外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明描述了用于風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造；風(fēng)力渦輪機；以及用于在這樣的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造上執(zhí)行維護的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在諸如發(fā)電機的電力機器的“外部轉(zhuǎn)子”設(shè)計中，轉(zhuǎn)子繞內(nèi)部定子自由旋轉(zhuǎn)。外部轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子外殼(例如在直接驅(qū)動發(fā)電機中使用的通常由滾軋且焊接的鋼桶制成。機加工這樣的轉(zhuǎn)子外殼的復(fù)雜性和成本隨轉(zhuǎn)子大小而增加。必須建造定制機器以便能夠處理大型外部轉(zhuǎn)子，并且必須投入大量工作來確保重但相對薄壁的轉(zhuǎn)子在處理期間不扭曲。如果轉(zhuǎn)子外殼被制成整體式桶，則這樣的扭曲或扁化是非常難以避免的，具體是因為在轉(zhuǎn)子處于“水平”位置，即在其旋轉(zhuǎn)軸線處于水平對齊的情況下實施一些發(fā)電機組裝步驟。轉(zhuǎn)子的自身重量會導(dǎo)致其在結(jié)構(gòu)元件(例如前板)能夠在最后的組裝步驟中被固定之前在該位置扭曲。
[0003]與這樣的外部轉(zhuǎn)子設(shè)計相關(guān)聯(lián)的另一問題是難以通達(dá)并更換有缺陷的磁極或者極片。在已知設(shè)計中，可能必要的是拆卸發(fā)電機的整個背板或背盤以便能夠移除有缺陷的磁體。這樣的維護過程是漫長的且昂貴的，并且發(fā)電機停機時間會是顯著的。
[0004]這樣的轉(zhuǎn)子設(shè)計會遇到的另一問題是不均勻空氣間隙的問題。這僅能例如通過調(diào)整多個定子節(jié)段之一的位置來在有限程度上解決。定子節(jié)段是圓筒形定子的一部分，例如十二分之一，并且通常承載被設(shè)置在定子齒之間且被安裝到載架結(jié)構(gòu)或底座框架的多個繞組。由于定子節(jié)段通常覆蓋多個磁極，例如是1:8或者更大的比例，所以會難以或不可能通過調(diào)整一個定子節(jié)段的位置來校正(與僅僅一個或兩個磁極相關(guān)的)局部空氣間隙不一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于發(fā)電機的改進轉(zhuǎn)子構(gòu)造。
[0006]這個目標(biāo)是通過權(quán)利要求1的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造、權(quán)利要求12的風(fēng)力渦輪機以及權(quán)利要求14的在外部轉(zhuǎn)子上執(zhí)行維護過程的方法來實現(xiàn)的。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，用于風(fēng)力渦輪機的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造包括多個轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段，其中轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段被實現(xiàn)成保持多個磁極，并且其中每個轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段包括橫向連接接口，該橫向連接接口用于將該轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段沿著其縱向長度可拆卸地連接到相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造的優(yōu)點在于，轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段被可拆卸地連接到其相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段，因此每當(dāng)必要時就可以移除轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段。在磁極或者磁極片故障的情況下，能夠在非常簡便的過程中移除有缺陷的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段，使得能夠在其現(xiàn)場安裝替換的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段，或者能夠在將轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段再次連接到外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造之前更換有缺陷的磁極或極片。尤其在近海風(fēng)力渦輪機的情況下，這種便利地通達(dá)到有缺陷的部件是一種重要的優(yōu)勢，因為風(fēng)力渦輪機的停機時間能夠保持最小，并且也能夠理想地減少維護成本。
[0009]因為根據(jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造的每個轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段被實現(xiàn)成保持多個磁極，所以外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造具有桶的外觀，即基本直壁圓筒形形狀，并且可以在下文中被稱為〃轉(zhuǎn)子桶"。每個轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段可被看作是這種桶的板條，因為每個轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段具有對應(yīng)于外部轉(zhuǎn)子的長度的兩條“長”邊。這里且在下文中，術(shù)語〃轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段〃和〃轉(zhuǎn)子外殼區(qū)段〃可以被理解為具有相同含義并且可以被互換地使用。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，風(fēng)力渦輪機包括發(fā)電機，該發(fā)電機包括內(nèi)部定子和根據(jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機的優(yōu)點在于，能夠以相對簡便且不復(fù)雜的方式處理任意有缺陷的磁極或者磁極片或者其他的涉及轉(zhuǎn)子部件的缺陷，使得能夠快速修復(fù)缺陷。