具有密封的定子室的风力涡轮机

摘要

本发明涉及一种风力涡轮机，其包括在顶部设有机舱的风力涡轮机塔架；风力涡轮机转子轮毂，其具有至少一个可旋转地安装在机舱上的风力涡轮机叶片；轴，其联接至所述风力涡轮机转子轮毂和发电机。所述发电机包括具有至少一个超导转子线圈的转子，所述超导转子线圈相对于具有至少一个定子线圈的定子可旋转地安装。所述转子安装在转子壳体内，所述定子安装在定子壳体内，所述两壳体被转子-定子间隙隔开。所述定子壳体包括定子内壳和定子外壳，所述定子内壳和所述定子外壳通过至少一个定子壳体端板相互连接。所述定子内壳包括连接至定子铁的第一内壳元件，而所述定子铁连接至第二内壳元件。压板连接至所述第二内壳元件和所述定子外壳。

权利要求

1.一种风力涡轮机(100)，其包括：

-风力涡轮机塔架(101)；

-设在风力涡轮机(100)上的机舱(103)；

-风力涡轮机转子轮毂(106)，所述风力涡轮机转子轮毂(106)可旋转地安装在机舱(103)上，所述风力涡轮机转子轮毂(106)具有至少一个安装在其上的风力涡轮机叶片(105)；

-轴(115)，所述轴(115)联接至所述风力涡轮机转子轮毂(106)；以及

-发电机(116)，所述发电机(116)联接至所述轴(115)，其中所述发电机(116)包括转子(203)，所述转子(203)相对于定子(204)可旋转地安装，所述转子(203)包括至少一个超导转子线圈(603)，所述超导转子线圈(603)位于由转子壳体(508)封装的转子室(509)内，所述定子(204)包括至少一个导电材料的定子线圈(503)，所述定子线圈(503)位于定子铁(504)中,所述定子铁安装于由定子壳体(505)封装的定子室(502)内；所述超导转子线圈(603)和所述定子线圈(503)被设置为具有相互作用的磁场，当所述转子(203)旋转时，所述相互作用的磁场感应所述定子线圈(503)内的电流，其中在所述转子壳体(508)和所述定子壳体(505)之间具有转子-定子间隙(506)；

其特征在于：

所述定子壳体(505)包括面向所述转子壳体(508)的定子内壳(602)，其中所述定子内壳(602)包括至少一个第一内壳元件(702)，所述至少第一内壳元件(702)通过粘合剂至少连接至至少一个楔形体(704)，所述粘合剂对楔形体(704)材料和第一内壳元件(702)具有强粘合性能，所述楔形体(704)位于所述定子铁(504)内。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述楔形体(704)包括面向所述转子壳体(508)的外侧，其中所述外侧与所述定子铁(504)的内边缘对齐。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述楔形体(704) 包括面向所述转子壳体(508)的外侧，其中所述外侧相对于所述定子铁(504)的内边缘缩回。

4.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述楔形体(704)由具有强粘合性或强粘结性的材料或者复合材料制得，以粘接至第一内壳元件(702)。

5.根据权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述第一内壳元件(702)进一步连接至所述定子铁(504)内的至少一个定子齿(705)。

6.根据权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述第一内壳元件(702)包括至少一个肋体，所述肋体安装在面向所述定子铁(504)的内侧，其中所述肋体与至少所述定子铁(504)接触。

7.根据权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述第一内壳元件(702)与第二内壳元件(703)的至少一部分重叠，所述第一内壳元件(702)在重叠区域连接至所述第二内壳元件(703)。

8.根据权利要求7所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述第二内壳元件(703)设置在所述定子铁(504)和定子壳体端板(701)之间。

9.根据权利要求7所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，至少一个压板(708)设在定子铁(504)的至少一个管口上，且连接至定子壳体外壳(601)和第二内壳元件(703)。

10.根据权利要求9所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，扭矩传递型材(711)设置在所述压板(708)的第一侧面，且连接至所述定子壳体外壳(601)和所述压板(708)。

11.根据权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述定子室(502)至少部分充满冷冻剂(404)，所述冷冻剂(404)热耦合至定子线圈(503)。

12.根据权利要求11所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述冷冻剂(404)是防腐剂，或润滑剂，或防腐剂和润滑剂。

13.根据权利要求12所述的风力涡轮机(100)，其特征在于所述冷冻剂(404) 是一种油。

14.根据权利要求11所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述定子室(502)连接至定子冷却系统(400)，并用以循环所述冷冻剂(404)。

15.根据权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述转子壳体(508)连接至转子冷却系统，以将转子室(509)内的超导转子线圈(603)冷却至超导态。

16.根据权利要求15所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述转子冷却系统将超导转子线圈(603)冷却至温度为4K至120K之间，25K至80K之间，或25K至35K之间。

17.根据权利要求14所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述冷冻剂(404)和/或所述定子冷却系统(400)联接至转子冷却系统。

18.根据权利要求1所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述转子壳体(508)和所述定子壳体(505)位于发电机室(507)内，所述发电机室(507)由发电机壳体(501)包围。

