專利名稱：風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按照權(quán)利要求1的前序部分的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
現(xiàn)有技術(shù)及缺點(diǎn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備設(shè)計(jì)和發(fā)展中最主要的技術(shù)挑戰(zhàn)是要保證葉片作用在渦輪輪轂上的彎矩不會(huì)對(duì)其余結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性的變形。在渦輪軸沒有中間齒輪箱而支承著發(fā)電機(jī)時(shí)，特別涉及會(huì)影響轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙的變形，而在渦輪軸和發(fā)電機(jī)中設(shè)齒輪箱時(shí)，特別涉及會(huì)損壞齒輪箱的輪和減小使用壽命的變形。
已知提供風(fēng)力渦輪作為安排在柱或塔頂上的發(fā)電機(jī)的動(dòng)力源。一個(gè)方案是把風(fēng)力渦輪的輪轂直接與轉(zhuǎn)子連接。轉(zhuǎn)子依次又由與塔頂連接的基座支承，定子由基座支承著，不用任何努力協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)子和定子的運(yùn)動(dòng)。經(jīng)驗(yàn)表明該設(shè)計(jì)基于從風(fēng)力渦輪的輪轂加到渦輪軸的彎矩變形不作對(duì)轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙的必要的控制。另外，發(fā)電機(jī)在安裝前不可能是準(zhǔn)備好的。另一方案在德國(guó)專利公開4402184 A1中建議的，其中風(fēng)力渦輪的輪轂直接與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，而沒有任何連接的齒輪箱，并且轉(zhuǎn)子和定子通過提供協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)軸承連接起來(lái)。該方案允許在工廠預(yù)安裝發(fā)電機(jī)作為一個(gè)完整的單元，和在就地安裝前進(jìn)行試驗(yàn)。
計(jì)算表明當(dāng)風(fēng)力渦輪的功率及尺寸超過一定的值，不使支承支座的尺寸不必要的大，該設(shè)計(jì)也不能提供要求的穩(wěn)定的氣隙。
已經(jīng)建議相對(duì)塔頂把發(fā)電機(jī)安排在風(fēng)力渦輪的相對(duì)側(cè)，和基于一個(gè)在輪轂和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子之間的渦輪軸，把風(fēng)力渦輪與發(fā)電機(jī)連接起來(lái)—或者成剛性連接，或基于一個(gè)連接器，其沒有中間齒輪箱和不傳送彎矩來(lái)進(jìn)行連接，和其中渦輪軸與發(fā)電機(jī)用集成在支承安排中的兩個(gè)或更多的把軸承的軸頸設(shè)在支承安排中。該方案的目的是減小作用在連接發(fā)電機(jī)的軸部分上的彎曲，其是通過來(lái)自軸承的徑向反作用力對(duì)軸加力，相對(duì)于沒有該安排時(shí)軸的彎曲返回到自然位置，使轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙盡可能小。采用該方案，軸承受到高的軸承力，另外，該設(shè)計(jì)要求很剛性的基座容納增加的軸承。
發(fā)明目的本發(fā)明的主要目的是提供一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其中操作中與在渦輪軸與發(fā)電機(jī)直接連接的情形下由于作用在風(fēng)力渦輪的輪轂上的彎矩造成的渦輪軸的撓曲無(wú)關(guān)，定子和轉(zhuǎn)子保持相互之間的距離(氣隙)。在齒輪箱安排在渦輪軸與發(fā)電機(jī)之間的實(shí)施例中，本發(fā)明使齒輪箱釋放會(huì)降低正常使用壽命的不希望的力。
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中的渦輪軸的軸頸設(shè)置，使用權(quán)利要求1的軸頸設(shè)置，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備由在軸的一端的風(fēng)力渦輪供給功率，和發(fā)電機(jī)與軸連接，可在相對(duì)兩個(gè)軸承座的外面或面向渦輪的軸承座和后軸承座之間，以減小由于作用在風(fēng)力渦輪的輪轂上的力造成的作用在軸上的彎矩對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間氣隙的影響。
這提供了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及良好的軸頸設(shè)置的性能的結(jié)合。這一軸頸設(shè)置使得在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備工作時(shí)保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙盡量小而穩(wěn)定，并且不造成由作用在輪轂上的彎矩產(chǎn)生的力而使軸承過分變形。
