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TWI519710B - 無齒輪風力發電設備之最佳化同步發電機 - Google Patents

無齒輪風力發電設備之最佳化同步發電機 Download PDF

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TWI519710B
TWI519710B TW102117931A TW102117931A TWI519710B TW I519710 B TWI519710 B TW I519710B TW 102117931 A TW102117931 A TW 102117931A TW 102117931 A TW102117931 A TW 102117931A TW I519710 B TWI519710 B TW I519710B
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rotor
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裘辰 羅爾
威科 古迪威爾
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渥班資產公司
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Description

無齒輪風力發電設備之最佳化同步發電機
本發明係關於一種一無齒輪風力發電設備之同步發電機。本發明亦係關於一種無齒輪風力發電設備。
風力發電設備已大體上為吾人所知，其等因風能而產生電能。通常，一所謂之水平軸風力發電設備用於該目的，例如圖1中所展示。該風力發電設備具有一氣動轉子，由風力驅動之氣動轉子圍繞一實質上水平軸旋轉且因此驅動一發電機。尤其可靠之風力發電設備具有一無齒輪設計，使得該氣動轉子直接耦合至該發電機(即，該發電機之電動轉子)。在該情況中，該氣動轉子及該電動轉子(為避免誤解，其在下文中被稱為轉子部件)以相同速率旋轉。為此，無論涉及高功率位準(其現今係在兆瓦範圍內)之風力發電設備如何，均需要一大結構組態(即，特定言之，具有一大氣隙直徑)之對應同步發電機。換言之，一氣隙直徑對應地更大且同步發電機整體之結構組態因此對應地更大，同步發電機將產生更多電量。
然而，一發電機之尺寸無法僅根據期望而增大。特定言之，公路上之運輸條件限制一發電機之結構尺寸。
目前世界上最強力之風力發電設備(來自ENERCON GmbH之E126)具有10米之一氣隙直徑且解決運輸問題，此係因為發電機之轉子部件及定子兩者被分別細分為四個分段，該等分段僅在用於架設風力發電設備之位置處或位置附近被組裝。然而，此一程序較複雜昂貴 且以特定預防措施為前提以減小出錯風險，尤其在一分離位置處。亦可期望降低組裝中所涉及之複雜性及費用。
德國專利及商標局檢索以下最新技術之優先申請案：DE 44 02 184 A1、DE 196 36 591 A1、DE 199 23 925 A1及DE 10 2004 018 758 A1。
因此，本發明之目的為解決上文所提及問題之至少一者。特定言之，本發明尋求提出一種用於一無齒輪風力發電設備之儘可能強力之發電機，其可在被運輸時具有儘可能少之問題且可在架設一風力發電設備時以儘可能最低之複雜度及費用被安裝。本發明尋求提出至少一替代解決方案。
根據本發明，提出如請求項1之同步發電機。一無齒輪風力發電設備之該同步發電機包含一外轉子部件及一定子，該外轉子部件根據需要圍繞該定子旋轉。該同步發電機具有一發電機外徑且該定子具有一定子外徑。現提出：該同步發電機經建構使得該定子外徑與該發電機外徑之一比率大於0.86。因此，提出：一無齒輪風力發電設備之一同步發電機之氣隙佈置成儘可能向外。因此，該同步發電機經對應地建構使得氣隙佈置成儘可能向外，相應地，外轉子部件係儘可能窄的使得定子外徑與發電機外徑之該比率大於0.86。
應注意，在該態樣中，在具有此處提出之外轉子部件類型之一同步發電機中，定子外徑基本上對應於氣隙直徑。在此態樣中，所採用之基本組態原則上為用於定子及轉子部件兩者及特定言之用於氣隙之一圓柱形組態。不管氣隙之厚度如何，氣隙直徑均對應於定子外徑。
尤佳地，氣隙向外位移達一定程度，使得定子外徑與發電機外徑之比率大於0.9。更佳地，同步發電機經建構使得定子外徑與發電機外徑之比率大於0.92。
