CN105464899B - 风力发电机及风力发电机组 - Google Patents

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子、转子、定轴和动轴，定子与定轴固定连接，转子与动轴连接，其特征在于，风力发电机还包括设置在转子远离叶轮的一侧的转子支撑组件，转子支撑组件包括：支撑杆，支撑杆的第一端与转子连接，且支撑杆沿转子的径向延伸；支撑轮，支撑轮可转动地连接在支撑杆的第二端，并与定轴接触。该风力发电机能够很好地控制气隙。

Description

风力发电机及风力发电机组

技术领域

本发明涉及一种风力发电设备，尤其涉及一种风力发电机及风力发电机组。

背景技术

随着风能资源开发进程的不断推进和风力发电技术的不断发展，风力发电机组的功率不断增大，作为风力发电机组的核心部件——风力发电机，逐渐向大型永磁或电励磁直驱发电机技术方向发展。直驱风力发电机组由于省去了运动部件齿轮箱及其辅助装置，从而使得直驱风力发电机组相对于高速双馈异步发电机而言故障率更低。但是在相同功率下，直驱风力发电机的重量和成本都更高。为了降低直驱风电机组的发电机的成本，进一步提高直驱式风力发电机组的经济性能，通常会把发电机的气隙量作为其中一个关键因素去设计和考虑，气隙的大小直接影响发电机的总体成本和运行安全，在满足发电机各项性能要求和正常运行下，尽可能减少设计气隙值，可以大幅降低发电机成本。

为了控制和稳定发电机的气隙，通常的做法是提高电机定子、转子结构件的刚度，减少其受力变形；增加传动轴刚度，减少传动轴变形，尤其是角变形，从而减少因传动轴变形而导致的发电机气隙变化。

定子包括定子支架和铁芯等，定子支架承载着铁芯和绕组等大质量部件。由于定子支架属于固定静止部件，通常可以将定子支架设计的刚度和强度很高。但是由于转子的转子支架在结构上属于悬臂梁结构，悬臂长度一般会在一米左右或超过一米，且是旋转运动部件，若要提高其强度和刚度一般需要增加磁轭厚度或增加支撑板厚度和支撑结构形式，但这些手段都会增加转子支架的重量，且转子刚度提高程度通常有限。现有技术中尚未有能够很好地提高转子刚度的方法和装置。

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，以解决风力发电机结构刚度低的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种风力发电机，其包括定子、转子、定轴和动轴，定子与定轴固定连接，转子与动轴连接，风力发电机还包括设置在转子远离叶轮的一侧的转子支撑组件，转子支撑组件包括：支撑杆，支撑杆的第一端与转子连接，且支撑杆沿转子的径向延伸；支撑轮，支撑轮可转动地连接在支撑杆的第二端，并与定轴接触。

进一步地，转子支撑组件还包括位置调节件，位置调节件连接在支撑杆上，支撑轮可转动地设置在位置调节件上。

进一步地，位置调节件在支撑杆上的连接位置可调节。

进一步地，支撑杆上设置有多个定位孔，多个定位孔沿支撑杆的长度方向依次间隔设置，位置调节件上设置有安装孔，转子支撑组件还包括第一连接件，第一连接件穿过安装孔和其中一个定位孔并将位置调节件连接在支撑杆上。

进一步地，定轴上设置有限位导向凸起，支撑轮的外周设置有回转凹槽，限位导向凸起伸入回转凹槽内。

进一步地，转子支撑组件为多个，且沿转子的周向均匀间隔设置。

进一步地，风力发电机还包括加强组件，加强组件设置在相邻两个支撑杆之间，加强组件包括：第一加强杆，第一加强杆的第一端通过连接法兰固定连接在其中一个支撑杆上，第一加强杆的第二端通过第二连接件固定连接在转子上；第二加强杆，第二加强杆的第一端通过连接法兰固定连接在另一个支撑杆上，第二加强杆的第二端通过第二连接件固定连接在转子上。

进一步地，定轴包括定轴主体和套设在定轴主体外的滚道，滚道与定轴主体同心设置，滚道与定轴主体之间连接有滚道支撑，支撑轮与定轴的滚道接触。

进一步地，沿转子的轴向间隔设置有多个转子支撑组件。

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、风力发电机和叶轮，风力发电机为上述的风力发电机，风力发电机的定轴与底座连接，风力发电机的动轴与叶轮连接。

本发明的实施例的风力发电机通过设置在转子的一侧的转子支撑组件对转子形成支撑，可以在不显著增加重量的情况下，提高转子的刚度，进而控制风力发电机的气隙变化，提高风力发电机的性能。支撑轮可以保证在对转子形成支撑的前提下不干扰转子相对定子的转动。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的风力发电机组的剖视图；

