风力涡轮机驱动机构的制作方法
【专利摘要】风力涡轮机驱动机构在大直径塔中具有尽可能紧凑的引擎舱(3)，这允许在内部嵌入发电机(6)并且降低旋转系统的支撑件(10)以及塔(2)中的负荷。引擎舱(3)的主框架(5)基于结构框架或者肋具有三角形形状，具有的益处是具有最紧凑方案的大反作用力臂。发电机(6)集成在该主框架(5)中并且与塔(2)的连接件(4)局部交叉。旋转系统由连续滚道中的各个支撑件组成，牵引元件驱使引擎舱(3)绕着塔(2)旋转而不需要使用普通齿条及小齿轮系统，使用在由旋转圈(9)组成的滚道上滚动的气压轮(20)，滚道具有倒置T形状，在其轮廓的顶部具有一个或者两个圆形截面。
【专利说明】
风力涡轮机驱动机构
技术领域
[0001 ]本发明包括在风力涡轮机领域中，更具体来说，包括在这样的驱动机构领域中:引擎舱内部的直联发电机通过其对应的传动系统附接至布置于引擎舱外侧的风力转子。
【背景技术】
[0002]当前公知的是没有增速传动装置的驱动机构，即具有直接联接至转子的发电机的驱动机构。M Torres和Jeumount设计添加至ENERCON E-30、E_40等机器。当前，西门子(Siemens)、阿海法(Areva)、阿尔斯通(Alstom)、维斯塔斯(Vestas)、明阳(Ming Yang)、高得运(Goldwin)或者頂PSA开发了这种类型的构造。因此能够得出结论，直接联接至转子的发电机的构造公知于现有技术，该构造还包括发电机频率转换器，用于从输电网解耦所述发电机。
[0003]引擎舱的主框架的功能是，在任何情形下支撑驱动机构以及将来自于转子转矩的负荷通过旋转圈(偏航)传递至塔。大多数制造商在设计所述主框架时遵循相同的基本原理，使用当前最普遍的韧性铸钢。
[0004]为了理解不同的主框架，必须分析不同的驱动机构构造，所述构造包括诸如属于Gamesa的专利文献ES2277795A1中的具体特征，在该专利文献中，转子和发电机布置于塔的两侧。主轴联接至毂以及发电机的转子，此外提到的轴支撑在布置于塔的两侧的轴承之间。
[0005]属于北方电力系统公司的专利文献US20050230979A1公开了一种直接联接的发电机以及转子，它们都位于塔的相同侧。此外，制动器集成在发电机定子中，变压器在引擎舱下面并且在塔的内部。
[0006]实际上，在2005年，NREL与北方电力系统公司一起，在“WindPACT驱动机构可替换设计研究报告”中，根据发电机相对于塔以及旋转圈的位置以及相对于得到的框架方案的位置，分析了若干驱动机构构造。不过，在所有这些构造之中，塔且因而旋转圈的直径降低并且限制了在旋转圈本身中嵌入发电机的优势。
[0007]最后，属于天地成长资本公司的专利文献US2009250939A1公开了一种在5至1m平台上的驱动机构，其同时是引擎舱和主框架本身的旋转系统。转子供给至少9个发电机。轴承彼此隔开10m，并且在旋转轴之间具有可使发电机运动的不同组小齿轮。根据其权利要求1，驱动机构的特征在于，使主轴运动的发电机在旋转系统的路线下方旋转。
[0008]在所有这些构造中，后者能够被认为是最接近的现有技术。但是，该构造存在许多问题:相对于两个单独滚动支撑件的巨大主轴尺寸存在于支撑其的窄圈中，多个发电机(其供给至少9个发电机)的可观重量以及因此导致的框架的复杂性以防止双支撑主轴的过度弯曲并收纳中央轮以及所有的后续发电机。
[0009]本发明的驱动机构的目的是解决源自于主轴和发电机之间不设置中间齿轮而直接连接所产生的上述问题以及其他问题。驱动机构的主框架的该类型结构是基于肋，相比于复杂的铸件，简化了其设计和制造，并且允许其模块化以降低传输成本，此外，具有较大直径旋转圈的较大反作用力臂的优势。此外，其允许有效地解决了发电机在旋转圈内部的位置，从而降低了主轴相对于圈的高度，因此降低了其负荷。
[0010]关于旋转系统(偏航)，所有制造商使用连续轴承(辊轴承或者滑动轴承)，具有基于齿轮以及电动机的驱动系统。但是，作为新的发明，专利文献US2009250939A1提出了一种连续滚动滚道，但是具有离散的支撑件。它们之间的主要区别在于滚动滚道和所述离散支撑件的设计，离散支撑件被认为支撑所有方向上的关联负荷。
【发明内容】
[0011]本发明的一个目的是提供能够用于大直径塔的最紧凑的驱动机构以及引擎舱构造，考虑关于部件可接近性以及维护的多个方面。利用当前尺寸的多兆瓦级风力涡轮机，将传动系统布置在塔的顶部将影响驱动机构的支撑件的结构设计。