一外轉子部件之所提出用法已允許此一有利比率。歸因於所涉及之建構(更具體而言，轉子部件磁極)或在該等轉子部件磁極之實際實體組態中，若使用一外部勵磁同步發電機，則可將具有對應勵磁機繞組之轉子部件極靴之徑向範圍減小至極小量。因此，可儘可能向外地位移氣隙。同時，此意謂：定子具有空間以有利地設計定子繞組。可使用定子內部中之另外空間，亦如下文中相對於一些實例性實施例所描述。
在一實施例中，提出：定子具有一徑向支撐結構，其向內徑向延伸且經調適以固定至軸向地延伸穿過定子之一軸座架。因此，定子內部中之空間有利地用於定子之一穩定結構。在該態樣中，下伏建構涉及在適當安裝發電機之後居中地延伸穿過定子之一軸頸座架。此一軸座架係一穩定的尤其呈管狀之元件，其固定地牢固於一機器支架中且可例如為一含鐵鑄件。因此，該支撐結構自承載定子繞組之定子疊片總成延伸，實質上自氣隙向內徑向延伸至其上可固定地牢固該支撐結構(經由一適合環形凸緣)之該軸座架。
較佳地，提出：定子具有徑向及軸向冷卻通道。提供徑向冷卻通道以將冷卻空氣徑向地供應至定子，即，特定言之，供應至定子之疊片總成。接著，軸向冷卻通道引導徑向供應冷卻空氣以沿定子冷卻定子，特定言之，引導徑向供應冷卻空氣通過定子疊片總成及/或在轉子部件磁極之間引導徑向供應冷卻空氣。特定言之，以一適當量徑向供應之冷卻空氣經劃分以軸向引導該冷卻空氣，即，沿一軸向向前方向，其在適當操作風力發電設備時與風力成相反關係；及沿一向後方向，即，基本上沿風力之方向。
亦假定：定子內部中之空間被有利使用。在該態樣中，該空間之使用允許供應大容量冷卻空氣。若接著沿一向前方向及一向後方向劃分冷卻空氣，則冷卻空氣自此一劃分位置適當流動，僅在相對於軸 向方向之定子長度之一半上流動。相應地，可很好地冷卻定子且避免長冷卻路徑，關於該冷卻空氣，其在到達此一冷卻路徑之端部時已在一定程度上變熱，使得其冷卻能力顯著降低。
亦可期望在定子之整個軸向範圍上徑向供應冷卻空氣。因此，徑向冷卻通道具有對應於定子之長度之一寬度。此允許在徑向供應冷卻空氣時選擇大容量冷卻流，且此避免冷卻空氣流損失。
亦可期望徑向支撐結構經設計使得其提供徑向冷卻通道。依此方式，可原則上使用定子內之全部空間來供應冷卻空氣。為此，支撐結構可具有若干實質上徑向延伸之支撐板。較佳地使用板，該等板之部分徑向及軸向延伸且其他部分相對於一縱向軸線(即，同步發電機之旋轉軸線)而徑向及橫向延伸。此等板可經組裝使得其等可靠地承載定子(即，特定言之，定子疊片總成)，同時沿朝向定子疊片總成之方向徑向地引導冷卻空氣。若結構整體經設計使得定子中之內部空間實質上可用於冷卻空氣之該徑向供應，則可保證大容量冷卻空氣流，該冷卻空氣流接著實現一低冷卻空氣流速率且相應地因徑向冷卻通道之空氣動力特性而僅滿足低需求。
根據一進一步組態，提出：同步發電機經囊封。特定言之，提出：同步發電機之外轉子部件經囊封。此可實現亦有利於運輸搬運之一緊湊結構。使得氣隙儘可能向外地徑向位移之一有利結構可實現發電機電力增加且不增大外部尺寸。因此，可增加電力且不增大發電機之總尺寸，使得發電機可儘可能以單件形式自一生產地運輸至架設位置。因此，可在生產地實現一囊封建構且可依囊封方式有利地運輸發電機。該整體促進設備之建構。
為此，特定言之，轉子部件(即，外轉子部件)可具有一轉子部件鐘形罩，更具體而言，其依一鐘形罩之方式圍封轉子部件。在該態樣中，檢測開口設置於該鐘形罩中以維護同步發電機。此等檢測開口尤 其為以下開口：其等亦可在該轉子部件鐘形罩之一端部處敞開以觀看同步發電機之條件且亦可實施小修理或類似者。
較佳地，獨立勵磁同步發電機。因此，轉子部件(即，外轉子部件)具有含勵磁機繞組之諸多轉子部件磁極，用於勵磁轉子部件磁極及因此勵磁轉子部件之一電流受控於該等勵磁機繞組。特定言之，此等轉子部件磁極呈具有一勵磁機繞組之極靴或極靴體之形式，該等轉子部件磁極承載於轉子部件之一支撐環處。因此，該結構之建構經調適使得其尤其細長且因此具有沿徑向方向之一最小可能厚度。因此，氣隙可儘可能地向外徑向位移。
較佳地，同步發電機呈一環形發電機之形式。一環形發電機描述一發電機之一結構形式，其中磁性有效區域實質上配置於同心圍繞該發電機之旋轉軸線之一環形區域上。特定言之，磁性有效區域(更具體而言，轉子部件及定子之磁性有效區域)僅配置於該發電機之徑向四分之一外部中。呈一環形發電機形式之該組態亦提供儘可能向外徑向位移之一可能氣隙或其簡化獲得此一結構。
