CN102312787B - 环形风力永磁直驱发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种环形风力永磁直驱发电机，包括塔筒、基座、叶片、定子、转子、弯管、偏航轴承和整流罩，叶片直接安装在转子上，定子通过辐条与弯管连接，弯管通过偏航轴承安装在塔筒上，塔筒安装在基座上。本发明省去了风轮环节和机舱部分，弯管与定子之间采用辐条连接，有利于空气流动，减小风的阻力，所以，本发明可以很容易地提高永磁直驱发电机组的单机容量，降低机组成本，推动海上风力发电技术快速发展。

Description

环形风力永磁直驱发电机
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其是海上大型风力发电机组，特指一种环形风力永磁直驱发电机。
背景技术
目前，风力发电技术正朝大型永磁直驱方向发展。主流技术2MW、2.5MW、3MW、5MW也已经出现，甚至提出了10MW的技术方案。但是，由于永磁直驱方案中风轮转速较低（约18rpm），要把功率提高到很大容量必须要有很大气隙直径，比如有人测算，当功率提高到10MW时，气隙直径会达到10米以上，如此一来，使得发电机体积特别大，给制造、安装、运行和维护带来很大的困难。
现有的永磁直驱发电机包括塔筒、基座、风轮、定子、转子、机舱、偏航轴承和整流罩。风轮和转子连接，定子和机舱连接，机舱通过偏航轴承安装在塔筒上，塔筒安装在基座上，整流罩安装在风轮前端。由于风轮和机舱体积较小，发电机体积很大，使得它们之间的连接变得困难，限制了功率的进一步提升。
有鉴于此，本发明人对现有的永磁直驱方案进行研究、改进，本案由此产生。
发明目的
本发明的目的在于提供一种环形风力永磁直驱发电机，以提高永磁直驱发电机组的单机容量，降低机组成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
环形风力永磁直驱发电机，包括塔筒、基座、叶片、定子、转子、弯管、偏航轴承和整流罩，叶片直接安装在转子上，定子通过辐条与弯管连接，弯管通过偏航轴承安装在塔筒上，塔筒安装在基座上。
所述转子由转子转筒和永磁体组成，转子转筒呈圆筒状，永磁体安装在转子转筒的内侧；定子由定子圆筒、绕组和导磁体组成，定子圆筒呈圆环状，导磁体沿轴向开槽安放绕组，绕组和导磁体一并安装在定子圆筒的外侧，定子圆筒的内侧通过径向辐条固定安装在弯管上。
所述定子导磁体通过高度调节装置固定安装在定子圆筒的外侧。
所述径向辐条的后部沿径向设置若干铁环。
所述转子转筒的外侧形成两至三个中空座，叶片安装在此中空座上，叶片根部配合中空座形成变桨控制室，变桨控制室的后面形成维修隧道。
所述永磁体沿圆周方向分成至少2个不大于180度的单元永磁体，单元永磁体采用非导磁材料作为安装座，安装座沿轴向开槽用于安装永磁体。
所述绕组也沿圆周方向分成至少2个不大于180度的单元绕组。
所述整流罩包括前罩和后罩；前罩分为中心的锥形罩和外环的前环形罩，锥形罩安装在弯管的前端，前环形罩安装在定子圆筒的前端；后罩只有后环形罩，后环形罩安装在定子圆筒的后端，后罩内部设置人行通道。
所述转子转筒前端的端面径向尺寸大于永磁体径向厚度，而转子转筒后端的中心孔径尺寸大于定子导磁体的外径；定子圆筒前端设置端面，定子圆筒的前端面通过轴承与转子转筒的前端面连接，定子圆筒后端安装定子法兰盘作为端面，定子法兰盘与定子圆筒固定连接，定子法兰盘与转子转筒后端面通过轴承连接，在定子法兰盘后面再安装一个转子法兰盘，转子法兰盘与定子法兰盘之间通过轴承连接。
采用上述方案后，本发明因为将叶片直接安装在转子上，省去了风轮环节，将定子通过一个弯管安装到偏航轴承上，省去了机舱部分，弯管与定子之间采用辐条连接，有利于空气流动，减小风的阻力。这样，本发明的转子和定子构成一个外环，弯管构成圆心，圆心与外环之间是空的，因此称之为环形风力永磁直驱发电机，以区别于现有的带风轮和机舱的风力发电机，本发明可以很容易地提高永磁直驱发电机组的单机容量，降低机组成本，推动了海上风力发电技术快速发展。