19.根据权利要求18所述的风力涡轮机(100)，其特征在于，所述发电机室(507)是真空的。

说明书

具有密封的定子室的风力涡轮机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种风力涡轮机，其包括：

[0002] -风力涡轮机塔架；

[0003] -设在风力涡轮机上的机舱；

[0004] -风力涡轮机转子轮毂，所述风力涡轮机转子轮毂可旋转地安装在所述机舱上，所述风力涡轮机转子轮毂具有至少一个安装在其上的风力涡轮机叶片；

[0005] -轴，所述轴联接至所述风力涡轮机转子轮毂；以及

[0006] -发电机，所述发电机联接至所述轴，其中所述发电机包括转子，所述转子相对于定子可旋转地安装，所述转子包括至少一个超导转子线圈，所述超导转子线圈位于由转子壳体封装的转子室内，所述定子包括至少一个导电材料的定子线圈，所述定子线圈位于由定子壳体封装的定子室内；所述超导转子线圈和所述定子线圈被设置为具有相互作用的磁场，当所述转子旋转时，所述相互作用的磁场感应所述定子线圈内的电流，其中在所述转子壳体和所述定子壳体之间具有转子-定子间隙。

背景技术

[0007] 在这方面，已经使用和开发了风力涡轮机。在最近的研究和提议已经建议使用超导发电机。

[0008] 通常，超导体比传统的导体更轻且更小，因此，用于风力涡轮机中以降低其重量或使其产生更大的动力，是很有吸引力的。

[0009] US2009/0224550A1公开了超导风力涡轮机的这个提议的一个实施例。对于在岸上和离岸的实际用途和操作，所公开的超导风力涡轮机具有许多缺陷，例如不适合操作条件的超导转子线圈和线圈的结构和设置。

[0010] US4146804A公开了超导风力涡轮机的另一个实施例。该结构公开了设置在发电机壳体内的定子组件和转子组件，其中定子组件和转子组件分别设置在定子外壳和转子外壳中。转子组件安装在两个轴承上，两个轴承位于发电机壳体的端板。定子组件包括多个定子线圈，定子线圈缠绕在胶纸板孔密封上，该胶纸板孔密封连接至末端两个端板。该结构的缺点是，该胶纸板在回转端部可以朝着转子组件向外弯曲或甚至由于泵压和油压而塌陷。为了保持转子外壳和定子外壳的空气间隙尽可能小，转子组件由轴承支撑，以便转子组件相对于定子组件是稳定的，从而使空气间隙减小。然而，这种支撑结构增加了发电机的总重量，增加了生产成本。

[0011] 发明目的

[0012] 本发明的一个目的是提供一种克服现有技术中的缺陷的装置，以在风力涡轮机定子和转子相互作用中使用超导定子线圈，以减小重量和/或尺寸或允许更大的功率输出。

[0013] 本发明的一个目的是提供一种结构，以使基于超导转子线圈装置的转子在风力涡轮机内运行。

[0014] 本发明的一个目的是提供一种结构，其使得定子与基于超导转子线圈装置的转子相互作用。

[0015] 本发明的一个目的是提供一种装置，该装置用于定子线圈装置的冷却，该定子线圈装置与基于超导转子线圈装置的转子相互作用。

[0016] 本发明的一个目的是提供一种结构，以防止定子壳体内壳向着转子向外弯曲。

发明内容

[0017] 本发明的一个目的这样实现，一种风力涡轮机，其特征在于：

[0018] -所述定子壳体包括面向所述转子壳体的定子内壳，其中所述定子内壳包括至少一个第一内壳元件，所述至少一个第一内壳元件至少连接至定子铁内的至少一个楔形体，所述定子铁安装在定子室内。

[0019] 该结构使得定子壳体内壳连接至定子铁，特别是至少一部分楔形体使定子线圈保持在位置上，从而防止定子壳体内壳向转子组件弯曲或塌陷。第一内壳元件为几毫米的薄圆筒形板，例如1mm至6mm之间，优选地1mm至3mm之间或1mm至2mm之间。该薄板使定子线圈和转子线圈之间的距离变小，以使发电机的效率增加。第一内壳元件优选由非磁性和/或非导电性材料制得，例如合适的金属或纤维增强塑料或合适的复合材料，其中纤维可以是玻璃、碳纤维或有机纤维。通过采用非磁性和非导电性材料制作第一内壳元件，降低发电机的损耗。

[0020] 在一个特定实施方式中，所述楔形体包括面向所述转子壳体的外侧，其中所述外侧与所述定子铁的内边缘对齐。

[0021] 所述第一内壳元件可以使用胶粘剂，以胶水或具有强粘合性能的粘合剂的形式，连接至楔形体和所述第一内壳元件的材料，以便在运行过程中，定子内壳仍然连接至定子铁。胶粘剂设置在第一内壳元件的内侧和定子铁的外侧之间。胶粘剂可以是二组分环氧粘合剂，例如具有强粘结性的二组分环氧粘合剂，以粘接至纤维增强塑料/复合材料和楔形体所选择的材料或复合材料。楔形体的外侧和定子铁内的定子齿的外侧相互对齐，因此，为胶粘剂提供大的涂胶区或粘合区，以使该层的厚度更小。所述第一内壳元件还可以使用紧固装置连接，所述紧固装置例如螺栓、螺钉或其他合适紧固装置，所述螺栓、螺钉或其他合适紧固装置由非磁性和/或非导电性材料（即由塑料或尼龙）制得。紧固装置的使用使第一内壳元件能够直接与边缘和定子齿的外侧接触，因而，减小了定子线圈和转子线圈之间的距离。

