[发明专利]风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的具有一体分段式永久磁体发电机的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机进行风力发电的用途是利用可再生能源的若干方法之一。涡轮机转子和发电机之间具有齿轮传动装置的风力涡轮机迄今为止已经成为风力涡轮机的主要传动系统设计，但是具有机械故障的高风险和不必要的传动系统复杂性。此外，即使不存在传动系统故障，基于齿轮的传动系统也需要额外的控制和维护。

为了克服这些问题，直接驱动的风力涡轮机是优选的，原因是其较简单的设计，具有少数几个移动部件和高可靠性，没有齿轮箱故障的风险，与齿轮风力涡轮机相比具有较低的维护成本。在发电机的转子中使用永久磁体代替传统的电磁体进一步简化了设计。

迄今为止，主要的挑战已经是将直接驱动的风力涡轮机构造成与齿轮风力涡轮机具有相同的成本水平，具有相当的功率输出，并且具有用于公路允许和现场安装的相同的灵活性。尤其是，与齿轮风力涡轮机相比，大型直接驱动发电机的制造成本以及运输和现场安装的额外成本由于物理尺寸和重量而已经威胁到直接驱动的风力涡轮机的整体安装成本，尽管它们在使用寿命方面具有非常有吸引力的特性。

已经存在有直接驱动的风力涡轮机的若干构造：

Pettersen等人的US2004041407A公开了一种方案，其中直接驱动的永久磁体发电机固定到风力涡轮机轴，仅仅小的来自风力涡轮机轴的外力作用在发电机上，除了改变轴的扭矩之外，在发电机的空气间隙周围没有产生变形力。但是该发电机是具有端盖、轴承和轴的传统永久磁体发电机，不能够分开进行运输和安装，即使定子是分段的。

Kurronen等人的公开US2007284959A描述了定子节段，但是它们被构建为定位在发电机端盖之间。

Wobben的公开WO02/057624涉及双锥形轴承如何能够固定到中空静止轴上，该中空静止轴利用支架承载叶片、毂以及发电机转子和定子，以便在传统电磁发电机中保持定子和转子之间的恒定的空气间隙。没有描述关于涡轮机分段的细节。没有提高其如何能够利用永久磁体转子技术来实现，其中转子和定子节段已经相对于彼此定位成可公路运输和提升的元件，将单独地组装到轴承系统的定子支架，以形成完整的发电机。

Lagerwey的公开WO01/21956公开了另一种单轴承直接驱动的风力涡轮机，但是定子和永久磁体转子不是分段的，而是作为具有轴承系统的一体式完整发电机公路运输到现场，从而限制了该设计的功率大小。

Bevington等人的公开US2009/0026771A1描述了制造风力涡轮机的直接驱动发电机的一种方式，但是没有提到发电机如何能够由节段构建而成，以降低制造、运输和搬运困难，以及如何以比例决定发电机的电尺寸和直径。

发明内容

本发明的主要目的在于提供克服上述缺陷的风力涡轮机。本发明的另一个目的在于提供一种风力涡轮机，其实现了齿轮风力涡轮机的安装成本与相比于齿轮风力涡轮机更加有利的风险预测和维护成本相结合。

本发明的目的在于提供为部分/节段形式的风力涡轮机，使得能够独立于风力涡轮机自身而利用轴承将发电机节段结合到风力涡轮机转子。

本发明的另一个目的在于提供一种风力涡轮机，其中发电机可以在安装之前组装，并且不需要重新定位空气间隙。

本发明的最后目的在于，由发电机节段形成的布置到轴承单元上的完整发电机可以作为完整单元布置到风力涡轮机支撑结构上，并且定子可以直接连接到风力涡轮机支撑结构，风力涡轮机转子、毂和叶片可以直接连接到轴承单元的旋转部分，而不需要任何轴。

权利要求1中描述了根据本发明的风力涡轮机。权利要求2-15中描述了风力涡轮机的有利特征。