[发明专利]用于由风轮机驱动的超导发电机的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及发电机，并特别涉及风轮机和超导发电机。

背景技术

由风轮机的叶片驱动的直接驱动发电机是高效的并且由于从涡轮叶片到发电机的扭矩传输使损失减少到最小。在风力涡轮机塔架上直接驱动的传统发电机通常具有三(3)兆瓦(MW)或更少的功率。

传统的直接驱动发电机典型地具有低转矩密度，并且因为3MW以上额定功率的风力涡轮机塔架变得太重。具有3MW以上额定功率的重型发电机已经被用于带有间接传动装置的风力涡轮机塔架中，所述间接传动装置通常包括变速箱和供紧凑的高速发电机用的轴。变速箱往往不可靠并且不适用于风力涡轮机塔架使用中的长使用期限。

存在长久的需求，用于风轮机的直接驱动的发电机能够产生数兆瓦(MW)的电功率，例如，10MW。所需要的发电机应该非常可靠，并且具有适当尺寸和重量以考虑到经济的运送和在风轮机塔架上的安装。

发明内容

本发明提出一种发电机，该发电机包括：一个可连接的与风轮机的旋转部件一起旋转的环形电枢；一个与所述电枢同轴的并且通过一间隙与所述电枢分离开的不旋转环形励磁线圈，其中所述励磁线圈包括超导体线圈磁铁；以及一个用于所述励磁线圈并可连接到风轮机的塔架的上部的不旋转支承装置。

本发明提供一种用于风轮机的发电机，该发电机包括：一个由风轮机直接驱动的并且与风轮机的旋转部件一起旋转的环形电枢；一个与所述电枢同轴的并且通过一间隙与所述电枢的内表面分离开的环形励磁线圈，其中所述励磁线圈包括超导体线圈磁铁；以及至少一个安装在比所述励磁线圈更高的高度上的再冷凝器。

本发明提供一种用于产生电能的方法，所述方法包括：在发电机中的不旋转的环形励磁线圈中产生一磁场，其中所述励磁线圈包括超导体线圈磁铁并将所述发电机安装在用于风轮机的塔架的上部分上；从所述风轮机上施加扭矩以转动发电机的电枢，其中所述电枢与超导励磁绕组同轴并且电磁耦合；通过电枢围绕固定的磁场绕组的转动在电枢中产生电流；将电流从旋转电枢传输到功率变换装置中；使用冷却液将超导体线圈磁铁冷却到超导状态，当所述冷却液冷却线圈时使其至少部分汽化，并且在发电机之上的再冷凝器中冷凝被汽化的冷却液，其中被冷凝的冷却液通过重力流到超导体线圈磁铁。

附图说明

图1是具有直接驱动发电机的风轮机，该发电机带有超导的电磁部件；

图2是图示直接驱动的发电机的横截面的示意图，该发电机具有一环形的旋转电枢和一由该电枢围绕的静止的超导励磁线圈(或励磁绕组)；

图3是图示用于超导励磁绕组的低温恒温器的横截面的示意图；

图4是一壳环的透视图，该壳环支承着超导励磁绕组的线圈磁铁；

图5是发电机和用于风轮机的轮毂的后部和侧面透视图；以及

图6是导流罩、发电机和用于风轮机的轮毂的部分剖视图。

具体实施方式

超导交流电(AC)发电机已经发展到具有一个静止(或固定)的磁场绕组和一个由风轮机或涡轮机(一起称为“风轮机”)直接驱动的旋转电枢。超导交流发电机可以安装在风力涡轮机塔架的上部并且直接联接到风轮机的旋转部件上，例如叶片上。直接驱动的发电机有足够轻的重量，以被安装在传统的风力涡轮机塔架的顶部并联接到传统的旋转风轮机叶片上。

超导发电机提供了高转矩密度，其允许发电机变轻，尽管增加的部件需要冷却并且需要将超导体线圈从野外风场中隔离。静止的磁场绕组包括一系列被冷却到冷凝温度的跑道状超导体线圈。旋转电枢和铁轭(备选的)被直接连接到风轮机上并由风轮机转动。一集电器在静止的定子中将由旋转电枢产生的三相电流传输到经过风轮机的框架向下延伸的导体上。

图1是风轮机10的前视图，该风轮机包括锚固在地面上的塔架12。一个超导发电机装放在导流罩14的内部，该导流罩安装在塔架的顶部。该导流罩可以围绕塔架的轴转动，以使涡轮叶片18相对于风向对准。叶片从轮毂20向外成放射状伸展。叶片18一般面对着风并且借助于风的能量来转动。发电机装放在导流罩14的内部并且由轮毂20和叶片18直接驱动。叶片和轮毂的旋转直接驱动发电机的电枢。