发电机、发电机系统和用于生成电功率的风力涡轮机技术方案

本实用新型专利技术涉及发电机、发电机系统和用于生成电功率的风力涡轮机。描述了一种发电机，其包括（a）定子组件；（b）转子组件，其可旋转地支撑在定子组件处以便围绕旋转轴线旋转；（c）环形装置，其固定到转子组件并包括接合结构；以及（d）安装到定子组件的第一转动装置，其包括致动器和能够由致动器驱动的接合元件。第一转动装置被构造为采取两种操作状态，主动操作状态和被动操作状态。在主动操作状态中接合元件与接合结构之间存在接合，且在被动操作状态中接合元件与接合结构彼此机械分离。还描述了一种包括这种发电机的发电机系统和风力涡轮机。

【技术实现步骤摘要】
发电机、发电机系统和用于生成电功率的风力涡轮机
本技术涉及发电机，具体地用于风力涡轮机的发电机的
更确切地，本技术涉及一种发电机，其具有定子组件、转子组件和用于暂时阻滞转子（相对于定子）的旋转运动以便允许检修作业的装置。进一步地，本技术涉及一种发电机系统和包括这种发电机的风力涡轮机。再进一步地，本技术涉及一种用于使这种发电机的转子组件以受控的方式旋转的方法。
技术介绍
风力涡轮机被用于以清洁且高效的方式将机械风能转换为电能。在风力涡轮机中，机械传动系或者直接驱动发电机，或者借助于齿轮箱驱动发电机，其中该机械传动系包括具有若干转子叶片的风轮。所得的交流电流（AC）频率直接与风轮的转速成比例，其中该交流电流频率形成于发电机的定子终端处。为了提供与公用电网匹配的AC功率信号，风力涡轮机包括功率转换器，该功率转换器包括发电机侧AC-DC转换器、DC桥和电网侧DC-AC转换器。AC-DC转换器和DC-AC转换器通常包括若干大功率半导体开关，这些大功率半导体开关以桥式构造布置，以便实现AC电流的每一相。能够在岸或者离岸建立风力涡轮机。大型风力涡轮机通常离岸安装。尤其出于检修的原因，采用自激式发电机，这种发电机具有带有永磁体的转子组件。出于效率的原因，应当保持（a）定子组件的定子段的线圈与（b）转子组件的（永）磁体之间的气隙是小的。因此，必须以极高的构建精度来建造这种大型发电机。此外，这种发电机的大的大小不仅需要针对组装的特定解决方案，还需要针对检修发电机的特定解决方案。检修作业可以包括例如更换转子侧上的磁体和更换定子侧上的定子段。显而易见的是，为了检修发电机，必须防止转子组件相对于定子组件旋转。EP2566017A1公开了一种用于风力涡轮机的发电机。该发电机包括定子组件、转子组件和至少一个转子制动盘。该转子制动盘沿径向向外方向延伸。因而，在定子组件和转子组件之间延伸的气隙在任何时刻都可以从轴向方向自由地通达，从而带来关于可维护性的改善，具体地关系到磁体和定子段的轴向插入或移除。
技术实现思路
存在对于促进大型发电机的组装和/或检修作业的需求。这种需求可由根据独立权利要求所述的主题满足。从属权利要求描述了本技术的有利实施例。根据本技术的第一方面，提供一种发电机，具体地用于风力涡轮机的发电机。该发电机包括（a）定子组件；（b）转子组件，其可旋转地支撑在定子组件处，以便围绕旋转轴线旋转；（c）环形装置，其固定到转子组件，且包括接合结构；以及（d）第一转动装置，其安装到定子组件，第一转动装置包括致动器和由致动器驱动的接合元件。第一转动装置被构造为采取两种操作状态：主动操作状态和被动操作状态。在主动操作状态中，接合元件与接合结构之间存在接合，在被动操作状态中，接合元件与接合结构彼此机械分离。所述发电机基于如下构思：借助于“按需”接合（即，第一转动装置暂时处于主动操作状态），第一转动装置能够引起转子组件以受控的方式运动，使得其被带入预定的角位置。在预定的角位置处，通过停止转动装置的操作，将使转子组件的运动停止。这能够简单地通过停止致动器的操作来实现。此外，可以使用制动系统和/或机械阻滞系统以便维持转子组件的适当角位置。所描述的预定角位置的特征可以在于，其允许容易地组装或检修转子组件，例如，更换发电机部件。根据用于限定发电机的几何结构的常用术语，转子组件的旋转轴线限定发电机的轴向方向。该术语也将被用在本文献中。在目前优选的实施例中，借助于齿轮实现接合元件，且借助于弯曲的带齿结构实现接合结构。由此，当第一转动装置处于主动操作状态中时，齿轮的齿与带齿结构接合。带齿结构的曲率对应于环形结构的半径。在第一转动装置接合在环形装置的径向外表面处的情况中，带齿结构形成在环形结构的径向外表面处。