專利名稱：用于由風(fēng)輪機(jī)驅(qū)動的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電才幾，并特別涉及風(fēng)輪機(jī)和超導(dǎo)發(fā)電才幾。
技術(shù)背景由風(fēng)輪機(jī)的葉片驅(qū)動的直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)是高效的并且由于從渦輪 葉片到發(fā)電機(jī)的扭矩傳輸使損失減少到最小。在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架上直接驅(qū)動的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)通常具有三(3)兆瓦(MW)或更少的功率。傳統(tǒng)的直接驅(qū)動發(fā)電才幾典型地具有4氐轉(zhuǎn)矩密度，并且因?yàn)? MW以 上額定功率的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架變得太重。具有3 MW以上額定功率的重 型發(fā)電機(jī)已經(jīng)被用于帶有間接傳動裝置的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架中，所述間接 傳動裝置通常包括變速箱和供緊湊的高速發(fā)電機(jī)用的軸。變速箱往往不 可靠并且不適用于風(fēng)力渦輪機(jī)塔架使用中的長使用期限。存在長久的需求，用于風(fēng)輪機(jī)的直接驅(qū)動的發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生數(shù)兆瓦 (MW)的電功率，例如，IOMW。所需要的發(fā)電機(jī)應(yīng)該非?？煽?，并 且具有適當(dāng)尺寸和重量以考慮到經(jīng)濟(jì)的運(yùn)送和在風(fēng)輪機(jī)塔架上的安裝。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)包括 一個(gè)可連接的與風(fēng)輪機(jī)的 旋轉(zhuǎn)部件一起旋轉(zhuǎn)的環(huán)形電樞； 一個(gè)與所述電樞同軸的并且通過一 間隙 與所述電樞分離開的不旋轉(zhuǎn)環(huán)形勵(lì)磁線圏，其中所述勵(lì)磁線圈包括超導(dǎo) 體線圈磁鐵；以及一個(gè)用于所述勵(lì)磁線圈并可連接到風(fēng)輪機(jī)的塔架的上 部的不旋轉(zhuǎn)支承裝置。本發(fā)明提供一種用于風(fēng)輪機(jī)的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)包括 一個(gè)由風(fēng)輪 機(jī)直接驅(qū)動的并且與風(fēng)輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件一起旋轉(zhuǎn)的環(huán)形電樞； 一個(gè)與 所述電樞同軸的并且通過 一 間隙與所述電樞的內(nèi)表面分離開的環(huán)形勵(lì) 》茲線圏，其中所述勵(lì)磁線圈包括超導(dǎo)體線圈i茲4失；以及至少一個(gè)安裝在 比所述勵(lì)磁線圈更高的高度上的再冷凝器。