用于风力涡轮机的转矩限制联接器制造技术

公开了风力发电厂的直接驱动式的动力系。动力系包括：涡轮转子，包括毂和被支撑在毂上的多个叶片；以及发电机，包括定子和被可旋转地布置在定子内的发电机转子。发电机转子包括发电机转子体、转子轴以及使发电机转子体连接到转子轴的转矩限制装置。转矩限制装置被构造为在定子内支撑发电机转子体，并允许转子体相对于定子同轴旋转。毂和发电机转子通过转子轴连接，转子轴以与毂相同的频率旋转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于风力涡轮机的转矩限制联接器相关申请的交叉引用本申请主张享有2010年I月7日提交的美国专利申请第12/683，877号的优先权，其内容在此通过援引全文并入。
技术介绍
发电继续成为旋转电机的重要应用。风能是美国乃至世界上最快速增长的电能源之一，使用旋转电机的风力涡轮机来将风能转化为可用的电力。传统的风力涡轮机包括涡轮转子，涡轮转子具有驱动能够为公用事业电力网供应3-5兆瓦电力的电机的涡轮叶片和输出轴。由于涡轮叶片和轴的旋转相对较慢(达到每分钟15转)，除发电机和控制电路外，传统风力涡轮机的发电部件包括用于将低速的输入旋转运动转化为适合发电的高速旋转运动的齿轮箱。另外，为了保护涡轮叶片、输出轴和轴承免于受到例如因来自终端故障导致的脉冲而产生的瞬时过转矩，涡轮输出轴和齿轮箱可包括有保护装置，例如作为齿轮箱的集成部分或作为发电机转子与齿轮箱之间的联接器的滑动平面。·增长的电力需求引起对每个风力涡轮机增长的电力要求。为了获得能够传送8-10兆瓦电力的风力涡轮机，仅仅按比例增大传统动力系的尺寸变得不实用，这至少部分地是由于能够适应这些要求的齿轮箱的尺寸、重量和成本。
技术实现思路
在一个方案中,提供一种风力发电厂的动力系。动力系包括涡轮转子,包括毂和被支撑在毂上的叶片；以及发电机，包括定子和被可旋转地布置在定子内的发电机转子。发电机转子包括转子轴、发电机转子体和使发电机转子体连接到转子轴的转矩限制装置；转矩限制装置被构造为在定子内支撑发电机转子体，并允许转子体相对于定子同轴旋转。动力系可包括以下一个或多个特征毂和发电机转子通过转子轴连接，转子轴以与毂相同的频率旋转。转矩限制装置还被构造为使发电机转子体在预定的转子轴转矩与转子轴分离。转矩限制装置包括滑动平面。转矩限制装置包括被置于转子体与转子轴之间的滑动平面。发电机转子体包括中空的圆筒部和从圆筒部的内表面沿径向向内突出的凸缘，凸缘围绕内表面周向地延伸。另外，转矩限制装置包括内夹板、外夹板和紧固件，这些夹板设置成使得凸缘的一部分被置于内、外夹板之间，紧固件被构造为使内、外夹板朝向彼此牵弓丨，由此内、外夹板中的每一个的一部分邻接凸缘的一部分。内夹板固定到发电机转子轴；在小于预定值的转子轴转矩，内、外夹板相对于凸缘固定；而在为至少预定值的转子轴扭矩，内、外夹板相对于凸缘滑动。内、外夹板的部分包括附接到其表面的摩擦垫。内、外夹板的部分包括附接到其表面的摩擦垫阵列。紧固件包括螺栓，这些螺栓被构造为在内、外夹板和凸缘的各部分上均勻地分布压力载荷。在另一方案中，提供一种旋转电机的转子组件。转子组件包括转子轴；转子体，与转子轴同轴并且联接到转子轴；以及转子支撑构件，被构造为相对于转子轴支撑转子体；转子支撑构件包括转矩限制装置，该转矩限制装置被构造为使转子体在预定转矩水平与转子轴分离。转子组件可包括以下一个或多个特征转矩限制装置被置于转子组件内，处于被转子体限制的区域中，转矩限制装置连接转子体和转子轴。