CN101714798B

CN101714798B - 兆瓦级直驱永磁风力发电机

Info

Publication number: CN101714798B
Application number: CN2009102636400A
Authority: CN
Inventors: 于杰; 常文; 华小平; 侯文磊; 李洪生
Original assignee: SHANDONG LUKE WIND POWER EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: SHANDONG LUKE WIND POWER EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2009-12-19
Filing date: 2009-12-19
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2029-12-19
Also published as: CN101714798A

Abstract

本发明公开了一种兆瓦级直驱永磁风力发电机，包括：定子；转子；电机机壳，用于容纳所述定子和转子，并作为所述定子的固定基体；端盖，与所述电机机壳的前后端面配合，且与所述定子和转子间留有间隙；制冷装置，用于送出洁净的冷空气，其排气管连通于一侧端盖上形成的开口位于端盖内侧的环形的冷气通道，该冷气通道通过所述气隙形成的第一通道与另一侧的所述间隙连通，并在该侧端盖上设有出风口。基于本方案的风力发电机构紧凑，散热效果好。

Description

兆瓦级直驱永磁风力发电机

技术领域

本发明涉及一种兆瓦级直驱永磁风力发电机，属于风力发电设备中的内转子永磁发电机技术领域。

背景技术

公知的直驱永磁风力发电机主要有内转子永磁发电机和外转子永磁发电机两种形式，单就内转子永磁发电机来说，目前国内外生产的这类发电机的散热方式主要是自然风冷散热，散热效率低，造成永磁发电机结构体积大、功率密度小，进而，必然造成永磁发电机选择电流密度、热负载、线负载等参数都趋于保守，造成发电机单位千瓦重量比较大。同时，对于自重比较大的发电机，承载该发电机的塔架必然要有足够的刚度，既浪费了发电机制造的原材料，又增加了风力发电机组机座、塔筒等附件的制造成本。

散热是风力发电机需要考虑的重要因素，因此，本领域的技术人员对此做出了很多有益的探索，目前所采用的技术手段主要是增加强制风冷装置，例如借鉴其他类型的发电机设置与发电机主轴同轴的散热风扇，但风力发电机的主轴转速很低，一般在20r/min左右，很难获得散热所需的高转速。如果想获得较高的转速，必然需要增加传动机构，比如传动比比较大的齿轮组或者涡轮蜗杆机构，但这又会带来系统的复杂性和后期的维护成本较高的问题。

再一种提高风力发电机散热的技术手段是改造发电机本身的结构，比如中国第2007101656018号名称为“低速直驱式风力发电机主轴”的发明专利申请，所说的主轴为空心圆柱体，其截面为圆环形，该圆柱体的柱体部分为蜂窝格状空腔柱体同向规则排列构成以利于散热。不过风力发电机主要的发热部位在定子铁芯和绕组上，显然上述散热方式不能够直接对该部位进行散热。

而中国第2007103034264号发明专利申请则是一种典型的自然风冷散热的风力发电机，其机座外侧圆周上设有散热筋，正如上面所述，这种散热方式比较简单，受周围环境影响比较大，很难获得较好的散热效果。并且该风力发电机采用了定子和转子由两个同心圆筒构成的结构形式，两者间仅在前端盖处设置了一个轴承，平衡性差，且该轴承不仅要承载比较大的径向负荷，还要承载转子的翻转力矩，轴承磨损严重，又会形成较大的热源。

发明内容

因此，本发明为了克服现在的直驱永磁风力发电机散热不良的问题，以至于风力发电系统结构庞大的缺陷，提供了一种结构紧凑，散热效果好的兆瓦级直驱永磁风力发电机。

本发明采用以下技术方案：

该发明兆瓦级直驱永磁风力发电机，包括：

定子，具有所述发电机的定子铁芯，并固定设置；

转子，同轴地设置于所述定子内部，由风车驱动做旋转运动，并与定子间留有气隙；

电机机壳，用于容纳所述定子和转子，并作为所述定子的固定基体；

端盖，与所述电机机壳的前后端面配合，且与所述定子和转子间留有间隙；

制冷装置，用于送出洁净的冷空气，其排气管连通于一侧端盖上形成的开口位于端盖内侧的环形的冷气通道，该冷气通道通过所述气隙形成的第一通道与另一侧的所述间隙连通，并在该侧端盖上设有出风口。

基于本发明技术方案的兆瓦级制取永磁风力发电机采用了一种强制冷却方式，且该强制冷却设备不受发电机自身工作参数的限制，可以灵活调整，且不受周围环境因素的影响。并且该制冷装置采用了直接送出冷风的方案，较普通的风冷具有更有效的冷却效果。