[0022] 在另一个特定的实施方式中，所述楔形体包括面向所述转子壳体的外侧，其中所述外侧相对于所述定子铁的内边缘缩回。

[0023] 这使得胶粘剂可以位于由两定子齿和中间楔形体形成的凹槽内。使第一内壳元件能够直接与定子齿的外侧接触，因而，减小了定子线圈和转子线圈之间的距离。

[0024] 在一个特定的实施方式中，所述楔形体由具有强粘合性或强粘结性的材料或者复合材料制得，以粘结至第一内壳元件。

[0025] 楔形体可以由非磁性或磁性材料或复合材料制得，例如环氧玻璃，纤维增强塑料/复合材料，复合材料包括至少一种磁性材料，例如铁或其他合适的材料。强粘合性或强粘结性使胶粘剂能够在第一内壳元件和楔形体之间形成牢固的连接。胶粘剂可以具有耐高温性能，例如对热油，例如耐高温二组分环氧胶粘剂（即LORD公司的 305型）适用于油冷却风力涡轮机发电机。

[0026] 在一个特定的实施方式中，所述第一内壳元件进一步连接至所述定子铁内的至少一个定子齿。

[0027] 这使得内壳元件连接至定子铁的至少一部分定子齿，以便防止定子内壳弯曲或塌陷。所述第一内壳元件可以通过使用胶粘剂、胶水或具有强粘结性的粘合剂，连接至定子齿和/或第一内壳元件的材料，以便在运行的过程中，定子内壳仍然连接至定子铁。胶粘剂可以是二组分环氧粘合剂，例如具有强粘结性的二组分环氧粘合剂，以粘接至金属和/或纤维增强塑料/复合材料。胶粘剂可以具有耐高温性能，例如对热油，例如耐高温二组分环氧胶粘剂（即LORD公司的 305型）适用于油冷却风力涡轮机发电机。所述第一内壳元件还可以使用紧固装置连接至定子齿，所述紧固装置例如螺栓、螺钉或其他合适紧固装置，所述螺栓、螺钉或其他合适紧固装置由非磁性和/或非导电性材料（即由塑料或尼龙）制得。

[0028] 在特定实施方式中，所述第一内壳元件包括至少一个肋体，所述肋体安装在面向所述定子铁的内侧，其中所述肋体与至少所述定子铁接触。

[0029] 这使得在所述定子内壳配备多个肋体，以加固定子内壳，使所述定子壳体不会向转子组件弯曲或塌陷。所述肋体可以为凸起，所述凸起设置在第一元件的内表面上，其中定子铁的内边缘可以包括多个凹槽，所述凹槽用于容纳和固定凸起。所述肋体可以为在相对于定子线圈的轴方向的垂直方向上延伸的肋体，或为一个或多个螺旋型的肋体。在这个结构中，第二内壳元件可以省略，因为由于泵压和静态油压，所述肋体可以吸收所施加的负载。

[0030] 在一个特定的实施方式中，所述第一内壳元件与第二内壳元件的至少一部分重叠，所述第一内壳元件在重叠区域连接至所述第二内壳元件。

[0031] 所述第一内壳元件和所述第二内壳元件可以彼此连接，以便重叠区域在第一和第二内壳元件之间起封条的作用，从而不需要密封第二内壳元件和定子铁的管口之间的接触区域。重叠区域可以通过在重叠区域的至少一部分上使用胶粘剂密封。或者，在重叠区域内设置弹性变形元件形式的封条，或使用密封器密封重叠区域。所述第一内壳元件可以延伸至与第二内壳元件的整个外表面重叠。这使得第一内壳元件也连接至和/或密封至定子壳体端板。适合的固定装置或合适的胶粘剂可以用于将第一内壳元件连接至定子壳体端板。所述第二内壳元件优选由非磁性和/或非导电性材料制得，所述非磁性和/或非导电性材料例如合适的金属、或纤维增强塑料、或合适的复合材料，其中纤维可以是玻璃、碳纤维或有机纤维。第一内壳元件可以由与第二内壳元件不同的材料制得，例如第一内壳元件为纤维增强塑料/复合材料，第二内壳元件为金属。