转子体包括中空的圆筒部和从圆筒部的内表面向内径向突出的凸缘，凸缘绕内表面周向延伸。另外，转矩限制装置包括内、外夹板和紧固件；夹板设置成使得凸缘的一部分被置于内、外夹板之间；紧固件被构造为使内、外夹板朝向彼此牵引，由此内、外夹板中的每一个的一部分邻接凸缘的一部分。内夹板固定到转子轴，在小于预定值的转子轴转矩，内、外夹板相对于凸缘固定；而在为至少预定值的转子轴扭矩，内、外夹板相对于凸缘滑动。内、外夹板的部分包括附接到其表面的摩擦垫阵列。紧固件包括螺栓，这些螺栓被构造为在内、外夹板和凸缘的各部分上均匀地分布压力载荷。在另一方案中，提供一种旋转电机。该旋转电机包括定子组件；以及转子组件，可旋转地并同轴地布置在定子组件内。转子组件包括转子体；转子轴，与转子体的纵向轴线一致；以及转矩限制装置，被置于转子组件内，处于被转子体限制的区域中；转矩限制装置连接转子体和转子轴，并被构造为在预定转矩水平使转子体与转子轴分离。 旋转电机可包括以下一个或多个特征转子体包括中空的圆筒部和从圆筒部的内表面沿径向向内突出的凸缘，凸缘围绕内表面周向地延伸。另外，转矩限制装置包括内、夕卜夹板和紧固件，这些夹板设置成使得凸缘的一部分被置于内、外夹板之间，紧固件被构造为使内、外夹板朝向彼此牵引，由此内、外夹板中的每一个的一部分邻接凸缘的一部分。内夹板固定到发电机转子轴，在小于预定值的转子轴转矩，内、外夹板相对于凸缘固定；而在为至少预定值的转子轴扭矩，内、外夹板相对于凸缘滑动。内、外夹板的部分包括附接到其表面的摩擦垫阵列。紧固件包括螺栓，这些螺栓被构造为在内、外夹板和凸缘的各部分上均匀地分布压力载荷。提供一种直接驱动式的风力涡轮机，其中，省略了齿轮箱，而且发电机被设计成以与涡轮转子对应的低频驱动。发电机转子内使用过载安全装置作为发电机转子体的机械支撑部分。过载安全装置能够保护发电机以及涡轮转子叶片、轴和轴承免于受到因来自终端故障的脉冲而引起的瞬时过转矩的影响。在一些方案中，过载安全装置为转矩限制装置，该转矩限制装置保护直接驱动式发电机的传动系部件免于瞬时过转矩。转矩限制装置在转子安装凸缘与驱动轴之间整合有摩擦式转矩限制滑动平面。通过将转矩限制装置插入上述位置，发电机转子被允许在过载时相对于驱动轴旋转。这种滑动限制了轴、轴承以及转子组件经受的力。转矩限制联接器构成发电机定子内的发电机转子支撑结构的一部分。这样允许在定子内转子由单个轴承支撑，此而实现紧凑的直接驱动式设计。转矩限制联接器布置在被转子体限制的区域内，因此与联接器被置于风力涡轮机与发电机之间的齿轮箱中的传统的间接驱动式动力系相比，直接驱动式的动力系的总长减小。通过减小驱动轴长度并且减小吊舱的总长，实现了直接驱动式的动力系的长度减小。因为这样导致重量减轻的简化设计，所以这是有利的。附图说明图I是风力涡轮机的立体图。图2是图I的风力涡轮机的侧向剖视图。图3是发电机定子组件的立体图。图4是发电机转子体的侧向剖视图。图5是发电机转子体的立体图。图6是内夹板的端视图。 图7是摩擦垫的立体图。图8是示出转矩螺母和驱动垫圈的一部分的张紧器的剖切立体视图。具体实施方式 现在参照图I，风力涡轮机10包括涡轮转子20，涡轮转子20具有连接到毂24的叶片22。风力涡轮机10还包括发电机30，由在发电机30与毂24之间延伸的驱动轴90来驱动发电机30。发电机30容置在吊舱26中，在图I中以局部剖切的方式示出的涡轮转子20通过位于吊舱26的一端的开口突出。