此外，本方案所依赖的结构大多是制造风力发电机所必然存在的，所增加的成本仅在于制冷装置本身，所增加的费用有限。但这种依靠流动的冷空气制冷可以提高发电机散热效率，就实际使用来看，在常温下，基于本方案的风力发电机的电流密度是常规通过散热肋散热的风力发电机的两倍，大大减小了发电机单位千瓦重量比，使风力发电机的结构更加紧凑，也节约了这方面的制造设计成本。

此外，所述冷气通道不是直接采用端盖与定子和转子间的间隙，而采用了在端盖上设置的冷气通道，不至于使冷气压力因流阻损耗过大，从而在定子电枢和转子磁钢部位形成射流，冷却效果相对比较好。

上述兆瓦级直驱永磁风力发电机，所述转子包括作为磁钢安装基体的圆筒、与转子轴承配合的动轴和固定于动轴上的转子基座，以及连接于该转子基座与所述圆筒间的一组具有涡轮叶片形状的转子支撑散热板，转子支撑散热板间形成连通所述冷气通道与相对侧的所述间隙的第二通道。

上述兆瓦级直驱永磁风力发电机，所述动轴中部为前小后大的圆锥台部，且动轴从前端盖处延伸至定子轴向中部，相应地，动轴的轴承包括位于前端盖处前轴承和支撑动轴后端的后轴承。

上述兆瓦级直驱永磁风力发电机，还包括同轴地设置于所述定子内部的主体为圆锥台形的定轴，该定轴与所述两端盖中的后端盖固定连接，并在中部设有对应与所述后轴承的轴肩和轴颈。

上述兆瓦级直驱永磁风力发电机，所述后轴承的内圈固定于所述轴肩上，前轴承的内圈固定于所述定轴的前端面上。

上述兆瓦级直驱永磁风力发电机，所述制冷装置为工业空调器。

上述兆瓦级直驱永磁风力发电机，对冷气增压的一种方案是所述出风口设有引风机。

对冷气增压的另一种方案是所述制冷装置的下级设有用于增压的风机。

优选地，所述制冷装置的排气管接于前部的端盖上。

优选地，所述电机机壳上设有散热肋。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步的阐述，使本领域的技术人员更好的理解本发明，其中：

图1为本发明兆瓦级直驱永磁风力发电机实施例得主剖结构示意图。

图2为相应于图1的I-I剖视图(省略制冷装置)。

图中：1、冷气通道，2、前端盖，3、动轴，4、前轴承，5、后轴承，6、转子，7、制冷装置，8、后端盖，9、定轴，10、出风口，11、磁钢，12、电机机壳，13、定子铁芯，14、转子制成散热板，15、转子基座，16、减荷孔。

具体实施方式

参照说明书附图1，其示出了一种兆瓦级直驱永磁风力发电机，包括：

定子，具有所述发电机的定子铁芯13，并固定设置；

转子6，同轴地设置于所述定子内部，由风车驱动做旋转运动，并与定子间留有气隙；

电机机壳12，用于容纳所述定子和转子，并作为所述定子的固定基体；

制冷装置7，用于送出洁净的冷空气，其排气管连通于一侧端盖上形成的开口位于端盖内侧的环形的冷气通道1，该冷气通道通过所述气隙形成的第一通道与另一侧的所述间隙连通，并在该侧端盖上设有出风口10。

关于所说的气隙，相对于常规的风力发电机，可以调整的大一些，通常是常规气隙的1.5-2倍，可以提高风力发电机的散热效果。

对于所说的冷气通道，因为气隙是环形的结构，基于本发明的目的可以清楚地得知，冷气通道开有朝向气隙的环形的开口。

进一步地，为了提高风力发电机的散热效果，所述转子包括作为磁钢11安装基体的圆筒、与转子轴承配合的动轴3和固定于动轴上的转子基座15，以及连接于该转子基座与所述圆筒间的一组具有涡轮叶片形状的转子支撑散热板14，转子支撑散热板间形成连通所述冷气通道与相对侧的所述间隙的第二通道。这样对于重点需要散热的部位，也就是磁钢和定子铁芯部位，尤其是磁钢，采用了内外的双重冷却方式，大大提高了其散热效率。

自然，本领域的技术人员可能会采用不设置所述冷气通道的结构，仅依靠端盖内侧的间隙实现冷气的分布，但是这个间隙通常都比较小，而端盖又非常大，很多形成对冷气的均匀分布，只能算是本方案的劣化方案。

此外，所说的转子支撑散热板也有一定的增压作用，可以提高冷气的通过速度。其结构可以使上述涡轮叶片的形状，也可以是常规的扭曲面设计，目的在于产生风扇一样的排气效果，以提高冷却效果。

