CN105298754B - 风力发电机及风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风力发电机及风力发电机组。该风力发电机包括：定轴；动轴，动轴通过轴承组件套设在定轴上，且能够相对定轴转动，轴承组件包括第一轴承，第一轴承的内圈固定设置在定轴上，动轴固定连接在第一轴承的外圈上；定子，定子固定连接在第一轴承的内圈上；转子，转子固定连接在动轴上，且转子在动轴上的位置与第一轴承沿径向对应。该风力发电机可以很好地保证运行过程中的气隙均匀性，且无需增大定轴重量。

Description

风力发电机及风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电设备领域，尤其涉及一种风力发电机及风力发电机组。
背景技术
如图1所示，风力发电机组通常包括塔筒、底座3、风力发电机和叶轮。其中，塔筒用于支撑其它部件。底座用于连接风力发电机和塔筒，同时还可以承载其它部件。风力发电机主要用于将机械能转换为电能，其包括固定设置在底座3上的定轴4、固定在定轴4上的定子1、套设在定轴4上的后轴承5和前轴承、通过后轴承5和前轴承套设在定轴4上的动轴8、固定在动轴8上的转子2、固定在动轴8上的后端盖6等，定子1和转子2之间具有气隙。叶轮用于将风能转化为机械能，叶轮包括套设在动轴8上的轮毂7、设置在轮毂7上的叶片等。工作时，叶轮受风力驱动而转动，进而带动轮毂7、动轴8和转子2转动，进而实现发电。
其中，定轴5、动轴8、前轴承和后轴承5等组成风力发电机组的主轴系。在风力发电领域，主轴系的设计至关重要，风力发电机的正常运行需要主轴系具有高可靠性。尤其是直驱型风力发电机组，由于风力发电机的外径尺寸相对较大，因此即便主轴系很小的变形也会造成风力发电机的气隙变化很大，使得气隙均匀性变差。
目前，风力发电机的主轴系可以分为柔性轴系和刚性轴系。不管何种轴系，都需要很好地控制风力发电机气隙，使其保持均匀，尤其是在风力发电机的主轴系受载荷后，主轴系的变形对气隙的影响不能忽略。
对于柔性主轴系而言，主轴系结构的设计、各部件的连接方式、主轴系刚度等都会对气隙的变化产生影响。为了保证气隙在风力发电机工作中尽量均匀且变化量小，通常采用的方法是保证整个主轴系的刚度，减少定轴4的形变量，同时控制动轴8的形变量。保证定轴4的刚度的方式是加强定轴4和动轴8的壁厚，以提高刚度，这导致定轴4的重量增加，致使造价升高，且使得吊装成本增加。然而，即便增加了壁厚，定轴4和动轴8受载时产生的变形依然影响着气隙。
发明内容
本发明的实施例提供一种风力发电机及风力发电机组，以解决现有技术中的风力发电机组的发电机的气隙在使用过程中容易不均匀的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例提供一种风力发电机，其包括：定轴；动轴，动轴通过轴承组件套设在定轴上，且能够相对定轴转动，轴承组件包括第一轴承，第一轴承的内圈固定设置在定轴上，动轴固定连接在第一轴承的外圈上；定子，定子固定连接在第一轴承的内圈上；转子，转子固定连接在动轴上，且转子在动轴上的位置与第一轴承沿径向对应。
进一步地，定子的内壁面与定轴的外壁面之间具有间隙。
进一步地，定子通过紧固螺栓与第一轴承的内圈固定连接。
进一步地，定轴的外壁上设置有沿径向凸出的定轴法兰，第一轴承的内圈通过定轴法兰止挡，定轴法兰位于第一轴承的远离定子的一侧。
进一步地，风力发电机还包括：轴承盖，轴承盖与动轴的靠近定子的一端固定连接，且止挡第一轴承的外圈；密封圈，密封圈设置在定子与第一轴承的内圈之间，且密封定轴的壁面与轴承盖之间的间隙，紧固螺栓依次穿过定子、密封圈和第一轴承的内圈。
进一步地，定轴的外壁上设置有沿径向凸出的定轴法兰，第一轴承的内圈通过定轴法兰止挡，定轴法兰位于第一轴承与定子之间。
进一步地，风力发电机还包括：轴承盖，轴承盖与动轴的靠近定子的一端固定连接，且止挡第一轴承的外圈；密封圈，密封圈套设在定轴法兰的周面上，且密封定轴法兰的周面与轴承盖之间的间隙。
根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，包括风力发电机，风力发电机为上述的风力发电机。
进一步地，风力发电机组还包括底座，定轴固定设置在底座上。
进一步地，风力发电机组还包括轮毂，轮毂固定设置在动轴上。
本发明的实施例的风力发电机组将定子固定在第一轴承的内圈上，将转子固定在动轴上，且使转子在动轴上的设置位置沿径向与第一轴承对应，使得定子和转子之间的轴向间距减小，定子与转子的偏移更加接近，进而使得定子和转子之间的相对位移减小，可以有效防止转子和定子之间的气隙变化。
附图说明
图1为现有技术中的风力发电机组的结构示意图；
图2为本发明的实施例的解决技术问题的原理图；
图3为本发明的实施例的风力发电机组的结构示意图；
图4为图3中的A处放大图；
图5为本发明的另一实施例的风力发电机组的结构示意图；
图6为图5中B处的放大图。
附图标记说明：
