CN109931224B - 外转子式直驱风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外转子式直驱风力发电机组。其包括风轮、转子和定子，风轮包括轮毂，转子包括旋转轴，定子包括定子轴，旋转轴用于将轮毂的旋转运动传递给转子，旋转轴设置在定子轴的外侧，旋转轴绕定子轴旋转，旋转轴沿轴向方向具有风轮侧及机舱侧，旋转轴包括旋转轴法兰，旋转轴法兰用于连接轮毂；与风轮侧相比，旋转轴法兰更靠近机舱侧。本发明通过将轮毂与旋转轴法兰相连接，并将旋转轴法兰设置在更靠近机舱侧，相对于旋转轴法兰设置在风轮侧，本发明缩短了风轮的重心到机舱架的距离，在风轮的重心及风轮的质量不变的情况下，本发明减小了风轮相对于主轴承和机舱架的重力矩，改善了机舱架的受力情况。

Description

外转子式直驱风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电机组技术领域，特别涉及一种外转子式直驱风力发电机组。

背景技术

风力发电机组按传动链型式可以分为两种类型：齿轮箱型风力发电机组及直驱型风力发电机组。所谓的齿轮箱型风力发电机组就是在风轮和发电机之间设置增速齿轮箱，由增速齿轮箱带动发电机进行发电。所谓的直驱型风力发电机组就是风轮和发电机直接连接。

直驱风力发电机组又可以划分为外转子式直驱风力发电机组和内转子式直驱风力发电机组两种。一种典型的外转子式直驱风力发电机组通常包括定子、转子及风轮，定子一般包括定子轴、定子支架，转子一般包括旋转轴、转子屋，风轮包括风机叶片及轮毂，外转子式直驱风力发电机组通过定子轴的后端法兰与机舱架连接，机舱架固定、支撑整个外转子式直驱风力发电机组。旋转轴的轴向长度较长，旋转轴内部嵌套定子轴，并且旋转轴位于远离定子轴的机舱侧法兰的一端。旋转轴的前端（即靠近风轮侧）设有风轮侧法兰，该风轮侧法兰与与风轮的轮毂连接。旋转轴的后端（即机舱侧）设有机舱侧法兰，该机舱侧法兰与发电机的转子屋连接。旋转轴的前端设有风轮侧轴承座，旋转轴的后端设有机舱侧轴承座。风轮侧轴承座内安装风轮侧轴承，机舱侧轴承座内安装机舱侧轴承。风轮侧轴承及机舱侧轴承统称为主轴承。直驱风力发电机的叶片带动轮毂旋转，轮毂通过旋转轴法兰带动旋转轴旋转，旋转轴通过主轴承绕定子轴旋转，旋转轴上的机舱侧法兰带动转子屋旋转。

由于外转子式直驱风力发电机组的轮毂与旋转轴的风轮侧法兰相连接，并且风轮侧法兰位于旋转轴的前端（也就是旋转轴靠近风轮侧的一端），因此，造成了风轮重心距离定子轴的后端（也就是定子轴靠近机舱架的一端）较远，定子轴的后端连接机舱架，因此，也就是风轮重心距离机舱架较远，从而造成了风轮对主轴承和机舱架的重力矩载荷较大。

综上所述，目前的外转子式直驱风力发电机组的风轮的重心离直驱发电机的机舱架较远，直驱发电机组的机舱架承受的重力矩很大，直驱发电机组的主轴承和机舱架的受力情况不好，急需改善。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种直驱风力发电机组。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种外转子式直驱风力发电机组，其包括风轮、转子和定子，所述风轮包括轮毂，所述转子包括旋转轴，所述定子包括定子轴，所述旋转轴用于将所述轮毂的旋转运动传递给所述转子，所述旋转轴设置在所述定子轴的外侧，所述旋转轴绕所述定子轴旋转，所述旋转轴沿轴向方向具有风轮侧及机舱侧，所述旋转轴包括旋转轴法兰，其特点在于，所述旋转轴法兰用于连接所述轮毂；与所述风轮侧相比，所述旋转轴法兰更靠近所述机舱侧。

本发明通过将轮毂与旋转轴法兰相连接，并将旋转轴法兰设置在更靠近机舱侧，相对于旋转轴法兰设置在风轮侧，本发明缩短了轮毂到旋转轴机舱侧的距离，由于旋转轴设置在定子轴外侧，并且旋转轴风轮侧与定子轴的前端基本平齐，因此本发明使得轮毂远离定子轴的前端，相对而言，也就使得轮毂更靠近定子轴的后端，由于定子轴的后端设有法兰，该法兰连接机舱架，因此，本发明缩短了轮毂到机舱架的距离。由于风轮的重心位置相对轮毂保持不变，所述本发明缩短了风轮的重心到主轴承和机舱架的距离，在风轮的重心及风轮的质量不变的情况下，本发明减小了风轮相对于机舱架的重力矩，改善了机舱架的受力情况，有助于提高外转子式直驱风力发电机组的寿命，降低外转子式直驱风力发电机组的运营成本。

较佳的，所述旋转轴设有机舱侧轴承座和风轮侧轴承座，所述机舱侧轴承座和所述风轮侧轴承座用于安装轴承，沿所述旋转轴的轴向，所述机舱侧轴承座的中心和所述风轮侧轴承座的中心的距离为第一距离，所述旋转轴法兰的中心与所述机舱侧轴承座的中心的距离为第二距离，所述第二距离与所述第一距离的比值的范围为0-50%。

