CN102122870A - 一种5mw双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机 - Google Patents

一种5mw双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机 Download PDF

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潘建
王凤祥
潘晓迪
庞博
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Abstract

本发明提供一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，包括主轴、机座，设置在机座内的内转子电机定子，其特征在于：在所述内转子电机定子内设置有外转子电机定子，内转子电机定子和外转子电机定子之间设置有同步转动的内转子电机转子和外转子电机转子，内转子电机转子朝向内转子电机定子的一侧设置有内转子电机磁极，外转子电机转子朝向外转子电机定子的一侧设置有外转子电机磁极。本发明是专为大型直驱式风力发电机组进行特殊设计、特殊制造、专业化配套的发电机，尤其适合海上大型风力发电机组的开发应用。

Description

一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机
技术领域
本发明涉及一种大功率发电机，尤其设计一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机。
背景技术
大功率超低速直接驱动风力发电机，由于转速低，体积都很大，质量都很重，又受到公路和铁路运输的限制，发展遇到了很多困难。大功率超低速直接驱动风力发电机的外径不能做的过大，因为公路和铁路运输的受到限制，否则电机需要采用分瓣方式，不仅会给电机的制造、安装和可靠性带来困难，而且会增加电机的成本。另一方面，对于大直径的多极电机，定转子轭部较薄，电机内腔得不到充分利用。如何在有限的空间内，在不增加电机体积的条件下增加电机的出力，是超大功率直接驱动风力发电机设计所面临的重大课题。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，其目的是解决以往的风力发电机体积大，电机输出效率低的问题。
技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，包括主轴、机座，设置在机座内的内转子电机定子，其特征在于：在所述内转子电机定子内设置有外转子电机定子，内转子电机定子和外转子电机定子之间设置有同步转动的内转子电机转子和外转子电机转子，内转子电机转子朝向内转子电机定子的一侧设置有内转子电机磁极，外转子电机转子朝向外转子电机定子的一侧设置有外转子电机磁极。
内转子电机转子和外转子电机转子连接为一体，并设置在组合转子轴上，组合转子轴通过前轴承和后轴承可转动的设置在主轴上。
机座的前方设置有前端盖，机座的后方设置有后端盖。
在机座的后方设置有控制组合转子轴的叶轮锁。
内转子电机转子和外转子电机转子采用120极设计，内转子电机定子和外转子电机定子采用378槽的分数槽结构。
内转子电机转子和外转子电机转子上的磁极安装采用不锈钢板全密封压套安装结构。
整个发电机的直径为5400mm、安装面长度为2313mm。
内转子电机转子和外转子电机转子具有相同的铁心长。
优点及效果：
本发明提供一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，包括主轴、机座，设置在机座内的内转子电机定子，其特征在于：在所述内转子电机定子内设置有外转子电机定子，内转子电机定子和外转子电机定子之间设置有同步转动的内转子电机转子和外转子电机转子，内转子电机转子朝向内转子电机定子的一侧设置有内转子电机磁极，外转子电机转子朝向外转子电机定子的一侧设置有外转子电机磁极。
本发明采用的内、外转子组合式设计方案，就是解决上述问题的一种创新的途径。
本发明根据大功率风力发电机的应用技术要求、高空工作、应用环境、20年使用寿命的特点进行了特殊的电磁场和结构设计。本发明大功率超低速直接驱动风力发电机采用一根主轴、一套转子、一个机座、一个体积、一个转速设计。
本发明具有如下优点：在同等体积、同等质量、同等转速条件下，功率可增加65%以上；重量可降低30%以上。
附图说明：
图1为本发明的内、外转子组合式直驱永磁风力发电机定子转子关系示意图；
图2为本发明的整体结构示意图；
1静主轴、2组合转子轴、3前轴承、4前端盖、5机座、6内转子电机定子、7内转子电机磁极、8内转子电机转子、9外转子电机转子、10外转子电机磁极、11外转子电机定子、12后轴承、13后端盖、14叶轮锁。
具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的描述：
如图2所示，本发明提供一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，包括主轴1、机座5，设置在机座5内的内转子电机定子6，在所述内转子电机定子6内设置有外转子电机定子11，如图1所示，内转子电机定子6和外转子电机定子11之间设置有同步转动的内转子电机转子8和外转子电机转子9，内转子电机转子8朝向内转子电机定子6的一侧设置有内转子电机磁极7，外转子电机转子9朝向外转子电机定子11的一侧设置有外转子电机磁极10。
内转子电机转子8和外转子电机转子9连接为一体，内转子电机转子8和外转子电机转子9设置在组合转子轴2上，组合转子轴2通过前轴承3和后轴承12可转动的设置在主轴1上。
机座5的前方设置有前端盖4，机座5的后方设置有后端盖13。
在机座5的后方设置有控制组合转子轴2的叶轮锁14。
内转子电机转子8和外转子电机转子9采用120极设计，内转子电机定子6和外转子电机定子11采用378槽的分数槽结构。
内转子电机转子8和外转子电机转子9上的磁极安装采用不锈钢板全密封压套安装结构。静主轴1采用了大圆锥空心薄壁球墨铸铁固定安装结构；内转子电机磁极7、内转子电机转子8、外转子电机转子9、外转子电机磁极10组合成组合转子；内转子电机定子6和外转子电机定子11组合成组合定子；
机座5采用结构件组成；前端盖4采用复合材料制造，后端盖13采用结构件制造；组合转子轴2通过前轴承3和后轴承12安装在电机静主轴1的前端和后端上，由直接安装在组合转子轴2前端上的风轮带动组合转子轴2旋转发电；
整个发电机的直径为5400mm、安装面长度为2313mm。
内转子电机转子8和外转子电机转子9具有相同的铁心长。
图2中字母A所示的位置连接风轮，字母B连接机舱回转底架。
本发明采用一台内转子电机和另一台外转子电机的组合结构，也就是说，如图1所示，内转子电机定子6、内转子电机转子8和设置在内转子电机转子8上的内转子电机磁极7形成内转子电机；而外转子电机定子11、外转子电机转子9和设置在外转子电机转子9上的外转子电机磁极10则形成外转子电机。外转子电机插入内转子电机的内腔中，不占用另外的空间，发电机的出力可比单台电机提高65%以上。
内外转子电机均采用相同的极数、槽数、绕组结构型式和连接方式，并具有相同的铁心长，但两电机在电磁上没有耦合关系，可独立运行。内转子与外转子电机的功率分配为3∶2。
内外转子电机装配关系，图1中仅画出了电机的六分之一。内转子电机定子6和外转子电机定子11分别固定在静止的内外定子支架上，而内转子电机转子8和外转子电机转子9的铁心是独立的，通过连接件联结在一起并固定在转子支架上，由风力机带动旋转。
电机停机检修时由电机能耗制动和叶轮锁14完成；
电机散热：内转子电机采用贴壁式外散热筋板自然风冷，外转子电机采
用贴壁式内散热筋板强制风冷。
本发明的最大直径5400mm、最大重量115吨，是专为大型直驱式风力发电机组进行特殊设计、特殊制造、专业化配套的发电机，经过优化的电磁场计算、有限元计算、疲劳计算都达到了风力发电机组对发电机的技术要求和可靠性要求。尤其适合海上大型风力发电机组的开发应用。

