利要求1至5任一项所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述第一内壳元件(702)包括至少一个肋体，所述肋体安装在面向所述定子铁(504)的内侧，其中所述肋体与至少所述定子铁(504)接触。
7.根据权利要求1至5任一项所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述第一内壳元件(702)与第二内壳元件(703)的至少一部分重叠，所述第一内壳元件(702)在重叠区域连接至所述第二内壳元件(703 )。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述第二内壳元件(703)设置在所述定子铁(504 )和定子壳体端板(701)之间。
9.根据权利要求7或8所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，至少一个压板(708)设在定子铁(504)的至少一个管口上，且连接至定子壳体外壳(601)和第二内壳元件(703)。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，扭矩传递型材(711)设置在所述压板(708 )的第一侧面，且连接至所述定子壳体外壳(601)和所述压板(708 )。
11.根据权利要求1至10任一项所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述定子室(502)至少部分充满冷冻剂(404)，所述冷冻剂(404)热耦合至定子线圈(503)。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述冷冻剂(404)是防腐齐U，或润滑剂，或防腐剂和润滑剂，所述润滑剂例如油，尤其是变压器油。
13.根据权利要求11或12所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述定子室(502)连接至定子冷却系统(400 )，并用以循环所述冷冻剂(404 )。
14.根据权利要求1至13任一项所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述转子壳体(508)连接至转子冷却系统，以将转子室(509)内的超导转子线圈(603)冷却至超导态。
15.根据权利要求14所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述转子冷却系统将超导转子线圈(603)冷却至温度为4K至120K之间，25K至80K之间，或25K至35K之间。
16.根据权利要求11至15任一项所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述冷冻剂(404)和/或所述定子冷却系统(400)联接至所述转子冷却系统。
17.根据权利要求1至16任一项所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述转子壳体(508)和所述定子壳体 (505)位于发电机室(507)内，所述发电机室(507)由所述发电机壳体(501)包围。
18.根据权利要求17所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述发电机室(507)是真空的。
全文摘要
本发明涉及一种风力涡轮机，其包括在顶部设有机舱的风力涡轮机塔架；风力涡轮机转子轮毂，其具有至少一个可旋转地安装在机舱上的风力涡轮机叶片；轴，其联接至所述风力涡轮机转子轮毂和发电机。所述发电机包括具有至少一个超导转子线圈的转子，所述超导转子线圈相对于具有至少一个定子线圈的定子可旋转地安装。所述转子安装在转子壳体内，所述定子安装在定子壳体内，所述两壳体被转子-定子间隙隔开。所述定子壳体包括定子内壳和定子外壳，所述定子内壳和所述定子外壳通过至少一个定子壳体端板相互连接。所述定子内壳包括连接至定子铁的第一内壳元件，而所述定子铁连接至第二内壳元件。压板连接至所述第二内壳元件和所述定子外壳。
文档编号H02K55/00GK103151875SQ20121051990
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月6日 优先权日2011年12月7日
发明者安德斯·瓦明·波瑞夫, 莫恩斯·克里斯滕森 申请人:远景能源(江苏)有限公司