发电机制造技术

一种发电机的转子和一种结合这种转子的发电机，转子由一中央轮毂、一径向隔开的同轴并具有安装在其上的转子磁性元件的轮缘部分和多个细长的拉紧构件，拉紧构件通常在轮毂和轮缘之间延伸并基本上保持拉紧，以使轮缘基本上保持受压。轮毂可由轴向隔开的动力驱动装置，例如风力或海洋潮流涡轮机而旋转驱动。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发电机的转子及装有这种转子的发电机，更具体地说，涉及一种低速发电机的转子及装有这种转子的低速发电机，也就是说，一种发电机，其中将驱动力施加于动力机构，尤其是一种旋转的动力机构上，例如涡轮机械，并与其耦合，则由直接驱动或通过低传动比的传动装置使转子转动。
技术介绍
本专利技术尤其涉及大型风力涡轮发电机和海洋潮流涡轮发电机的设备以及讨论现有技术和特别是在以前给出的一些专利技术的实施例。然而，人们将会相信，本专利技术一般在转子受到高扭矩的发电机中有潜在用途。最初，大部分工业用风力涡轮机均采用由通用感应电动机改装的发电机。通常的做法是通过提供高传动比的多级变速器，把典型的50转每分钟(rpm)或以下转速的涡轮转子轴连接到典型的转速大约1500转每分钟(rpm)的发电机上。然而，多级变速器复杂、沉重、昂贵、需要保养以及应用在风力涡轮机里存在可靠性的问题。随着风动力工业成长和一般涡轮机的额定功率日益增大，业已研制成新的发电机以满足这方面的特别需要。最近，完全不用变速器的直接驱动发电机业已出现并占有市场很大的比率。这些发电机以与涡轮相同的速度旋转，用于提供所需电力输出，从而使变速器成为多余。这使机械机构简化，潜在的降低成本和停机维修时间。对于一般传统设计的直接驱动发电机，一大直径叶状涡轮机通常有两或三块叶片，其轴向是被此隔开的并直接地通过转子轴耦合一较小直径的转子。直接驱动发电机需要一大直径以补偿涡轮机的低转速和保持发电机转子的适当圆周速度。发电机的轴向长度常常是十分短。因此，直接驱动发电机外型为圆盘形。通常的要求是采用大涡轮以增加容量和功率，尤其是大的近海风力发电场。如果把现有的直接驱动涡轮简单地按比例放大，便会不切实际，因为会有很多关于这种极大尺寸构件的制造、重量和运输问题。现在市场上可买到的有2MW(兆瓦特)等级的风力涡轮机和预计将有更大的发电机，这主要是针对新兴的近海风力发电市场。然而，例如一5MW的直接驱动发电机的直径大约是15米，极其笨重。这种发电机的尺寸和重量会引出几个领域的间题。其包括(i)需要极大孔径的机床(ii)需要具有大容量起重机的高屋顶车间(iii)大型外购组装件或成品发电机的运输。这对出口市场会是更大的问题(iv)塔顶的安装(v)塔顶的重量对风力涡轮机设计的其他方面影响美国第US6064123号专利对于风力涡轮发电机叙述了另一种解决轴向由较小直径转子隔开，且位于其间具有或者没有变速器的较大直径叶状涡轮机的典型设计问题的方法。在US6064123里，通常用作从风中获取动力的几块大的风力涡轮机叶片，由一旋转安装的中央轮毂、一与轮毂同轴的轮缘以及许多设置在轮毂和轮缘之间的叶片替代。为了在定子中产生电流，通过在轮缘上设置多个磁铁使发电机的转子装在涡轮结构中。这种结构表示转子轮缘的直径与叶片排列的直径相似。虽然这样的结构相对于传统的等同的直接驱动设计具有高的圆周速度，但就高圆周速度的相关好处来说，这种组合的极大的结构会使上述一些问题变得更差和产生它本身的一些问题，因此不能发挥或提供传统直接驱动设计所认同的其他一些好处(例如采用两或三块叶片)。传统设计的直接驱动发电机中的笨重铁芯也足以使一些问题变得更差，尤其是重量、效率损耗、组装时的磁力和气隙力方面的间题。正如本领域的技术人员将会察觉到的那样，上述的许多问题在其他情形下也会出现，即在传统上采用大型转子，尤其是圆盘转子。具体地说，类似的问题在海洋潮流涡轮发电机等的设计中也会出现。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一发电机转子，其结构可达到减轻上述一些或全部的缺点的程度以及提供一结合这样的转子的发电机。本专利技术的一具体目的是提供一转子，特别是一由风力或海洋潮流涡轮机直接或通过低传动比传动装置驱动的低速发电机转子，其能经济地大规模制作。