本發(fā)明提供一種用于產(chǎn)生電能的方法，所述方法包括在發(fā)電機(jī)中 的不旋轉(zhuǎn)的環(huán)形勵(lì)^磁線圏中產(chǎn)生一磁場，其中所述勵(lì)i茲線圈包括超導(dǎo)體線圏磁鐵并將所述發(fā)電機(jī)安裝在用于風(fēng)輪機(jī)的塔架的上部分上；從所述 風(fēng)輪機(jī)上施加扭矩以轉(zhuǎn)動發(fā)電機(jī)的電樞，其中所述電樞與超導(dǎo)勵(lì)磁繞組 同軸并且電磁耦合；通過電樞圍繞固定的磁場繞組的轉(zhuǎn)動在電樞中產(chǎn) 生電流；將電流從旋轉(zhuǎn)電樞傳輸?shù)焦β首儞Q裝置中；使用冷卻液將超導(dǎo) 體線圈磁鐵冷卻到超導(dǎo)狀態(tài)，當(dāng)所述冷卻液冷卻線圈時(shí)使其至少部分汽 化，并且在發(fā)電機(jī)之上的再冷凝器中冷凝4皮汽4匕的冷卻液，其中^皮冷凝 的冷卻液通過重力流到超導(dǎo)體線圈磁鐵。
圖1是具有直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪機(jī)，該發(fā)電機(jī)帶有超導(dǎo)的電磁部件；圖2是圖示直接驅(qū)動的發(fā)電機(jī)的橫截面的示意圖，該發(fā)電機(jī)具有一 環(huán)形的旋轉(zhuǎn)電樞和 一 由該電樞圍繞的靜止的超導(dǎo)勵(lì)磁線圈(或勵(lì)磁繞 組)；圖3是圖示用于超導(dǎo)勵(lì)磁繞組的低溫恒溫器的橫截面的示意圖； 圖4是一殼環(huán)的透視圖，該殼環(huán)支承著超導(dǎo)勵(lì)》茲繞組的線圈磁鐵； 圖5是發(fā)電機(jī)和用于風(fēng)輪機(jī)的輪轂的后部和側(cè)面透視圖；以及 圖6是導(dǎo)流罩、發(fā)電機(jī)和用于風(fēng)輪機(jī)的輪轂的部分剖視圖。
具體實(shí)施方式
超導(dǎo)交流電(AC)發(fā)電機(jī)已經(jīng)發(fā)展到具有一個(gè)靜止(或固定)的 磁場繞組和一個(gè)由風(fēng)輪機(jī)或渦輪機(jī)(一起稱為"風(fēng)輪機(jī)")直接驅(qū)動的 旋轉(zhuǎn)電樞。超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)可以安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的上部并且直接 聯(lián)接到風(fēng)輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件上，例如葉片上。直接驅(qū)動的發(fā)電機(jī)有足夠輕 的重量，以被安裝在傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的頂部并聯(lián)接到傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn) 風(fēng)輪機(jī)葉片上。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)提供了高轉(zhuǎn)矩密度，其允許發(fā)電機(jī)變輕，盡管增加的部 件需要冷卻并且需要將超導(dǎo)體線圈從野外風(fēng)場中隔離。靜止的磁場繞組 包括一系列被冷卻到冷凝溫度的跑道狀超導(dǎo)體線圈。旋轉(zhuǎn)電樞和鐵軛 (備選的)被直接連接到風(fēng)輪機(jī)上并由風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)動。 一集電器在靜止的 定子中將由旋轉(zhuǎn)電樞產(chǎn)生的三相電流傳輸?shù)浇?jīng)過風(fēng)輪機(jī)的框架向下延 伸的導(dǎo)體上。圖1是風(fēng)輪機(jī)10的前視圖，該風(fēng)輪機(jī)包括錨固在地面上的塔架12。 