CN102270900A - 兆瓦级直驱低速永磁风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明设计一种兆瓦级低速永磁风力发电机，包括塔筒回转支撑、风轮轮毂、定子机壳(1)、定子绕组(3)、永磁磁极(4)、后端盖(9)、后轴承(12)、前轴承(13)、定主轴(14)，转子轴(15)，所述转子轴(15)通过所述前轴承(13)与后轴承(12)安装在所述定主轴(14)上，所述定主轴(14)固定在所述塔筒回转支撑上且与所述后端盖(9)直接连接，所述后端盖(9)和前端盖(5)与所述定子机壳(1)相连接，所述风轮轮毂与所述转子轴(15)连接，所述永磁磁极(4)固定在所述转子轴(15)上，所述定子绕组(3)安装在所述定子机壳(1)上，所述永磁磁极(4)的数目为70-80，所述定子绕组的数目为300-350组。采用本发明的风力发电机的机械结构，省去变速箱及联轴器等机构，大大降低了生产成本，减少了功率损耗，减轻了发电机的重量，降低了设计难度，减少了机组故障，提高了年运行时间，增加了发电量。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，尤其为一种兆瓦级直驱低速永磁风力发电机。
背景技术
由于能源的短缺和枯竭，风能已经成为一种新的替代能源。但当前，大多数风力发电机采用双馈式风力发电机机型，由于需要提高发电机的转速，双馈式发电机需要一个变速箱，这使得整个风力发电机的体积、重量和成本都大大提高，增加了功率的损耗，并且增加了设计难度和风力发电普及的难度，不利于风电事业的发展。因此目前需要一种无变速箱，效率更高、结构更简单的兆瓦级低速永磁直驱风力发电机。
另外，目前的风力发电机的定轴与转轴均为圆柱形，由于轴承之间存在空隙，因此在叶轮转动时，会产生轴向及径向的晃动，从而造成叶轮转动不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种兆瓦级低速永磁风力发电机，其包括塔筒回转支撑、风轮轮毂、定子机壳、定子绕组、永磁磁极、后端盖、后轴承、前轴承、定主轴、转子轴和转子支架，所述转子轴通过所述前轴承与后轴承安装在所述定主轴上，所述定主轴固定在所述塔筒回转支撑上且与所述后端盖直接连接，所述后端盖和前端盖与所述定子机壳相连接。另外，本发明的风力发电机的转子为内转子，所述风轮轮毂与所述转子轴连接从而直接驱动转子轴旋转，所述永磁磁极通过所述转子支架固定在所述转子轴上，所述定子绕组安装在所述定子机壳上，所述永磁磁极的数目为70-80并在转子圆周方向均匀排列，所述定子绕组的数目为300-350组。
优选地，所述转子轴和定主轴均是均是锥度为0.35-0.40的锥形空心轴。
优选地，所述转子轴和定主轴的中心线在连接轮毂的一端相对于水平线向上偏离2-7°。
优选地，所述转子支架内部的加强筋板中央部位具有环形通孔。
优选地，所述定子机壳上装有散热片。
优选地，所述转子轴上安装有刹车盘，所述后端盖上安装有手动刹车机构及连接在所述刹车盘(10)上的液压主动闸。
优选地，所述定主轴上安装有防雷碳刷。
优选地，在所述前端盖上装有两环防雨槽：内防雨槽和外防雨槽。
优选地，所述前轴承是调心圆柱滚子轴承，所述后轴承是单列圆柱滚子轴承。
本发明的有益效果如下。
本发明的风力发电机的转子为内转子，即，所述风轮轮毂与所述转子轴连接从而直接驱动转子轴旋转，所述永磁磁极固定在所述转子轴上，所述定子绕组安装在所述定子机壳上。叶轮轮毂驱动转子轴转动，转子轴转动则带动永磁磁极在定子绕组中作圆周运动，经过转子周围的线圈时产生旋转磁场，使线圈形成切割磁感线运动，从而在线圈内生成感应电流实现发电。采用本发明的风力发电机的机械结构，省去变速箱及联轴器等机构，大大降低了生产成本，减少了功率损耗，减轻了发电机的重量，降低了设计难度，减少了机组故障，提高了年运行时间，增加了发电量。
另外，本发明的风力发电机省去了电励磁控制系统，为风力发电机提供永久性磁场，节省了能源。
进一步，为实现永磁风力发电机在低速运行时可产生足够的电能，可以采用增加永磁磁极数与定子绕组线圈数的方法。本发明的发电机安装有70-80个永磁磁极，在转子圆周方向均匀排列，对应的定子上安装300-350组线圈。这样，只要风速只要达到3.5米每秒便能够实现发电。
所述转子轴和定主轴均是锥度为0.35-0.40的锥形空心轴。锥形轴能够使叶轮转动稳定。但是，如果锥度过大，前轴承在静态下受力过大，导致其寿命缩短；如果锥度过小，则达不到稳定转动的作用。因此，通过计算及实践中的反复试验，使锥形空心轴的锥度设定为0.35-0.40之间。这样，既避免前轴承受力过大，又能够是叶轮稳定地转动。
更进一步，所述转子轴和定主轴的中心线在连接轮毂的一端相对于水平线向上偏离2-7°，通过这样的向上微仰起的设置，能够使转子轴的转动更稳定。
转子支架内部的加强筋板中央部位有环形通孔，以最大程度减轻发电机的重量，降低成本。
定子机壳上装有散热片，以保重发电机运转时产生的热量能够充分地散发出去，保证发电机始终处于正常的环境温度，不需要增加传统的强制风冷措施。
所述转子轴上安装有刹车盘，所述后端盖上安装有手动刹车机构及液压主动闸。电机运转过程中，如想停车检查或维修等可以使用液压主动闸先使电机停机，再通过手动刹车机构实现机械刹车，使电机停转。采用液压主动闸和手动刹车机构配合的刹车方式，安全稳定，减小人工检修时操作者出现危险的可能。