較佳地，提出具有至少48個定子磁極之一緩慢操作同步發電機。因此，即使旋轉速率較低，但可以一相對較高頻率產生一交流電。相應地，較佳地提出：提供至少72個定子磁極，其中更佳地使用甚至更多定子磁極，特定言之，至少192個定子磁極。
亦可期望同步發電機呈一6相發電機之形式，更具體而言，具有兩個3相系統(特定言之，其等相對於彼此而位移約30度)之一發電機。此一組態尤其有利於產生一6相電流，該6相電流因此高度適合於整流且歸因於所涉及之原理而已導致整流後之一輕度諧波。
進一步提出：給定子提供一連續繞組，更具體而言，尤其給各相位提供一連續線或一連續線系統。因此，在6相發電機(即，具有兩個3相)之情況中，將實施總共六個線系統。此六個線系統在不中斷整 個定子(其可較佳地具有4.5米之一外徑)之情況下之安置極其複雜昂貴，但導致一高度可靠定子且因此亦導致一對應可靠發電機，此係因為此摒棄否則可在操作中鬆掉之連接位置。
在一進一步實施例中，提出：定子承載於一軸向座架上，特定言之，承載於一軸頸座架上。該軸向座架(特定言之，該軸頸座架)軸向地延伸穿過定子及外轉子部件，更具體而言，居中地沿外轉子部件之旋轉軸線且因此同時沿定子之中心軸線。另外，外轉子部件較佳地支撐於連接至該座架之一第一軸承及一第二軸承上，其中兩個軸承沿軸向方向配置於定子之一側處，特定言之，以使得一軸承沿軸向方向配置於另一軸承與定子之間之一方式配置。因此，轉子部件由此等兩個軸承承載，使得其成懸臂關係地保持於定子之區域中。
換言之，定子藉由此等兩個軸向間隔軸承而固定地牢固至座架，使得外轉子部件在定子上延伸且承載於該兩個軸承上之定子之一側上。因此，此給出一極其穩定結構，其在該態樣中相對易於建造。兩個軸承之使用(即，兩者位於定子之一側上)尤其非常適合於承載傾斜力，特定言之，可由轉子葉片上之一風負載(藉由一轉子轂朝向外轉子部件)施加該傾斜力。應注意，軸承之一或兩者亦可配置成與架座或一軸頸上之定子之一固定件間隔一較大距離。兩個軸承之間之儘可能大的一間隔亦增強承載傾斜力之能力。
較佳地，提出一同步發電機，其特徵在於：提供至少一鼓風機(309)(特定言之，其位於定子之支撐結構中)以吹送冷卻空氣徑向向外地通過定子疊片總成(658)。因此，氣流被有意向外導引且可首先冷卻定子。
在一進一步實施例中，提出：外轉子部件具有朝向氣隙之冷卻開口，使得冷卻空氣之一部分沿外轉子部件之勵磁機繞組自氣隙(206)進一步向外流動通過外轉子部件(304)及外轉子部件之轉子部件 磁極(特定言之，轉子部件極靴(32A))之間以藉此冷卻轉子部件極靴(特定言之，轉子部件極靴之勵磁機繞組)。
因此，至少根據一較佳實施例，提出具有一獨立勵磁轉子部件之一大的緩慢操作同步發電機。由該同步發電機之定子之支撐結構中之至少一鼓風機依特定目標方式冷卻該同步發電機。在該情況中，由該鼓風機徑向向外地吹送冷卻空氣(即，向外推動冷卻空氣)，且因此首先冷卻定子(特定言之，定子疊片總成)，通過定子之冷卻空氣向外流動至氣隙。因此，冷卻空氣進一步流動通過氣隙且因此冷卻定子及外轉子部件。另外，冷卻空氣之一部分(其同時已至少略微變熱)向外流動通過外轉子部件中之開口。因此，可到達及冷卻外轉子部件之勵磁機繞組，其否則與氣隙直接接觸。
呈一外轉子部件形式之此無齒輪的獨立勵磁緩慢操作發電機之結構意謂：亦可實現該外轉子部件之此冷卻。該外轉子部件結構亦在該轉子部件之極靴之區域中提供允許此冷卻之一中間空間。
較佳地，同步發電機經設計及經定尺寸，使得定子外徑為至少4.4米，較佳為至少4.5米及特定言之至少4.6米，特定言之，具有5米之一發電機外徑。因此，提出一同步發電機，具有5米之一外徑之該同步發電機仍允許公路上之運輸且在該態樣中具有儘可能大之一定子外徑，且該同步發電機可因此提供儘可能大之一標稱電力。
另外，提出具有根據上文所描述實施例之至少一者之一同步發電機之一風力發電設備。
4A‧‧‧外轉子部件
4B‧‧‧內轉子部件
6AB‧‧‧氣隙
32A‧‧‧極靴
32B‧‧‧極靴
48A‧‧‧中間空間
48B‧‧‧中間空間
100‧‧‧無齒輪風力發電設備
102‧‧‧塔架
104‧‧‧發射架
106‧‧‧轉子
108‧‧‧轉子葉片
110‧‧‧旋轉器
201‧‧‧發電機
202‧‧‧定子
204‧‧‧轉子部件
206‧‧‧氣隙
208‧‧‧定子鐘形罩
210‧‧‧定子支架
212‧‧‧定子疊片總成
214‧‧‧繞組頭
216‧‧‧支撐環