如将在以下更详细地描述的，发电机30被构造为在低频应用中使用，并以与涡轮转子20相同的频率旋转。例如，在所示实施例中，发电机30被构造为以约Ilrpm运转并产生8兆瓦的电力。现在参照图2，发电机30是包括转子组件60和定子组件40的旋转超导电机。如将在以下更详细地描述的，转子组件60被支撑在定子组件40内，使得转子组件和定子组件关于发电机30的纵向轴线15和驱动轴90同轴。参照图3，定子组件40包括定子芯42和被支撑在定子芯40内的定子绕组46。定子芯42是一个中空圆柱体，由层压式环形铁磁片44的组件形成。定子绕组由换位线缆(transposed wire cable,图中未示)构成,其中单根的多个铜线导体(图中未示)被扭转和/或编织本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.07 US 12/683,8771.风力发电厂的动力系，包括 涡轮转子，包括毂和被支撑在所述毂上的多个叶片；以及 发电机，包括定子和被可旋转地布置在所述定子内的发电机转子，所述发电机转子包括 转子轴； 发电机转子体；以及 转矩限制装置，将所述发电机转子体连接到所述转子轴，所述转矩限制装置被构造为在所述定子内支撑所述发电机转子体，并允许所述转子体相对于所述定子同轴旋转。2.如权利要求I所述的动力系，其中，所述毂和所述发电机转子通过所述转子轴连接，而且所述转子轴以与所述毂相同的频率旋转。3.如权利要求I所述的动力系装置，其中，所述转矩限制装置还被构造为在预定转子轴转矩，使所述发电机转子体与所述转子轴分离。4.如权利要求I所述的动力系装置，其中，所述转矩限制装置包括滑动平面。5.如权利要求I所述的动力系装置，其中，所述转矩限制装置包括被置于所述转子体与所述转子轴之间的滑动平面。6.如权利要求I所述的动力系，其中，所述发电机转子体包括 中空的圆筒部；以及 凸缘，从所述圆筒部的内表面沿径向向内突出，所述凸缘围绕所述内表面周向地延伸；而且 所述转矩限制装置包括 内夹板和外夹板，所述内夹板和所述外夹板被设置成使得所述凸缘的一部分被置于所述内夹板与所述外夹板之间；以及 紧固件，被构造为使所述内夹板和所述外夹板朝向彼此被牵引，由此所述外夹板和所述内夹板中的每一个的一部分邻接所述凸缘的所述部分； 其中，所述内夹板固定到所述发电机转子轴；而且 在小于预定值的转子轴转矩，所述内夹板和所述外夹板相对于所述凸缘固定；而在至少预定值的转子轴转矩，所述内夹板和所述外夹板相对于所述凸缘滑动。7.如权利要求6所述的动力系，其中，所述内夹板和所述外夹板的所述部分包括附接到其表面的摩擦垫。8.如权利要求6所述的动力系，其中，所述内夹板和外夹板的所述部分包括附接到其表面的摩擦垫阵列。9.如权利要求6所述的动力系，其中，所述紧固件包括螺栓，所述螺栓被构造为在所述内夹板和所述外夹板以及所述凸缘的各部分上均匀地分布压力载荷。10.一种旋转电机的转子组件，所述转子组件包括 转子轴； 转子体，与所述转子轴同轴并且联接到所述转子轴；以及 转子支撑构件，被构造为相对于所述转子轴支撑所述转子体，所述转子支撑构件包括转矩限制装置，所述转矩限制装置被构造为使所述转子体在预定转矩水平与所述转子轴分离。11.如权利要求10所述的转子组件，其中，所述转矩限制...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·M·温，
申请(专利权)人：美国超导公司，
类型：发明
国别省市：