一個(gè)超導(dǎo)發(fā)電機(jī)裝放在導(dǎo)流罩14的內(nèi)部，該導(dǎo)流罩安裝在塔架的頂部。 該導(dǎo)流罩可以圍繞塔架的軸轉(zhuǎn)動，以使渦輪葉片18相對于風(fēng)向?qū)?zhǔn)。 葉片從輪轂20向外成放射狀伸展。葉片18—般面對著風(fēng)并且借助于風(fēng) 的能量來轉(zhuǎn)動。發(fā)電機(jī)裝放在導(dǎo)流罩14的內(nèi)部并且由輪轂20和葉片18 直接驅(qū)動。葉片和輪轂的旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)的電樞。J答架12的高度可以為20到IOO米之間，頂部直徑可以為一到兩(1 到2)米并且地面基座的直徑為四(4)米。塔架可以由成錐形的管狀鋼 件制造，但是也可以由^f各狀結(jié)構(gòu)或由混凝土段制成。長度各為10-45米 的渦輪葉片18圍繞輪轂20等距離間隔開。當(dāng)葉片由合適的材料制成時(shí)， 它們一般由玻璃纖維加強(qiáng)的塑料或環(huán)氧樹脂形成。取決于不同節(jié)距的齒 輪箱是否被包括在輪轂中，葉片可具有固定節(jié)距或可變節(jié)距。塔架和葉 片和它們組合的尺寸不在本申請的范圍內(nèi)并且對于用于發(fā)電的大型風(fēng) 輪機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。圖2是圖示直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)22的橫截面的示意圖，該發(fā)電機(jī)具有 一環(huán)形的旋轉(zhuǎn)電樞24和由所述電樞圍繞的靜止的超導(dǎo)勵(lì)磁線圈組件 26。旋轉(zhuǎn)電樞24是一圍繞勵(lì)^磁線圏組件26的外部環(huán)形件(或環(huán)形圈)。 電樞通常形成有并可包括導(dǎo)電繞組27,例如線圈或棒條，其沿電樞的長 度縱向配置并配置在電樞的內(nèi)圓柱面上。舉例來說，電樞繞組的縱向各 段的長度可以為29到30英寸，厚度為4到5英寸且內(nèi)徑在135到136 英寸之間。線圏或棒條可以通過導(dǎo)電的端部轉(zhuǎn)向部分28在它們相對的 端部彼此相互連接。縱向線圈或棒條之間的端部轉(zhuǎn)向部分的連接取決于 它們的數(shù)量和配置，以及在電樞繞組中產(chǎn)生的電力相位。電樞繞組的內(nèi) 部圓柱面通過一狹窄的大約為1-2英寸的空氣隙與靜止的勵(lì)磁線圈組件 間隔開。電樞24包括支撐線圈和棒條27的圓柱形軛架(或輒狀物)30。軛 架30的外表面固定到隨電樞旋轉(zhuǎn)的圓柱形外殼32上。外殼32的直徑 可以是例如在147到148英寸之間并且具有58英寸的長度。外殼配裝 到支撐外殼和電樞24的圓盤34上。該圓盤在其中心處具有一圓孔，該 圓孔安裝有環(huán)形支架36上，風(fēng)輪機(jī)的輪轂20的環(huán)形基座38裝接到該 環(huán)形支架上。支架3 6和基座3 8可以通過按圍繞支架和底座的環(huán)形陣列 配置的螺栓固定在一起。圓盤34可以具有用于減輕重量的開口和孔35。支架36安裝在轉(zhuǎn)動的圓柱形支撐管40的一端上，該支撐管向電樞 繞組的內(nèi)部成放射狀的。加強(qiáng)環(huán)37固定到支架36和支撐管40之間的 內(nèi)側(cè)角部上。支撐管40的直徑例如可以是62到63英寸之間。在支撐 管40的外表面上，集流環(huán)組件41設(shè)有用于由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電的每 一相位的觸點(diǎn)和接地(線)。