这里的磁钢应为风力发电上常说的永磁磁钢，自然，本领域的技术人员可能把其命名为磁铁。本方案中所有特征的等同替代方式和明显变形方式都应当落入本发明的保护范围之内。

为了进一步的提高风力发电机的散热效果，所述动轴中部为前小后大的圆锥台部，且动轴从前端盖处延伸至定子轴向中部，相应地，动轴的轴承包括位于前端盖处前轴承4和支撑动轴后端的后轴承5。这里动轴有两个支点，可以很有效的平衡翻转力矩，且后轴承要比前轴承大，更有利于中部较大负荷的承载，可以大大延长轴承的使用寿命，也减少了该部位不正常摩擦所产生的热量。

此外这种喇叭口形状的动轴也有利于发电机的散热。

为了进一步的提高散热效果，该风力发电机还包括同轴地设置于所述定子内部的主体为圆锥台形的定轴9，该定轴与所述两端盖中的后端盖8固定连接，并在中部设有对应与所述后轴承的轴肩和轴颈。

关于所述后轴承的内圈固定于所述轴肩上，前轴承的内圈固定于所述定轴的前端面上。由于风力发电机在前后轴承上形成的负荷很大，且很复杂，为了提高轴承的使用寿命，采用了内圈固定的方式，防止其错位而使轴承受力趋于复杂化。

优选地，所述制冷装置为工业空调器，便于调整冷气的温度和流量。

当然，单纯的吹风不容易产生较好的引流作用，且空调器的送风管在较长的管路上会产生较大的流阻损失，因此，为了提高冷却效果，增加冷气的风压的一种方式是在所述出风口设有引风机。

可替代的，提高风压的另一种方式是在所述制冷装置的下级设有用于增压的风机。

所述制冷装置的排气管接于前部的端盖上，也就是前端盖2上，可以更有效的提高风力发电机的散热效果。

进一步地，为了减轻重量，所述转子基座前端设有减荷孔16，这类似于汽车轮辋的设计。

同时，本领域的技术人员还可以想到，为了进一步的提高散热效果，可以在所述电机机壳上设置散热肋。

Claims

1.一种兆瓦级直驱永磁风力发电机，包括：

定子，具有所述发电机的定子铁芯(13)，并固定设置；

转子(6)，同轴地设置于所述定子内部，由风车驱动做旋转运动，并与定子间留有气隙；

电机机壳(12)，用于容纳所述定子和转子，并作为所述定子的固定基体；

其特征在于其还包括：

制冷装置(7)，用于送出洁净的冷空气，其排气管连通于一侧端盖上形成的开口位于端盖内侧的环形的冷气通道(1)，该冷气通道通过所述气隙形成的第一通道与另一侧的所述间隙连通，并在相对于排气管所连通端盖的另一侧端盖上设有出风口(10)；

所述转子包括作为磁钢(11)安装基体的圆筒、与转子轴承配合的动轴(3)和固定于动轴上的转子基座(15)，以及连接于该转子基座与所述圆筒间的一组具有涡轮叶片形状的转子支撑散热板(14)，转子支撑散热板间形成连通所述冷气通道与相对侧的所述间隙的第二通道；

其中所述动轴中部为前小后大的圆锥台部，且动轴从前端盖处延伸至定子轴向中部，相应地，动轴的轴承包括位于前端盖处前轴承(4)和支撑动轴后端的后轴承(5)。

2.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱永磁风力发电机，其特征在于：还包括同轴地设置于所述定子内部的主体为圆锥台形的定轴(9)，该定轴与所述两端盖中的后端盖(8)固定连接，并在中部设有对应与所述后轴承的轴肩和轴颈。

3.根据权利要求2所述的兆瓦级直驱永磁风力发电机，其特征在于：所述后轴承的内圈固定于所述轴肩上，前轴承的内圈固定于所述定轴的前端面上。

4.根据权利要求3所述的兆瓦级直驱永磁风力发电机，其特征在于：所述制冷装置为工业空调器。

5.根据权利要求4所述的兆瓦级直驱永磁风力发电机，其特征在于：所述出风口设有引风机。

6.根据权利要求4所述的兆瓦级直驱永磁风力发电机，其特征在于：所述制冷装置的下级设有用于增压的风机。

7.根据权利要求4所述的兆瓦级直驱永磁风力发电机，其特征在于：所述制冷装置的排气管接于前部的端盖上。

8.根据权利要求4所述的兆瓦级直驱永磁风力发电机，其特征在于：所述电机机壳上设有散热肋。