用于直接驱动发电机的配置、直接驱动发电机、风力涡轮机以及发电机的组装方法

具体实施方式

图1示意表示本发明风力涡轮机1的第一实施例，包括配置在风力涡轮机1的塔3的逆风侧上的本发明直接驱动或直接被驱动发电机2。

塔凸缘4配置在塔3的顶部上。保持装置配置在塔凸缘4上，在本发明的当前实施例的情况下包括底座板5、保持臂6形式的保持框架以及静止或固定中空轴7。底座板5连接在塔凸缘4上。风力涡轮机1以为明确表示的方式包括偏航系统，以便和风力涡轮机1的直接或间接连接到底座板5上的其它部件一起围绕塔3的中心轴线Y转动风力涡轮机1的底座板5。

保持臂6以其底座侧直接配置在底座板5上。在其它侧上，保持臂6包括凸缘8。静止轴7通过凸缘9连接到凸缘8上。保持臂6的环形凸缘8和静止轴7的环形凸缘9通过围绕环形凸缘配置的多个螺栓栓接在一起。

主轴10或主转子管10通过第一主轴承11和第二主轴承12在静止轴7上枢转。通过静止轴7支承的每个主轴承11、12包括内部和外部轴承壳。两个主轴承11、12的内部轴承壳安装在静止轴7上，而两个主轴承11、12的外部轴承壳安装在主轴10内侧。

在前端上，主轴10包括环形凸缘13。环形凸缘13牢固但可拆卸地连接到风力涡轮机1的轮毂14上。轮毂14包括用于三个未明确示出、但公知的转子叶片的三个安装装置。

在本发明的当前实施例的情况下，所述直接驱动或直接被驱动发电机大致围绕主轴10配置。直接驱动发电机2包括转子16或转子配置16以及定子17或定子配置17。

在本发明当前实施例的情况下，转子16包括前部环形转子端板18形式的第一支承元件18、后部环形转子端板19形式的第二支承元件19以及连接到前部环形转子端板18和后部环形转子端板19上的多个环形分段成形的转子分段20。在本发明的当前实施例的情况下，转子16包括六个环形分段成形的转子分段20，在六个环形分段成形的转子分段20连接到最好是单件的前部和后部环形转子端板18、19上时，形成转子环。

在本发明当前实施例的情况下，定子17包括前部环形定子端板26形式的第一支承元件26、后部环形定子端板27形式的第二支承元件27以及连接到前部环形定子端板26和后部环形定子端板27上的多个环形分段成形的定子分段28。在本发明的当前实施例的情况下，定子17也包括六个环形分段成形的定子分段28(参考图4)，在六个环形分段成形的定子分段28连接到最好是单件的前部和后部环形定子端板26、27上时，形成定子环。

在本发明的当前实施例的情况下，环形分段成形的定子分段28和环形分段成形的转子分段20以如下方式设计，即环形定子端板26、27和环形分段成形的定子分段28之间的结合部50、51以及环形转子端板18、19和环形分段成形的转子分段20之间的结合部52、53相对于发电机2的中心轴线A大致位于半径R1处，半径R1小于配置在环形分段成形的定子分段28上并用于发电的定子元件33和配置在环形分段成形的转子分段20上并用于发电的转子元件25之间的气隙34的半径R2。因此，在本发明的当前实施例的情况下，环形定子和转子端板的最大直径是2*R1。这些直径显著小于气隙34的直径(2*R2)。这简化了环形定子和转子端板的运输。

环形分段成形的转子分段20包括外部环形分段成形的转子支承元件54、配置在外部环形分段成形的转子支承元件54的前侧上的径向向内指向的前部环形分段成形的转子连接元件55以及配置在外部环形分段成形的转子支承元件54的后侧上的径向向内指向的后部环形分段成形的转子连接元件56，以便形成向内开口的大致U形的环形分段成形的转子分段20，其中至少一个永磁体25形式的至少一个转子元件25配置在外部环形分段成形的转子支承元件54的外侧。由此环形分段成形的转子分段20将前部和后部环形转子端板18、19相互连接。

如图2和3所示，前部环形分段成形的转子连接元件55在其端部包括环形分段成形的凸缘21和环形分段成形的支承突出部57。后部环形分段成形的转子连接元件56在其端部包括环形分段成形的凸缘22和环形分段成形的支承突出部58。前部环形成形转子端板18具有环形凸缘23，并且后部环形转子端板19具有环形凸缘24。在本发明的当前实施例的情况下，凸缘21和23以及凸缘22和24被栓接在一起，以便形成转子16。以此描述方式，所有环形分段成形的转子分段20连接到前部和后部环形端板18、19上。因此，转子16具有大致中空圆柱形形状。