因此，带齿结构的曲率对应于环形结构的外半径。尽管因为力传递的原因，这被视为至少目前是优选的解决方案，但是带齿结构形成在环形结构的径向内表面处当然也是可能的。根据本技术的实施例，发电机具有内定子-外转子构造。替代性地，发电机可以具有外定子-内转子构造。相对于旋转轴线，（a）环形装置的内缘具有内半径，且（b）环形装置的外缘具有外半径。此外，相对于定子组件的定子半径，（c）外半径大于50%但小于85%，具体地小于75%，且更具体地小于65%，和/或（d）内半径大于40%但小于75%，具体地小于65%，且更具体地小于55%。用描述性的语言来说，当第一转动装置处于操作中时，传递到定子组件的框架结构内的力传递将作用于定子组件的径向中间环形部分中。这可提供以下优势：可以以机械稳定性更低的方式构建定子组件的径向外部环形部分。这可以有助于在不降低定子组件的有效机械稳定性的情况下减轻定子组件的重量。在这方面提及的是，围绕旋转轴线的发电机的径向内部空间可能不是空闲的，因为它被发电机的主轴承占据。因此，所描述的环形装置的径向延伸部会被主轴承的径向延伸部朝向更小的直径限制，其中该主轴承相对于定子组件支撑转子组件。提及的定子半径可以是定子框架的外半径，第一转动装置固定或附接于所述定子框架的外半径处。应该清楚的是，在所描述的内定子-外转子构造中，包括导体线圈的定子段安装在定子组件的外圆周处，其中在发电机的正常操作期间，在所述导体线圈中发生磁感应。发电机的直径大于7m，具体地大于8m，且更具体地大于9m。甚至10m或更大的直径也是可能的。由此，转子组件或替代性地定子组件的外部大小可以限定发电机沿垂直于旋转轴线的方向的几何尺寸。在定子段各自的导体线圈和转子组件的（永）磁体之间形成有气隙，根据优选实施例，该气隙的大小小于25mm，具体地小于20mm，更具体地小于15mm。应该清楚的是，就发电机的大的大小而言，这种小的气隙需要定子组件、转子组件以及定子组件和转子组件之间的轴承系统的非常高的几何精度和机械稳定性。因此，平滑地作用的第一转动装置和上文提及的相对于定子半径的环形装置的尺寸会是必须的，以便分别保证高度的可维护性和所描述的发电机的容易检修。根据本技术的进一步的实施例，第一转动装置以可移动的方式安装到定子组件，使得为了将操作状态从主动操作状态改变为被动操作状态，使第一转动装置的至少一部分沿平行于旋转轴线的轴向方向和/或至少部分地沿垂直于旋转轴线的径向方向相对于定子组件移动。这可以允许接合元件和接合装置之间容易分离。应该清楚的是，从被动操作状态到主动操作状态的改变需要第一转动装置沿相对方向的移动。指出的是，移动第一转动装置不必须要求使致动器和接合元件沿相同方向移动。使致动器和接合元件沿相对方向移动也可以是可能的。这意味着第一转动装置的整个轴向延伸部被改变。具体地，当执行从主动操作状态到被动操作状态的改变时，可以使该延伸部扩大。因此，可以将转接元件插入致动器和接合元件之间，其中转接元件具有沿轴向方向的足够大的延伸部。沿相对的轴向方向移动致动器和接合元件以便改变第一转动装置的操作状态可提供如下优势：能够保持用于第一转动装置的安装空间相对小，以及在被动操作状态中转子组件的完全自由运动将是可能的，其中不出现由第一转动装置引起的任何妨碍。根据本技术的另一实施例，第一转动装置被构造为仅当转子组件与平衡的风轮机械联接时才使转子组件旋转。这可以意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发电机（100），具体地用于风力涡轮机（180），所述发电机（100）包括：定子组件（110）；转子组件（120），所述转子组件（120）被能够旋转地支撑在所述定子组件（110）处，以便围绕旋转轴线（190a）旋转；环形装置（330），所述环形装置（330）固定于所述转子组件（110），并且包括接合结构（432）；以及第一转动装置（440），所述第一转动装置（440）安装于所述定子组件（110），所述第一转动装置（440）包括致动器（542）和能够由所述致动器（542）驱动的接合元件（441）；其中，所述第一转动装置（440）被构造为采取两种操作状态，即主动操作状态和被动操作状态，其中，（i）在所述主动操作状态中，所述接合元件（441）与所述接合结构（432）之间存在接合，以及（ii）在所述被动操作状态中，所述接合元件（441）与所述接合结构（432）彼此机械分离。