圖2中所示的集流環(huán)的四個(gè)環(huán)觸點(diǎn)適合于 帶有接地(線)的三相交流發(fā)電。集流環(huán)電聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)電樞24的繞組 上。集流環(huán)41隨支撐管40旋轉(zhuǎn)。 一個(gè)固定連接，例如碳刷(未示出) 將電流從集流環(huán)和電樞傳導(dǎo)到線導(dǎo)體上，所述線導(dǎo)體向塔架下面延伸并 且聯(lián)接到公用電力網(wǎng)、工廠或其他的電力負(fù)載上。一對朝向支撐管40的相對端布置的環(huán)形軸承42可轉(zhuǎn)動地將支撐管 40支承在固定基底管44上，該固定基底管裝接于由導(dǎo)流罩的底板支撐 的安裝件47上。環(huán)形支架46可以將安裝件47裝接到用于基座管的支 架45上。用螺栓將支架45、 46固定在一起。該對軸承42可以是相同類型的。另一種方案，靠近輪轂20的環(huán)形 軸承42可以具有比靠近塔架的環(huán)形軸承42更長的長度，例如長15到 16英寸，環(huán)形軸承的長度可以是8英寸。靠近輪穀的軸承42更長一些， 是因?yàn)槠涓苯拥爻惺茌嗇灪腿~片和風(fēng)的向下的作用力，這可以是 500,000磅的作用力，并且承受來自輪穀、葉片和風(fēng)的彎曲力矩，該彎 曲力矩在基座38和支架36上可以是127 X 106英寸-磅。支撐管40沿其長度可具有恒定的厚度。另一種方案，基座管44可 以在靠近塔架處厚一些，例如兩英寸，而在靠近輪毅處薄一些，例如一 英寸?；芸梢耘_階或錐形方式減小厚度。厚度上的減少降低了管的 重量。類似的重量減少的結(jié)構(gòu)(或特點(diǎn))可以包括在外殼32的圓盤34 上切去部分或打孔、采用輕質(zhì)材料，例如復(fù)合材料等等。盤式制動器48卡住外殼32的一端上的環(huán)形唇部50。如果風(fēng)變得過 大且葉片轉(zhuǎn)動得太快，則制動器可以減慢或停止葉片的轉(zhuǎn)動。薄而輕質(zhì) 的角板52從圓盤34延伸到支撐管40上。這些角板在結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)圓盤 34?；?4支撐一勵(lì)磁線圈支承圓盤54,在所述勵(lì)磁線圈支承圓盤 上安裝著固定的勵(lì)磁線圈(組件)26。圓盤可以具有切去部分或孔55 以減輕重量。圓盤54裝接到容納勵(lì)磁線圈(組件)26的超導(dǎo)體線圏的 低溫恒溫器外殼56的一端上。外殼56和其冷卻部件形成了一個(gè)冷卻勵(lì)磁線圈組件的超導(dǎo)體線圈的低溫恒溫器。用于低溫恒溫器56的外殼的 截面可以是環(huán)形的、矩形的，其外徑在134到135英寸之間，并且長度 為49英寸。外殼56及發(fā)電機(jī)和風(fēng)輪機(jī)的其他部件的尺寸屬于設(shè)計(jì)選擇 的問題，并且可以根據(jù)風(fēng)輪機(jī)的結(jié)構(gòu)而變化。低溫恒溫器56 4吏超導(dǎo)體線圏隔熱，以便它們可以被冷卻到接近絕 對零度，例如，冷卻到IO開氏溫度(K)并且優(yōu)選冷卻到4K。為了冷 卻繞組，外殼56包括絕緣導(dǎo)管58以容納液態(tài)氦(HE)或其他類似的低 溫冷卻液(稱為冷凍劑)。傳統(tǒng)的兩級再冷凝器60可安裝在導(dǎo)流罩的 上部區(qū)域、安裝在導(dǎo)流罩的頂部或安裝在塔架的頂部上，并且利用重力 自流在勵(lì)磁線圈上面供給冷凍劑，例如液態(tài)氦。冷凍劑圍繞勵(lì)》茲線圏的 超導(dǎo)體線圏磁鐵流動并且將線圏的磁鐵冷卻到達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)。