CN103161679A - 一种内置式大型超导直驱风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种内置式大型超导直驱风力发电机组，包括轮毂、主轴、定子和转子，所述的轮毂采用垂直中分面对分的结构，包括固定连接的轮毂前半与轮毂后半；所述的主轴可相对转动的安装在轮毂内；所述的定子固定安装在所述轮毂前半内，并随之联动；所述的转子固定安装在所述的主轴上。本发明超导直驱发电机安置于风电机组的轮毂内部，因而大大降低了风机整机的重量，同时大大降低了风机整机的成本。

Description

一种内置式大型超导直驱风力发电机组

技术领域

本发明涉及直驱风力发电机领域，特别是涉及一种内置式大型超导直驱风力发电机组。

背景技术

在直驱风力发电随技术领域，直驱发电机的容量越来越大，体积与重量随之增大；传统的直驱发电机如直驱永磁发电机与直驱电励磁发电机，已经不能满足大型直驱风力发电机组特别是超大型直驱风力发电机组技术需求。

在大型直驱风力发电机组中，采用直驱超导发电机，发电机的体积与重量大大减低，如何能创设一种体积更小、重量更轻的新的内置式超导直驱风力发电机组,实属当前重要研发课题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种内置式大型超导直驱风力发电机组，可降低风机整机的重量，从而克服现有的风力发电机重量过大的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种内置式大型超导直驱风力发电机组，包括轮毂、主轴、定子和转子，所述的轮毂采用垂直中分面对分的结构，包括固定连接的轮毂前半与轮毂后半；所述的主轴可相对转动的安装在轮毂内；所述的定子固定安装在所述轮毂前半内，并随之联动；所述的转子固定安装在所述的主轴上。

作为本发明的一种改进，本发明还可通过下述方案实现：

所述的主轴为空心固定轴。

所述的空心固定轴上设有多个孔。

所述的定子安装于发电机外壳内，发电机外壳安装于所述的轮毂前半内；所述的转子通过止口法兰与紧固螺栓分别与转子前支架、转子后支架紧固连接，转子前支架和转子后支架分别通过止口法兰、紧固螺栓与所述的主轴紧固连接；在转子后支架外侧，设置有定子绕组滑环系统，定子绕组滑环系统套装于空心固定轴上，定子绕组引出线通过碳刷滑环固定联接在定子绕组滑环系统上。

所述的主轴通过前、后轴承安装在轮毂内。

所述前、后轴承均设有轴套和轴承端盖，并通过轴套套装在主轴上，轮毂前半、轮毂后半分别套装在前、后轴承的外环上并与轴承端盖固定连接，主轴两端分别设有锁紧前、后轴承轴向位置的锁紧螺母。

所述的转子包括转子超导励磁线圈支撑、转子超导励磁线圈和压紧装置，转子超导励磁线圈套装于转子超导励磁线圈支撑的外侧，每两个相对的转子超导励磁线圈之间用压紧装置固定。

所述的转子超导励磁线圈支撑设有若干凸出结构，转子超导励磁线圈装于所述的凸出结构上。

所述的压紧装置包括超导励磁线圈压板、超导励磁线圈压紧螺杆及超导励磁线圈压紧螺母。

在所述的转子超导励磁线圈支撑的内外两侧分别设有隔热套筒、低温容器Ⅰ及低温容器Ⅱ；所述的转子超导励磁线圈支撑的前端设有前端板，后端设有后端板；所述的隔热套筒分别与对应的前端板、后端板形成真空层Ⅰ；所述的低温容器分别与对应的前端板、后端板形成真空层Ⅱ及冷却通道。

所述的转子超导励磁线圈支撑、超导励磁线圈压板、超导励磁线圈压紧螺杆、超导励磁线圈压紧螺母、低温容器、内层前端板及内层后端板由耐低温的材料制成。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1、超导直驱发电机安置于风电机组的轮毂内部，因而大大降低了风机整机的重量，同时大大降低了风机整机的成本。