【技术特征摘要】
2016.03.30 DE 102016205250.0;2016.03.30 EP 16163001.一种发电机（100），具体地用于风力涡轮机（180），所述发电机（100）包括：定子组件（110）；转子组件（120），所述转子组件（120）被能够旋转地支撑在所述定子组件（110）处，以便围绕旋转轴线（190a）旋转；环形装置（330），所述环形装置（330）固定于所述转子组件（110），并且包括接合结构（432）；以及第一转动装置（440），所述第一转动装置（440）安装于所述定子组件（110），所述第一转动装置（440）包括致动器（542）和能够由所述致动器（542）驱动的接合元件（441）；其中，所述第一转动装置（440）被构造为采取两种操作状态，即主动操作状态和被动操作状态，其中，（i）在所述主动操作状态中，所述接合元件（441）与所述接合结构（432）之间存在接合，以及（ii）在所述被动操作状态中，所述接合元件（441）与所述接合结构（432）彼此机械分离。2.如权利要求1所述的发电机（100），其中，所述发电机（100）具有内定子-外转子构造或者外定子-内转子构造，并且相对于所述旋转轴线（190a）（a）所述环形装置（330）的内缘具有内半径（Ri），和（b）所述环形装置（330）的外缘具有外半径（Ra），并且相对于所述定子组件（110）的定子半径，（a）所述外半径大于50%但小于85%，具体地小于75%，且更具体地小于65%，和/或（b）所述内半径大于40%但小于75%，具体地小于65%，且更具体地小于55%。3.如权利要求1或2所述的发电机（100），其中所述第一转动装置（440）以能够移动的方式安装到所述定子组件（110），使得为了将所述操作状态从所述主动操作状态改变为所述被动操作状态，使所述第一转动装置（440）的至少一部分沿平行于所述旋转轴线（190a）的轴向方向和/或沿垂直于所述旋转轴线（190a）的径向方向相对于所述定子组件（110）移动。4.如权利要求1或2所述的发电机（100），其中，所述第一转动装置（440）被构造为仅当所述转子组件（120）与平衡的风轮（190）机械联接时，才使所述转子组件（120）旋转。5.如权利要求1或2所述的发电机（100），还包括：安装到所述定子组件（110）的至少一个另外的第一转动装置（440），所述另外的第一转动装置（440）包括另外的致动器（542）和能够由所述另外的致动器（542）驱动的另外的接合元件（441）；其中，所述另外的第一转动装置（440）也被构造为采取两种操作状态，即主动操作状态和被动操作状态，其中，（i）在所述主动操作状态中，所述另外的接合元件（441）与所述接合结构（432）之间存在接合，和（ii）在所述被动操作状态中，所述另外的接合元件（441）与所述接合结构（432）彼此机械分离。6.如权利要求1或2所述的发电机（100），其中，所述定子组件（110）包括机械接口（255）以便容纳第二转动装置（445），所述第二转动装置（445）包括驱动单元（547）和能够由所述驱动单元（547）驱动的接合装置（446），其中，当所述第二转动装置（445）由所述机械接口（255）容纳时，所述接合装置（446）与所述接合结构（432）之间存在接合。7.如权利要求6所述的发电机（100），其中，即使当所述转子组件（120）与不平衡的风轮（190）机械联接时，所述第二转动装置（445）也能够使所述转子组件（120）旋转。8.如权利要求6所述的发电机（100），其中，所述机械接口（255）被构造成用于以能够拆卸的方式容纳所述第二转动装置（445）。9.如权利要求6所述的发电机（100），其中所述定子组件（110）包括用于容纳另外的第二转动装置（445）的至少一个另外的机械接口（255），所述另外的第二转动装置（445）包括另外的驱动单元（547）和能够由所述另外的驱动单元（547）驱动的另外的接合装置（446），其中，当所述另外的第二转动装置（445）由所述另外的机械接口（255）容纳时，所述另外的接合装置（44...

【专利技术属性】
技术研发人员：U埃里克森，E莱马，C蒂格森，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：新型
国别省市：德国,DE