當(dāng)氦至少 部分汽化時(shí)，線圈被冷卻到例如4K。氦蒸汽經(jīng)過其中一個(gè)導(dǎo)管58流入 到再冷凝器60中，在其中氦被冷卻、液化并且通過導(dǎo)管58返回到線圏 磁鐵。用于超導(dǎo)體線圈的電源線(或電導(dǎo)體)還通過帶有用于氦的絕緣 導(dǎo)管的外殼56。第二再冷凝器64向用于勵(lì)磁線圈(組件)的外殼56的內(nèi)部隔熱罩 70提供第二冷卻液，例如液態(tài)氮或氖。第二冷卻液將用于超導(dǎo)磁鐵的隔 熱罩70冷卻到大約30K到80 K。通過減少由氦吸收的熱輻射來冷卻隔 熱罩，幫助過度冷卻超導(dǎo)繞組。第二再冷凝器64容納來自隔熱罩70的 氣化的液態(tài)氮或氖、液化所述氮或氖，并且通過絕緣導(dǎo)管66將液氮或 氖供應(yīng)到隔熱罩。第二再冷凝器在重力自流(或自流輸送)狀態(tài)下提供 液態(tài)的氖或氮并且被安裝在比外殼56更高的塔架部位上。由輪轂20施加轉(zhuǎn)矩以使電樞24圍繞勵(lì)磁線圏組件26轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn) 的支承圓盤34將轉(zhuǎn)矩從輪轂傳遞到電樞上。由于電;茲力(EMF)的耦 合，通過電樞向勵(lì)》茲線圈組件施加轉(zhuǎn)矩。施加到勵(lì)磁線圈(組件)上的 轉(zhuǎn)矩由勵(lì)磁線圏外殼56傳遞到固定的支承圓盤54上并傳遞到塔架12 的安裝件47上。圖3是圖示用于超導(dǎo)體線圈68的低溫恒溫器的橫截面的示意圖。 所述外殼的內(nèi)部被排空并且其形成圍繞隔熱罩70的 一 隔熱真空(裝置)。 第一轉(zhuǎn)矩管72將隔熱罩70懸置在低溫恒溫器外殼56的排空的腔中。 轉(zhuǎn)矩管72安裝到外殼內(nèi)部的環(huán)形凸緣74上。所述凸緣將轉(zhuǎn)矩管從外殼 56的內(nèi)壁上提升起來。位于轉(zhuǎn)矩管72的相對端上的另一個(gè)環(huán)形凸緣76將隔熱罩70從轉(zhuǎn)矩管上提升起來，并且將隔熱罩確定在外殼56內(nèi)部的 中心位置。轉(zhuǎn)矩管72還將來自隔熱罩70的轉(zhuǎn)矩傳遞到外殼56上，并 且對低溫隔熱罩提供與環(huán)境溫度的外殼56的隔熱。隔熱罩70由輕質(zhì)鋁 制成。懸置在隔熱罩70中的是一環(huán)形殼體71。隔熱罩70具有一個(gè)利用液 氮或氖冷卻的凸緣以便將殼體71與熱輻射換熱器(或換熱裝置)熱隔 離。從第二再冷凝器64向隔熱罩70供應(yīng)液態(tài)氖或氮，其被提升到外殼 56的上面。導(dǎo)管66向隔熱罩提供用于液態(tài)氖或氮的重力自流留置權(quán)并 向再冷凝器提供蒸汽返回留置權(quán)。液態(tài)氖或氮在裝接于隔熱罩的一個(gè)凸 緣上的管道中循環(huán)。當(dāng)液態(tài)氖或氮冷卻隔熱罩時(shí)，液體被汽化并且隨后 返回到再冷凝器中。蒸氣在再冷凝器中被冷凝，并且隨后反饋到隔熱罩 70。第二轉(zhuǎn)矩管80由隔熱罩70的內(nèi)壁上的凸緣76支承在一個(gè)端部上。 凸緣76可以延伸到腔室70的內(nèi)部或可以包括兩個(gè)凸緣( 一個(gè)在隔熱罩 的內(nèi)部且另一個(gè)在隔熱罩的外部)。這些凸緣可以由絕緣材料形成。第 二轉(zhuǎn)矩管80將環(huán)形殼體71與隔熱罩熱隔離開來并將環(huán)形殼體71由隔 熱罩懸置。第二轉(zhuǎn)矩管80將轉(zhuǎn)矩從線圏傳遞到第一轉(zhuǎn)矩管72上。第一 和第二轉(zhuǎn)矩管兩者都可以由鈦合金形成。