以类似方式，环形分段成形的定子分段28包括外部环形分段成形的定子支承元件67、配置在外部环形分段成形的定子支承元件67的前侧上的径向向内指向的前部环形分段成形的定子连接元件68以及配置在外部环形分段成形的定子支承元件67的后侧上的径向向内指向的后部环形分段成形的定子连接元件69，以便形成向内开口的大致U形的环形分段成形的定子分段，其中具有绕组76的绕组形式75的形式的至少一个定子元件33配置在外部环形分段成形的定子支承元件67的内侧。由此环形分段成形的定子分段28将前部和后部环形定子端板26、27相互连接。

如图2和3所示，前部环形分段成形的定子连接元件68在其端部包括环形分段成形的凸缘29和环形分段成形的支承突出部60。后部环形分段成形的定子连接元件69在其端部包括环形分段成形的凸缘30和环形分段成形的支承突出部61。前部环形成形定子端板26具有环形凸缘31，并且后部环形定子端板27具有环形凸缘32。在本发明的当前实施例的情况下，凸缘29和31以及凸缘30和32被栓接在一起，以便形成定子17。以此描述方式，所有环形分段成形的定子分段28连接到前部和后部环形端板26、27上。因此，定子17具有大致中空圆柱形形状。

在本发明的当前实施例的情况下，每个环形分段成形的转子分段20大致配置在环形分段成形的定子分段28的内侧。特别是在环形分段成形的定子和转子分段20、28的运输、组装和拆卸过程中，一个环形分段成形的定子分段28和一个环形分段成形的转子分段20能够形成定子/转子分段单元。由此环形分段成形的转子分段20运动到环形分段成形的定子分段28内，直到环形分段成形的转子分段20静置在环形分段成形的定子分段28上为止。更准确的是突出部57、58、60、61接合，支承突出部60和支承突出部57以及支承突出部61和支承突出部58相互贴靠支承。通常，如果用于发电的定子元件和转子元件之间的气隙减小到气隙的额定数值以下一定程度的数值，突出部57、58、60、61接合。一旦突出部57、58、60、61接合，磁引力被突出部接收，并且可以去除适当的工具。在此位置，磁性回路通常闭合，并且定子/转子分段单元相对于强力永磁体不再具有任何危险。定子/转子分段单元能够被运输、组装和拆卸而不需要特别小心。

在风力涡轮机1的建造地点，首先支承结构被组装，即静止轴7、主轴承11、12、主轴10、随后描述的第三和第四轴承35、36以及环形转子端板18、19以及环形定子端板26、27。

对于发电机2的组装来说，定子/转子分段单元如上所述配置在前部和后部环形端板18、19、26、27上。由此前部环形分段成形的定子连接元件68的凸缘29以及前部环形定子端板26的凸缘31以及后部环形分段成形的定子连接元件69的凸缘30和后部环形定子端板27的凸缘32通过示意表示的凸缘螺栓62栓接在一起。对于所有六个定子/转子分段单元来说都这样做。环形分段成形的定子分段28的径向位置的任何所需调节通过凸缘29、31之间以及凸缘30、32之间的结合部50、51内的未明确示出的垫片来进行。由此，各自垫片被插入各自凸缘，并且接着凸缘螺栓62被插入各自螺栓孔并紧固。

随后，前部环形分段成形的转子连接元件55的凸缘21和前部环形转子端板18的凸缘23以及后部环形分段成形的转子连接元件56的凸缘22和后部环形转子端板19的凸缘24通过示意表示的凸缘螺栓63栓接在一起。由此环形分段成形的转子分段20通常被拉离其中接合突出部57、58、60、61的静置位置。在凸缘螺栓63插入各自螺栓孔并最后紧固之前，环形分段成形的转子分段20的径向位置的任何所需调节通过凸缘21、23之间以及凸缘22、24之间的结合部52、55内的未明确示出的垫片来进行。

如果环形分段成形的转子分段20或环形分段成形的定子分段28需要例如更换，所述步骤以颠倒顺序进行，并且更换定子/转子分段单元如所述组装。

根据试验转动，环形分段成形的转子分段20的径向位置以及环形分段成形的定子分段28的径向位置能够通过结合部50-53内的垫片细微调节。因此，定子17的电定子元件33和转子16的永磁体25之间的气隙34的宽度能够被调节，以便形成优选的完全一致和同心的气隙34。

为了转子16和主轴10一起围绕主轴10的中心轴线A并相对于定子17转动，风力涡轮机1特别是直接驱动发电机2包括所述的第三或前部发电机轴承35以及所述的第四或后部发电机轴承36。定子17和转子16的相对位置通过第三和第四轴承35、36保持。

在本发明当前实施例的情况下，第三轴承35连接到主轴10的凸缘37上。更准确的是，第三轴承35的内部轴承壳38牢固连接到主轴10的凸缘37上。第三轴承35的内部轴承壳38另外牢固连接到支承转子16的前部的前部环形转子端板18上。第三轴承35的外部轴承壳39牢固连接到支承定子17的前部的前部环形定子端板26上。

定子17的后部通过牢固连接到静止轴7的凸缘9以及保持装置上的后部环形定子端板27支承。在本发明的当前实施例的情况下，第四轴承36的内部轴承壳40和支承转子16的后部的后部环形转子端板19牢固连接到第四轴承36的外部轴承壳41上。

