[发明专利]风轮机和用于监测风力涡轮发电机的转子和定子之间的间隙的长度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括发电机的风轮机，该发电机具有发电机转子和定子，在定子和发电机转子之间有间隙，并且在间隙的相对的侧部处有磁体和导电绕组。本发明还涉及监测间隙的长度的方法，特别是在风轮机运转的过程中。

背景技术

通常，风力涡轮发电机包括具有两个或三个叶片的转动件，虽然风轮机也可具有一个叶片、四个叶片或更多叶片。转动件通常被安装至塔的顶部上的机舱内的轴。连接至可转动的毂的叶片将机械风能转变为驱动发电机的发电机转子的机械转动扭矩。发电机转子可以通过变速箱连接至转动件，或者连接可以是无传动装置的，如在所谓的直接驱动风轮机中。发电机将转动机械能转换为电能，该电能被输入公共电网。

通常发电机包括发电机转子和定子，两者被圆筒形的气隙隔开。在运转过程中，由多个磁体产生的磁场经过气隙部分。磁体可以例如是永磁体，安装在转子上的缠绕磁体，和/或者是在转子铁(rotor iron)内感应产生的电流。经过气隙的磁场的有效传导至少部分地取决于气隙的长度。在本文中，气隙的长度是转子表面和定子表面之间的径向距离。

在运转过程中，转动件上的负载由风力通过叶片传入。这些负载能够以改变气隙的长度或者使气隙变得不均匀的方式使发电机转子偏转。如果径向的气隙的长度变得太小，转子和定子元件就可以碰撞，导致对发电机严重损坏。

EP1870566 A1公开了带有包含定子和转子的发电机的风轮机。在定子和转子之间的气隙通过多个传感器而被测量，并通过叶片倾角控制器而被调节。在风轮机运转的过程中，在气隙中产生强磁通量。这妨碍了对气隙的长度进行准确且可靠的测量。而且，由于传感器被设置在气隙附近，所以传感器不能容易地更换。

发明内容

本发明的目的是提供具有气隙测量系统的风轮机，尽管有强磁通量，但该气隙测量系统依然能够在运转的过程中准确地测量发电机气隙的长度。

本发明的目的用包括发电机的风轮机实现，该发电机具有转子和定子，在转子的第一表面和定子之间有间隙，并且在间隙相对的侧部处有磁体和导电绕组，其中风轮机包括一个或多个距离测量装置，以便在离间隙一定径向距离处、不具有磁体和绕组的位置测量转子第二表面和发电机固定部分之间的距离(L′)。这样，间隙长度就能够在有效地降低由磁体磁场产生的干扰的位置处被准确地测量。

优选地，将距离测量装置设置在由磁体产生的磁场的范围外，以便测量转子的第二旋转表面和发电机的固定部分之间的距离，而不受到由在间隙之上的磁体所产生的磁场的有效干扰。在距离测量装置的位置处，磁场的强度太小以至于不能将测量的准确性降低到不能接受水平。

在一个实施例中，发电机转子包括面对定子的第一表面的外表面和面对定子的第二表面的内表面，从而形成了在运转过程中产生的磁场的范围外的第二间隙。这样，定子包围转子。在这种情况下，转子的内表面可以包括沿第二定子表面方向延伸的凸缘。这样，能够在离第一气隙中产生的磁场的安全距离处形成第二间隙。

在一个替代的实施例中，定子包括面对发电机转子的第一表面的外表面，和面对发电机转子的第二表面的内表面，从而在运转期间所产生的磁场的范围外形成第二间隙。在这个实施例中，定子被发电机转子包围。

为了获得更加可靠的在气隙的整个外周之上的间隙的长度测量值，可以例如在两个、三个或者更多的位置(可以是在圆周上等距的)测量气隙的长度。如果使用两个距离测量装置，它们可设置成沿两个互相垂直的维度测量距离。

第二气隙可以具有与在定子和发电机转子之间的第一气隙相同量级的长度，或者如果需要的话，它可以更小或更宽。

距离测量装置可以例如是非接触传感器，如感应接近传感器、电容接近传感器、或光学距离传感器。也可以将三种类型的传感器结合来使用。

风轮机可以还包括气隙调整组件，气隙调整组件设置成响应来自距离测量装置的信号来调节气隙的长度。气隙调整组件可以例如包括用于调节一个或多个叶片的螺旋角的倾角驱动装置。这样，在叶片上的负载可以被减少或增大，而且能够获得更均衡的负载分布状态，从而产生更均匀的气隙的长度。叶片例如可以是单独倾斜或是同步倾斜。

这种气隙控制系统有助于实现高效率的和有效的机械负载转移方案。该空气控制系统还提高了发电机的效率和可靠性，而且能够有效地降低风轮机的维护、维修和停机成本。

附图说明

现仅通过实例，参考附图，描述本发明的实施例，其中：

图1：示出根据本发明的风轮机的剖面图；

图2：以剖面图的方式示出在图1中的风轮机的发电机的上半部分。