這允許把力矩從渦輪軸傳到轉(zhuǎn)子，和從轉(zhuǎn)子通過電場(chǎng)傳到定子，和通過不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器傳到一個(gè)或兩個(gè)軸承座，或直接傳到基座。其它有利的特點(diǎn)在權(quán)利要求2-10中提出。
當(dāng)使用插在渦輪軸和發(fā)電機(jī)之間的齒輪箱，本發(fā)明允許把齒輪箱的軸的輸入與渦輪軸直接連接起來(lái)，渦輪軸支承齒輪箱，齒輪箱支承著支承發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)座，和其中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用一個(gè)剛性或彈性的連接器與齒輪箱的輸出軸連接。在該情形下，從轉(zhuǎn)子到定子的力矩傳遞和從定子到基座的力矩的傳遞由不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器實(shí)行，可說成是直接被驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。實(shí)例下面參照附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，附圖中

圖1示出通過一實(shí)施例的垂直剖面，其中定子兩側(cè)的軸頸設(shè)在軸上；圖2示出相應(yīng)的實(shí)施例的垂直剖面，定子單側(cè)的軸頸設(shè)在軸上；圖3示出通過第三實(shí)施例的垂直剖面，其中定子起兩側(cè)的軸頸由軸支承著；圖4示出通過本發(fā)明的另一實(shí)施例的垂直剖面，發(fā)電機(jī)安排在兩個(gè)軸承之間；圖5示出一個(gè)不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器的變化實(shí)施例的透視圖；圖6示出一個(gè)變化實(shí)施例的透視圖，其中齒輪箱與渦輪軸連接，發(fā)電機(jī)沿著軸的延伸方向安排在由齒輪箱支承的發(fā)電機(jī)支座上和主基座的力矩的傳送由適配的不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器提供，和圖7示出另一實(shí)施例的透視圖，其中齒輪箱與渦輪軸連接，發(fā)電機(jī)安排在渦輪軸上方由齒輪箱支承的發(fā)電機(jī)基座上，和主基座的力矩的傳送由適配的不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器提供。
圖1示出的本發(fā)明基于渦輪軸直接與發(fā)電機(jī)的連接。圖1示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的通過一個(gè)軸承的縱向的垂直剖面。在塔1的頂部連接著一個(gè)水平的齒輪輞2，該齒輪輞用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(下面會(huì)詳細(xì)說明)的較上面部分。在齒輪輞2的上方是一個(gè)剛性的基座4，該基座4用作軸的支座。基座4可通過合適的軸承相對(duì)齒輪輞2繞其垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)3致動(dòng)，該電動(dòng)機(jī)有一帶齒輪5的懸下的軸，與齒輪輞2接合。
基座4提供兩個(gè)軸承座的支座，也就是一個(gè)面對(duì)渦輪的前軸承座6和一個(gè)后軸承座7。兩個(gè)軸承座一起支承渦輪軸8，該渦輪軸8又支承著一個(gè)發(fā)電機(jī)11。各軸承座有軸承9、10和通過螺栓21連接到基座4上。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由發(fā)電機(jī)軸22支承著，該發(fā)電機(jī)軸22與渦輪軸8連接著。定子座17由軸承15、16支承在軸8上。軸承15、16提供一個(gè)氣隙18，該氣隙在定子19和轉(zhuǎn)子12之間盡可能地恒定及小，與軸的撓曲無(wú)關(guān)。
來(lái)自渦輪軸8的力矩，通過電場(chǎng)傳送到定子座17，和通過不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器20傳送到基座。
在圖6和7中，示出本發(fā)明另外一個(gè)實(shí)施例。齒輪箱安排在渦輪軸8和發(fā)電機(jī)31之間，該兩部件與前面的說明相應(yīng)。齒輪箱29、發(fā)電機(jī)基座30和發(fā)電機(jī)31都可以在軸承座7和它與齒輪箱29的連接之間的空間自由地跟隨渦輪軸8的運(yùn)動(dòng)。不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器33把力矩從渦輪軸經(jīng)齒輪箱29傳到發(fā)電機(jī)31和主基座4和限制或完全消除了損壞力，否則該損壞力會(huì)造成齒輪箱和發(fā)電機(jī)的損壞。不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器33包括一個(gè)托架34，設(shè)成從主基座4朝著發(fā)電機(jī)31延伸的兩臂的形式。托架34與主基座剛性連接，和自由端與橫架35連接。另外，在自由端，一個(gè)具有兩個(gè)連接臂36、37的彎連接器與托架的端部或橫架35連接，和在托架38處連接在齒輪箱29的側(cè)面。在相對(duì)側(cè)可設(shè)置相應(yīng)的對(duì)稱安排的彎連接器。功能下面主要參照?qǐng)D1說明這一安排的功能。作用在軸8和發(fā)電機(jī)11上的重量和力由軸承9、10支承著和傳到基座4。渦輪軸8把力矩直接傳到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子12。定子座17直接支承在渦輪軸上。在發(fā)電機(jī)11附近的軸的合適的尺寸提供了足夠的剛度以最終保持轉(zhuǎn)子12和定子19之間的小而穩(wěn)定的氣隙。成環(huán)形盤帶有中部及圓周彎折的不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器20增加了沿軸向的柔韌性，導(dǎo)致以最小的彎矩把由于來(lái)自轉(zhuǎn)子12的電場(chǎng)作用在定子座17上的力矩傳到基座4。