附图说明
图1是本发明的正面放大示意图（省去基座）；
图2是本发明的侧面放大示意图（省去基座）；
图3是图2的局部放大图。
标号说明
塔筒        10          叶片        20
定子        30          辐条        31
定子圆筒    32          导磁体      33
铁环        35          定子法兰盘  36
转子        40          转子转筒    41
永磁体      42          中空座      44
变桨控制室  45          隧道        46
转子法兰盘  47          弯管        50
偏航轴承    60          整流罩      70
锥形罩      71          前环形罩    72
后罩        73          前罩        74
轴承        11          螺钉        12
轴承        13          轴承        14 。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明揭示了一种环形风力永磁直驱发电机，包括塔筒10、基座、叶片20、定子30、转子40、弯管50、偏航轴承60和整流罩70。
塔筒10安装在基座（图中未示出）上。
叶片20直接安装在转子40上，省去了风轮环节。
转子40的具体结构有很多。此实施例转子40由转子转筒41和永磁体42组成。转子转筒41由球墨铸铁铸造加工而成，转子转筒41呈圆筒状，永磁体42安装在转子转筒41的内侧。为了便于叶片20的装配，此实施例在转子转筒41的外侧通过铸造直接形成两至三个中空座44，用于安装叶片20，安装后叶片20的根部配合中空座44形成变桨控制室45，变桨控制室45的后面形成维修隧道46，供维修人员进入维修。为了便于永磁体42的装配，此实施例将完整的永磁体42沿圆周方向分成至少2个不大于180度的圆弧状单元永磁体，以减小单元永磁体的体积和重量，便于安装、调试和维护，也可以沿轴向再将圆弧单元进行分段，以进一步减小永磁体的体积和重量，单元永磁体采用非导磁材料作为安装座，安装座沿轴向开槽用于安装单元永磁体，单元基座使用模具成型，再经过精密加工以确保单元弧度和径向厚度，为减小磁场气隙提供保证，在永磁体的安装过程中，采用导槽工具将永磁体放入磁槽内，以防止强大的永磁力对人身和设备产生伤害。
定子30通过辐条31与弯管50连接有利于空气流动，减小风的阻力。定子30的具体结构有很多，此实施例定子30由定子圆筒32、绕组和导磁体33组成，定子圆筒32采用球墨铸铁一次铸造加工而成，定子圆筒32呈圆环状，导磁体采用硅钢片叠压而成，导磁体沿轴向开槽安放绕组，绕组和导磁体33一并安装在定子圆筒32的外侧，定子圆筒32的内侧通过径向辐条31固定安装在弯管50上，此径向辐条31可采用球墨铸铁铸造而成，在后部沿径向设置若干铁环35，以便于维修人员从弯管50进入后罩73。为了便于绕组和导磁体33的装配，此实施例将完整的绕组也沿圆周方向分成至少2个不大于180度的圆弧状单元绕组，以减小绕组的体积和重量，便于安装、调试和维护，也可以沿轴向再将圆弧单元进行分段，以进一步减小绕组的体积和重量。为了便于调节磁场气隙，此实施例的导磁体通过径向高度调节装置80固定安装在定子圆筒32的外侧，同时在故障时方便更换绕组导线。
弯管50采用球墨铸铁铸造而成，弯管50根部通过偏航轴承60安装在塔筒10上，用于进行偏航控制，其内部可以放置偏航控制器和变流器。这样，定子30通过弯管50安装到偏航轴承60上，省去了机舱部分。
整流罩70采用玻璃钢制成。整流罩70包括前罩74和后罩73。前罩74分为中心的锥形罩71和外环的前环形罩72，锥形罩71安装在弯管50的前端，前环形罩72安装在定子圆筒32的前端。后罩73只有后环形罩，后环形罩安装在定子圆筒32的后端，后罩73内部空间更大一些，可以设置人行通道。
