CN101895178A - 兆瓦级双转子直驱永磁风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兆瓦级双转子直驱永磁风力发电机，包括定子和转子，以及制冷系统，所述定子包括轴线与发电机轴线一致的且固定设置的固定环，以及固定在该固定环外侧的外铁芯及配置的外线圈和固定在该固定环内侧的内铁芯及配置的内线圈；所述转子包括同步转动的且轴线与发电机轴线一致的外转子磁钢和内转子磁钢，相应地，内、外转子磁钢间形成有容纳定子的环形间隙，且内、外转子磁钢与定子间留有设计气隙；所述制冷系统的液体媒质冷却系统，且其冷却管道均布于所述固定环上。依据本发明技术方案的发电机满足大型风轮低额定转速条件下的发电，且结构紧凑。

Description

兆瓦级双转子直驱永磁风力发电机
技术领域
本发明涉及一种兆瓦级双转子直驱永磁风力发电机，属于风力发电设备中直驱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只有内转子直驱永磁发电机和外转子直驱永磁发电机两种，其中中国第200910017773X号发明专利申请就公开了一种典型的内转子直驱永磁发电机。虽然上面两种风力发电机目前都得到了广泛的应用，不过随着风力发电技术的发展，风力发电机组的风轮直径越来越大，同时相应地，风轮的额定转速越来越低，现在大型风轮的额定转速都在14.5r/min。经验证，在这样低额定转速的永磁发电机上如果仅单用外转子或者内转子是很难实现发电的，单转子不适合这种条件下的风力发电机。
如果想在上述大直径低转速范围内使用单转子结构的风力发电机，一种设想是把转子和定子直径相应放大，另一种设想则是延长定子和转子的轴向尺寸，这必然造成发电机的自重和体积偏大，对风力发电机机组基座、塔筒等附件的制造要求过于严格。且对于后一种设想必然造成发电机壳体的延长，冷却风流阻变大，不利于发电机的通风和散热，以至于与提高发电机功率输出背道而驰。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种双转子直驱永磁风力发电机，满足大型风轮低额定转速条件下的发电，且结构紧凑。
本发明采用以下技术方案：
该发明兆瓦级双转子直驱永磁风力发电机，包括形成发电机主体的定子和转子，以及对定子冷却的制冷系统，
所述定子包括轴线与发电机轴线一致的且固定设置的固定环，以及固定在该固定环外侧的外铁芯及配置的外线圈和固定在该固定环内侧的内铁芯及配置的内线圈；
所述转子包括同步转动的且轴线与发电机轴线一致的外转子磁钢和内转子磁钢，相应地，内、外转子磁钢间形成有容纳定子的环形间隙，且内、外转子磁钢与定子间留有设计气隙；
所述制冷系统的液体媒质冷却系统，且其冷却管道均布于所述固定环上。
依据本发明技术方案的兆瓦级双转子直驱永磁风力发电机采用双转子结构，在体积增加有限的情况下，大幅的提高总的装机容量，整体上结构紧凑，且恰好能满足大型风轮低额定转速条件下的发电。
相适应地，依据本发明技术方案的发电机必然单位体积的发热量变大，为此，基于本方案必须采用液体媒质冷却，以保证发电机运行的可靠性和稳定性。
上述发电机，所述转子与发电机的前端盖及动轴固装在一起，其中前端盖边缘向后轴向延伸形成有用于安装所述外转子磁钢的外安装环，匹配于内转子磁钢的位置的前端盖区域向后轴向延伸形成有用于安装内转子磁钢的内安装环。
上述发电机，所述固定环与发电机的后端盖固装在一起。
上述发电机，发电机的后端盖边缘向前轴向延伸形成装配工艺环，该装配工艺环通过安装在该装配工艺环上的密封盖板与所述外安装环配合形成回转密封。
优选地，所述冷却管道呈回形结构均布于所述固定环上。
优选地，所述冷却管道设置于所述固定环与内、外铁芯间。
优选地，在固定环内部设有外接制冷系统的制冷主机的总管道，固定环沿周向被均分成多个冷却单元，分配给一冷却单元的一组冷却管道相互串联后接入所述总管道。
优选地，该发电机其与转子固装在一起的动轴和与定子固装在一起的静轴通过一对轴承配合，且所述一对轴承包括位于前端盖部分的前轴承和位于后端盖内侧的后轴承。
优选地，其动轴和静轴主体为前小后大的圆锥台形。
附图说明
下面结合说明书附图具体阐述本发明的技术方案，使本领域的技术属人员更好的理解本发明，其中：
图1为依据本发明技术方案的一种兆瓦级双转子直驱永磁风力发电机的结构示意图(省略风轮及附件)。
图2为固定环的配置冷却系统的结构示意图。
图中：1、前端盖，2、内安装环，3、动轴，4、前轴承，5、静轴，6、内铁芯，7、内线圈，8、制冷主机，9、循环管路，10、后端盖，11、后轴承，12、内转子磁钢，13、固定环，14、外线圈，15、密封盖板，16、外铁芯，17、外转子磁钢，18、外安装环，19、。
具体实施方式
参照说明书附图1，其示出了一种兆瓦级双转子直驱永磁风力发电机的主体(省略风轮)，包括形成发电机主体的定子和转子，以及对定子冷却的制冷系统；
所述定子包括轴线与发电机轴线一致的且固定设置的固定环13，以及固定在该固定环外侧的外铁芯16及配置的外线圈14和固定在该固定环内侧的内铁芯6及配置的内线圈7；
所述转子包括同步转动的且轴线与发电机轴线一致的外转子磁钢17和内转子磁钢12，相应地，内、外转子磁钢间形成有容纳定子的环形间隙，且内、外转子磁钢与定子间留有设计气隙；
所述制冷系统的液体媒质冷却系统，且其冷却管道19均布于所述固定环上。
外线圈及外铁芯与外转子磁钢的配合方式，以及内转子及内铁芯与内转子磁钢的配合方式从结构上来讲，均可参考公知的转子磁钢与铁芯、线圈的配合方式，实质上没有区别。需要说明的是，所说的双转子实质的内、外转子磁钢及内、外铁芯、线圈形成的等同于公知线圈、磁钢配合方式而形成的等同双转子，在本方案中，内外转子磁钢是同步转动的，可以定性为转子，或者称之为一个转子具有两个转子磁钢，本领域的技术人员在阅读了本发明记载的内容之后是很容易理解的。
以上为依据本发明技术方案的基本方案，本领域的技术人员在基础方案的基础上可以选择或者组合以下技术手段：
所述转子与发电机的前端盖1及动轴3固装在一起，实现基本的同步连接，结构简单，且可是结构更紧凑。进一步地，其中前端盖边缘向后轴向延伸形成有用于安装所述外转子磁钢的外安装环18，匹配于内转子磁钢的位置的前端盖区域向后轴向延伸形成有用于安装内转子磁钢的内安装环2。那么，外延形成的外安装环可以充当传统风力发电机的壳体，虽然双转子造成发电机名义上径向尺寸的变大，但省略掉壳体的结构，又相应平衡了这种变大，使发电机的整体结构趋于紧凑。
另一方面，内、外安装环的上述布局结构可以对线圈起到更好的保护作用，使发电机的整体布局更合理。
进一步地，所述固定环与发电机的后端盖10也可以固装在一起，以匹配转子的上述布局结构。
那么对应地，为了使所说的外安装环形成传统壳体更容易为本领域的技术人员所理解，发电机的后端盖边缘向前轴向延伸形成装配工艺环，该装配工艺环通过安装在该装配工艺环上的密封盖板15与所述外安装环配合形成回转密封，这种结构不尽容易为本领域的技术人员所接受，且布局合理，安装方便。
关于冷却管道从冷却方式上来将有很多种安装方时，比如盘形冷却管道、整体的具有矩形截面的冷却管道，优选地，所述冷却管道呈回形结构均布于所述固定环上，以提高冷却效果，尤其是冷却的均匀性。
进一步地，为了提高冷却的效果，所述冷却管道设置于所述固定环与内、外铁芯间。
更佳地，在固定环内部设有外接制冷系统的制冷主机8的总管道20，固定环沿周向被均分成多个冷却单元，分配给一冷却单元的一组冷却管道相互串联后接入所述总管道。
优选地，与转子固装在一起的动轴3和与定子固装在一起的静轴通过一对轴承配合，且所述一对轴承包括位于前端盖部分的前轴承4和位于后端盖内侧的后轴承11。
为了利于冷却，且符合风力发电机的载荷分布，发电机的动轴和静轴主体为前小后大的圆锥台形，也就是后端主要承载载荷。