用于超導(dǎo)體線圈68的絕緣導(dǎo)管58、 66和電源電纜(未示出)通過 外殼56中的密封孔、隔熱罩70,第一導(dǎo)管58到達(dá)用于超導(dǎo)體線圏的殼 體71。外殼、隔熱罩和殼體提供一隔熱的和冷卻的環(huán)境，在所述環(huán)境內(nèi) 部，超導(dǎo)體線圈可以被冷卻到深冷溫度，例如4開氏溫度。配置在相反 方向上的轉(zhuǎn)矩管用熱的方法和用機(jī)械方法將繞組和其殼體與周圍環(huán)境 隔離開。圖4是殼體71的透視圖，其形成一保持線圏磁鐵68與液態(tài)氦接觸 的容器。殼體71可以由輕質(zhì)鋁形成。所述殼體的截面可以是環(huán)形的和 矩形的。殼體的彎曲度與環(huán)狀腔室70的彎曲度相符。所述殼體可以包 括環(huán)形陣列的中空凹入部83,所述凹入部中每一個(gè)容納跑道形狀的線圈 68和一定量的液態(tài)氦。支承支架82座》丈在所述凹入部中并位于各線圈 磁鐵的上面。所述支承支架與線圈相符并且將線圏固定到殼體的凹入部 83中。支承支架允許冷卻液流過超導(dǎo)體線圈。用于超導(dǎo)體線圏的冷卻液 通道是傳統(tǒng)的和公知的，如用于磁共振成像(MRI)裝置的超導(dǎo)體線圈磁鐵所使用的。蓋狀柱形殼84密封殼體71的中空的中心。殼體71、隔熱罩70和 外殼56比較薄，以便勵(lì)磁線圏(組件)可以被定位在電樞24的旋轉(zhuǎn)繞 組附近。在所公開的實(shí)施例中，超導(dǎo)勵(lì)磁繞組(組件)可在電樞繞組的 兩到四英寸內(nèi)，所述超導(dǎo)勵(lì)磁繞組可以具有大約2 - 3英寸的厚度。每個(gè)超導(dǎo)體線圈68可以是一組以跑道形狀形成的金屬線。線圈以 罐裝形成以保持跑道形狀。每個(gè)跑道可以具有例如長29到30英寸和寬 10英寸的兩個(gè)平4亍斷面的縱截面。每個(gè)超導(dǎo)體線圈68支承在殼體70中的凹入部83中，并且通過氦 浴冷卻到深冷溫度。超導(dǎo)體線圈68并排地以繞殼體伸展的環(huán)形陣列配 置。例如，三十六(36)個(gè)線圈可以形成勵(lì);茲線圈(組件)的環(huán)形陣列， 其起用于發(fā)電機(jī)的定子勵(lì)磁繞組(或定子勵(lì)磁繞組)的作用。超導(dǎo)體線 圏68每個(gè)可以由以圍繞跑道形式的螺旋形式包繞的金屬線(NBTI)形 成，其可以包括用于氦的冷卻導(dǎo)管。圖5是發(fā)電機(jī)22的后部和側(cè)面的放大視圖和其與輪轂20的連接關(guān) 系。該輪轂具有用于葉片的孔90。葉片的根部具有一圓柱形安裝件(或 安裝部)，所述安裝件配裝在孔的邊沿上。葉片可固定到鼻狀部上或設(shè) 有用于葉片安裝到輪轂上的可變節(jié)距安裝(件)的齒輪，以將。輪轂20 包括一安裝到發(fā)電機(jī)22的凸緣36上的基座38。 一環(huán)形陣列的螺栓可以 延伸經(jīng)過底座上的狹槽，以將輪轂固定到凸緣36上。圖6是裝放在導(dǎo)流罩14中并直接連接到風(fēng)輪機(jī)的輪轂20上的發(fā)電 機(jī)22的局部剖面透視圖。支撐管40直接連接到該輪穀上。支撐管還支 承帶有電樞繞組27、 28和軛架30的電樞。電樞繞組與超導(dǎo)體線圏磁4失 68同軸并且圍繞該超導(dǎo)體線圈磁鐵68轉(zhuǎn)動。這些線圈磁鐵被封裝在殼 體71中并且容納通過冷卻液通道83的致冷劑。殼體71凈皮支承在固定 到基座管44上的低溫恒溫器外殼56上。安裝件47將基座管44支承在 導(dǎo)流罩14內(nèi)。假如再冷凝器中的致冷劑冷卻液至少 一 部分被提升到超導(dǎo)勵(lì)磁繞 組的上面以為致冷劑的重力自流到繞組中作準(zhǔn)備，致冷劑再冷凝器60、 64可以裝放在導(dǎo)流罩中。