218‧‧‧定子凸緣
220‧‧‧外周邊
222‧‧‧搬運舌板
224‧‧‧軸頸
226‧‧‧轉子部件軸承
228‧‧‧轂部分
230‧‧‧勵磁機繞組
232‧‧‧極靴
234‧‧‧轉子部件支撐環
236‧‧‧轉子部件支架
238‧‧‧軸向間隔長度/軸向支撐長度
250‧‧‧轉子部件座架
252‧‧‧定子座架
301‧‧‧發電機
302‧‧‧定子
304‧‧‧外轉子部件
306‧‧‧氣隙
308‧‧‧定子支撐結構
309‧‧‧鼓風機
310‧‧‧定子支架
320‧‧‧外周邊
324‧‧‧軸頸
326‧‧‧轉子部件軸承
328‧‧‧轂部分
334‧‧‧轉子部件支撐環
336‧‧‧轉子部件支架/轉子部件鐘形罩
338‧‧‧軸向間隔長度/軸向支撐長度
340‧‧‧制動器
342‧‧‧制動器圓盤
344‧‧‧發電機外徑
350‧‧‧轉子部件座架
352‧‧‧定子座架
401‧‧‧囊封發電機
402‧‧‧向內佈置定子
404‧‧‧外轉子部件
410‧‧‧定子支架/軸頸座架
440‧‧‧制動器
446‧‧‧環形定子圓盤
450‧‧‧支架凸緣
452‧‧‧軸頸凸緣
601‧‧‧發電機
602‧‧‧定子
604‧‧‧轉子部件
606‧‧‧氣隙
632‧‧‧極靴
642‧‧‧制動器圓盤
656‧‧‧檢測開口
656'‧‧‧檢測開口
658‧‧‧定子疊片總成
660‧‧‧繞組頭
662‧‧‧徑向支撐結構
664‧‧‧徑向導板
666‧‧‧徑向轉子板
901‧‧‧發電機
904‧‧‧轉子
932‧‧‧轉子部件極靴
958‧‧‧定子疊片總成
960‧‧‧繞組頭
970‧‧‧徑向冷卻流
972‧‧‧軸向冷卻流
1001‧‧‧發電機
1002‧‧‧定子
1004‧‧‧轉子部件
1006‧‧‧氣隙
1032‧‧‧極靴
1058‧‧‧定子疊片總成
1060‧‧‧定子繞組頭
1064‧‧‧徑向導板
1070‧‧‧徑向冷卻流/徑向冷卻空氣
1072‧‧‧軸向冷卻流
1201‧‧‧發電機
1202‧‧‧定子
1204‧‧‧轉子部件
1209‧‧‧機器支架
1210‧‧‧定子支架
1224‧‧‧軸頸
1226‧‧‧第一轉子軸承
1227‧‧‧第二轉子軸承
1228‧‧‧轉子轂/轂部分
1230‧‧‧定子繞組
1231‧‧‧轉子磁極
1236‧‧‧轉子支架
1240‧‧‧制動器
1242‧‧‧制動器圓盤
1252‧‧‧定子座架
參考附圖，現將在下文中以舉例方式描述本發明。
圖1展示一風力發電設備之一透視圖；圖2展示內轉子部件類型之一發電機之一截面側視圖；圖3展示外轉子部件類型之一發電機之一截面側視圖； 圖4展示類似於圖3之一發電機之一透視圖；圖5展示如圖4中所展示之一發電機之另一透視圖；圖6展示根據本發明之一進一步實施例之一發電機之一透視圖；圖7展示圖6之發電機之一透視截面圖；圖8展示圖7之發電機之另一視圖；圖9展示一發電機之一部分之一放大圖解視圖；圖10展示一發電機之一部分之一放大圖解視圖；圖11圖解地展示一外轉子部件之一轉子之一部分以及一內轉子部件之一轉子之一部分；及圖12圖解地展示固定至一支撐結構之一發電機之一截面側視圖。
圖1展示包括一塔架102及一發射架104之一風力發電設備100。具有三個轉子葉片108及一旋轉器110之一轉子106配置於發射架104處。在操作中，由風力導致轉子106旋轉且轉子106藉此驅動發射架104中之一發電機。
圖2展示內轉子部件類型之一發電機201且因此展示一外部佈置定子202及相對於該外部佈置定子而內部佈置之一轉子部件204。氣隙206介於定子202與轉子部件204之間。定子202藉由一定子鐘形罩208而承載於一定子支架210上。定子202具有承載繞組之定子疊片總成212，圖中展示繞組之繞組頭214。繞組頭214基本上展示自一定子槽進入至下一定子槽中之繞組導線。定子202之定子疊片總成212固定至亦可被視為定子202之部分之一支撐環216。定子202藉由該支撐環216而固定至定子鐘形罩208之一定子凸緣218。定子鐘形罩208藉由定子凸緣218而承載定子202。另外，定子鐘形罩208可提供配置於定子鐘形罩208中之用於冷卻目的之鼓風機。藉由該等鼓風機，亦可推動用於冷卻目的之空氣通過氣隙206以藉此冷卻氣隙之區域。
圖2亦展示發電機201之外周邊220。僅搬運舌板222突出超過外周邊220，然而，其不會導致任何問題，此係因為該等搬運舌板不會存在於整體周邊上。