以此方式，例如由于有缺陷磁極或極片導(dǎo)致的風(fēng)力渦輪機的停機時間能夠保持為理想的最小值。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，在根據(jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造上執(zhí)行維護的方法包括步驟:將轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段從其相鄰轉(zhuǎn)子外殼區(qū)段拆除；將被拆除的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段提升出所述外部轉(zhuǎn)子以留下間隙；將替換的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段降低到所述間隙內(nèi)；以及將所述替換的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段固定到所述相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，能夠在不需要拆卸發(fā)電機的大型部分的情況下現(xiàn)場實施方法步驟。從外側(cè)通達(dá)到有缺陷的轉(zhuǎn)子部件，這不同于必需拆解制動盤以便能夠通達(dá)有缺陷的磁極片的現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造。
[0014]由從屬權(quán)利要求給出本發(fā)明的特別有利的實施例和特征，如下文描述所揭示的。不同權(quán)利要求類別的特征可以適當(dāng)組合以得到本文沒有描述的其他實施例。
[0015]在下文中，在不以任何方式約束本發(fā)明的情況下，可假定發(fā)電機是直接驅(qū)動風(fēng)力渦輪機，并且也可以假定外部轉(zhuǎn)子是發(fā)電機的領(lǐng)域并且承載永磁極，其中磁極能夠是單個磁體或者能夠包括一行磁極片。本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造能夠被用于承載永磁體領(lǐng)域的任意電動機器設(shè)計，而不論電力機器是直接驅(qū)動的還是包括齒輪箱。根據(jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造尤其良好地適合較大轉(zhuǎn)子，例如近海風(fēng)力渦輪機的直接驅(qū)動發(fā)電機的外部轉(zhuǎn)子。
[0016]為此，外部轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段優(yōu)選地包括用于保持一個或更多個磁極的極保持器件。例如，極保持器件可以包括T形槽，其被實現(xiàn)成容納磁極片的基板，使得能夠沿著槽推動該極片直到其到達(dá)其指定位置。在3 MW直接驅(qū)動發(fā)電機中，外部轉(zhuǎn)子可以包括100-140個這樣的磁極，每個具有4-6個極片。在故障情況下，根據(jù)本發(fā)明的外部轉(zhuǎn)子構(gòu)造允許通過首先提升出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)子外殼區(qū)段且之后將磁極片滑出槽并更換有缺陷的磁極片從而相對容易地移除磁極片。
[0017]頂蓋通常被用于保護風(fēng)力渦輪機的各種零件。例如，頂蓋能夠被成形為配合在塔頂上從而封裝偏航機構(gòu)并保護其免受雨和灰塵的影響。在下文中，可以假定發(fā)電機被設(shè)置在轂和頂蓋之間，該頂蓋通常指的是保護其所封裝的部件免受環(huán)境影響的殼體或者外殼。頂蓋、諸如底座框架的支撐框架以及偏航機構(gòu)可以被總體地稱為“機艙”。諸如迷宮式密封件的密封件能夠被設(shè)置在發(fā)電機和頂蓋之間以允許轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且同時防止?jié)駳膺M入頂蓋。
[0018]能夠以任意適當(dāng)方式實現(xiàn)橫向連接接口。不過，優(yōu)選地，橫向連接接口被實現(xiàn)成形成在第一轉(zhuǎn)子外殼區(qū)段和相鄰第二轉(zhuǎn)子外殼區(qū)段之間的匹配連接件。換言之，匹配連接件包括相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的互補成形的連接接口。優(yōu)選地，匹配連接件的互補連接接口部分被實現(xiàn)成在其整個長度上匹配，例如當(dāng)橫向接口從轉(zhuǎn)子外殼的前面延伸到后面時在轉(zhuǎn)子外殼的長度上匹配。優(yōu)選地，匹配接口具有不大于轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的最大厚度的厚度。
[0019]在兩個相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段之間的匹配接口或連接件能夠以任意適當(dāng)方式被實現(xiàn)，例如使用燕尾接頭或其他合適的齒形接頭。不過，實現(xiàn)這樣的接頭會是相對昂貴的，因為這會需要對大量轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的精密機加工。因此，在本發(fā)明的具體優(yōu)選實施例中，橫向連接接口包括第一轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的外部凸緣和第二轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的互補內(nèi)部凸緣。優(yōu)選地，互補凸緣中的至少一個沿著基本上轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的整個長度延伸，即凸緣沿著轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段在前端和后端之間的部分延伸。優(yōu)選地，兩種凸緣均沿著轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段的長度延伸。
[0020]包括這種互補凸緣的匹配接口能夠被適當(dāng)?shù)毓潭āＲ粚ν咕壞軌蛟谘貦M向連接接口的長度的多個點處被螺栓連接或以其他方式被連接。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，橫向連接接口包括多個緊固件，其被實現(xiàn)成將轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段固定到相鄰轉(zhuǎn)子外殼節(jié)段。例如，在具有大約4 m直徑和1600 cm范圍內(nèi)的長度(從轂端至后端)的外部轉(zhuǎn)子的情況下