CN102097889B - 一种风力发电机组传动链 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机组传动链，其特征在于：它包括一体式同轴串列设置的增速齿轮箱和电磁耦合器，所述增速齿轮箱的高速轴与所述电磁耦合器的转子采用同一个旋转轴，所述旋转轴上，从风力发电机组的低速端至高速端依次设置增速齿轮箱主体、所述电磁耦合器的鼠笼转子，所述增速齿轮箱主体高速端侧连接电磁耦合器主体的一端，所述电磁耦合器主体的另一端连接所述风力大电机组传动链的输出轴；所述输出轴上，从所述风力发电机组的输出端依次设置轴承、所述电磁耦合器的滑环、轴冷却风扇和所述电磁耦合器的定子铁芯及其绕组。本发明能实现结构较为紧凑、重量更轻的特点。本发明可以广泛应用于风力发电研究领域中。

Description

一种风力发电机组传动链

技术领域

本发明涉及一种传动链，特别是关于一种用于实施增速齿轮箱和电磁耦合器调速前端一体化的风力发电机组传动链。

背景技术

目前，作为发展最快、最具有大规模开发前景的清洁能源发电方式，风力发电已经成为许多国家调整能源结构、缓解环境污染的重要举措。在风力发电的能量转换传动链中：风力机负责将捕获的风能转换成机械能；发电机组负责将机械能转换成电能。风力发电机组传动链及其调速控制方式是整个系统的核心，直接影响着整个系统的性能、效率和电能质量。研制和选用运行可靠、高效，控制及供电性能良好的发电机及其系统，是风力发电研究领域的一个重要部分。

变速恒频风力发电系统可以不完全依赖叶片的气动特性，而通过带有增速齿轮机构的双馈异步发电机或者直驱型发电机系统的功率控制与桨叶攻角控制，使整个系统在很大的速度范围内按照最佳的效率运行，因而成为当前风力发电发展的一个趋势。但这类机组在实际运行过程中应对电网故障的能力明显不足：在电网电压跌落情况下，双馈型机组转子电路中暂态电压和电流均会大幅增加；电流的迅速增加会导致变流器直流侧电压升高，过流和过压会对变流器脆弱的电力电子器件在构成威胁，迫使得变流器退出运行。为应对这一难题：双馈机组可采用称为低电压穿越的方法或者采用合理的励磁控制算法。但这些措施加大了双馈感应发电机组的制造成本和控制系统的复杂程度；而且保护电路在电网电压跌落期间不但不能发出对电压起支撑作用的无功功率、还会从电网吸收无功功率，进一步阻碍了电网电压的恢复。严重时这一问题还可能导致电网电压无法恢复，致使系统崩溃。直驱型风力发电机组通过全功率变流器实现了发电机与电网之间隔离，具有较强的低电压运行能力。但在电网发生电压跌落等故障时，变流器直流侧也存在着过压和容量不足的问题。

为从根本上解决风电机组对电网故障的低电压穿越能力问题，目前国内外已开始研究带有前端调速的新一代的电网友好型同步风力发电机组，例如中国专利号为CNI01465592A的专利文件中提出的应用变频调速电磁式转矩耦合器构成带有电磁耦合器调速前端、而在机组传动链末端使用转速固定的同步发电机的传动链。但目前这一传动链采用的分离式布局存在冗长、机构复杂的问题，而且分离式的布局在实际操作时也容易造成安装误差，产生难以预测的附加载荷、造成振动或磨损等故障。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构紧凑、重量较轻，能使风力发电机组运行更加可靠，转化效率更高的风力发电机组传动链。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种风力发电机组传动链，其特征在于：它包括一体式同轴串列设置的增速齿轮箱和电磁耦合器，所述增速齿轮箱的高速轴与所述电磁耦合器的转子采用同一个旋转轴，所述旋转轴上，从风力发电机组的低速端至高速端依次设置增速齿轮箱主体、所述电磁耦合器的鼠笼转子，所述增速齿轮箱主体高速端侧连接电磁耦合器主体的一端，所述电磁耦合器主体的另一端连接所述风力大电机组传动链的输出轴；所述输出轴上，从所述风力发电机组的输出端依次设置轴承、所述电磁耦合器的滑环、轴冷却风扇和所述电磁耦合器的定子铁芯及其绕组。

所述增速齿轮箱、电磁耦合器、增速齿轮箱主体、电磁耦合器的鼠笼转子、电磁耦合器主体、电磁耦合器的滑环、轴冷却风扇和电磁耦合器的定子铁芯及其绕组均设置在同一机座、同一外壳及罩体中。

所述风力大电机组传动链的输出轴与所述轴承构成伞型支撑结构。

所述电磁耦合器主体一侧，设置有一空空冷却风管，所述空空冷却风管的入口处设置有一位于所述电磁耦合器主体外部的空空冷却强制风扇，所述空空冷却风管和空空冷却强制风扇构成所述电磁耦合器的空空冷却器。