根据包括主轴10、第一主轴承11、第二主轴承12、转子16、定子17、第三轴承35和第四轴承36的所述配置，主轴10在风力涡轮机1的操作中与转子16一起相对于定子17转动。

为了在本发明的当前实施例的情况下，避免四个轴承配置静态不确定的情况，牢固支承在主轴10上的前部环形转子端板18以及牢固支承在保持装置上的后部环形定子端板27在主轴10的中心轴线A的方向上包括一定和足够程度的柔性。由此这些端板18、27用作薄膜，薄膜在径向方向上大致牢固支承转子16和定子17以便保持气隙34的宽度，但是容易柔曲，使得例如主轴10弯曲而没有大阻力。特别是端板18、27具有一定尺寸，使其具有相对小的弯曲刚性。在例如主轴10由于偏转而稍微移位时，它们简单被动柔曲。因此，在主轴10出现弯曲时，与转子16和定子17连接，前部环形转子端板18和后部环形定子端板27在中心轴线A的方向上大致各自弯曲，其中气隙34的宽度基本上保持恒定或者在所需误差内。

由于四个轴承配置，除了来自于风力涡轮机转子和主轴10的载荷之外，两个主轴承11、12承载基本上发电机2的一半重量，发电机2的基本上另一半重量直接支承在保持装置上。第三或前部发电机轴承35基本上承载定子17的一半重量，并且定子17的基本上另一半重量支承在保持装置上。第四或后部发电机轴承36基本上承载转子16的一半重量，并且转子16的基本上另一半重量支承在主轴10上。

根据风力涡轮机1的所述结构或构造，特别根据包括第三和第四轴承的所述发电机配置，转子16和定子17在两侧支承，即前侧和后侧。这使得转子重量更轻，特别是定子结构重量更轻，其中特别是端板等的定子支承结构的定子结构尺寸更小，以便在风力涡轮机1的操作中，沿着中心轴线A的方向并围绕周边，将气隙34保持在所需误差内。

不同于本发明的所述实施例，前部环形定子端板26和后部环形定子端板19能够在主轴10的中心轴线A的方向上包括一定程度的柔性，而前部转子端板18和后部环形定子端板27不具有这种柔性。同样在这种情况下，气隙34的宽度能够保持大致恒定或者至少在所需误差内。

具有一定柔性的环形转子端板和环形定子端板不需要在整个端板上具有柔性。因此，环形端板能够具有不同区域。各自环形转子端板可具有例如用于连接第三轴承的相对刚性的区域，以及在中心轴线A的方向上具有所述柔性的区域。以相同方式，各自环形定子端板可具有例如用于连接第四轴承的相对刚性区域，以及在中心轴线A的方向上具有所述柔性的区域。

前部环形转子端板能够直接配置在主轴上。在这种情况下，第三轴承能够直接连接到主轴或者前部环形转子端板上。

不需要将第四轴承连接到后部环形定子端板上。第四轴承还能够直接连接到例如静止轴或保持框架或臂的保持装置上。

通常，环形端板由适当金属或金属合金制成。环形端板不需要具有相同直径。实际上，不同环形端板能够具有不同的直径。在这种情况下，各自环形分段成形的分段需要相对于径向相对指向的环形分段成形的定子连接元件进行调节，以便形成定子或转子。

图4表示图1的箭头IV方向上的风力涡轮机1的发电机2的视图。在图4中，可以看到第三或发电机轴承35、前部环形定子端板26、凸缘29、31和形成定子环71的六个环形分段成形的定子分段28。在本发明的当前实施例的情况下，前部环形定子端板26包括可以进入发电机内部的六个人孔70。以相同方式，定子或转子的其它环形端板能够包括人孔。由此人孔通常通过一种门来闭合。

在本发明的当前实施例的情况下，在每个环形分段成形的定子分段28内，环形分段成形的转子分段20基本上同心配置。但是两个或多个环形分段成形的转子分段20还可以大致配置在环形分段成形的定子分段28内。

顺便，发电机2能够包括如上所述形成定子环的较少或较多的环形分段成形的定子分段28以及形成转子环的较少或较多的环形分段成形的转子分段20。另外，转子分段或定子分段不需要具有环形分段的形状。

端板和环形分段成形的分段之间的非破坏可拆卸连接不必须是螺栓结合。

在本发明的所述实施例的情况下，环形分段成形的定子分段28和环形定子端板26、27以及环形分段成形的转子分段20和环形转子端板18、19包括用于安装的轴向延伸的凸缘21-24、29-32。由此，轴向延伸的凸缘21-24、29-32大致在中心轴线A的方向上延伸。但是安装还能够通过径向延伸的凸缘或其它适当装置来实现。由此，径向延伸的凸缘大致相对于中心轴线A垂直延伸。

不同于以上描述，直接驱动发电机还能够配置在塔的顺风侧上。

顺便，风力涡轮机1包括通常称为机舱的壳体H，机舱包括发电机2和至少一部分保持装置。