另一種方案，再冷凝器60、 64可以安裝在導(dǎo) 流罩的頂部上。如上所述，帶有超導(dǎo)勵(lì)磁繞組和外部電樞的發(fā)電機(jī)將具有高轉(zhuǎn)矩密度并具有相對輕的重量。該發(fā)電機(jī)可以獲得IOMW或更多的輸出功率，并且重量輕以配裝在風(fēng)輪機(jī)的塔架的頂端上。發(fā)電機(jī)直接由風(fēng)輪機(jī)的葉片來驅(qū)動。來自電樞的10 MW或更多的電力通過集流環(huán)傳送并傳遞到 一電導(dǎo)線中，所述電導(dǎo)線向塔架下面延伸并且將電力傳送到塔架的底座 上的電聯(lián)接器(耦合器)。電聯(lián)接器可以連接到公用電力網(wǎng)、建筑物、 工廠或住宅中的電力負(fù)載或其他電負(fù)載上。當(dāng)已經(jīng)結(jié)合當(dāng)前考慮的最實(shí)用的和優(yōu)選的實(shí)施例來描述本發(fā)明時(shí)， 很清楚，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，相反，其試圖覆蓋包括在所附 權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種改進(jìn)和同等的配置。附圖標(biāo)記說明11風(fēng)輪機(jī)12塔架14導(dǎo)流罩18渦輪葉片20頭錐體(或整流罩)22發(fā)電機(jī)24電樞26勵(lì)》茲線圏組件28電樞線圈棒條的端部轉(zhuǎn)向部分30電樞的環(huán)形基座32導(dǎo)流罩的外殼34圓盤36用于導(dǎo)流罩的支架38頭錐體(或整流罩)的基座40支撐管41集流環(huán)觸點(diǎn)42軸承44圓柱形基座45支架46頸部上的凸緣47用于基座管的安裝件48制動器50外殼上的唇部52角板54勵(lì)》茲線圈的支持圓盤56用于勵(lì)磁線圈的外殼58絕緣導(dǎo)管60第一再冷凝器64第二再冷凝器66絕緣導(dǎo)管69 外殼中的真空腔室68 勵(lì)石茲線圏72 轉(zhuǎn)矩管74 環(huán)形凸緣76 環(huán)形凸緣78 用于勵(lì)》茲線圏的殼體80 第二轉(zhuǎn)矩管82 支承支架83 殼體的凹入部84 用于殼體的蓋板90 在頭錐體(或整流罩)中用于葉片的孔
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電機(jī)(22)，它包括可連接的環(huán)形電樞(24)，所述環(huán)形電樞與風(fēng)輪機(jī)(10)的旋轉(zhuǎn)部件(18)一起轉(zhuǎn)動；不旋轉(zhuǎn)的環(huán)形勵(lì)磁線圈(26)，所述環(huán)形勵(lì)磁線圈與所述電樞同軸并且通過間隙與所述電樞分離開，其中所述勵(lì)磁線圈包括超導(dǎo)體線圈磁鐵(68)；和用于所述勵(lì)磁線圈的不旋轉(zhuǎn)的支持裝置(56)，并所述支承裝置可連接到所述風(fēng)輪機(jī)的塔架(12)的上部區(qū)域上。
2. 如權(quán)利要求1所迷的發(fā)電機(jī)，其特征在于，其還包括至少一個(gè)安 裝在所述勵(lì)石茲線圏(26)之上的再冷凝器(60、 64)。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述線圈磁鐵(68) 每一 個(gè)都是跑道形狀的超導(dǎo)體線圈磁鐵。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述不旋轉(zhuǎn)的支承裝 置(56)包:^舌用于所述勵(lì)^i線圏的隔熱的環(huán)形外殼(56)，其中所述外 殼通過轉(zhuǎn)矩管(44)安裝到固定到所述塔架(12)上的安裝件(47)上， 在所迷塔架上安裝有所述風(fēng)輪機(jī)的所述旋轉(zhuǎn)部件。