[0032] 在一个特定的实施方式中，所述第二内壳元件设置在所述定子铁和定子壳体端板之间。

[0033] 所述第二内壳元件设置在所述定子铁和定子壳体之间，以便定子铁和第一内壳元件的内边缘形成连续的表面。这使得所述第一内壳元件与所述第二内壳元件重叠。所述第一内壳元件连接至所述第二内壳元件和/或定子铁。这使得定子室的第一室和第二室被第二内壳元件封闭，定子铁的层压堆被第一内壳元件封闭。这种结构使得两个内壳元件的使用具有不同的热膨胀系数。所述第二内壳元件可以通过焊接、钎焊或其他紧固技术的方式，连接至定子壳体端板。第二内壳元件使用紧固装置连接至定子壳体端板，该紧固装置装置例如螺栓、螺钉或其他适合的紧固装置。所述第二内壳元件可以为大于几毫米的厚圆筒形板，例如为1mm至12mm之间，优选地为1mm至6mm之间，或1mm至4mm之间。由于定子室的泵压和静态油压被第二内壳元件吸收，厚板使得负载作用在定子壳体内壳上。

[0034] 在一个特定实施方式中，定子壳体端板包括凹槽，在凹槽内放置有所述第二内壳元件，其中在凹槽内设置有封条。

[0035] 通过凹槽，使第二内壳元件固定在位置上，而不使用紧固装置。所述第二内壳元件和定子壳体端板之间的接触区域可以使用密封器或弹性变形元件密封，所述密封器或弹性变形元件以O型密封圈或其他合适的封条的形式。封条可以由高温和/或耐油压材料制得，该高温和/或耐油压材料适用于油冷却风力涡轮机发电机。

[0036] 在一个特定实施方式中，至少一个压板设在定子铁的至少一个管口上，且连接至定子壳体外壳和第二内壳元件。

[0037] 压板使所述第二内壳元件连接至定子外壳，以使定子铁内的层压堆牢固地保持在位置上，从而阻止该层压板的剥落。压板包括用于定子线圈的切口和安装在定子铁内的冷却通道，以使冷冻剂可以从一个室流到另一个室，以冷却定子线圈。压板可以使用紧固装置连接至第二内壳元件和/或定子外壳，该紧固装置例如螺栓、螺钉或其他合适的紧固装置。压板可以改用焊接、钎焊至定子外壳和/或第二内壳元件。压板可以在其端部封闭和/或围绕切口使用封条、密封器或其他合适的密封材料密封，以便防止油与定子铁内的层压堆接触。

[0038] 在一个特定实施方式中，扭矩传递型材设置在所述压板的第一侧面，且连接至所述定子壳体外壳和所述压板。

[0039] 扭矩传递型材允许在定子铁和定子线圈内引入扭矩，以转移至定子外壳。所述型材可以为加强板的形状，所述加强板连接至压板和定子外壳，且在垂直方向上延伸远离压板。连接可以通过焊接或钎接或使用紧固装置完成，所述紧固装置为螺栓、螺钉或其他合适的紧固装置。因此，定子线圈和转子线圈在它们各自的壳体内分开，其中环境，例如温度、压力或其他条件可以完全或更大程度相互独立地调节。

[0040] 封装理解为壳、盖体或壳体围绕对象形成一个密封容器。该对象可以是转子线圈或转子线圈和轴附近的辅助设备。转子辅助设备包括轴承、转子支撑结构、电缆等。

[0041] 所述对象可以是定子线圈和定子线圈附近的辅助设备。所述定子辅助设备包括定子铁、定子支撑结构、电缆等。

[0042] 封装的另一个优点是，转子可以在干净的环境组装，作为一个组件运输和安装，不会降低或降低被如潮湿物或甚至更糟糕的盐渍潮湿物污染的风险。

[0043] 同样，定子的封装也具有同样的优势。

[0044] 在风力涡轮机安装的过程中，转子壳体和定子壳体根据转子壳体和定子壳体上的标记放置和调节。

[0045] 因此，在单独运输之前，转子和定子可以在测试台上调节和平衡，且可以在风力涡轮机内，甚至在苛刻的条件下例如离岸，容易地安装并相对于彼此重新放置。

[0046] 在特定的实施方式中，转子壳体为圆筒形，围绕轴，且在任一端部被端板封闭。

[0047] 在特定的实施方式中，定子壳体为具有内圆筒和外圆筒的圆筒形，其中内圆筒围绕转子壳体，在所述定子壳体和所述转子壳体之间有空气间隙。所述内圆筒和外圆筒在其端部被环形端板封闭，从而形成定子室。

[0048] 所述定子壳体具有连接装置，所述连接装置用于连接定子壳体的内侧和外侧。

[0049] 连接装置包括用于连接输电线、通信电缆、诊断电缆、从内部至外部的导管的装置。

[0050] 在一个实施方式中，空气间隙是真空的。该真空可以通过在转子壳体和定子壳体的任一末端封闭转子壳体和定子壳体之间的空间，并通过将真空泵连接至空气间隙来实现。

