[发明专利]风力涡轮机及其安装方法和用于调整空气间隙的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括直接驱动发电机(direct drive generator)的风力涡 轮机。本发明还涉及一种用于安装风力涡轮机的方法以及用于调整风力涡轮 机的直接驱动发电机的转子和定子之间空气间隙的方法。

背景技术

原则上，从风力涡轮机的驱动构造角度来说，存在两种主要类型的风力 涡轮机。第一类风力涡轮机是更经典的一种风力涡轮机，包括布置在风力涡 轮机的主轴和发电机之间的传动箱。第二类风力涡轮机是无齿轮式的，包括 直接驱动或被直接驱动(directly driven)的发电机。这种直接驱动发电机可 以被制造为带有风动转子(winded rotor)或带有附连到转子的永磁体的同步 发电机，或者其可以被设计为交替式发电机。不考虑直接驱动发电机的类型， 期望的是在风力涡轮机和直接驱动发电机运行期间，甚至在风力涡轮机风 轮、主轴和直接驱动发电机的装置承受载荷时，发电机的转子和定子之间的 空气间隙的宽度优选地保持恒定或至少在一定的容差内。

因此，针对包括直接驱动发电机的风力涡轮机的驱动构造开发了不同的 轴承装置。至今，直接驱动发电机的经典轴承装置是双轴承装置。由此，连 接至风力涡轮机风轮的发电机转子用朝向静止内轴和固定内轴的两个轴承 来支承。定子在一侧上附连至静止内轴。由此，转子可以绕静止内轴相对于 定子转动。具有这种设计的风力涡轮机例如披露于EP 1 641 102 A1和US 6,483,199 B2中。这种设计的缺点是定子的一侧支承使得难以在定子的未支 承侧保持至少基本恒定的空气间隙宽度，特别是在整个发电机结构不仅受到 重力和质量惯性的作用还受到不平衡的磁拉力的时候。为了减少这种缺陷， 具有双轴承装置的直接驱动发电机需要大且重的定子支承结构，其能吸收相 对大的定子弯矩(bending moment)。这种定子结构例如披露于WO 02/05408 A1中，其中定子结构包括具有许多支承臂的支承构造。

在可替换的设计中，双轴承装置被一种单轴承替代，该单轴承带有附连 至静止内轴的静止内轴承部件和支承直接驱动发电机转子的旋转外轴承部 件。包括带有单轴承的直接驱动发电机的风力涡轮机披露于US 2006/0152014 A1和WO 02/057624 A1中。但是，用单轴承代替双轴承不能 充分地改变单侧支承的定子结构的缺陷。

在一些进一步的解决方案中，静止内轴构思被旋转轴构思替代。因为根 据旋转轴的概念，发电机的定子在两侧上被支承，所以易于保持发电机的转 子和定子之间的空气间隙宽度至少基本恒定。存在旋转轴构思的两种公知变 体，一种带有双轴承装置、一种带有四轴承装置。

根据双轴承装置，发电机的轴承用作风力涡轮机的主轴的轴承，该主轴 连接至风力涡轮机风轮。定子结构朝向主轴被支承并附连至风力涡轮机的底 座(bedplate)。具有这种设计的风力涡轮机披露于US 7,119,453 B2和WO 03/023943 A2。这种设计的缺点是定子结构需要被确定尺寸，以吸收并传递 风力涡轮机风轮的所有载荷——即风力涡轮机风轮的重量和所有不对称的 空气动力学载荷——以将空气间隙的宽度保持在必要的容差内。在大型风力 涡轮机上，这导致非常重且昂贵的定子结构。

在四轴承装置中，在一端连接至风力涡轮机风轮的风力涡轮机主轴被它 自己的两个轴承支承并在其另一端承载直接驱动发电机。直接驱动发电机具 有用于在定子内中心定位转子的双轴承装置。这种风力涡轮机的例子披露于 US 6,781,276 B1中。在这种装有主轴的装置中，发电机定子被发电机转子承 载，且转矩通过转矩臂装置从发电机传递到风力涡轮机底座。转矩臂装置需 要具有一定的可挠性，例如用橡胶元件实现，以允许主轴-发电机结构与涡 轮机底座之间的微小的未对准(misalignment)。定子在转子上的双侧支承允 许相对轻质的定子结构。这种设计的主要缺点是，总共需要四个轴承，且全 部转矩至少部分地通过这些轴承传递。对于大型风力涡轮机来说，这意味着 需要相当大且昂贵的轴承。而且，对于大型风力涡轮机来说，转矩臂将成为 相当坚固且重的结构。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种包括直接驱动发电机的风力涡轮机以使 得风力涡轮机的设计优选地被简化且更便宜。本发明的又一目的是提出一种 用于安装风力涡轮机的方法以及用于调整风力涡轮机的发电机转子和定子 之间空气间隙的方法。