所述定主轴上安装有防雷碳刷，定主轴前端通过螺栓紧固安装了防雷碳刷，利用定主轴中空将雷电传入塔筒，有效防雷，不论轮毂如何转动均能有效导电，保证发电机的安全工作。
在所述前端盖上装有两环防雨槽：内防雨槽和外防雨槽。采用内、外防雨槽进行防雨，有效的阻止雨水风沙等进入发电机内部。
附图说明
图1为本发明的兆瓦级直驱低速永磁风力发电机的剖视图。
1定子机壳、2散热片、3定子绕组、4永磁磁极、5前端盖、6防雷碳刷、7前轴承内压环、8前轴承外压环、9后端盖、10刹车盘、11手动刹车机构、12后轴承、13前轴承、14定主轴、15转子轴、16液压主动闸。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明的兆瓦级低速永磁风力发电机进行说明，其包括：定子机壳(1)、散热片(2)、定子绕组(3)、永磁磁极(4)、前端盖(5)、防雷碳刷(6)、前轴承内压环(7)、前轴承外压环(8)、后端盖(9)、刹车盘(10)、手动刹车机构(11)、后轴承(12)、前轴承(13)、定主轴(14)、转子轴(15)、液压主动闸(16)。其中，定主轴(14)通过螺栓和后端盖(9)固定，转子轴(15)和定主轴(14)之间通过前轴承(13)和后轴承(12)安装固定，转子轴(15)和定主轴(14)的中心线在连接轮毂的一端相对于水平线向上偏离5°。其中前轴承(13)是调心圆柱滚子轴承，所述后轴承(12)是单列圆柱滚子轴承。
转子轴(15)后端通过螺栓和刹车盘(10)连接，转子支架架在转子轴(15)的外部锥面上。在转子支架的外圆柱面上固定76个永磁磁极(4)，定子机壳(1)与后端盖(9)通过螺栓紧固，定子机壳(1)上通过鸽尾筋固定有320个定子绕组(3)。
定子机壳(1)上装有散热片(2)，定主轴(14)上安装有防雷碳刷(6)。前端盖(5)与定子机壳(1)采用螺栓连接固定，前端盖(5)外表面加内防雨槽和外防雨槽。刹车盘(10)通过螺栓固定在转子轴(15)后端面上，液压闸(16)通过螺栓固定在后端盖(9)上，手动刹车机构(11)通过栓固定在后端盖(9)上的上部位置。后轴承的密封是通过刹车盘(10)与定主轴(14)之间的工业毛毡来实现的，电机前端加盖前轴承外压环(8)和前轴承内压环(7)，前轴承内压环(7)通过螺栓紧固在定主轴(14)前端面上，前轴承内压环(7)与外压环(8)之间加封工业毛毡。
Claims (9)
1.一种兆瓦级直驱低速永磁风力发电机，包括塔筒回转支撑、风轮轮毂、定子机壳(1)、定子绕组(3)、永磁磁极(4)、后端盖(9)、后轴承(12)、前轴承(13)、定主轴(14)、转子轴(15)和转子支架，所述转子轴(15)通过所述前轴承(13)与后轴承(12)安装在所述定主轴(14)上，所述定主轴(14)固定在所述塔筒回转支撑上且与所述后端盖(9)直接连接，所述后端盖(9)和前端盖(5)与所述定子机壳(1)相连接，其特征在于，所述风轮轮毂与所述转子轴(15)连接，所述永磁磁极(4)通过所述转子支架固定在所述转子轴(15)上，所述定子绕组(3)安装在所述定子机壳(1)上，所述永磁磁极(4)的数目为70-80，所述定子绕组的数目为300-350组。
2.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱低速永磁风力发电机，其特征在于，所述转子轴(15)和定主轴(14)均是锥形空心轴，所述锥形空心轴的锥度为0.35-0.40。
3.根据权利要求2所述的兆瓦级直驱低速永磁风力发电机，其特征在于，所述转子轴(15)和定主轴(14)的中心线在连接轮毂的一端相对于水平线向上偏离2-7°。
4.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱低速永磁风力发电机，其特征在于，所述转子支架内部的加强筋板中央部位具有环形通孔。
5.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱低速永磁风力发电机，其特征在于，所述定子机壳(1)上装有散热片(2)。
6.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱低速永磁风力发电机，其特征在于，所述转子轴(15)上安装有刹车盘(10)，所述后端盖(9)上安装有手动刹车机构(11)及连接在所述刹车盘(10)上的液压主动闸(16)。
7.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱低速永磁风力发电机，其特征在于，所述定主轴(14)上安装有防雷碳刷(6)。
8.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱低速永磁风力发电机，其特征在于，在所述前端盖(5)上装有两环防雨槽：内防雨槽和外防雨槽。
9.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱低速永磁风力发电机，其特征在于，所述前轴承(13)是调心圆柱滚子轴承，所述后轴承(12)是单列圆柱滚子轴承。
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