[发明专利]风力涡轮机、传动系组件、机舱系统和相应方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有将驱动单元（也称为转子单元）与发电机组件连接的传动系的风力涡轮机。本发明还涉及传动系组件、风力涡轮机机舱系统、用于将转动能量转换成电能的方法、建造机舱的方法和重新配备风力涡轮机的方法。

背景技术

近海或陆上用大型风力涡轮机系统将由风驱动的转子的转动能量转换成电能。该转换是直接或者间接进行的。在第一种情况下，连接到风力涡轮机的轮毂的传动系的相对低的转动被直接转换成电能。这是通过将发电机的转子直接附连到传动系来实现的，而该发电机的定子组装在发电机的转子区域中传动系的周围。定子与附连到传动系的转子一起形成发电机的主要部分。在此背景下可注意到，在以下的任一实施例中，转子（并且这可能暗指传动系）同样也可以组装在定子周围。相比之下，间接转换意味着传动系的相对低的转动在齿轮箱中转换成第二传动系（在以下段落中称作“输出传动系”）的更快转动速度，其然后馈送给发电机。

直接驱动的发电机通常更大、更重，且因此生产和组装成本更高。但是，尽管齿轮箱驱动的发电机更轻、更小，且因此更便宜，但它们存在需要附加部件即齿轮箱的缺点。这类齿轮箱要求另外的组装、维修工作，且又是一种昂贵组件。另外，这类齿轮箱的噪声排放与直接驱动的发电机相比也是需要考虑的一个重要因素。

基于齿轮箱的发电机可以实现为名称为multibrid和/或多发电机组件。Multibrid系统表示齿轮箱和发电机包括于一个单一的外壳内。此外，这类系统也可包括方位角驱动器（用于将风力涡轮机定向成与风同向）。可选地，风力涡轮机的主轴的轴承也可集成到外壳中。

多发电机组件表示多个发电机组装在齿轮箱后面，齿轮箱将传动系的转动能量转换成多个第二输出传动系的转动，然后每个引入一个发电机。该系统具有的优点是允许使用甚至更小的若干发电机来代替一个更大的发电机，并具有高的效率因数。

然而，即使对于multibrid或多发电机组件，间接驱动的发电机系统仍然存在相对高的组装和维修工作问题。

发明内容

因此，本发明的目标是提供如何构造和/或重新配备风力涡轮机从而降低上述直接驱动和间接驱动系统的缺点的可能性。

该目标是通过根据权利要求1的风力涡轮机、根据权利要求7的传动系组件、根据权利要求8的风力涡轮机机舱系统和根据权利要求10-13的方法实现的。

因此，前述的那类风力涡轮机实现为使发电机组件包括具有第一定子和第一转子的第一发电机和至少一个第二发电机，所述第一转子直接连接到所述传动系，所述第二发电机经由齿轮箱间接耦连到所述传动系。

换言之，直接驱动的发电机被设置成与齿轮箱驱动的发电机串联。这允许在部分负载，在最优条件下使用两个发电机中的每一个。同时，与使用直接驱动或者间接驱动的系统的组件相比，齿轮箱和两个发电机的成本可以被大大降低。这是由于通常可以使用比单独使用需要的装置更小的装置来覆盖全负载。由于直接驱动的发电机的质量与其输出的平方成比例，输出降低例如一半会意味着质量降低四分之一。类似的计算同样适用于齿轮箱的质量。因此，通过在一台风力涡轮机中组合直接驱动和间接驱动系统，与至少一个直接驱动的系统相比，可以实现总体质量的降低。而且，这也暗示直接驱动发电机的尺寸的显著减小。但根据现有技术的直接驱动的发电机直径可以达到6米，可以用于本发明背景中的更小的直接驱动的发电机的直径被大大减小。这意味着风力涡轮机的尺寸特别是机舱的尺寸也可以大大减小，还意味着将这类风力涡轮机的组件运输到涡轮机组装地方会变得容易得多。

为了实现这类风力涡轮机，可以使用根据本发明的传动系组件。该传动系组件将驱动单元与发电机组件连接，该发电机组件包括具有第一定子和第一转子的第一发电机和至少一个第二发电机，第一转子直接连接到传动系组件的传动系，第二发电机经由齿轮箱间接耦连到传动系。传动系组件的那些部分包括使这些部分彼此、并与驱动单元装配在一起的接口。

根据本发明的这类驱动系统组件可单独提供或者与用于构造风力涡轮机的一些或所有其它机舱组件组合提供。因此它还可以用作现有的另一类传动系组件的替代品。

相应地，根据本发明用于将转动能量转换成电能的方法是通过具有将驱动单元与发电机组件连接的传动系的风力涡轮机执行的，由此转动能量的第一部分被具有第一定子和第一转子的第一发电机转换，第一转子直接连接到传动系，转动能量的第二部分被经由齿轮箱间接耦连到传动系的至少一个第二发电机转换。