[发明专利]风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机。

背景技术

现代风力涡轮机通常用于将电力供给到电网中。这种风力涡轮机通常包括转子，所述转子具有转子毂和多个叶片。转子被设定成在风力影响叶片的情况下转动。转子轴的转动直接驱动发电机转子（“直接驱动”）或者通过使用变速箱驱动发电机转子。

变速箱形成风力涡轮机的维护最密集的部件之一。变速箱需要被有规律地检查，而且不总是耗尽它们期望的使用寿命；变速箱或变速箱的某些部件有时需要被过早地替换。这是由于变速箱会经受较高的载荷和变动载荷。特别地，可能通过转子轴传递到变速箱的叶片上的弯曲载荷可以是破坏性的。

例如从WO2005/103489中已知的直接驱动的风力涡轮机没有遇到与变速箱有关的问题。然而，由于速度没有增大，所以发电机轴转动得非常缓慢。结果，通常需要较昂贵的大型发电机以能够以有效方式发电。另外，当弯曲载荷和运动（以及对应的变形）通过转子轴传递到发电机时，会不能控制发电机转子与发电机定子之间的气隙。较高的弯曲载荷甚至可以导致发电机的部件例如其轴承结构损坏。对这样的发电机部件的替换或修理由于发电机及其部件的尺寸和相关成本而会是非常昂贵的。

而且，就更为一体化的直接驱动的风力涡轮机设计而言，所述风力涡轮机设计缺乏转子轴并且在毂或其叶片与发电机的转子之间具有直接联接器（例如从DE10255745已知），弯曲运动和变形从毂直接传递到转子和/或定子，从而更加难以使气隙变化最小化。

弯曲载荷和变形从叶片和毂传递到发电机的原因在于风力涡轮机构造。在大多数传统的风力涡轮机中，转子毂安装在转子轴的一个端部上。转子轴可转动地安装在风力涡轮机的顶部上的机舱内的支撑结构中。从而，转子形成悬伸结构，所述悬伸结构传递转矩，但是另外由于毂和叶片的重量以及叶片上的载荷而传递周期性的弯曲载荷。这些弯曲载荷传递到发电机（就直接驱动的涡轮机而言），导致气隙变化。

WO01/59296公开了一种直接驱动的风力涡轮机，其包括具有多个叶片的毂，该毂相对于轴部件可转动地安装。涡轮机的毂借助多个连接构件连接到发电机转子，所述多个连接构件是难以扭转的，但是屈服于弯曲运动。发电机可以具有长形的环状元件，在所述长形的环状元件上设置有支撑发电机转子的轴承。在其它实施例中，轴承直接设置在框架上。

借助这种构造，由于毂和叶片的重量所产生的载荷经由框架更加直接地传递到塔，而转子主要将转矩传递到发电机，从而基本上减小了（但未完全避免）发电机中的不期望的变形。这可以表示该直接驱动的风力涡轮机相对于其它现有技术的风力涡轮机具有改进，但是气隙不稳定性仍然会是一个问题。传递到框架中的弯曲载荷会在框架内产生变形。由于沿着框架长度的变形会在弯曲下改变，所以由转子的轴承所经历的位移会改变。而且，由定子所经历的位移可以不同于由转子所经历的位移，从而在发电机中导致气隙不稳定性和变形。

DE102004030929公开了一种风力涡轮机，所述风力涡轮机具有机舱、附装到机舱的转子和发电机，所述发电机包括发电机定子和发电机转子，其中，发电机转子联接到风力涡轮机转子，并且发电机相对于风力涡轮机转子布置在机舱的相对侧上。与该构造有关的至少一个缺点是在风力涡轮机塔中出现较高的弯曲载荷。在较大的离岸的风力涡轮机中，发电机的重量会接近于或等于风力涡轮机转子的重量。具有长叶片的风力涡轮机转子将必须布置成与塔远离最小距离，以避免叶片撞击塔。由于将发电机布置成甚至进一步远离塔，塔中的弯曲载荷会是非常高的。

本发明的目的是减少现有技术的问题中的至少某些问题。本发明的其它优点将从其说明而变得明显。

发明内容

在第一方面中，本发明提供一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括转子、发电机和塔，所述转子包括转子毂和一个或多个转子叶片，并且所述发电机包括发电机定子和发电机转子，其中，转子毂可转动地安装在框架上，并且发电机和塔布置在转子的同一侧上，并且发电机定子基本在与转子的转动轴线垂直的平面中附装到所述框架，并且其中，发电机转子可转动地安装在发电机定子的一部分上。由框架所经历的弯曲变形可以尤其沿着转子的转动轴线（即，框架的纵向轴线）改变。然而，在与转动轴线垂直的平面中，这些变形将改变了显著较小的程度。框架的变形将从而总体上导致定子位移（但是没有导致变形）。另外，发电机转子与框架之间不直接接触；发电机转子而是可转动地安装在定子的一部分上。在本发明的该方面中，发电机转子将从而经历与发电机定子相同的位移。由于发电机转子相对于发电机定子没有相对位移，这将提高气隙稳定性。