[发明专利]风力涡轮机发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机发电机，具体地涉及一种风力涡轮机发电机中的发电机支撑结构。

背景技术

直驱风力涡轮机发电机是这样一种风力涡轮机发电机，其中传递风力涡轮机转子的旋转的主轴直接使发电机转子在发电机内旋转。在普通的风力涡轮机发电机中，风力涡轮机转子的旋转频率低于应用电网的频率，因此使用齿轮箱。

在系统的直驱风力涡轮机发电机中，另一方面，连接到风力涡轮机转子的主轴直接连接到发电机，而不使用加速齿轮，并且在此类型的风力涡轮机发电机中，发电机的尺寸趋于增加。这是因为风力涡轮机转子的旋转频率与应用电网的频率不匹配，因此必须增加发电机内的场磁铁的磁极的数量。当增加场磁铁的磁极的数量时，发电机转子的直径也增加，并且这导致发电机的尺寸的增加。此外，发电机的尺寸由于容量的新发展而趋于进一步增加。

在设计直驱风力涡轮机发电机中，最优地设计一种用于支撑尺寸趋于增长的发电机的机构是重要内容中的一个。在直驱风力涡轮机发电机中，通常使用两个机构作为发电机支撑机构。

首先，轴承设置在主轴与定子外壳之间，而该定子外壳通过该轴承支撑。使用此机构的原因在于维持发电机中的定子与转子之间的间隙的尺寸。在直驱风力涡轮机发电机中，由于作用在设置在主轴远端处的风力涡轮机转子上的重力以及作用在主轴本身上的重力，在主轴中发生偏转。这里，联接到主轴的发电机转子也根据主轴的偏转而移位。为了即使在发生发电机转子的移位的情况下维持定子与转子之间的间隙的尺寸，仅仅要求定子外壳也通过该主轴来支撑。

另一方面，通过设置在主轴上的轴承支撑定子外壳的方法不能支撑沿周向方向作用在主轴上的扭矩。尤其是，当发电机转子旋转时，迫使定子外壳绕主轴旋转的扭矩通过作用在发电机转子与定子之间的吸引力施加到定子外壳。此扭矩不能通过设置在主轴上的轴承来支撑。

为解决此问题，用于联接静态构件(通常为基体，支撑主轴的轴承安装在该基体上)和定子外壳的机构设置用以支撑迫使定子外壳绕主轴旋转的扭矩。在此说明书中将此机构称为“扭矩支撑件”。该扭矩支撑件是这样的机构，即该机构支撑沿主轴的周向方向作用在定子外壳上的扭矩以防止定子外壳的旋转。

例如，在专利文献1(EP1327073B1)和专利文献2(EP2014917A1)中公开了一种结构，用于通过设置在主轴上的轴承和扭矩支撑件来支撑发电机。图10是显示专利文献1中公开的风力涡轮机发电机的结构的透视图。在图10中所示的结构中，臂226、梁227和减振元件228设置在定子219的面上，并且梁227附接到基体204。此机构用作扭矩支撑件，该扭矩支撑件支撑迫使定子219绕主轴旋转的扭矩。此外，轴承216和217设置在主轴218上，并且定子219也通过这些轴承支撑。

另一方面，在专利文献2中公开的风力涡轮机发电机中，主轴通过设置在基板上的第一和第二轴承支撑。定子外壳包括绕转子设置的第一端板和第二端板，以及外壳元件。此外，第一端板通过设置在主轴上的第三轴承支撑。第二端板通过可变形的非旋转的联接件附接到轴承套。该非旋转的联接件用作支撑迫使定子外壳绕主轴旋转的扭矩的扭矩支撑件。

本发明人正在进行关于发电机支撑机构的调研，并且根据由本发明人获得的发现，在设计扭矩支撑件中的重要内容中的一个是减小作用在定子外壳上的弯矩(即，使定子外壳面外偏转的力)。当定子外壳由于作用在定子外壳上的弯矩而变形时，定子与转子之间的间隙不能保持恒定。这不合需要地导致发电机的振动的增加以及发电机性能的下降。尤其是，当扭矩支撑件的结构不合适时，大的弯矩不合需要地作用在定子外壳上。例如在图10中所示的结构中，因为臂226连接在定子219的表面上，所以弯矩不合需要地作用在定子外壳上。尤其是当发电机的输出功率增加时，沿周向方向作用在定子外壳上的扭矩也增加并且弯矩也增加，而这导致与该弯矩有关的问题变得严重。

解决该弯矩问题的一个措施可以是提高定子外壳的刚度来抵抗弯矩的增加。然而，此措施不合需要地增加了定子外壳的重量。解决弯矩问题的另一措施可以是将定子外壳尽可能地支撑到外部。例如在图10中所示的结构中，臂226和梁227设置为延伸到定子219的外边界附近，从而支撑定子219。然而，臂226和梁227向外边界附近的延伸不合需要地导致臂226和梁227的尺寸增大和重量增加。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：EP1327073B1(PCT No.2004-511723的日文翻译)

专利文献2：EP2014917A1(JP2009-19625A)

发明内容