所述电磁耦合器的滑环与所述电磁耦合器主体分别设置在两个罩体中。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用一体式同轴串列设置的增速齿轮箱和电磁耦合器，且增速齿轮箱的高速轴与电磁耦合器的转子采用同一个旋转轴，旋转轴上依次设置增速齿轮箱主体、电磁耦合器的鼠笼转子，在风力大电机组传动链的输出轴上，依次设置轴承、电磁耦合器的滑环、轴冷却风扇和电磁耦合器的定子铁芯及其绕组。这种结构比现有的增速齿轮箱和电磁耦合器分离式结构更为紧凑、重量更轻。2、本发明由于采用将各个部件均设置在同一机座、同一外壳及罩体中，带有电磁耦合器变频调速前端的同步风力发电机组的传动链节约了轴间联轴器和部分机械部件。因此，使得风力发电机组的运行更加可靠，转化效率也更高。3、本发明由于采用输出轴与轴承构成的伞型支撑结构，进而将电磁耦合器的定子和转子耦合在一起，最大程度上节省了机械结构，使本发明风力发电机组传动链的结构更加紧凑、重量更轻。4、本发明由于采用在输出轴上设置有轴冷却风扇，轴冷却风扇将空气自风力发电机组的高速端吹向低速端的增速齿轮箱主体，通过增速齿轮箱主体上的导流凸起后，空气将经空空冷却风管冷却后循环使用。因此，使得电磁耦合器的损耗其中一部分通过增速齿轮箱主体传递到其润滑冷却油进行冷却，从而节约了电磁耦合器的空空冷却器的体积。本发明可以广泛应用于风力发电研究领域中。

附图说明

图1是本发明的整体结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括一体式同轴串列设置的增速齿轮箱1和电磁耦合器2，增速齿轮箱1的高速轴与电磁耦合器2的转子采用同一个旋转轴3，在旋转轴3上，从风力发电机组的低速端4至高速端5依次设置增速齿轮箱主体6、电磁耦合器2的鼠笼转子7，鼠笼转子7位于旋转轴3末端。增速齿轮箱主体6高速端侧连接电磁耦合器主体8的一端，电磁耦合器主体8的另一端连接本发明的风力大电机组传动链的输出轴9。输出轴9上，从风力发电机组的输出端依次设置轴承10、电磁耦合器2的滑环11、轴冷却风扇12和电磁耦合器2的定子铁芯及其绕组13。上述各部件均设置在同一机座、同一外壳及罩体中。

当电磁耦合器2的转子跟随与风力发电机组耦合的增速齿轮箱1随风力发电机组特性变速旋转时，电磁耦合器2的定子旋转轴(即输出轴9)将在现有技术中的变频装置控制下带动同步电机转子以同步旋转。

上述实施例中，输出轴9与轴承10构成了一种伞型支撑结构，进而将电磁耦合器2的定子和转子耦合在一起，最大程度上节省了机械结构，使本发明风力发电机组传动链的结构更加紧凑、重量更轻。

上述各实施例中，在电磁耦合器主体8一侧，还设置有一空空冷却风管14，空空冷却风管14的入口处设置有一位于电磁耦合器主体8外部的空空冷却强制风扇15，由空空冷却风管14和空空冷却强制风扇15构成电磁耦合器2的空空冷却器。轴冷却风扇12将空气自风力发电机组的高速端5吹向低速端4的增速齿轮箱主体6，通过增速齿轮箱主体6的导流凸起(即增速齿轮箱主体6的端面)后，空气将经空空冷却风管14冷却后循环使用。这样可以使得电磁耦合器2的损耗其中一部分可以通过增速齿轮箱主体6传递到其润滑冷却油进行冷却，从而节约了电磁耦合器2的空空冷却器的体积。

上述各实施例中，为了满足更好的绝缘性能，可以将电磁耦合器2的滑环11和电磁耦合器主体8分别设置在不同的罩体中。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种风力发电机组传动链，其特征在于：它包括一体式同轴串列设置的增速齿轮箱和电磁耦合器，所述增速齿轮箱的高速轴与所述电磁耦合器的转子采用同一个旋转轴，所述旋转轴上，从风力发电机组的低速端至高速端依次设置增速齿轮箱主体、所述电磁耦合器的鼠笼转子，所述增速齿轮箱主体高速端侧连接电磁耦合器主体的一端，所述电磁耦合器主体的另一端连接所述风力发电机组传动链的输出轴；所述输出轴上，从所述风力发电机组的输出端依次设置轴承、所述电磁耦合器的滑环、轴冷却风扇和所述电磁耦合器的定子铁芯及其绕组；所述风力发电机组传动链的输出轴与所述轴承构成伞型支撑结构。

2.如权利要求1所述的一种风力发电机组传动链，其特征在于：所述增速齿轮箱、电磁耦合器、增速齿轮箱主体、电磁耦合器的鼠笼转子、电磁耦合器主体、电磁耦合器的滑环、轴冷却风扇和电磁耦合器的定子铁芯及其绕组均设置在同一机座、同一外壳及罩体中。

3.如权利要求1或2所述的一种风力发电机组传动链，其特征在于：所述电磁耦合器主体一侧，设置有一空空冷却风管，所述空空冷却风管的入口处设置有一位于所述电磁耦合器主体外部的空空冷却强制风扇，所述空空冷却风管和空空冷却强制风扇构成所述电磁耦合器的空空冷却器。

4.如权利要求1或2所述的一种风力发电机组传动链，其特征在于：所述电磁耦合器的滑环与所述电磁耦合器主体分别设置在两个罩体中。

5.如权利要求3所述的一种风力发电机组传动链，其特征在于：所述电磁耦合器的滑环与所述电磁耦合器主体分别设置在两个罩体中。