2、双气隙超导同步发电机，进一步提高了超导同步电机的转矩密度，减小了超导同步电机的重量与体积，降低了风电机组整机的运输成本，提高了直驱风电机组的效率及可靠性。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明一种内置式大型超导直驱风力发电机组的结构示意图。

图2是图1中的Ⅰ处局部放大图。

图3是本发明一种内置式大型超导直驱发电机的转子结构图。

图4是本发明一种内置式大型超导直驱发电机的转子剖面图。

具体实施方式

下面结合实例的附图对本发明进行详细的描述。

请参阅图1、图2所示，图中一些短小的中心线表示各种规格的螺栓和螺母。本发明提供一种内置式大型超导直驱风力发电机组，包括：滑环系统1、滑环支架2、接地碳刷3、空心固定轴4、前轴承锁紧螺母5、前轴套6、前轴承端盖7、前轴承8、轮毂前半9、前机舱罩10、变桨轴承11、风机叶片12、转子前支架13、发电机外壳14、转子15、定子铁芯16、转子后支架17、定子绕组18、制冷装置19、真空系统20、定子绕组滑环系统21、后轴承锁紧螺母22、后轴套23、后轴承端盖24、后轴承25、轮毂后半26、制动装置27、刹车盘28、锁紧装置29、机架30、偏航轴承系统31、后机舱罩32。

轮毂采用垂直中分面对分的结构，分为轮毂前半9与轮毂后半26，两半间用止口和螺栓连接，并通过前轴承8及后轴承25支撑在空心固定轴4上。

前轴承8与后轴承25套装于空心固定轴4上。

在前轴承8的两侧设置有前轴套6和前轴承端盖7，前轴套6套装于空心固定轴4上，前轴承端盖7套装于前轴套6上。轮毂前半9套装于前轴承8的外环上，前轴承8两侧的前轴承端盖7和轮毂前半9通过紧固螺栓连接在一起。空心固定轴4的前端设置有前轴承锁紧螺母5，用于前轴承8的轴向固定。

在后轴承25的两侧设置有后轴套23及后轴承端盖24，后轴套套装于空心固定轴4上，后轴承端盖24套装于后轴套上。轮毂后半26套装于后轴承25的外环上，后轴承两侧的后轴承端盖24和轮毂后半26通过紧固螺栓固定连接在一起。后轴承锁紧螺母22套装于空心主轴4上，设置于后轴套23的外侧，用于后轴承25的轴向固定。