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述不旋轉(zhuǎn)的支承裝 置(56)包括用于線圏磁鐵(68)陣列的隔熱外殼(56)、通過轉(zhuǎn)矩管(72)懸置在所述外殼的排空內(nèi)部中的環(huán)狀腔室(70)和容納包含所述 線圈磁鐵的環(huán)形殼體(71)的腔室。
6. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，其還包括用于超導(dǎo)體 線圈磁鐵的隔熱導(dǎo)管(66),所述超導(dǎo)體線圈磁鐵延伸經(jīng)過所述隔熱外 殼并向上延伸到安裝在所述勵(lì)磁線圈之上的再冷凝器(60、 64)上。
7. —種用于風(fēng)輪機(jī)(10)的發(fā)電機(jī)(22)，它包括 環(huán)形電樞(24),所述環(huán)形電樞由風(fēng)輪機(jī)直接驅(qū)動并且與所述風(fēng)壽侖機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件(18) —起轉(zhuǎn)動；環(huán)形勵(lì);茲線圏(26),所述環(huán)形勵(lì)磁線圈與所述電樞同軸并且通過 間隙與所述電樞的內(nèi)表面分離開，其中所述勵(lì)磁線圈包括超導(dǎo)體線圏磁 鐵(68);和至少一個(gè)再冷凝器(60、 64),所述再冷凝器安裝在比所述勵(lì)磁線 圈更高的位置處。
8. 如權(quán)利要求7所述的用于風(fēng)輪機(jī)的發(fā)電機(jī)，其特征在于，其還包 括用于所述勵(lì)磁線圏的隔熱環(huán)形外殼(56),其中所述隔熱環(huán)形外殼通 過轉(zhuǎn)矩管(72)安裝到基座(44)上。
9. 如權(quán)利要求8所述的用于風(fēng)輪機(jī)的發(fā)電機(jī)，其特征在于，其還包 括用于所述勵(lì)磁線圏的隔熱外殼(56)、通過轉(zhuǎn)矩管(80)懸置在所述 外殼的排空內(nèi)部中的環(huán)狀腔室(71)和包含環(huán)形殼體的腔室，所述環(huán)形 殼體具有勵(lì);茲線圏和一定量的循環(huán)冷卻劑以冷卻所述勵(lì)》茲線圏的線圈 磁鐵。
10. 如權(quán)利要求8所述的用于風(fēng)輪機(jī)的發(fā)電機(jī)，其特征在于，其還 包括用于線圈磁鐵的冷卻流體的隔熱導(dǎo)管(66),所述隔熱導(dǎo)管延伸經(jīng) 過所述隔熱外殼并向上延伸到安裝在所述勵(lì)磁線圈之上的再冷凝器(60、 64)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種發(fā)電機(jī)(22)，它包括一可連接的環(huán)形電樞(24)，以與風(fēng)輪機(jī)(10)的葉片(18)一起旋轉(zhuǎn)；一環(huán)形固定的勵(lì)磁線圈組件(26)，其與電樞同軸并通過一間隙與電樞的內(nèi)表面隔離開，其中勵(lì)磁線圈包括超導(dǎo)體線圈(68)和可連接到風(fēng)輪機(jī)的塔架(12)的上部區(qū)域上的支撐結(jié)構(gòu)。
文檔編號H02K55/00GK101247070SQ200810009969
公開日2008年8月20日 申請日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者E·T·拉斯卡里斯, K·西瓦蘇布拉馬尼亞姆 申請人:通用電氣公司