图2为图1中B处的局部放大图；

图3为图1中A-A向的示意图；

图4为图3中C处的局部放大图；

图5为本发明的第一实施例的带有加强件的风力发电机组的结构示意图；

图6为本发明的第二实施例的风力发电机组的结构示意图；

图7为图6中D处的局部放大图。

附图标记说明：

10、定子；20、定轴；21、定轴主体；211、限位导向凸起；22、滚道；23、滚道支撑；30、转子；33、连接腹板；40、动轴；50、叶轮；60、转子支撑组件；61、支撑杆；611、定位孔；62、支撑轮；621、回转凹槽；63、位置调节件；711、第一加强杆；712、第二加强杆；72、第二连接件；73、连接法兰。

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及风力发电机组进行详细描述。

如图1所示，在本发明中，风力发电机组为直驱式风力发电机组。风力发电机组包括塔筒、设置在塔筒上的机舱和底座、连接在底座上的风力发电机和与风力发电机连接的叶轮50等。其中，风力发电机包括定子10、转子30、定轴20和动轴40等。定轴20与底座固定连接，定子10固定连接在定轴20上。动轴40通过主轴承相对定轴20可转动地与定轴20连接，转子30连接在动轴40上。叶轮50与动轴40连接，并带动动轴40和转子30转动，实现发电。

转子30包括磁轭、固定连接在磁轭内侧的磁极、连接磁轭与动轴40的连接腹板33和连接用法兰。其中，连接腹板33和连接用法兰所在的一侧称为转子连接法兰侧；与该转子连接法兰侧相对的一侧称为转子非连接法兰侧。

实施例一

在本实施例中，风力发电机还包括设置在转子30远离叶轮50的一侧的转子支撑组件60，其用于对转子30进行支撑，将现有的转子的悬臂梁结构转换成简支梁结构，以提高转子30的刚度，进而减小工作过程中的风力发电机的气隙变化。转子支撑组件60包括支撑杆61和支撑轮62。支撑杆61的第一端与转子30连接，且支撑杆61沿转子30的径向延伸。支撑轮62可转动地连接在支撑杆61的第二端，并与定轴20接触。在转子30与定轴20之间设置转子支撑组件60可以实现转子30与定轴20之间的力传递，使转子支撑组件60对转子30的悬臂端(即远离叶轮50的一端)实现支撑。当转子30受径向载荷时，这一载荷可以通过转子支撑组件60传递至定轴20上，从而减小转子30的形变，提高转子30的刚度，使风力发电机的气隙均匀性更好。

具体地，支撑杆61的第一端设置有法兰结构，支撑杆61通过该法兰结构固定连接在转子30的磁轭上。具体连接方式可以为螺栓连接、铆接或其他连接方式。支撑杆61的第二端用于安装支撑轮62。支撑轮62可以直接安装在支撑杆61上，也可以通过其他部件间接连接在支撑杆61上。

在本实施例中，支撑轮62通过位置调节件63连接在支撑杆61上。结合参见图2所示，位置调节件63连接在支撑杆61的第二端上，支撑轮62通过位置调节件63上的转轴可转动地设置在位置调节件63上。

结合参见图3和图4，优选地，为了便于调节位置调节件63与支撑杆61的连接位置，在支撑杆61上设置有多个定位孔611，多个定位孔611沿支撑杆61的长度方向依次间隔设置。位置调节件63上设置有安装孔，位置调节件63通过第一连接件与支撑杆61连接。具体地，第一连接件穿过安装孔和其中一个定位孔611并将位置调节件63连接在支撑杆61上。

使用时，根据需要调节位置调节件63在支撑杆61上的连接位置，使位置调节件63上的安装孔与支撑杆61上的至少一个定位孔611对齐，将第一连接件依次穿过安装孔和与其对齐的定位孔611实现位置调节件63与支撑杆61的连接。第一连接件可以是连接销或连接螺栓等。

由于位置调节件63和支撑杆61的配合采用了可调节结构，因而可以使位置调节件63沿转子的径向向靠近或远离定轴20的方向移动，这样可以满足调节支撑轮62与定轴20的压紧程度的需要。例如，随着风力发电机的运行，支撑轮62与定轴20存在相对运动，因而会不断地磨损，使得支撑轮62与定轴20之间的压紧力逐渐降低，直至基本失去转子支撑作用，这时可以通过调节位置调节件63的连接位置，重新调节支撑轮62与定轴20的接触程度，由此可以简单方便地使其恢复初始接触状态，从而保证发电机的正常继续运行。