定子包括定子铁芯16和定子绕组18，定子绕组18嵌于定子铁芯16的成形槽内；定子安装于发电机外壳14内，发电机外壳14安装于轮毂前半9内。

转子15通过止口法兰与紧固螺栓分别与转子前支架13、转子后支架17紧固连接在一起。

转子前支架13、转子后支架17分别通过止口法兰、紧固螺栓与空心固定轴4紧固连接。

在转子后支架17侧，设置有定子绕组滑环系统21，定子绕组滑环系统21套装于空心固定轴4上，旋转的定子绕组引出线通过碳刷滑环固定联接在定子绕组滑环系统21上。

制冷装置19与真空系统20分别固定在转子后支架17上。

空心固定轴4与机架30通过止口法兰、紧固螺栓紧固连接。

滑环支架2安装于空心固定轴4的前端内，滑环系统1紧固连接在滑环支架2上；接地碳刷3与前轴承端盖7、滑环支架2固定连接。

刹车盘28与轮毂后半26紧固连接。

锁紧装置29安装固定在机架30上，制动装置27通过安装支架与机架30连接在一起，偏航轴承系统31安装于机架30上。

变桨轴承11与轮毂连接，叶片12与变桨轴承11连接。

在轮毂前半9的外侧设置有前机舱罩10，在轮毂后半26还设置有后机舱罩32。

定子通过外发电机外壳14与轮毂前半9紧固连接，与叶片12及轮毂联动。

转子15通过转子前支架13、转子后支架17与空心固定轴4紧固连接，不随轮毂转动。

此外，空心固定轴4上的若干位置上设置有若干数量的孔，用于空心固定轴4的减重。

本发明还提供一种内置式大型直驱超导风力发电机的转子结构，请参阅图3、图4所示，转子主要包括：前端板Ⅰ-1501、密封垫1502、前端板Ⅱ1503、前端板Ⅲ1504、外隔热套筒1505、外低温容器Ⅰ1506、外低温容器Ⅱ1507、转子超导励磁线圈压板1508、转子超导励磁线圈压紧螺杆1509、转子超导励磁线圈压紧螺母1510、转子超导励磁线圈支撑1511、外真空层Ⅰ1512、外真空层Ⅱ1513、外冷却通道1514、转子超导励磁线圈1515、后端板Ⅲ1516、后端板Ⅱ1517、后端板Ⅰ1518、内隔热套筒1519、内低温容器Ⅰ1520、内低温容器Ⅱ1521、内真空层Ⅰ1522、内真空层Ⅱ1523、内冷却通道1524。

转子超导励磁线圈支撑1511设有若干凸出结构，若干个转子超导励磁线圈1515嵌装于转子超导励磁线圈支撑1511的相同数量的凸出结构上;转子超导励磁线圈支撑1511的凸出结构两侧形成凹槽，用于转子超导励磁线圈1515的切向定位。

转子超导励磁线圈支撑1511同一槽内的转子超导励磁线圈1515之间用若干组由转子超导励磁线圈压板1508、转子超导励磁线圈压紧螺杆1509、转子超导励磁线圈压紧螺母1510组成的压紧装置切向压紧固定。

转子超导励磁线圈压板1508沿转子超导励磁线圈支撑1511轴向方向可以是整长的，也可以是分段的。

转子超导励磁线圈支撑1511的外侧，设有外隔热套筒1505、外低温容器Ⅰ1506、外低温容器Ⅱ1507，转子超导励磁线圈支撑1511的内侧，设有内隔热套筒1519、内低温容器Ⅰ1520、内低温容器Ⅱ1521。

在转子超导励磁线圈支撑1511的前端，设置有前端板Ⅰ1501、前端板Ⅱ1503及前端板Ⅲ1504，在转子超导励磁线圈支撑1511的后端，设置有后端板Ⅲ1516、后端板Ⅱ1517及后端板Ⅰ1518。

外隔热套筒1505分别通过安装止口与前端板Ⅰ1501、后端板Ⅰ1518固定在一起，外低温容器Ⅰ1506分别通过安装止口与前端板Ⅱ1503、后端板Ⅱ1517固定在一起，外低温容器Ⅱ1507分别通过安装止口与前端板Ⅲ1504、后端板Ⅲ-1518固定在一起。

内隔热套筒1519分别通过安装止口与前端板Ⅰ1501、后端板Ⅰ1518固定在一起，内低温容器Ⅰ1520分别通过安装止口与前端板Ⅱ1503、后端板Ⅱ1517固定在一起，内低温容器Ⅱ1521分别通过安装止口与前端板Ⅲ1504、后端板Ⅲ1516固定在一起。

