[发明专利]直驱式风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及直驱式风力涡轮机，包括：连接到轮毂的多个叶片；发电机，其包括定子和转子，由此定子被固定在风力涡轮机的机舱上，轮毂直接连接到转子；和旋转传感器，其具有静止元件和活动元件。

背景技术

风力涡轮机包括塔架，机舱通过偏航转动系统安装到塔架上。机舱支撑着轮毂，叶片被连接至轮毂。在传统的风力涡轮机中，轮毂使主轴转动，主轴又驱动连接到发电机的变速箱的齿轮。在这样的风力涡轮机中，轮毂和主轴以相对低的速度旋转，而发电机以相对高的速度旋转，以便达到风力涡轮机相连的电力网所要求的网频，即50Hz或60Hz。

为了降低与附加的变速箱有关的制造和维护成本，直驱式风力涡轮机被引入到风场中。直驱式风力涡轮机的操作原理在EP 2 157 314 A1中公开，在此通过引用将该文献以及“Windkraftanlagen”, Robert Gasch und Jochen Dreher EWS., 6^th edition 2010, Vieweg + T?ubner并入本文。

在直驱式风力涡轮机中，由于转子直接在结构上耦连到轮毂而不通过任何变速箱，因此发电机以转子的速度旋转。为了控制风力涡轮机，将轮毂的速度保持在可接受范围内是重要的。因此，轮毂的旋转速度必须被密切监控。为此，直驱式风力涡轮机通常包括旋转传感器，以监控轮毂的旋转速度。

在US 7,431,567 B1中描述的现有技术的直驱式风力涡轮机中，旋转传感器悬挂在轮毂和发电机的定子之间。由于此类风力涡轮机中没有轴，所以旋转传感器安装在支撑物上，以将旋转传感器保持就位。因为旋转传感器很大，且悬挂在定子的空腔中，使得到组件（例如轮毂）的通路被部分地阻塞，因此使维护更加困难、耗时。例如，可能首先必须将旋转传感器的各部件拆开，以获得到轮毂空腔的通路。而且，此类型的旋转传感器仅能提供低的测量分辨率，并且还会因轮毂和定子之间的运动导致测量不准确。为了准确测量轮毂的旋转速度，以能够控制风力涡轮机，需要轮毂每转至少300级或采样数的最小分辨率。

发明内容

因此，本发明的一个目的是为直驱式风力涡轮机提供改进的旋转传感器，其避免了上文列出的各种问题。

本发明的这个目的是通过权利要求1所述的直驱式风力涡轮机实现的。

本发明的目的通过直驱式风力涡轮机实现，该风力涡轮机包括：连接到轮毂的多个叶片；发电机，其包括定子和转子，其中定子被固定在风力涡轮机的机舱上；和旋转传感器，其具有静止元件和活动元件。轮毂直接连接到发电机的转子。术语“直接连接”在直驱式风力涡轮机的上下文中应解释成在包括叶片的轮毂与发电机的转子之间连接有齿轮。轮毂可在结构上连接到发电机的转子，例如通过结构元件。旋转传感器的静止元件安装在风力涡轮机的固定元件（具体是定子）上，与轮毂的旋转轴线相距一距离，旋转传感器的活动元件安装在发电机的转子上，与轮毂的旋转轴线相距一距离。

术语“旋转轴线”并不要求轮毂被连接到轴或其它物理轴线上。“旋转轴线”应解释为限定了轮毂绕其旋转的轴线。轮毂可连接到具有相对大直径的中空轴，该轴绕虚拟的旋转轴线旋转。

旋转传感器的活动元件和固定元件设置在与旋转轴线相距一距离处，该距离优选包括发电机的定子或转子的半径的至少25%，优选为至少45%，更优选为至少75%，最优选为至少90%。如果旋转传感器的活动元件位于距轮毂的旋转轴线更远处，则即使在低的轮毂速度下，此旋转可被更加准确地测量，因为相比于与轮毂的旋转轴线有较小距离的活动元件，测量装置可以更小的角距设置在活动元件上。而且，在一个优选实施例中，如果旋转传感器的活动元件和固定元件设置在外部或者设置在延伸穿过定子进入到轮毂中的空腔的径向边界区域，则维护人员可舒适地穿过定子空腔进入轮毂中，而不会遇到任何明显的障碍，并且不需要移走传感器的各部件。

而且，在一个优选实施例中，如果旋转传感器的活动元件和固定元件设置在的空腔外。

本发明特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，如下文的描述中所揭示的。

直驱式风力涡轮机可包括主轴承，其适于承载轴向和径向力。主轴承可被定位成比只能承载径向负荷的次轴承更靠近轮毂。旋转传感器的活动元件设置在靠近主轴承的转子部分上。靠近主轴承的发电机转子部分以比远离主轴承的发电机转子部分更加稳定的方式被支撑。因此，如果旋转传感器的活动元件设置在靠近主轴承的转子部分上，则可以获得更高的准确性。