优选地，为了提高连接强度和可靠性，在支撑杆61上设置有至少两列定位孔611，位置调节件63上对应地设置有至少两列安装孔。

优选地，由于在工作过程中转子30会相对定轴20转动，为保证支撑轮62能够沿固定轨道运动，在定轴20上设置有限位导向凸起211，支撑轮62的外周设置有回转凹槽621(参阅图2)，限位导向凸起211伸入回转凹槽621内。通过限位导向凸起211和回转凹槽621的配合实现对支撑轮62的转动位置的限定，保证支撑轮62可以在限位导向凸起211上滚动运行，且不会脱离和偏离滚道，进而保证转子30的安全稳定运行。

当然，在其他实施例中，可以在定轴20的外周加工凹槽，使支撑轮62位于凹槽内，以此实现限位效果。

优选地，为了提高支撑效果，沿转子30的周向间隔设置有多个转子支撑组件60。更优选地，转子支撑组件60均匀间隔设置。

优选地，沿转子30的轴向也间隔设置有多组转子支撑组件60，以提高保持气隙均匀性的效果。

风力发电机工作时，支撑轮62随转子30一起绕定轴20的轴线转动，同时支撑轮62可以绕自己的轴线转动，这样将其与定轴20的摩擦力转换成滚动摩擦力，以提高耐用性。由于支撑轮62与定轴20接触即其抵接在定轴20上，因此转子30的磁轭所受的载荷一部分通过连接腹板和连接用法兰传递到动轴40上，另一部分通过转子支撑组件60传递到限位导向凸起上，进而传递到定轴20上，从而使转子30的磁轭的承载结构由悬臂梁逐渐改变为两端支撑的简支梁，从而可以大大提高转子的刚度，减少磁轭的径向变形，减少气隙变化，稳定气隙尺寸，提高发电机运行安全性。

如图5所示，风力发电机还包括用于辅助支撑支撑杆61的加强组件。加强组件设置在相邻的两个支撑杆61之间。加强组件包括第一加强杆711、第二加强杆712、第二连接件72和连接法兰73。

其中，第一加强杆711的第一端通过连接法兰73固定连接在其中一个支撑杆61上，第一加强杆711的第二端通过第二连接件72固定连接在转子上。连接法兰73可以焊接、铆接或螺栓连接在第一加强杆711的第一端。

第二加强杆712的第一端通过连接法兰73固定连接在另一个支撑杆61上，第二加强杆712的第二端通过第二连接件72固定连接在转子上，第一加强杆711和第二加强杆712公用一个第二连接件72，且两者形成“人”字型，以提高支撑杆61的刚度。

通过设置加强组件可以使转子非连接法兰侧的支撑均匀，同时能够增加转子支撑组件60的整体刚度和稳定性，稳定气隙尺寸。

实施例二

如图6和图7所示，在本实施例中，除定轴20的结构与实施例一中的定轴结构不同外，其他均与实施例一相同，在此不再赘述。

本实施例中的定轴20包括定轴主体21和套设在定轴主体21外的滚道22，滚道22与定轴主体21同心设置，滚道22与定轴主体21之间连接有滚道支撑23，支撑轮62与定轴20的滚道22接触。适应性地，限位导向凸起设置在滚道22的外周。

在定轴主体21的外周设置滚道22可以满足在风力发电机的转子30的远离叶轮50的一侧(即非连接法兰侧)增加辅助设施的需要，比如若要在定轴20外转子30内增加发电机散热冷却管道和设备等，需要在转子非连接法兰侧预留出通道和空间。

具体地，滚道支撑23的第一端与滚道22固定连接，具体连接方式可以是焊接或螺栓连接等。滚道支撑23的第二端上设置有法兰结构，该法兰结构可以直接加工在滚道支撑23上，也可以单独加工后再通过焊接或螺栓连接等方式连接在滚道支撑23上。滚道支撑23利用法兰结构与定轴主体21连接。为了能够安装滚道支撑23，在定轴主体21外周上设置有安装凸台。在本实施例中，滚道支撑23上的法兰结构与安装凸台配合并通过螺栓紧固件固定连接。根据实际需要，滚道支撑23可以围绕环形滚道22的周向均匀布置多个，相应的，定轴主体21上的安装凸台也会沿圆周均匀布置多个，安装凸台的数量与滚道支撑23的数量相同。当然，根据需要安装凸台可以是绕定轴主体一周的凸台。在滚道22内部形成的空间通道可以满足在发电机转子非连接法兰侧增加辅助设施的需要。