本专利技术的一具体目的是提供一发电机转子和一结合这样的转子的发电机，其尺寸重量比和/或功率重量比的性能均得以提高。因此，根据本专利技术最宽概念中的第一方面，发电机转子包括一中央轮毂、一径向相互隔开而且通常是同轴的轮缘和多个细长的拉紧构件，它们一般在轮毂和轮缘之间延伸，其基本上保持拉紧以保持轮缘大体上受压，以及多个其上配置的磁性件，它们以一般平均间隔大体上围绕整个轮缘排列，可使所述的轮毂安装成可由一远距离的、尤其是一轴向隔开的涡轮旋转地驱动。本专利技术结构的刚性由保持受压的轮缘给予，而且通常径向的支柱或轮辐保持拉紧，这些对转子来说是足够的，同时与传统转子方式比较，重量显著减轻。因此，这样的结构本身有助于制作低速发电机中应用的大型转子，该转子可被直接驱动或通过低传动比的变速器，例如一单级变速器驱动。先前提及的与现有技术里多级高传动比传动装置的设备有关的问题就不存在。这样的结构本身尤其有助于用作传统上在直接驱动发电机，例如风力或海洋潮流涡轮机中所用的大型圆盘转子的一种替换物。这样的结构可与任何适合的低速设计，尤其是直接驱动的风力或海洋潮流涡轮机一起使用，其由动力传动机构组成，以大直径叶状涡轮的形式，所述涡轮轴向隔开和以传统方式，通过低传动比，例如单级变速器或最好是直接地通过一脱离啮合的机械联接器，经涡轮转子轴在操作上与转子的轮毂耦合。以上所述的为关于水平轴涡轮机一般的应用，但本专利技术不限于此，原则上可适用于纵轴涡轮机或其他实用的可提供相关优点的涡轮机构。这样的结构与US6064123提出的另一方案相反，其具有一圆形转子/涡轮机构，但其中发电机构与涡轮叶片是整体的。这表示，转子轮缘的直径与叶片机构的直径近似，因此这系统不能发挥或者提供传统直接驱动设计所认同的许多其他好处(例如采用两或三块叶片)。相反，本专利技术以极好的方式接纳这些好处并叙述一转子结构，其并不与叶片或其他由风或水获得动力的装置结合。具体地说，叶片并不是安装在拉紧构件上。其仅是一适合用于与任何其他适当的动力驱动装置一起的转子(或与定子结合和电气上脱离的一发电机)，例如一由风力或水流获得动力的叶状涡轮机。根据本专利技术，至少一磁性转子元件配置在轮缘上。这些磁性元件可配置在轮缘的内或外表面。转子包括多个基本上完全地配置在轮缘周围及通常平均地隔开的磁性元件。这些元件可以用多个不连续磁铁的形式或以一较大磁铁里不同极化区的形式或以线圈形式或以其一些组合。适当地把多个磁性元件配置和极化，在转子周围的空间里产生一磁力线多极分布。例如，磁铁可以沿着轮缘，在轮缘的外或内表面配置和径向地、轴向地或两者组合地以包含径向的和/或切向的和/或轴向的磁元件所产生的磁力线分布极化。转子的轮缘构造可以是简单的圆形或多边形，但是，具体地说，不一定为接近圆形具有许多边的多边形。本文中所提到的轮缘圆周形或轮缘圆弧或径向，应该解释为包括所提到的这一多边形的周长或它的一部分或根据情况而定，由多边形的中央到边缘的方向。轮缘可以是单体的结构或可以是组装式的结构，其根据情况而定，可包括多个圆弧部分或多边形轮缘的边缘。轮缘可以是实心结构或开放式结构，例如桁架等的结构，提供这样的结构要适当地做到根据本专利技术所规定的原则使轮缘基本上保持受压。拉紧构件通常是径向地由轮毂延伸到轮缘。然而，拉紧构件最好不是直接地径向，而是轴向地偏移和成切向倾斜。这种配置是常见的及可理解为可在它旋转时，改善结构里传输的扭矩。最好是采用切向倾斜的拉紧构件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电机的转子，其包括一中央轮毂、一通常同轴且径向地隔开的轮缘、多个细长的拉紧构件，其一般在轮毂和轮缘之间延伸，基本上保持拉紧，以使轮缘大体上保持受压，以及多个磁性元件，其大体上完全地围绕轮缘配置和通常在其上均匀地隔开，所述轮缘可安装成由一遥远隔开的涡轮旋转地驱动。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗戈登，爱德华斯普纳，
申请(专利权)人：发展一代有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]