[0012]本发明的另一目的是提供转子，其附接至主框架或者固定支撑件，主框架或固定支撑件通过旋转系统(偏航)被附接至由连接至塔的连接件所形成的连接系统。所述主框架具有锚固在其中一个端部处的中空轴，支撑转子的主轴承布置在该端部处并且主轴从该端部延伸。
[0013]本发明的另一目的是主轴的支撑，主轴支撑在前述支撑件上并支撑在两个其他支撑件上，这两个其他支撑件与包含它们的三角形主框架一起还保持发电机和制动器。发电机的支撑件是由具有凸缘以及腹板的肋所形成的主框架的一部分并且包括相应的轴承，在形成发电机和制动器的一组的每侧上有一个轴承。
[0014]本发明的另一目的是将发电机集成在所述主框架中，同时其局部穿过布置在塔上的连接件本身。
[0015]最后，本发明的另一目的是提供本发明的客体的驱动机构，其具有新颖的旋转系统(偏航)，该旋转系统(偏航)具有在支撑于塔上的环形连接件上布置的圈上滑动的一组滚动构件。此外，将布置驱动构件，其致动引擎舱绕着塔的旋转而不需要普通齿条以及小齿轮。驱动构件使用的马达是电动机，电动机致动在由旋转圈形成的滚动滚道上滚动的一系列气压轮(pneumatic wheel)。在顺风祸轮机的情形下，旋转系统(偏航)可以是被动的并且可以不需要驱动系统，驱动构件能够被取消，仅保留允许旋转并传递负荷的滚动构件。
[0016]从上文可以推出以下优势:
[0017]大直径旋转圈(偏航)关联的优势为极大地降低垂直负荷，导致其离散支撑。但是，对于主框架，还增加了支撑件之间的距离并因此增加了弯曲负荷。结果，主框架的三角形构造利用了反作用力臂的优势，以可能的最紧凑的方式使支撑件上的负荷最小化。此外，提出的基于肋的主框架以有效的方式向结构提供了必要抗弯刚度。为此，这些肋由凸缘以及腹板形成，具有窗口或者释放构件。此外，该结构允许设计模块化以降低运输成本并且适当地收纳驱动机构的所有构件:轴承、制动器以及发电机。
[0018]此外，提出的结构允许将发电机嵌入旋转圈(偏航)和连接件的中央开口，因此降低转子的轴和旋转平面(偏航)之间的距离，这使得所需的后续负荷降低。
[0019]最后，滚动滚道的设计以及旋转系统(偏航)的支撑件允许显著降低滚动构件的数量，因此降低组件成本。
【附图说明】
[0020]下文非常简要地描述了一组附图，该附图有助于更好地理解本发明，并且清楚地涉及作为其非限制性示例提出的本发明的实施方式。
[0021]图1是本发明的风力涡轮机的整体视图。
[0022]图2是转子、驱动机构以及与格构式塔的连接件的一部分的细节图。
[0023]图3是与图2相同的视图，但是在该情况下其是一些部件被切开的剖视图。
[0024]图4是主框架或者具有中空轴的固定支撑件的立体图。
[0025]图5是通过旋转系统(偏航)附接主框架以及连接件的放大图。
[0026]添加了偏航系统的细节。
[0027]图6是具有不同滚动圈的第二实际的实施方式。
[0028]图7及其变型a、b以及c是根据一个滚动圈或者另一个滚动圈的实施方式的驱动系统的不同实施方式。
【具体实施方式】
[0029]图1示出的风力涡轮机是水平轴风力涡轮机，其具有面向顺风的三个叶片(I)以及格构式塔(2)，格构式塔(2)的三个支腿沿着其整个长度彼此等距离隔开。连接件(4)布置于引擎舱(3)和塔(2)之间，本发明的客体的驱动机构(图中未示出)布置在所述连接件(4)上。
[0030]如图2和图3所示，格构式塔(2)支撑连接件(4)，三角形主框架(5)在内部收纳发电机(6)和主轴(7)并且在其一个端部处支撑转子(8)，三角形主框架(5)布置于连接件(4)上。滚动圈或者滚道(9)是旋转系统(偏航)的一部分，布置在连接件(4)的顶部。所述旋转系统由提到的圈(9)和三个支撑件(10)组成，每个所述支撑件(10)布置在形成主框架(5)的三角形的每个顶点处。主轴(7)穿过主框架(5)的其中一个顶点，处于中空轴(11)所锚固的位点，中空轴(11)具有主轴承从而使得转子(8)更容易旋转。
[0031]在图4中，三角形主框架(5)由外肋和内肋形成。外肋由侧肋(12)和底肋(13)组成。内肋又由支撑肋(14)和加强肋(15)组成，支撑肋(14)和加强肋(15) 二者限定了将收纳发电机的开口。所有肋都具有释放窗口(16)，释放窗口(16)均勾分布在整个表面上。发电机(6)的支撑件(17)是主框架(5)的肋的一部分并且包括相应的轴承(18)，在形成发电机和制动器(图中未示出)的一组的每侧上有一个支撑件。