一僅部分展示之軸頸224鄰接定子支架210。轉子部件204藉由兩個轉子部件軸承226(圖中僅展示其等之一者)而支撐於軸頸224上。為此，轉子部件204固定至一轂部分228，該轂部分亦連接至氣動轉子之轉子葉片，使得由風力驅動之該等轉子葉片可藉由該轂部分228而使轉子部件204旋轉。
在此配置中，轉子部件204具有含勵磁機繞組230之極靴體。朝向氣隙206，在勵磁機繞組230處，仍可看見極靴232之一部分。至遠離氣隙206之側(即，向內)，具有勵磁機繞組之極靴232(其承載該勵磁機繞組)固定至一轉子部件支撐環234，該轉子部件支撐環接著藉由一轉子部件支架236而固定至轂部分228。轉子部件支撐環234基本上為呈圓柱形組態形式之一連續固體部分。轉子部件支架236具有複數個支柱。
將自圖2看見，轉子部件204之徑向範圍(即，自轉子部件支撐環234至氣隙206)明顯小於定子202之徑向範圍(即，自氣隙206至外周邊220)。
另外，該圖展示大致描述一轉子部件座架250相對於一定子座架252之一平均間隔之一間隔長度238。長度238為藉由外力而影響發電機結構中之氣隙之一尺寸。就圖2中所展示之發電機而言，該軸向間隔長度非常大且因此展示：定子及轉子部件之一非常剛性建構係必需的以亦在操作中確保該定子與該轉子部件之間之一均勻間隔。
圖3中之發電機301屬於外轉子部件類型。相應地，定子302向內佈置及轉子部件304向外佈置。定子302由定子支架310上之一中央定子支撐結構308承載。一鼓風機309展示為位於定子支撐結構308中以 用於冷卻目的。因此，居中地支撐定子302以可極大地增強穩定性。另外，可由鼓風機309自內部冷卻發電機，該鼓風機僅在特性上表示另外鼓風機。在此建構中，可自內部接達定子302。由鼓風機向外推動冷卻空氣。
轉子部件304具有一向外佈置轉子部件支撐環334，其固定至一轉子部件支架336(其亦可被稱為轉子部件鐘形罩336)且藉由該支架或該鐘形罩而承載於轂部分328上，該轂部分接著藉由兩個轉子部件軸承(圖中展示其等之一轉子部件軸承326)安裝於一軸頸324上。
藉由定子302與轉子部件304之互換配置，此組態給出一氣隙306，該氣隙具有比內轉子部件類型之發電機201之圖2中之氣隙206大之一直徑。
圖3亦展示一制動器340之一有利配置，該制動器可根據需要藉由連接至轉子部件304之一制動器圓盤342而使轉子部件304止動。
圖3亦展示亦描述轉子部件座架350相對於一定子座架352之一平均間隔之一軸向間隔長度338。此處，該長度338明顯小於圖2中所繪示之內轉子部件類型之發電機中所展示之軸向間隔長度238。圖2中之軸向間隔長度238亦判定兩個支撐結構(一者用於定子202及另一者用於轉子部件204)之間之一平均間隔。此一軸向支撐長度238或338越短，可實現之氣隙穩定性對應地越大，特定言之，與定子與轉子部件之間之傾斜相關之穩定性亦越大。
在圖2及圖3所繪示之兩個發電機中，外周邊320之外徑344相等。因此，圖2中之發電機201之外周邊220亦涉及外徑344。儘管具有相同外徑344，但圖3(其繪示外轉子部件類型之發電機301)中所展示之結構可實現比圖2中之氣隙206大之氣隙306之一氣隙直徑。
可自圖4中之透視圖看見根據本發明之一囊封發電機401之基本結構。圖4亦展示一定子支架410，尤其是其凸緣。該定子支架410承 載定子。提供所繪示之支架凸緣450以固定至一機器支架，更具體而言，該機器支架根據需要而固定地配置於一風力發電設備之一發射架上。定子支架410承載發電機401之定子且亦被稱為軸頸座架，此係因為該軸頸座架使其之一側(即，支架凸緣450)固定至該機器支架，同時使其另一側(圖4中未展示)固定地連接至一軸頸。此一軸頸承載或支撐氣動轉子。
定子支架410或軸頸座架410可被解譯為發電機401之部分。
圖4亦展示亦標記自外轉子部件404至向內佈置定子402之過渡之制動器440。在此情況中，制動器440固定至一環形定子圓盤446且自此可經由其制動器圓盤442而制動轉子部件404。環形定子圓盤446實質上固定至支架凸緣450。
圖5展示發電機401之另一視圖且本質上展示囊封轉子部件404。另外，在圖5之定子支架410或軸頸座架410之透視圖中，可看見其上通常安裝一軸頸之一軸頸凸緣452。此亦可明白：軸頸座架410或定子支架410可被解譯為發電機401之部分，再者，此不僅應用於該實施例，此係因為將自圖4及5清楚地看見，無論何種情況，具有定子支架410之發電機401均形成一空間明顯預定之配置。