[0051] 通过超导了解导体的状态，其中导体的电阻率为0，这发生在当温度低于临界温度Tc时。

[0052] 根据超导材料的选择，临界温度将不同。同样，用于冷却和保持一定温度的装置的限制，确定了一系列在这些温度下将出现超导的材料。

[0053] 本领域的技术人员将能够从标准的教科书中作出选择。

[0054] 本领域的技术人员可以选择高温超导（HTS）材料，在此基础上将知道提供高于30K的温度。在上端，HTS目前在约150K。

[0055] 一种HTS-材料是Y-Ba-Cu-O，其在Tc>77K时是超导的，77K是液氮的沸点。

[0056] 另一种HTS-材料是Bi–Sr–Ca–Cu–O，其在不同临界温度是超导的（20K、85K和120K）。

[0057] 另一种HTS-材料是Tl–Ba–Ca–Cu–O，其在80K和125K之间的不同临界温度是超导的。

[0058] 另一种HTS-材料是Hg–Ba–Ca–Cu–O，其在94K和134K之间的不同临界温度是超导的。

[0059] 根据一个实施方式，超导转子线圈的选择是基于温度，该温度通过使用具有低沸点的冷冻剂是可以维持的。特别是，液氮的沸点77K，液态氢的沸点20K，液氦的沸点4.2K。

[0060] 作为起点，本领域的技术人员将用下述表格确定材料的类别，以便提供基于特定的沸点、保持运行温度的冷却系统。

[0061]

[0062] 根据一个实施方式，所述转子壳体配置成温度低于特定超导体的临界温度。

[0063] 根据一个实施方式，所述转子壳体存放有高温超导体（HTS）。

[0064] 根据所需的温度，依照在此给出的所要求的温度，本领域的技术人员会寻求指导，以制造这种壳体。

[0065] 在使用液氮的情况下，所述定子壳体用于处理液氮。

[0066] 所述定子壳体优选为非磁性材料。

[0067] 根据一个实施方式，所述风力涡轮机是特定的，其中所述定子室至少部分装满冷冻剂，所述冷冻剂热耦合至定子线圈。

[0068] 从而，定子线圈可以由冷冻剂冷却，并降低或消除出现热点的风险。

[0069] 在一个实施方式中，冷冻剂热耦合至所述定子壳体，从而热量从冷冻剂传导至定子壳体。在一个特定实施方式中，所述定子壳体的外表面具有冷却装置。具有更大的表面积是实现冷却装置的一种方式。

[0070] 根据一个实施方式，所述风力涡轮机是特定的，其中至少一个所述定子线圈是中空的，具有凹槽，或具有通道。

[0071] 从而，可以节省材料，且所述定子线圈将具有更大的面积，以热耦合至冷冻剂。此外，来自超导转子的磁场比来自传统转子的磁场更强，这使得其离开定子内的线圈铁。

[0072] 定子线圈的中空部分、凹槽部分或通道用于热耦合至冷冻剂。

[0073] 根据一个实施方式，所述风力涡轮机是特定的，其中冷冻剂为防腐剂、或润滑油、或防腐剂和润滑油，所述润滑油例如油、尤其是变压器油。

[0074] 从而，冷却定子，且降低或甚至消除腐蚀。

[0075] 根据一个实施方式，所述风力涡轮机是特定的，其中所述定子室连接至定子冷却系统，并循环冷冻剂。

[0076] 在一个实施方式中，冷却系统具有冷却泵，所述冷却泵用于循环冷冻剂，通过导管至冷却风扇并返回。

[0077] 在一个实施方式中，所述冷却风扇由冷却板替代或补充。

[0078] 从而，热量可以从定子线圈传递，以保持运行过程中，所述定子线圈的温度在一定温度之下。

[0079] 当闲置时，所述定子冷却系统用以保持温度区间的温度。该温度范围为260K至320K之间，优选地为275K至300K之间。

[0080] 在运行的启动过程中，所述定子冷却系统用以保持一定温度。该温度范围为275K至600K之间，优选地为275K至475K之间。

[0081] 在运行的启动过程中，所述定子冷却系统保持在一定温度。该温度范围为275K至600K之间，优选地为350K至385K之间，最优选地约为373K。

[0082] 根据一个实施方式，所述风力涡轮机是特定的，其中所述转子壳体连接至转子冷却系统，以便将转子室内的超导转子线圈冷却至超导态。

[0083] 所述转子冷却系统为低温恒温器，其能够获得处于温度区间2K至325K的温度。

[0084] 根据一个实施方式，所述风力涡轮机是特定的，其中所述定子冷却系统将超导转子线圈冷却至4K至120K之间，25K至80K之间，或25K至35K之间的温度。