不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器20設(shè)計(jì)和定尺寸成為只傳送來(lái)自風(fēng)力渦輪的力矩，而沒有力矩作用在風(fēng)力渦輪的輪轂上引起的發(fā)電機(jī)軸22的撓曲。
因此定子座17跟隨轉(zhuǎn)子12和發(fā)電機(jī)軸22的運(yùn)動(dòng)，而氣隙18主要保持穩(wěn)定。
這種總的結(jié)構(gòu)允許就地安裝前作為整體單元對(duì)風(fēng)力渦輪和發(fā)電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，和以預(yù)制的單元升起和安裝在塔頂部上。改型圖2中，示出一個(gè)替換的實(shí)施例，類似的部分用圖1中相同的標(biāo)號(hào)表示，其中發(fā)電機(jī)軸22被設(shè)有定子輪轂的雙軸頸的襯套23支承著，補(bǔ)套和另一軸承24支承著轉(zhuǎn)子12。發(fā)電機(jī)軸22有一個(gè)盤25設(shè)在連到轉(zhuǎn)子12的自由端用來(lái)傳送力矩。
在圖3中，示出基于同樣原理的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，具有輪轂的定子盤17由具有雙軸承的發(fā)電機(jī)軸22支承著，和在一側(cè)延伸進(jìn)入一個(gè)凸緣，支承著工作的定子部分。
在圖4中，與前面圖中同樣的標(biāo)號(hào)使用3，圖4中示出了另一實(shí)施例，該實(shí)施與圖1到圖3的實(shí)施例不同點(diǎn)在于發(fā)電機(jī)安排在軸承6、7之間。不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器20在鄰近風(fēng)力渦輪處相應(yīng)地固定到軸承座6上。
一般，不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器20可固定到一個(gè)獨(dú)立的軸承座或基座4上。
圖5中示出基座4和軸承單元6、7的另一改型的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，定子19設(shè)有一對(duì)徑向延伸的臂26，在基座4上水平延伸?；?支承著一個(gè)梁27，安排成與這對(duì)臂26平行。在兩端，這對(duì)臂和梁與一個(gè)阻尼元件28連接，該元件28可接收力矩，但不接受彎矩和軸向力。阻尼元件28用來(lái)吸收可能的動(dòng)量沖擊，例如由于短路引起的。
圖6和7示出本發(fā)明的使用，其中齒輪箱29安排在渦輪軸8和發(fā)電機(jī)31之間。還有通過齒輪箱29和發(fā)電機(jī)傳送來(lái)自渦輪軸的力矩的不轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器的其它實(shí)施例，只要它設(shè)置來(lái)沿除力矩方向外的所有方向在渦輪軸8和同樣的元件之間提供小的力的傳遞就可。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，具有一個(gè)風(fēng)力渦輪，該渦輪有一渦輪軸(8)，一發(fā)電機(jī)軸(22)可以是渦輪軸的延伸，該發(fā)電機(jī)軸(22)與發(fā)電機(jī)(11)的轉(zhuǎn)子(12)連接，其中所述的轉(zhuǎn)子(12)的徑向由一個(gè)定子(19)包圍著，所述的渦輪軸(8)的軸頸設(shè)在兩個(gè)軸承座(6、7)中，軸承(9、10)安排在塔頂(1)的一個(gè)基座(4)上，所述的基座(4)可繞一個(gè)垂直軸線樞轉(zhuǎn)，和一個(gè)電動(dòng)機(jī)(3)設(shè)置成進(jìn)行上述的樞轉(zhuǎn)，其特征在于，所述的發(fā)電機(jī)軸(22)與撓曲的渦輪軸(8)成整體或剛性連接，所述的定子(19)和所述的轉(zhuǎn)子(72)由所述的發(fā)電機(jī)軸(22)支承著，以允許所述的發(fā)電機(jī)(11)跟隨所述的渦輪軸(8)作撓曲運(yùn)動(dòng)，和所述的定子(19)被鎖住對(duì)抗由不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器(22)引起的轉(zhuǎn)動(dòng)，該連接器(20)不傳送對(duì)抗渦輪軸(8)被從輪轂作用在渦輪軸(8)上的彎矩造成的撓曲的彎矩或軸向力，另外設(shè)置軸承(9、10)以允許渦輪軸(8)的撓曲。
2.按照權(quán)利要求1的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述的發(fā)電機(jī)(11)安排在所述的基座(4)的一側(cè)，與所述的風(fēng)力渦輪相對(duì)，或設(shè)在軸承(6、7)之間，所述的定子與一個(gè)不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器(20)連接，所述的連接器(20)傳送力矩而不傳送彎矩，所述的連接器(20)設(shè)有一個(gè)環(huán)形盤，具有一個(gè)圓周彎折，該盤把定子與軸承座連接起來(lái)。