圖6展示具有類似於發電機401及發電機301之一結構之一發電機601。發電機601與圖4及圖5中之發電機401之實質不同點在於：圖中未展示一定子支架或一軸頸座架，但此並非為該視圖之一重要考量。另外，圖6展示一檢測開口656，可透過該檢測開口而查看轉子部件604以能夠對轉子部件604執行任何維護或檢查操作。另外，亦可透過該檢測開口656而至少部分地檢驗及評估定子602。圖6中為了繪示之目的而展示檢測開口656。然而，若需要及關注轉子部件604之所繪示囊封體之剩餘穩定性，則亦將較佳地提供另外檢測開口656。僅為檢驗及評估定子602，一檢測開口656可足夠滿足要求，該檢測開口可根 據需要而轉動至定子602之對應位置。然而，為檢驗轉子部件604，可有利地提供複數個此等檢測開口656。
圖7中之視圖展示向內佈置定子602之結構之一部分。該部分具有纏繞於該向內佈置定子上之一定子疊片總成658，如由繞組頭660所指示。朝向旋轉軸線，定子602具有一徑向支撐結構662。徑向支撐結構662實質上包含向外徑向延伸且在該態樣中垂直於發電機601之旋轉軸線而配置之兩個徑向導板。此等徑向導板664可將定子602(特定言之，定子疊片總成658)及其繞組固定於一定子支架或一軸頸座架上，例如圖4中所展示及由參考元件符號410所指示。同時，導板664可將作為冷卻空氣之空氣傳至定子疊片總成658。
依該方式，可冷卻定子疊片總成658及由繞組頭660指示之該定子疊片總成內之繞組。轉子部件604及其極靴632徑向向外地鄰接定子疊片總成658。一氣隙606設置於定子疊片總成658與極靴632之間，該氣隙在圖7中僅可被視為一線。
圖8中之透視圖亦繪示定子602及其徑向支撐結構662(其具有兩個徑向導板664)之結構。在此態樣中，可看見亦用於評估及維護定子602及轉子部件604兩者之另外檢測開口656'。在該態樣中，檢測開口656'配置於一徑向轉子板666中且容許觀看到轉子部件之極靴632及特定言之機器支架側處之繞組頭660。
在該配置中，徑向轉子板666使得一制動器圓盤642亦可被承載。
圖9及圖10展示一部分視圖，其繪示不同發電機類型(即，圖9中之內轉子部件類型之一發電機901及圖10中之外轉子部件類型之一發電機1001)中之冷卻流。圖9中之部分大致對應於一發電機201之部分(如圖2中所展示)，圖9展示一略微不同實施例。圖10中之部分大致對應於一發電機301之部分(如圖3中所展示)，圖10展示一略微不同實施 例。
參考圖9，徑向冷卻流970實質上在轉子904之兩側上(相對於圖9中之視圖)向外朝向定子疊片總成958及繞組頭960流動。一軸向冷卻流972僅沿一方向形成且因此必須沿軸方向完全冷卻定子疊片總成958及轉子部件極靴932兩者。因此，冷卻路徑相對較長且冷卻空氣之一供給實質上受徑向冷卻流970之一者影響。
外轉子部件類型之發電機1001藉由基本上橫跨定子1002之全寬度之徑向冷卻流1070而將冷卻空氣徑向地引導至定子疊片總成1058，且自該定子疊片總成起，可藉由冷卻通道(圖中未展示)而將冷卻空氣進一步引導至轉子部件極靴1032。冷卻空氣可作為一軸向冷卻流1072沿兩個方向冷卻轉子部件1004及定子1002。因此，可供應大量冷卻空氣，更具體而言，橫跨定子1002之全寬度(相對於圖10中之視圖)或橫跨定子1002之全軸向長度。在該情況中，徑向冷卻流1070之徑向供應冷卻空氣可在大致到達氣隙1006之後分開，使得定子1002及轉子部件1004僅必須分別由一冷卻流之一半軸向冷卻。因此，各自冷卻流之加熱距離減半。
圖9與圖10之間之比較亦繪示一內轉子部件之圖9中之發電機901之定子繞組頭960及另一方面外轉子部件之圖10中之發電機1001之定子繞組頭1060之位置及空間要求。