[0085] 闲置时，转子冷却系统保持在温度区间的温度。该温度范围为260K至320K之间，优选地为275K至300K之间。

[0086] 在运行启动过程中，所述转子冷却系统保持在一定温度。该温度范围为275K至600K之间，优选地为，275K至475K之间。

[0087] 根据一个特定的实施方式，所述定子冷却系统是基于液氮以保持在低于77K的温度，77K是液氮的沸点。

[0088] 根据一个实施方式，所述风力涡轮机是特定的，其中所述转子壳体和所述定子壳体位于发电机室内，所述发电机室被发电机壳体包围。

[0089] 因此，通过控制发电机室内的环境，可以实现稳定的运行条件，使得所述转子室更独立地受控，且所述定子室更独立地受控。

[0090] 在一个实施方式中，所述发电机室封闭所述转子室或所述定子室可能的排放、泄漏或废气。

[0091] 在一个实施方式中，所述发电机壳体的压力高于所述定子壳体和所述转子壳体的压力。

[0092] 根据一个实施方式，所述风力涡轮机是特定的，其中所述发电机室是真空的。

[0093] 因此，所述定子壳体和所述转子壳体是热去耦的，或至少热耦合最小。

[0094] 本发明的目的还通过已公开的风力涡轮机实现，但其中所述定子为转子，且所述转子为定子。这意味着所述超导线圈是静态的，且所述传统的导电线圈是旋转的。

附图说明

[0095] 本发明仅通过实施例和参考附图来描述，其中：

[0096] 图1显示了一种风力涡轮机。

[0097] 图2显示了一种轮毂、发电机的视图和至电网的连接。

[0098] 图3显示了一种风力涡轮机转子、发电机、转换器结构、变压器和连接至电网的电源线的示意图。

[0099] 图4显示了一种发电机和定子冷却系统。

[0100] 图5显示了发电机的第一实施方式的部分横截面视图，所述发电机具有转子，所述转子具有转子壳体，所述转子壳体将至少一个超导转子线圈围绕起来。

[0101] 图6显示了定子和转子装置的示意图和分解图，其中所述转子包括超导转子线圈装置。

[0102] 图7显示了一种发电机的横截面，其具有发电机壳体、具有定子线圈装置的定子壳体、以及具有超导转子线圈装置的转子壳体。

[0103] 图8显示了定子的端部的第二实施方式的立体剖视图。

[0104] 图9显示了定子的端部的第三实施方式的立体剖视图。

[0105] 图10显示了图8所示的定子装置的纵剖视图，其中端部的一部分放大图像。

具体实施方式

[0106]标号部件
100 风力涡轮机
101 塔架
102 底座
103 机舱
104 风力涡轮机转子
105 叶片

[0107]106 轮毂
107 转子圆周
108 叶片长度/转子半径
109 安装端/内端
110 自由端/外端
114 轴线
115 轴
116 发电机
117 变桨系统
118 俯仰角
200 转换器
201 输电线
202 电网
203 转子/发电机转子
204 定子
300 发电机侧转换器
301 制动斩波器
302 电网侧转换器
303 变压器
400 定子冷却系统
401 冷却风扇
402 冷却泵
403 导管
404 冷冻剂
500 轴承
501 发电机壳体
502 定子室
503 定子线圈
504 定子铁/定子磁轭
505 定子壳体
506 转子-定子间隙
507 发电机室
508 转子壳体
509 转子室
600 超导发电机布置
601 定子壳体外壳/外框架/定子背铁
602 定子壳体内壳
603 超导转子线圈
604 转子支承
605 转子铁
606 转子壳体外壳
700 紧固装置/螺栓/螺钉
701 定子壳体端板
702 第一内壳元件/板
703 第二内壳元件/板
704 楔形体
705 凸起/定子齿
706 凹槽
707 封条/O形密封圈
708 压板
709 紧固装置/螺栓/螺钉
710 层压堆/层压板的堆
711 扭矩传递型材/加强板
712 封条
713 冷却通道

[0108] 图1显示了一种风力涡轮机100，该风力涡轮机100具有塔架101，该塔架101从底座102升起，所述塔架101安装有机舱103。该风力涡轮机100具有风力涡轮机转子104，该转子104具有至少一个叶片105，在本实施例中，具有两个叶片105’,105”。

[0109] 在所示的实施方式中，风力涡轮机100是部分变桨风力涡轮机，但其可以是任何风力涡轮机。

[0110] 风力涡轮机转子104包括叶片105，这些叶片105安装在轮毂106内，以便转子104可以旋转，并划出转子圆周107的界限，该转子圆周107的转子半径等于叶片的长度108。

[0111] 每个叶片105具有用于将叶片105安装在轮毂106上的安装端109或内端，以及相对的自由端110或外端。

[0112] 转子104在旋转面内绕轴线114旋转，轴线114在轴115（图中未示出）内延伸，连接至发电机116（图中未示出）。

[0113] 部分变桨风力涡轮机100上的叶片105包括接近轮毂106的内叶片段105a和接近外端110的外叶片段105b。

[0114] 内叶片段105a和外叶片段105b由变桨系统117分开，该变桨系统117用于调节俯仰角118。

[0115] 图2示出了具有风力涡轮机转子104的风力涡轮机的一部分的示意图，其中叶片105位于轮毂106上，轮毂106通过轴115延伸，以传递机械能至发电机116，发电机116将机械能转化成电能。

[0116] 发电机116连接至转换器200，该转换器200通过输电线201将产生的电能传递至电网202。

[0117] 根据给定的电网代码或作为一个独立装置，转换器200将风力涡轮机匹配至电网202。本领域的技术人员理解，配置转换器200，以使风力涡轮机发电机116在由特定电网代码指定的规格内输送电力。本领域的技术人员还可以理解，转换器200能够配置成根据需要提供正确的制动扭矩至发电机116，以阻止风力涡轮机转子104超速。

[0118] 发电机116设有转子203，该转子203为发电机转子，该发电机转子基本上刚性连接至轴115，且用于在定子204内旋转，以便根据转子203和定子204之间的电磁相互作用，而将机械能转化成电能，因此也公开了用于转子203和定子204的电磁装置。