3.按照權(quán)利要求1或2的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述的不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器(20)設(shè)置用來(lái)傳送基于發(fā)電機(jī)短路引起的力矩和阻尼力。
4.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于定子(19)在發(fā)電機(jī)軸(22)的一側(cè)與發(fā)電機(jī)連接(圖1)，或用雙軸承連接(圖2-4)，和轉(zhuǎn)子(12)直接與發(fā)電機(jī)軸連接(圖1，3，4)或用一個(gè)盤與發(fā)電機(jī)軸的端部連接(圖2)。
5.按照權(quán)利要求1的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述的定子(11)在兩側(cè)用側(cè)元件(17)支承著，側(cè)元件(17)不撓曲地支承著定子(11)，定子相對(duì)于發(fā)電機(jī)軸(22)是不撓曲的，和渦輪軸(8)連接到由發(fā)電機(jī)軸支承的軸承(15、16)(圖1、4)。
6.按照權(quán)利要求1的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述的定子(11)的一端由一個(gè)盤元件(17)支承著，盤元件(17)相對(duì)發(fā)電子機(jī)軸(22)不撓曲地支承著定子，和渦輪軸(8)連接到由發(fā)電機(jī)軸支承的軸承(15，16)(圖2，3)。
7.按照權(quán)利要求1的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述的定子(19)和所述的基座(4)(圖5)由一對(duì)傳力元件(28)連接，所述的傳力元件(28)安排成徑向離開所述的發(fā)電機(jī)軸(22)用來(lái)傳送力矩，所述的傳力元件(28)可以是彈性阻尼元件形式，安排在定子上在一對(duì)臂(26)和與臂(26)平行的梁(27)之間和與基座(4)連接，把力矩從定子(19)傳到基座(4)，而不加上彎矩或軸向力，可防止輪轂作用在軸上的彎矩和由發(fā)電機(jī)中短路引起的阻尼力使渦輪軸(8)撓曲。
8.按照權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述的軸承(9、10)是球形的。
9.一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，具有一個(gè)風(fēng)力渦輪，所述的渦輪通過中間的齒輪箱(29)與一個(gè)發(fā)電機(jī)(31)連接，其中齒輪箱(29)、發(fā)電機(jī)基座(30)和發(fā)電機(jī)(31)由渦輪軸(8)支承著，其特征在于所述的齒輪箱(29)、所述的發(fā)電機(jī)基座(30)和所述的發(fā)電機(jī)(31)可沿除渦輪軸的力矩方向外的所有的力的方向隨發(fā)電機(jī)軸作自由運(yùn)動(dòng)，和所述的齒輪箱(29)、所述的發(fā)電機(jī)基座(30)和所述的發(fā)電機(jī)(31)一起，獨(dú)立地或成組地把力從所述的渦輪軸(8)通過一個(gè)不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器(33)傳到主基座(4)上，所述的不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器(33)不會(huì)阻礙所述的元件沿其它的力的方向的運(yùn)動(dòng)。
10.按照權(quán)利要求9的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述的齒輪箱(29)、所述的發(fā)電機(jī)座(30)和所述的發(fā)電機(jī)(31)可設(shè)在相對(duì)于渦輪軸(8)的不同位置和不同方向。
全文摘要
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，具有帶渦輪軸(8)的風(fēng)力渦輪，渦輪軸延伸連接發(fā)電機(jī)軸(22)。渦輪軸(8)軸頸設(shè)在兩個(gè)軸承座(6、7)中，軸承座(6、7)有安排在塔頂(1)的基座(4)上的軸承(9、10)。發(fā)電機(jī)軸(22)與撓曲的渦輪軸(8)成整體或剛性連接。渦輪軸(22)支承著定子(19)和轉(zhuǎn)子(12)允許發(fā)電機(jī)(11)跟隨渦輪軸的撓曲運(yùn)動(dòng)。定子(19)鎖住對(duì)抗不可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接器(20)引起的轉(zhuǎn)動(dòng)，連接器(20)不傳送由于從輪轂作用在渦輪軸(8)上的彎矩引起的渦輪軸(8)的撓曲的彎矩或軸向力，軸承(9、10)設(shè)成允許渦輪軸撓曲。
文檔編號(hào)F03D11/00GK1469972SQ01817639
公開日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2001年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月19日
發(fā)明者托羅爾弗·彼得森, 安德斯·維克斯特倫, 米凱爾·林德伯格, 林德伯格, 維克斯特倫, 托羅爾弗 彼得森 申請(qǐng)人:掃描風(fēng)集團(tuán)有限公司