Claims (8)

1.一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，包括主轴（1）、机座（5），设置在机座（5）内的内转子电机定子（6），其特征在于：在所述内转子电机定子（6）内设置有外转子电机定子（11），内转子电机定子（6）和外转子电机定子（11）之间设置有同步转动的内转子电机转子（8）和外转子电机转子（9），内转子电机转子（8）朝向内转子电机定子（6）的一侧设置有内转子电机磁极（7），外转子电机转子（9）朝向外转子电机定子（11）的一侧设置有外转子电机磁极（10）。
2.根据权利要求1所述的一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，其特征在于：内转子电机转子（8）和外转子电机转子（9）连接为一体，并设置在组合转子轴（2）上，组合转子轴（2）通过前轴承（3）和后轴承（12）可转动的设置在主轴（1）上。
3.根据权利要求1或2所述的一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，其特征在于：机座（5）的前方设置有前端盖（4），机座（5）的后方设置有后端盖（13）。
4.根据权利要求2所述的一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，其特征在于：在机座（5）的后方设置有控制组合转子轴（2）的叶轮锁（14）。
5.根据权利要求1所述的一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，其特征在于：内转子电机转子（8）和外转子电机转子（9）采用120极设计，内转子电机定子（6）和外转子电机定子（11）采用378槽的分数槽结构。
6.根据权利要求5所述的一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，其特征在于：内转子电机转子（8）和外转子电机转子（9）上的磁极安装采用不锈钢板全密封压套安装结构。
7.根据权利要求1所述的一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，其特征在于：整个发电机的直径为5400mm、安装面长度为2313mm。
8.根据权利要求1所述的一种5MW双转子、双定子、双气隙直驱永磁风力发电机，其特征在于：内转子电机转子（8）和外转子电机转子（9）具有相同的铁心长。
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