[0119] 图3显示了风力涡轮机转子104通过轴115连接至发电机116的一个实施方式，该发电机116通过转换器200和输电线201连接至电网202。转换器200包括发电机侧转换器300，制动斩波器301和电网侧转换器302。

[0120] 在本实施方式中，在电网侧转换器302和电网202之间有变压器303。

[0121] 制动斩波器301用于调节风力涡轮机转子104的速度，尤其是避免超速。根据特定电网的特定电网代码实行调节。

[0122] 在一个实施方式中，制动斩波器301包括电阻器、电容器和功率电路的布置，其被设置为用于吸收功率，提供扭矩给发电机116，从而通过轴115提供给风力涡轮机转子104。

[0123] 图4显示了从定子冷却系统400至发电机116的一个实施方式，该发电机116具有至轴115的连接装置。

[0124] 该定子冷却系统400包括冷却风扇401，该冷却风扇401通过导管403连接至冷却泵402，这是用于循环冷冻剂404通过发电机116，从而冷却发电机116。

[0125] 尤其是，定子冷却系统400被配置来冷却定子204，如下文举例说明的。

[0126] 图5显示了发电机116的第一实施方式的部分横截面视图，该发电机116为超导发电机。

[0127] 在本实施方式中，轴115基本上从中央延伸穿过发电机116。

[0128] 轴115连接至发电机的转子203，且至少由一个轴承500支撑。

[0129] 发电机116包括发电机壳体501，该发电机壳体501包围发电机内的元件，且允许轴115在轴承500内旋转。

[0130] 发电机116具有定子204，该定子204包括定子室502，在定子室502中有定子线圈503和定子铁504或定子磁轭。定子室502由定子壳体505限定，定子壳体505围绕转子203设置，且包围定子室502内的定子线圈503及定子铁504，并且同样包围转子203。

[0131] 在定子壳体505和转子203之间具有转子-定子间隙506。

[0132] 发电机壳体501包围定子壳体505和定子203，且限定了发电机室507。

[0133] 转子203包括由转子壳体508封闭的元件，该转子壳体508限制了转子室509。

[0134] 发电机壳体501包围定子壳体505，该定子壳体505包围转子壳体508，用这种方法，轴115可以在定子204内部转动转子203。在一个实施方式中，转子壳体508相对于定子204是静止的。在另一个实施方式中，转子壳体508相对于定子204绕转子203旋转。

[0135] 在本实施方式中，定子冷却系统400连接至定子室502，该定子室502至少部分充满冷冻剂404。

[0136] 在本实施方式中，转子壳体508用于保持转子室509处于能够容纳超导体的状态，其中超导体可以是高温超导体（HTS）。尤其是，转子壳体508用于提供超导状态所需要的低温或制冷温度。在一个实施例中，该结构用于液氮。在另一个实施例中该结构用于液氦。

[0137] 在本实施例中，转子-定子间隙506是发电机室507的一部分。在本实施方式中，发电机室是真空的。

[0138] 图6显示了超导发电机600的示意图和分解图，该超导发电机600包括定子204装置和转子203装置。该装置围绕轴115（图中未示出）一层一层设置。

[0139] 从外部开始设有定子壳体外壳601围绕定子线圈503，所示出的定子线圈503具有结构元件，该结构元件起到定子铁504的作用。该定子线圈503围绕定子壳体内壳602。外壳601和内壳602的两端可以封闭形成定子室502。

[0140] 定子壳体内壳602包围一组超导转子线圈603，该超导转子线圈603围绕转子支承604设置，转子支承604同样包围一结构，该结构起到转子铁605的作用。

[0141] 在这个特定的实施方式中，定子壳体内壳602具有面向定子线圈503的外侧和面向超导转子线圈603的内侧。在本实施方式中，定子壳体内壳602是作为转子壳体外壳606的相同结构元件的一部分。

[0142] 图7显示了超导发电机600的横截面，其具有发电机壳体501、具有定子线圈503装置的定子壳体505、以及具有超导转子线圈603装置的转子壳体508。

[0143] 定子线圈503装置由定子铁504支撑。

[0144] 定子壳体505和转子壳体508之间具有转子-定子间隙506。

[0145] 最后，在最里面，转子支承604和结构元件起到转子铁605的作用，转子铁605为轴115（图中未示出）留下空间。

[0146] 此外，定子冷却系统400用于在定子线圈503之间循环冷冻剂404。定子冷却系统400包括导管403，该导管403连接至定子室502，通过冷却泵402循环冷冻剂404，由冷却风扇401冷却定子线圈。

[0147] 图8显示了定子204的端部的第二实施方式的立体剖视图。定子内壳602和定子外壳601通过定子壳体端板701连接至每个端部，以使定子壳体505封闭。定子端板701通过使用螺栓或螺钉形式的紧固装置700连接至定子外壳601。定子壳体505限定了定子室502，其中设有定子铁504和定子线圈503。定子壳体外壳601可以形成作为定子背铁或围绕定子铁504的外框架。