背景技术中附图标记：
1、定子；2、转子；3、底座；4、定轴；5、后轴承；6、后端盖；7、轮毂；8、动轴；
本申请方案中附图标记：
1a、形变前的定子；1a’、形变后的定子；2a、形变前的转子；2a’、形变后的转子；10、定轴；20、动轴；11、定轴法兰；31、第一轴承；32、第二轴承；40、定子；50、转子；66、限位凸起；67、止挡凸起；70、轮毂；80、底座；91、间隙；92、紧固螺栓；93、轴承盖；94、密封圈；96、前轴承端盖。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例的风力发电机和风力发电机组进行详细描述。
实施例一
如图2至图4所示，在本实施例中，风力发电机包括定轴10、动轴20、轴承组件、定子40和转子50。定轴10用于承载其它部件。动轴20通过轴承组件套设在定轴10上，且能够相对定轴10转动。轴承组件包括第一轴承31，第一轴承31的内圈固定设置在定轴10上，第一轴承31的外圈与动轴20固定连接，以此实现动轴20可相对定轴10转动。定子40固定连接在第一轴承31的内圈上。转子50固定连接在动轴20上，且转子50在动轴20上的位置与第一轴承31沿径向对应。
由于将定子40固定在第一轴承31的内圈上，而且转子50在动轴20上的位置与第一轴承31沿径向对应，使得定子40与转子50在轴向上的距离减小，这样当定轴10受载而产生形变时，定子40处和转子50处的形变量相当，故而转子50和定子40之间的相对位置变化量小，两者间的气隙变化小。此外，转子50和定子40均相当于连接在第一轴承31上，当定轴10形变时，第一轴承31、转子50和定子40一起移动，使得转子50和定子40之间的相对位置移动小，可以保持两者之间的气隙变化小。
参见图2所示，该风力发电机减小受载后气隙变化导致的气隙不均匀的原理是：当支撑件受力F作用而发生弯曲变形时，固定设置在支撑件上的安装块发生微小倾斜，使得安装块产生一个相对水平方向的倾斜角度，安装块与支撑件的变形基本一致。变形前的定子1a和转子2a均固定连接在安装块上，当安装块产生倾斜时，两者随安装块的倾斜而倾斜，形成变形后的定子1a’和转子2a’，但两者的倾斜变形角度相同，从而使得两者的相对位置并未改变或改变很小，进而保证两者的间隙不变。
结合参见图4所示，定子40的内壁面与定轴10的外壁面之间具有间隙91，这样可以防止定轴10受力形变时影响定子40，更好地保证定子40和转子50之间的气隙的稳定。
在本实施例中，定轴10的外壁上设置有沿径向凸出的定轴法兰11，该定轴法兰11用于止挡第一轴承31的内圈。
优选地，在本实施例中，定子40通过紧固螺栓92与第一轴承31的内圈固定连接。通过紧固螺栓92连接一方面连接比较方便且可靠性高，另一方面通用性好，当紧固螺栓92有损坏时可以方便地更换。
在本实施例中，第一轴承31的内圈上设置有螺纹孔，在定轴法兰11上可以设置孔，也可以不设置孔，紧固螺栓92依次穿过定子40、第一轴承31的内圈和定轴法兰11。紧固螺栓92和第一轴承31的内圈上的螺纹孔螺纹配合。紧固螺栓92与定子40上的孔间隙配合，若定轴法兰11上设置孔，则紧固螺栓92与定轴法兰11上的孔也为间隙配合。
当然，在其他实施例中，定子40与第一轴承31的内圈的连接可以为其它连接方式，例如铆接等。
为了对第一轴承31的内圈和外圈均进行可靠地限位，动轴20上设置有沿径向与定轴法兰11对应的限位凸起66，该限位凸起66与定轴法兰11位于第一轴承31的同一侧，且该限位凸起66用于止挡第一轴承31的外圈。
优选地，在第一轴承31的远离定轴法兰11的一侧设置有密封圈94和轴承盖93用于止挡。具体地，轴承盖93与动轴20的靠近定子40的一端固定连接，且止挡第一轴承31的外圈。密封圈94设置在定子40与第一轴承31的内圈之间即密封圈94位于定子40与第一轴承31之间，且密封定轴10的壁面与轴承盖93之间的间隙。密封圈94可以防止第一轴承31内的润滑油渗出，也可以防止外部杂质进入第一轴承31内。
在本实施例中，风力发电机还包括第二轴承32，第二轴承32与第一轴承31配合，用于对动轴20形成一个良好的支撑。在本实施例中，第二轴承32位于动轴20的前端(远离底座80的一端)，其前侧设置有前轴承端盖96用于防止第二轴承32脱出。第一轴承31位于动轴20的后端(靠近底座80的一端)。
根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，其包括底座80、风力发电机和叶轮等。风力发电机为上述的风力发电机。风力发电机的定轴10固定设置在底座80上。叶轮的轮毂70设置在风力发电机的动轴20上。
该风力发电机组的工作时，由于通过紧固螺栓92将定子40、密封圈94、第一轴承31的内圈和定轴10连接在一起，同时定子40与定轴10不接触，保持具有间隙91，间隙91在整个轴系受极限载荷导致产生最大变形时依然存在，这样保证定子40、密封圈94、第一轴承31的内圈、定轴10在受力变形时，能够保持相同的变形角度。动轴20与第一轴承31连接的法兰有足够的刚度，使得动轴20的变形与第一轴承31的变形一致，这使得在轴系受载变形时，能够有效减小因主轴变形导致的定子40和转子50间气隙变化。
