[发明专利]补偿电机不均匀空气间隙的结构

说明书

技术领域

本发明涉及补偿位于电机中的不均匀空气间隙的结构。本发明尤其涉及对处于发电机的转子和定子之间的空气间隙的补偿。

优选地，所述电机是发电机，如用在风力涡轮机中的“直接驱动”发电机。

背景技术

每个发电机呈现出空气间隙，其被定位成在所述发电机的定子元件和转子元件之间。例如，所述转子元件包含永磁体，而所述定子元件包含堆叠叠层板，其支持所述定子线圈的至少一个绕组。

所述空气间隙应该相对小，以确保所述发电机高效。因此，所述空气间隙应该处于仅仅几个毫米的范围内。对于发电机，如直接驱动或直接传动发电机，由于它们的尺寸使得这是很难的。直接驱动发电机呈现出若干米的直径。

转子元件和定子元件被布置彼此相对，因此所述空气间隙必须保证在所述发电机操作时，它们不会接触到。

因此所述空气间隙应该非常小，以便一方面确保所述发电机的效率，同时保证具有一定的空气间隙宽度以防止机械损伤。

尤其是对于直接驱动发电机而言，很难将所述空气间隙保持为在仅仅几个毫米的范围内。因此，对所述定子元件和对所述转子元件而言，这需要非常刚性的，大块的和笨重的支持结构。

发电机的空气间隙由以下因数决定：

-永磁体的公差，所述永磁体是转子的一部分，

-堆叠叠层板的公差，所述堆叠叠层板是定子的一部分，和/或

-线圈绕组的公差，所述线圈绕组是定子线圈的一部分。

此外，发电机的其他元件对空气间隙的大小也有影响。

所述空气间隙可按如下方式设计，即使得所述转子和所述定子的元件不会发生接触，同时所述转子绕其专用旋转轴线旋转。

已知有用于直接驱动发电机的不同轴承布置结构。其中之一即所谓的“两轴承式”结构。这种结构例如因文献EP 1 641 102 A1或文献US 6,483,199 B2而为大家所熟知。

根据这些文件，发电机的转子被连接到风力涡轮机的轴。所述轴本身由两个轴承支持。发电机的定子经由一个轴承附连到一侧所谓的″固定不动的内轴″。因此，所述转子绕所述固定不动的内轴相对于定子旋转。

由于定子的单侧式支持方式，使得很难保持空气间隙恒定或至少几乎恒定。此外，重力作用在大型发电机上，这影响了空气间隙。转子部件由于其质量惰性也会影响空气间隙。作用于发电机元件的磁力和发电机的振动在发电机处操作或工作期间也会影响空气间隙的宽度。

所述两轴承式结构被所谓的“单轴承式结构”替代。这种技术被例如文献US 2006/0152014 A1和文献WO 02/057624 A1公开。固定不动的内轴承部件被附连到固定不动的内轴，旋转的外轴承部件支持着直接驱动发电机的转子。

图3示出了一种典型的公知的“一个轴承式”布局结构。风力涡轮机401包括直接驱动发电机402，其被布置在风力涡轮机401的塔403的上风面上。

塔凸缘404被布置在塔403的顶部。台板405被附连到塔凸缘404。所述风力涡轮机401包括摇摆系统(这里未示出)，其被用来绕轴线Y转动风力涡轮机401的台板405。

风力涡轮机401包括固定轴406，而轴406具有中心轴线A。固定轴406的后侧被附连到保持结构407。固定轴406的前侧上布置有直接驱动发电机402的定子结构408。

定子结构408包括定子支持结构409和叠层堆410。叠层堆410支持绕组411。

定子支持结构409包括两个支持件412，用于叠层堆410的双侧支持。所述支持件412为环状。它们被附连到固定轴406的外部。

中空圆柱形支持件413被附连到环状支持件412的外端。中空圆柱形支持件413携载着环状叠层堆410和绕组411。

转子结构414被布置在定子结构408的周围。转子结构414包括前端板415和缸元件417。所述前端板415是环状的，而所述缸元件417是中空的。

缸元件417包括多个永磁体418，它们被安装在中空圆柱形元件417的内侧。

所述永磁体418被布置成与所述叠层堆410和所述支持绕组相对。

具有大致5mm宽度的空气间隙419被定位在所述永磁体418和所述叠层堆410之间。

前端板415经由轴承420被布置在所述固定轴406上。轴承420能够将轴向载荷变换到在中心轴线A的双向上。适当的轴承例如被公开在DE 201 16 649 U1中。