Claims (9)

1.一种兆瓦级双转子直驱永磁风力发电机，包括形成发电机主体的定子和转子，以及对定子冷却的制冷系统，其特征在于：
所述定子包括轴线与发电机轴线一致的且固定设置的固定环(13)，以及固定在该固定环外侧的外铁芯(16)及配置的外线圈(14)和固定在该固定环内侧的内铁芯(6)及配置的内线圈(7)；
所述转子包括同步转动的且轴线与发电机轴线一致的外转子磁钢(17)和内转子磁钢(12)，相应地，内、外转子磁钢间形成有容纳定子的环形间隙，且内、外转子磁钢与定子间留有设计气隙；
所述制冷系统的液体媒质冷却系统，且其冷却管道(19)均布于所述固定环上。
2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述转子与发电机的前端盖(1)及动轴(3)固装在一起，其中前端盖边缘向后轴向延伸形成有用于安装所述外转子磁钢的外安装环(18)，匹配于内转子磁钢的位置的前端盖区域向后轴向延伸形成有用于安装内转子磁钢的内安装环(2)。
3.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于：所述固定环与发电机的后端盖(10)固装在一起。
4.根据权利要求2或3所述的发电机，其特征在于：发电机的后端盖边缘向前轴向延伸形成装配工艺环，该装配工艺环通过安装在该装配工艺环上的密封盖板(15)与所述外安装环配合形成回转密封。
5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述冷却管道呈回形结构均布于所述固定环上。
6.根据权利要求1或5所述的发电机，其特征在于：所述冷却管道设置于所述固定环与内、外铁芯间。
7.根据权利要求6所述的发电机，其特征在于：在固定环内部设有外接制冷系统的制冷主机(8)的总管道(20)，固定环沿周向被均分成多个冷却单元，分配给一冷却单元的一组冷却管道相互串联后接入所述总管道。
8.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于其与转子固装在一起的动轴(3)和与定子固装在一起的静轴通过一对轴承配合，且所述一对轴承包括位于前端盖部分的前轴承(4)和位于后端盖内侧的后轴承(11)。
9.根据权利要求1或8所述的发电机，其特征在于其动轴和静轴主体为前小后大的圆锥台形。
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