本发明以螺栓的形式把发电机定子、定轴以及轴承连接的设计方式，这种方式可以减小因定轴受力变形导致电机的气隙的变化。
本发明可以减少由于主轴变形带来的问题，有效减小主轴变形对电机气隙的影响。同时降低了对主轴的刚度要求，降低了设计难度。
实施例二
如图5和6所示，在本实施例中，除定轴法兰11和密封圈94的设置位置不同外，其它部件的结构和设置位置均与实施例一相同。
在本实施例中，定轴法兰11位于第一轴承31和定子40之间。紧固螺栓92依次穿过定子40、定轴法兰11和第一轴承31的内圈上的螺纹孔配合。紧固螺栓92与定轴法兰11上的孔和定子40上的孔均为间隙配合。
密封圈94套设在定轴法兰11的周面上，且密封定轴法兰11的周面与轴承盖93之间的间隙91(见图4)，如图5所示，轴承盖93与动轴20的靠近定子40的一端固定连接。
为了能够良好地止挡第一轴承31，动轴20上设置有止挡凸起67，止挡凸起67位于第一轴承31的远离定子40的一侧，其可以止挡第一轴承31的内圈和外圈。也即，轴承盖93和定轴法兰11配合止挡第一轴承31的一侧；止挡凸起67止挡第一轴承31的另一侧。
本发明的风力发电机和风力发电机组具有如下效果：
有效减小轴系变形对风力发电机的气隙的影响，从而保证了风力发电机的正常运行，此外，还可以降低对定轴刚度要求，降低了设计难度，有效控制了定轴的重量，降低成本。还有助于控制气隙尺寸，减少风力发电机成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种风力发电机，其特征在于，包括：
定轴(10)；
动轴(20)，所述动轴(20)通过轴承组件套设在所述定轴(10)上，且能够相对所述定轴(10)转动，所述轴承组件包括第一轴承(31)，所述第一轴承(31)的内圈固定设置在所述定轴(10)上，所述动轴(20)固定连接在所述第一轴承(31)的外圈上；
定子(40)，所述定子(40)固定连接在所述第一轴承(31)的内圈上；
转子(50)，所述转子(50)固定连接在所述动轴(20)上，且所述转子(50)在所述动轴(20)上的位置与所述第一轴承(31)沿径向对应；所述定子(40)的内壁面与所述定轴(10)的外壁面之间具有间隙(91)。
2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述定子(40)通过紧固螺栓(92)与所述第一轴承(31)的内圈固定连接。
3.根据权利要求2所述的风力发电机，其特征在于，所述定轴(10)的外壁上设置有沿径向凸出的定轴法兰(11)，所述第一轴承(31)的内圈通过所述定轴法兰(11)止挡，所述定轴法兰(11)位于所述第一轴承(31)的远离所述定子(40)的一侧。
4.根据权利要求3所述的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机还包括：
轴承盖(93)，所述轴承盖(93)与所述动轴(20)的靠近所述定子(40)的一端固定连接，且止挡所述第一轴承(31)的外圈；
密封圈(94)，所述密封圈(94)设置在所述定子(40)与所述第一轴承(31)的内圈之间，且密封所述定轴(10)的壁面与所述轴承盖(93)之间的间隙，所述紧固螺栓(92)依次穿过所述定子(40)、所述密封圈(94)和所述第一轴承(31)的内圈。
5.根据权利要求2所述的风力发电机，其特征在于，所述定轴(10)的外壁上设置有沿径向凸出的定轴法兰(11)，所述第一轴承(31)的内圈通过所述定轴法兰(11)止挡，所述定轴法兰(11)位于所述第一轴承(31)与所述定子(40)之间。
6.根据权利要求5所述的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机还包括：
轴承盖(93)，所述轴承盖(93)与所述动轴(20)的靠近所述定子(40)的一端固定连接，且止挡所述第一轴承(31)的外圈；
密封圈(94)，所述密封圈(94)套设在所述定轴法兰(11)的周面上，且密封所述定轴法兰(11)的周面与所述轴承盖(93)之间的间隙。
7.一种风力发电机组，包括风力发电机，其特征在于，所述风力发电机为权利要求1至6中任一项所述的风力发电机。
8.根据权利要求7所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组还包括底座(80)，所述定轴(10)固定设置在所述底座(80)上。
9.根据权利要求7所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组还包括轮毂(70)，所述轮毂(70)固定设置在所述动轴(20)上。
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