外隔热套筒1505、内隔热套筒1519与前端板Ⅰ1501、后端板Ⅰ1518的连接处分别设置有密封垫1502。

外低温容器Ⅰ-1506、内低温容器Ⅰ-1520与前端板Ⅱ103、后端板Ⅱ1021的连接处分别设置密封垫1502。

外低温容器Ⅱ-1507、内低温容器Ⅱ1521与前端板Ⅲ1504、后端板Ⅲ1516的连接处分别设置有密封垫1502。

外真空层Ⅰ1512、外真空层Ⅱ1513、内真空层Ⅰ1522、外真空层Ⅱ1523分别与真空系统20连接在一起。

外冷却通道1514、内冷却通道1524分别与制冷装置19连接在一起。

其中，转子超导励磁线圈支撑1511、转子超导励磁线圈1515及转子超导励磁线圈之间的压装装置处于低温工作环境下。

外真空层Ⅰ1512、外真空层Ⅱ1513、外冷却通道1514具有一定的温度梯度。

内真空层Ⅰ1522、内真空层Ⅱ1523、内冷却通道1524具有一定的温度梯度。

转子超导励磁线圈支撑1511由铝、铬镍铁合金或钛合金或玻璃钢等耐低温的材料制成。

转子超导励磁线圈压板1508、转子超导励磁线圈压紧螺杆1509、转子超导励磁线圈压紧螺母1510是由铝、铬镍铁合金或钛合金或玻璃钢等耐低温的材料制成。

外低温容器Ⅱ-1507、内低温容器Ⅱ-1521、前端板Ⅲ-1504、后端板ⅠⅢ-1516是由铝、铬镍铁合金或钛合金或玻璃钢等耐低温的材料制成的。

定子铁芯16由常规硅钢片叠压而成。

定子绕组18由圆铜线或扁铜线绕制而成。

转子超导励磁线圈1515由高温超导线材或低温超导线材绕制而成。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种内置式大型超导直驱风力发电机组，包括轮毂、主轴、定子和转子，其特征在于：

所述的轮毂采用垂直中分面对分的结构，包括固定连接的轮毂前半与轮毂后半；

所述的主轴可相对转动的安装在轮毂内；

所述的定子固定安装在所述轮毂前半内，并随之联动；

所述的转子固定安装在所述的主轴上。

2.根据权利要求1所述的一种内置式大型超导直驱风力发电机组，其特征在于：所述的主轴为空心固定轴。

3.根据权利要求2所述的一种内置式大型超导直驱风力发电机组，其特征在于：所述的空心固定轴上设有多个孔。

4.根据权利要求1所述的一种内置式大型超导直驱风力发电机组，其特征在于：

所述的定子安装于发电机外壳内，发电机外壳安装于所述的轮毂前半内；

所述的转子通过止口法兰与紧固螺栓分别与转子前支架、转子后支架紧固连接，转子前支架和转子后支架分别通过止口法兰、紧固螺栓与所述的主轴紧固连接；

在转子后支架外侧，设置有定子绕组滑环系统，定子绕组滑环系统套装于空心固定轴上，定子绕组引出线通过碳刷滑环固定联接在定子绕组滑环系统上。

5.根据权利要求1所述的一种内置式大型超导直驱风力发电机组，其特征在于：所述的主轴通过前、后轴承安装在轮毂内。

6.根据权利要求5所述的一种内置式大型超导直驱风力发电机组，其特征在于：所述前、后轴承均设有轴套和轴承端盖，并通过轴套套装在主轴上，轮毂前半、轮毂后半分别套装在前、后轴承的外环上并与轴承端盖固定连接，主轴两端分别设有锁紧前、后轴承轴向位置的锁紧螺母。

7.根据权利要求1-6中任一项所述一种内置式大型超导直驱风力发电机组，其特征在于：所述的转子包括转子超导励磁线圈支撑、转子超导励磁线圈和压紧装置，转子超导励磁线圈套装于转子超导励磁线圈支撑的外侧，每两个相对的转子超导励磁线圈之间用压紧装置固定。

8.根据权利要求7所述一种内置式大型超导直驱风力发电机组，其特征在于：所述的转子超导励磁线圈支撑设有若干凸出结构，转子超导励磁线圈装于所述的凸出结构上。

9.根据权利要求7所述一种内置式大型超导直驱风力发电机组，其特征在于：所述的压紧装置包括超导励磁线圈压板、超导励磁线圈压紧螺杆及超导励磁线圈压紧螺母。

10.根据权利要求7所述一种内置式大型超导直驱风力发电机组，其特征在于：在所述的转子超导励磁线圈支撑的内外两侧分别设有隔热套筒、低温容器Ⅰ及低温容器Ⅱ；

所述的转子超导励磁线圈支撑的前端设有前端板，后端设有后端板；

所述的隔热套筒分别与对应的前端板、后端板形成真空层Ⅰ；

所述的低温容器分别与对应的前端板、后端板形成真空层Ⅱ及冷却通道。

11.根据权利要求10所述一种内置式大型超导直驱风力发电机组，其特征在于：所述的转子超导励磁线圈支撑、超导励磁线圈压板、超导励磁线圈压紧螺杆、超导励磁线圈压紧螺母、低温容器、内层前端板及内层后端板由耐低温的材料制成。

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