[0148] 定子内壳602包括第一内壳元件702和第二内壳元件703。第一内壳元件702形成一块板，该板具有与转子壳体外壳606同样的结构形状。第一内壳元件702具有面向转子壳体外壳606的外侧和面向定子铁504的内侧。第二内壳元件703设置在定子壳体端板701和定子铁504之间。第二内壳元件703的内直径等于定子铁504内边缘的内直径。第二内壳元件703具有面向定子壳体端板701的第一端部和面向定子铁504的第二端部。第一内壳元件702在第二内壳元件703的外侧的至少一部分上延伸，其中该外侧面向转子壳体外壳606。

[0149] 在定子铁504的内边缘形成多个凹槽，其中设有定子线圈503，如图所示。定子线圈503形成多个环路，这些环路从凹槽延伸出，进入由定子铁504和定子壳体505限定的第一室和第二室，如图6和图8所示的。定子线圈503由位于凹槽内的多个楔形体704保持在适当位置。该楔形体704具有面向第一定子齿705的第一自由端和面向第二定子齿705的第二自由端，其中，定子齿705由凹槽形成。楔形体704的端部可放置在凹槽或轨道内，该凹槽或轨道形成于定子齿705侧表面内，如图所示。楔形体704具有面向定子壳体外壳606的外侧和面向定子线圈503的内侧。楔形体704由磁性或非磁性材料/复合材料制得，该磁性或非磁性材料/复合材料具有强粘合性或强粘结性，以粘接至第一内壳元件702。

[0150] 第一内壳元件702通过胶粘剂连接至定子铁504的内边缘。在本实施方式中，楔形体704位于凹槽内的缩回位置，以便在定子铁504的内边缘形成多个小凹槽，这些小凹槽随后填满胶粘剂。在本实施方式中，第一内壳元件702仅接触定子齿705的自由端。胶粘剂可以用于第一内壳元件702和定子齿705之间的接触区域的至少一部分。第一内壳元件702可以通过胶粘剂连接至第二内壳元件703的外侧。

[0151] 定子壳体端板701包括凹槽706，该凹槽706内设有第二内壳元件703的第一端部。封条707以弹性O形密封圈的形式设置在凹槽内，以使第二内壳元件703的第一端部被封闭。第二内壳元件703的第二端部可以设置在接近定子铁504的管口或与管口接触。该第二端部这样配置，以通过使用螺栓或螺钉形式的紧固装置709，可以连接至多个压板
708。

[0152] 压板708设置在定子铁504的管口，且在至少一部分管口上延伸。压板708设置在定子壳体外壳601和第二内壳元件703之间。通过使用螺栓或螺钉形式的紧固装置，压板708的一端被连接至第二内壳元件703，另一端被连接至定子壳体外壳601。定子铁504包括由单个板层压在一起的堆710，以形成定子铁504。在运行过程中，压板708使层压堆710保持在板内。压板708包括面向定子铁504的第一侧面和面向定子壳体端板701的第二侧面。第一室和第二室由压板708、第二内壳元件703、定子壳体端板701和定子外壳601限定。

[0153] 扭矩传递型材711设置在压板708的第二侧面。扭矩传递型材711作为加强板与压板708的第二侧面和定子壳体内壳601的内侧接触。扭矩传递型材可以连接至压板708和定子壳体外壳601。封条712沿着压板708和定子壳体外壳601之间的接触区域设置或设置在该接触区域内，可选择地，还可以沿着压板708和第二内壳元件703之间的接触区域设置或设置在接触区域内，以使至少压板708和定子壳体外壳601之间的接触区域被封闭。

[0154] 图9显示了定子204的端部的第三实施方式的立体剖视图。本实施方式与图8所示的实施方式的不同之处在于：楔形体704’具有不同的结构。本实施方式的楔形体704’的外侧与定子齿705的外表面对齐，以便它们形成连续的表面或接触区域，第一内壳体元件702连接至该连续的表面或接触区域。楔形体704’的厚度可以比图8所示的楔形体704的厚度大。接着，在连接至第一内壳元件702之前，在至少楔形体704外侧使用胶粘剂。该第一内壳元件702可以通过胶粘剂连接至第二内壳元件703的外侧。

[0155] 图10显示了图8所示的定子装置的纵剖视图，其中端部的一部分放大图像。第一内壳元件702仅在放大图像中图示。

[0156] 定子室502被定子铁504分成第一室和第二室。这两个室至少部分装满冷却泵402提供的冷冻剂404。这两个室通过至少一种类型的冷却通道713相互流体连通。一个或多个冷却通道713设置在定子铁504的外边缘和/或邻近定子线圈503或在定子线圈503内。冷却通道713通过两个室的至少一个与导管403流体连通。

[0157] 第二内壳元件703设置在定子壳体505的两端。只显示两个第二内壳元件703的一个。第一室和第二室由定子壳体外壳601、两个定子壳体端板701，定子铁504和两个第二内壳元件703限定。第一内壳元件702在两个第二内壳元件703的至少一部分上延伸。第一内壳元件702连接至至少一个第二内壳元件703。压板708和扭矩传递型材711设置在两个室内的定子铁504的管口。