为了便于定子30和转子40的装配，转子转筒41前端的端面径向尺寸大于永磁体42径向厚度d，以保证永磁体42安装在转子转筒41中, 此实施例因为转子转筒41是套在定子圆筒32之外，所以，应当考虑套接部分，转子转筒41前端的端面减去套接部分后的径向尺寸L应大于永磁体42径向厚度d，而转子转筒41后端的中心孔径尺寸D大于定子导磁体的外径D0，使定子30和转子40便于配合安装；对应地，定子圆筒32前端设置端面，定子圆筒32的前端面通过高精度轴承11与转子转筒41的前端面连接，将磁场气隙调整在较小的公差范围之内，定子圆筒32后端不设端部，而安装定子法兰盘36作为端面，以便于导磁体安装，该定子法兰盘36与定子圆筒32通过螺钉12固定连接，定子法兰盘36与转子转筒41后端面通过轴承13连接，定子法兰盘36还用于支撑转子转筒41。在定子法兰盘36后面外沿再安装一个转子法兰盘47，转子法兰盘47与定子法兰盘36之间通过轴承14连接，转子法兰盘47用于防止转子40在轴向发生位移。
本发明维修时，维修人员先由塔筒10进入弯管50，再由铁环35进入后罩73，最后经过隧道46进入叶片20，电力线路和控制线路沿人行通道铺设。
本发明省去了风轮环节和机舱部分，采用环形结构，发电机体积能提供很大的气隙直径，从而把功率提高到足够容量，便于制造、安装、运行和维护，而且，弯管与定子之间采用辐条连接，减小风的阻力，有利于海上风力发电技术快速发展。
以上仅为本发明的较佳实施例，并非对其实施范围的限定，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，基于本案的设计要点，对其具体实施形态可以做出的种种变化，但均应落入本案的保护范围内。

Claims (7)

1.环形风力永磁直驱发电机，包括塔筒、基座、叶片、定子、转子、弯管、偏航轴承和整流罩，其特征在于：叶片直接安装在转子上，定子通过辐条与弯管连接，弯管通过偏航轴承安装在塔筒上，塔筒安装在基座上；转子由转子转筒和永磁体组成，转子转筒呈圆筒状，永磁体安装在转子转筒的内侧；定子由定子圆筒、绕组和导磁体组成，定子圆筒呈圆环状，导磁体沿轴向开槽安放绕组，绕组和导磁体一并安装在定子圆筒的外侧，定子圆筒的内侧通过径向辐条固定安装在弯管上；转子转筒前端的端面径向尺寸大于永磁体径向厚度，而转子转筒后端的中心孔径尺寸大于定子导磁体的外径；定子圆筒前端设置端面，定子圆筒的前端面通过轴承与转子转筒的前端面连接，定子圆筒后端安装定子法兰盘作为端面，定子法兰盘与定子圆筒固定连接，定子法兰盘与转子转筒后端面通过轴承连接，在定子法兰盘后面再安装一个转子法兰盘，转子法兰盘与定子法兰盘之间通过轴承连接。
2.如权利要求1所述的环形风力永磁直驱发电机，其特征在于：定子导磁体通过高度调节装置固定安装在定子圆筒的外侧。
3.如权利要求1所述的环形风力永磁直驱发电机，其特征在于：转子转筒的外侧形成两至三个中空座，叶片安装在此中空座上，叶片根部配合中空座形成变桨控制室，变桨控制室的后面形成维修隧道。
4.如权利要求1所述的环形风力永磁直驱发电机，其特征在于：永磁体沿圆周方向分成至少2个不大于180度的单元永磁体，单元永磁体采用非导磁材料作为安装座，安装座沿轴向开槽用于安装永磁体。
5.如权利要求1所述的环形风力永磁直驱发电机，其特征在于：绕组也沿圆周方向分成至少2个不大于180度的单元绕组。
6.如权利要求1所述的环形风力永磁直驱发电机，其特征在于：整流罩包括前罩和后罩；前罩分为中心的锥形罩和外环的前环形罩，锥形罩安装在弯管的前端，前环形罩安装在定子圆筒的前端；后罩只有后环形罩，后环形罩安装在定子圆筒的后端，后罩内部设置人行通道。
7.如权利要求1所述的环形风力永磁直驱发电机，其特征在于：径向辐条的后部沿径向设置若干铁环。
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