可(例如)由一鼓風機(如(例如)圖3中之發電機301中所展示之鼓風機309)產生圖10中所展示之徑向冷卻流1070及軸向冷卻流1072。此一鼓風機(亦可提供複數個)可(例如)在兩個徑向導板1064之間推動冷卻空氣，使得冷卻空氣被徑向向外地引導於兩個徑向導板1064之間。另外，歸因於冷卻空氣至定子之另一供給，一冷卻流可導致徑向方向。當該冷卻流到達定子疊片總成1058或極靴1032或實質上到達氣隙1006之區域時，其可被轉換為一軸向流。適合冷卻通道可設置成分佈於定 子疊片總成1058上以使徑向冷卻空氣1070進一步通過定子1002。冷卻空氣可實質上沿軸向方向在極靴1032之間流動且亦可軸向地流動通過氣隙1006。冷卻空氣之一部分軸向流亦可在定子疊片總成1058之部分中(即，特定言之，在繞組槽中)，只要佈置於其內之繞組已(例如)藉由佈置於該等繞組中之冷卻通道而留下一自由空間。冷卻空氣之另一路徑可為在疊片總成內延伸之貫穿通道。除此之外，應指出，由箭頭指示之徑向冷卻流1070及軸向冷卻流1072將被解譯為一圖解視圖。冷卻空氣之一部分可自氣隙1006徑向向外地流動通過轉子部件1004(即，外轉子部件1004)中之開口，且可藉此更佳地冷卻外轉子部件1004，但圖10中未展示此等流部分。
圖11係展示一起組合於一視圖中之一外轉子部件4A之結構極靴32A及一內轉子部件4B之極靴32B之一部分的一圖解視圖。在此總成中，所繪示之配置並非為一功能機器之部分。
相反，圖11意欲清楚地繪示一獨立勵磁同步發電機之一外轉子部件4A之極靴配置與一同步發電機之一內轉子部件4B之極靴配置之差異。圖11亦展示作為一定向導件之一氣隙6AB。內轉子部件4B自氣隙6AB向內延伸，因此，極靴32B自氣隙6AB收斂。在該情況中，中間空間48B減小且極靴32B基本上朝向彼此收斂。此意謂：極靴32B之繞組空間受限制且可能冷卻流之空間亦減小。應指出，圖11展示沿軸向方向之一視圖，即，沿旋轉軸線觀看。
另一方面，外轉子部件4A之極靴32A自氣隙6AB向外徑向發散。相應地，極靴32A之間存在大量中間空間48A。該效應亦可在結構上使用且其變為可用於減小轉子部件極靴之徑向範圍及因此基本上減小轉子部件之徑向範圍。此表示儘可能向外地安置氣隙以藉此仍進一步提高或最佳化其效率(就一給定結構尺寸(特定言之，一給定發電機外徑)而言)之一可能措施(原則上用於根據本發明之全部實施例)。
圖11中之外轉子部件4A之視圖展示中間空間48A，對於該等中間空間，亦提出其等用於引導冷卻空氣。
圖12圖解地展示一安裝條件中之一實施例中之一發電機。提供其上固定有一定子支架1210之一機器支架1209，一軸頸1224接著固定至該定子支架。發電機1201之定子1202固定至定子支架1210。因此，機器支架1209、定子支架1210、軸頸1224及定子1202經連接以提供一剛性固定元件，整個繪示結構之方位調整之可能性除外。
外部佈置轉子部件1204藉由一轉子支架1236而固定至一轉子轂1228。轂部分1228分別藉由一第一轉子軸承1226及一第二轉子軸承1227而可旋轉地安裝於軸頸1224上。第一轉子軸承1226與第二轉子軸承1227之間之大軸向間隔給轉子部件1204提供一高等級之傾斜穩定性。
該圖亦展示對應於圖3中之間隔長度338之一軸向間隔長度。此描述沿軸向方向自轉子支架1236至一定子座架1252之一平均間隔。藉由提供一外轉子部件發電機且因此提供一向內佈置定子1202，定子1202(如沿軸向方向所觀看)可居中地固定牢固於定子支架1210上，使得所繪示之間隔長度相對較短。可與大間隔及由該大間隔引起之傾斜穩定性一起實現一特別穩定結構。
轉子部件1204亦具有一周邊延伸制動器圓盤1242，其在操作中與轉子部件1204一起旋轉。對應地提供一制動器1240以用於制動或抑制目的。
亦可自圖12看見，存在用於冷卻介質(特定言之，冷卻空氣)之大量空間以導致冷卻介質自內部抵著定子1202而流動。此外，此一冷卻介質亦可在至定子之所繪示定子座架1252內(特定言之，在定子繞組1230之區域中)流動。另外，徑向引導之冷卻空氣可用於冷卻勵磁機繞組之轉子磁極1231。
因此，原則上可相較於一獨立勵磁之內轉子部件發電機而在總外徑相同之情況下增大氣隙直徑。若在內轉子部件發電機之情況中氣隙直徑與總外徑之比率受限為低於0.86之一值，則現變為可增大該比率，即使使用一獨立勵磁之外轉子部件。現可實施0.86至0.94之一比率。另外，在一囊封設計中，存在足夠空間用於定子繞組頭。在該態樣中，在一囊封設計組態之情況中，此給出至定子繞組頭之良好可接達性。
在一外轉子部件發電機之情況中，可在外徑尺寸內供應空氣之情況下容易地提供橫跨整個定子疊片總成之一貫穿空氣流。
就一獨立勵磁之外轉子部件發電機(如根據本發明所提出)而言，可相較於涉及相同氣隙直徑之一內轉子部件發電機而實施磁極之一更大疊片總成、更多勵磁機繞組及磁極總成之間之更多冷卻空氣。