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、风力发电机和叶轮50，风力发电机为上述的风力发电机，风力发电机的定轴20与底座连接，风力发电机的动轴40与叶轮50连接。采用此种风力发电机的风力发电机组能够减少和控制气隙变化量，稳定气隙尺寸，进而使得发电效率更高，且能够控制风力发电机的重量和成本，可以提高风力发电机结构件刚度和强度，并无需显著增加整体的重量。此外，此种风力发电机组的后续维护简单方便，可以节省维护时间和成本。

本发明的风力发电机及风力发电机组具有如下效果：

在发电机的转子的悬臂端增加转子支撑组件，使转子的径向载荷通过转子支撑组件传递到定轴和动轴上，最大程度上抵抗转子的径向变形，增强了发电机转子的刚度和强度，减少了气隙变化，并稳定了气隙尺寸，且安装和维护简单方便。

位置调节件可调节地设置在支撑杆上，因而可以调节支撑轮与定轴之间的压紧程度，从而保证转子支撑组件与定轴之间力的传递稳定可靠，一方面保证能够稳定气隙尺寸，另一方面，使得维护和更换简单方便，节省时间和成本，提高机组维护效率。

采用上述风力发电机的直驱式风力发电机组，通过增加转子支撑组件，大大增强了转子的整体刚度和结构件固有频率，减少发电机运行时的气隙变化，并稳定气隙尺寸，减少发电机重量和成本，并且其安装和后续维护简单方便，节省维护时间和成本，提高发电机运行的安全性，进而提高整机的可利用率，同时此种风力发电机组的气隙尺寸比传统直驱式风力发电机组要小，成本相对降低，维护操作简单方便，极大地提高了风力发电机组的综合性能。

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，包括定子(10)、转子(30)、定轴(20)和动轴(40)，所述定子(10)与所述定轴(20)固定连接，所述转子(30)与所述动轴(40)连接，其特征在于，所述风力发电机还包括设置在所述转子(30)远离叶轮(50)的一侧的转子支撑组件(60)，所述转子支撑组件(60)包括：

支撑杆(61)，所述支撑杆(61)的第一端与所述转子(30)连接，且所述支撑杆(61)沿所述转子(30)的径向延伸；

支撑轮(62)，所述支撑轮(62)可转动地连接在所述支撑杆(61)的第二端，并与所述定轴(20)接触；

所述转子支撑组件(60)还包括位置调节件(63)，所述位置调节件(63)连接在所述支撑杆(61)上，所述支撑轮(62)可转动地设置在所述位置调节件(63)上。

2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述位置调节件(63)在所述支撑杆(61)上的连接位置可调节。

3.根据权利要求2所述的风力发电机，其特征在于，所述支撑杆(61)上设置有多个定位孔(611)，所述多个定位孔(611)沿所述支撑杆(61)的长度方向依次间隔设置，所述位置调节件(63)上设置有安装孔，所述转子支撑组件(60)还包括第一连接件，所述第一连接件穿过所述安装孔和其中一个所述定位孔(611)并将所述位置调节件(63)连接在所述支撑杆(61)上。

4.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述定轴(20)上设置有限位导向凸起(211)，所述支撑轮(62)的外周设置有回转凹槽(621)，所述限位导向凸起(211)伸入所述回转凹槽(621)内。

5.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述转子支撑组件(60)为多个，且沿所述转子(30)的周向均匀间隔设置。

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加强组件，所述加强组件设置在相邻两个所述支撑杆(61)之间，所述加强组件包括：

第一加强杆(711)，所述第一加强杆(711)的第一端通过连接法兰(73)固定连接在其中一个所述支撑杆(61)上，所述第一加强杆(711)的第二端通过第二连接件(72)固定连接在转子上；

第二加强杆(712)，所述第二加强杆(712)的第一端通过连接法兰(73)固定连接在另一个所述支撑杆(61)上，所述第二加强杆(712)的第二端通过所述第二连接件(72)固定连接在转子上。

7.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述定轴(20)包括定轴主体(21)和套设在所述定轴主体(21)外的滚道(22)，所述滚道(22)与所述定轴主体(21)同心设置，所述滚道(22)与所述定轴主体(21)之间连接有滚道支撑(23)，所述支撑轮(62)与所述定轴(20)的滚道(22)接触。

8.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，沿所述转子(30)的轴向间隔设置有多个所述转子支撑组件(60)。

9.一种风力发电机组，包括底座、风力发电机和叶轮(50)，其特征在于，所述风力发电机为权利要求1至8中任一项所述的风力发电机，所述风力发电机的定轴(20)与所述底座连接，所述风力发电机的动轴(40)与所述叶轮(50)连接。