[0032]如图5a和图5b所示，主框架(5)通过由滚动圈(9)和相应支撑件(10)组成的滚动系统支撑在连接件(4)上。在实际的实施方式中，滚动圈(9)在底部为倒置T形，在顶部为圆形。放大细节图示出了在滚动圈(9)上滚动的三个滚动构件(19)，所述滚动构件彼此呈120°起作用并且在源自于塔上的风力涡轮机旋转的两个方向上支撑水平以及垂直负荷。
[0033]上方滚动构件(19’)将垂直压缩负荷传递至塔。两个倾斜滚动构件(19”)由于它们的角度而能够支撑垂直以及水平拉伸负荷。
[0034]图6是另一实际的实施方式，在该实施方式中，滚动圈(9)是双T形，顶部配有两个圆形，在T形的每个凸缘中相对于圈(9)对称地布置三个滚动构件(19)并且三个滚动构件
(19)彼此隔开90°。该布置意味着，垂直滚动构件(19’)仅传递垂直负荷，水平构件(19”)仅传递水平负荷。
[0035]图7示出了根据选择一个还是另一个滚动圈(9)的滚动构件的驱动系统。在该情况下，旋转系统不支撑负荷而是引起被驱动构件驱动的旋转，驱动构件优选是位于轮(21)上方的电动机(20)。所述气压轮在滚动圈(9)的中央部分(22)中驱动，正如实施方式a和b所示，或者该轮(21)在滚动圈(9)的顶部(23)中驱动，如实施方式c所示。驱动系统是由支撑件
(10)组成的滚动系统的一部分。
【主权项】
1.一种风力涡轮机驱动机构，该风力涡轮机驱动机构在引擎舱(3)内部包括直接联接至转子(8)的发电机(6)，所述转子(8)在所述引擎舱(3)外侧支撑在中空轴(11)上，与所述转子连接、并且借助相应的轴承(18)与所述发电机和制动器连接的主轴(7)穿过所述中空轴(11)，其特征在于， -所述主轴(7)支撑在所述中空轴(11)上并且在所述发电机(6)的两侧支撑在两个支撑件(17)上， -所述发电机(6)布置成使得其下部穿过旋转圈(9)并穿过置于塔(2)上的连接件(4)， -支撑整个驱动机构的主框架(5)被所述主轴(7)穿过，所述主框架(5)由肋组形成，所述肋组形成三角形并且通过所述旋转圈(9)借助布置在所述主框架(5)的顶点处的至少两个支撑件(10)附接至所述连接件(4)，以及 -利用由驱动构件供给的力，旋转系统(9)通过所述旋转圈(9)和存在于所述支撑件(10)中的滚动构件(19)移动所述连接件(4)上的所述主框架(5)，所述驱动构件也附接至所述支撑件(10)。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机驱动机构，其中，所述主框架(5)是三角形形状并且由内肋和外肋组成，所述外肋组合在一起作为侧肋(12)和底肋(13)，所述内肋组合在一起作为支撑肋(14)和加强肋(15)，所有的肋都具有释放窗口(16)并且由它们对应的凸缘以及腹板形成，并且所述中空轴(11)支撑在所述主框架(5)的其中一个顶点中。3.根据权利要求2所述的风力涡轮机驱动机构，其中，除了所述顶点，所述主框架(5)在所述底肋(I3)中以及在所述支撑肋(14)中具有两个其他支撑件(17)，并且每个所述支撑件(17)具有其相应的轴承(18)以允许所述主轴(7)的旋转。4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机驱动机构，其中，所述环形圈(9)具有倒置T形状，在顶部具有一个或者两个圆形截面，所述滚动构件(19)滚动通过所述顶部。5.根据权利要求4所述的风力涡轮机驱动机构，其中，所述滚动构件(19)在数量上为三个，并且根据所述环形圈(9)在顶部具有一个还是两个圆形截面而以120°或者90°布置。6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机驱动机构，其中，所述驱动构件是电动机(20)和气压轮(21)的组合，所述气压轮(21)在所述环形圈(9)的中央部分(22)或者顶部(23)上滚动。7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机驱动机构，其中，所述风力涡轮机是顺风涡轮机。
【文档编号】F16C19/54GK106062360SQ201480076800
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年3月4日
【发明人】E·桑泽·巴斯库尔, H·R·萨维·科斯塔
【申请人】纳巴风力公司