可藉由本發明而至少部分解決最新技術之缺點，諸如相當外徑尺寸內之一小氣隙直徑、至一囊封結構中之定子繞組頭之難接達性或不可接達性及有限空氣冷卻選項。因此，可實現材料之更佳利用、更佳冷卻及相應地更高位準之發電機功率或更低發電機功率損失。
同時，保持運輸尺寸較小，特定言之，可觀察用於在公路上運輸之最大運輸尺寸。可實現發電機之一改良冷卻，且相應地可實現一更高位準之發電機功率或至少一低位準之發電機功率損失。
就一所提出之獨立勵磁外轉子部件發電機而言，可相較於涉及相同氣隙直徑之已知內轉子部件發電機而實現一更大疊片總成、更多勵磁機繞組及磁極總成或磁極之間之更多冷卻空氣。
601‧‧‧發電機
602‧‧‧定子
604‧‧‧轉子部件
606‧‧‧氣隙
632‧‧‧極靴
656‧‧‧檢測開口
658‧‧‧定子疊片總成
660‧‧‧繞組頭
662‧‧‧徑向支撐結構
664‧‧‧徑向導板
666‧‧‧徑向轉子板

Claims (15)

  1. 一種一無齒輪風力發電設備(100)之同步發電機(301)，其包含一外轉子部件(304)及一定子(302)，其特徵在於該同步發電機(301)被獨立勵磁及為一環形發電機，其中該外轉子部件具有含勵磁機繞組之轉子部件磁極，用於勵磁該等轉子部件磁極及該轉子部件之一電流受控於該等勵磁機繞組，該等轉子部件磁極為具有該勵磁機繞組之極靴或極靴體，該等轉子部件磁極承載於該轉子部件之一支撐環處，一氣隙(206)設置於該外轉子部件(304)及該定子(302)之間，該同步發電機(301)具有一發電機外徑(344)且該定子(302)具有一定子外徑，且該定子外徑與該發電機外徑之一比率大於0.86。
  2. 如請求項1之同步發電機(301)，其中該等極靴或極靴體徑向發散並具有中間空間在該等極靴之間。
  3. 如請求項1或2之同步發電機(301)，其中該比率為大於0.9。
  4. 如請求項1之同步發電機(301)，其中該定子(302)具有一徑向支撐結構(662)，該徑向支撐結構(662)向內徑向延伸且固定至軸向地延伸穿過該定子(302)之一軸座架(307)。
  5. 如請求項4之同步發電機(301)，其中該定子(302)：具有用於自內部徑向供應冷卻空氣之徑向冷卻通道；及具有用於軸向引導用於冷卻該定子之該徑向供應冷卻空氣之軸向冷卻通道，其中該徑向供應冷卻空氣通過一定子疊片總成及定子繞組總成中至少一者，且該徑向供應冷卻空氣被劃分且沿一向前方向及一向後方向軸向通過。
  6. 如請求項5之同步發電機(301)，其中橫跨該定子(302)之整個軸向範圍而徑向供應該冷卻空氣，且該徑向支撐結構(662)提供該等 徑向冷卻通道。
  7. 如請求項1或2之同步發電機(301)，其中在該同步發電機(301)中，囊封該外轉子部件(304)。
  8. 如請求項7之同步發電機(301)，其中該外轉子部件(304)具有含一檢測開口(656)之一轉子部件鐘形罩，以維護該外轉子部件(304)及該定子(302)中至少一者。
  9. 如請求項1或2之同步發電機(301)，其中該同步發電機(301)具有至少48個定子磁極及為一6相發電機(301)，及該定子(302)具有一連續繞組(14)。
  10. 如請求項1或2之同步發電機(301)，其中該定子(302)承載於延伸穿過該定子(302)及該外轉子部件(304)之一軸向座架上，且該外轉子部件(302)支撐於連接至該座架之一第一軸承及一第二軸承上，其中該兩個軸承沿軸向方向配置於該定子之一側處，其中一軸承沿軸向方向配置於另一軸承與該定子之間。
  11. 如請求項1或2之同步發電機(301)，其中該定子外徑為至少4.4米。
  12. 如請求項11之同步發電機(301)，其中該定子外徑為至少5米。
  13. 如請求項1或2之同步發電機(301)，其中提供至少一鼓風機(309)在該定子之該支撐結構中，以吹送用於冷卻目的之空氣徑向向外地通過該定子疊片總成(658)。
  14. 如請求項1或2之同步發電機(301)，其中該外轉子部件(304)具有朝向該氣隙之冷卻開口，其中該冷卻空氣之一部分沿該外轉子部件之勵磁機繞組自該氣隙(206)進一步向外地流動通過該外轉子部件(304)及該外轉子部件之該等轉子部件磁極之該等轉子部件極靴(32A)之間，其中該等轉子部件極靴及該等勵磁機繞組被冷卻。
  15. 一種風力發電設備(100)，其包括如請求項1至14中任一項之同步發電機(301)。
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