在本方案中，采用上述结构，结合旋转轴的轴向长度，可以直观的得出本方案有效减少的轮毂到机舱架的距离。

较佳地，第二距离与第一距离的比值的范围为0-40%。

较佳地，所述转子包括转子屋，所述转子屋包括转子屋法兰，所述转子屋法兰与所述旋转轴法兰相连。

在本方案中，采用上述结构，利用同一个旋转轴法兰同时连接转子屋法兰及轮毂，减化了旋转轴的结构，减少了转子屋及轮毂的安装工序，降低了风力发电机的安装工时，降低了风力发电机的安装成本。

所述转子屋法兰与所述轮毂位于所述旋转轴法兰的同一侧或者所述转子屋法兰与所述轮毂位于所述旋转轴法兰的两侧。

较佳地，将转子屋法兰与轮毂设置在旋转轴法兰的同一侧，可以在维修直驱发电机时方便拆装转子屋。

较佳地，所述定子还包括定子线圈、第一支撑件、第二支撑件及中间支撑件，所述中间支撑件的一端与所述定子轴相连，所述中间支撑件的另一端与所述第一支撑件及所述第二支撑件可拆卸连接；在所述定子轴的径向，自靠近所述定子轴至远离所述定子轴，所述第一支撑件及所述第二支撑件之间的距离变大；所述第一支撑件及所述第二支撑件的远离所述定子轴的一端与所述定子线圈相连。

在本方案中，采用上述结构，将定子线圈的支撑件设置为第一支撑件、第二支撑件及中间支撑件，优化的该支撑件的结构。同时，可拆卸的将第一支撑件、第二支撑件及中间支撑件连接在一起，有利于相关部件的组装，并且避免了组装过程中焊接作业，提高了相关部件组装的工作环境的舒适度。

较佳地，所述中间支撑件为定子轴中间法兰。

在本方案中，采用上述结构，利用法兰将各部件连接在一起，在线圈装配时，可以根据需要调整线圈，有利于提高线圈的装配精度。

较佳的，所述中间支撑件与所述定子轴整体铸造，或者所述中间支撑件与所述定子轴可拆卸的连接。

在本方案中，采用上述结构，将中间支撑件与定子轴整体铸造成型，减少了外转子式风力发电机组的零部件数量，提高安装效率。将中间支撑件与定子轴设计为可拆卸形式，可以减少定子轴的尺寸和重量，便于定子轴的制造和运输。

较佳地所述第一支撑件及所述第二支撑件的远离所述定子轴的端部均设有延伸部，所述延伸部沿对应的所述第一支撑件及所述第二支撑件的周向方向向外延伸，所述延伸部与所述定子线圈相连。

在本方案中，采用上述结构，通过在第一支撑件及第二支撑件端部设置延伸部，更加方便、牢固的连接定子线圈。

较佳地，所述第一支撑件及所述第二支撑件均为圆台结构，所述第一支撑件及所述第二支撑件均为圆台结构，所述圆台结构的两端开口。

在本方案中，采用上述结构，通过将第一支撑件及第二支撑件设置为两端开口的圆台结构，提高了支撑刚度，有利于提高定子的稳定性。

较佳地，所述圆台结构的小端均设有连接法兰，两所述连接法兰设置在所述中间支撑件的两侧并连接于所述中间法兰；所述圆台结构的大端设有延伸部，所述延伸部沿对应的所述第一支撑件和所述第二支撑件的周向方向向外延伸，且所述延伸部与所述定子线圈相连。

在本方案中，采用上述结构，通过在圆台结构的第一支撑件及第二支撑件的小端设置连接法兰，并利用法兰连接中间支撑件，定子线圈在装配时可以根据需要进行调整，提高了定子线圈的装配精度，并且避免了组装过程中焊接作业，提高了相关部件组装的工作环境的舒适度。同时，第一支撑件及第二支撑件的端部设置延伸部，更加方便、牢固的连接定子线圈。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明通过将轮毂与旋转轴法兰相连接，并将旋转轴法兰设置在更靠近机舱侧，相对于旋转轴法兰设置在风轮侧，本发明缩短了轮毂到机舱架的距离。由于风轮的重心位置相对轮毂保持不变，所述本发明缩短了风轮的重心到主轴承和机舱架的距离，在风轮的重心及风轮的质量不变的情况下，本发明减小了风轮相对于主轴承和机舱架的重力矩，改善了主轴承和机舱架的受力情况，有助于提高外转子式直驱风力发电机组主轴承的寿命，降低外转子式直驱风力发电机组的运营成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1中第一支撑件的结构示意图。

图3为本发明实施例2的结构示意图。

图4为本发明实施例2中非对称风轮侧支撑件的结构示意图。

图5为本发明实施例2中非对称机舱侧支撑件的结构示意图。

附图标记说明：

定子轴110

定子轴后端法兰111

第一支撑件121

连接法兰1211

延伸部1212

第二支撑件122

中间支撑件123

非对称第一支撑件124

非对称第二支撑件125

定子线圈130

轮毂210

轮毂法兰211

旋转轴220

旋转轴风轮侧221

旋转轴机舱侧222

旋转轴法兰223

风轮侧轴承座224

机舱侧轴承座225

转子屋230

转子屋法兰231

风轮侧轴承240

机舱侧轴承241

风轮重心G

第一距离L1

第二距离L2

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在下述实施例范围之中。

如图1、图2所示，本实施例提供了一种外转子式直驱风力发电机组。具体地，外转子式直驱风力发电机组包括风轮、转子和定子，风轮包括轮毂，转子包括旋转轴，定子包括定子轴，旋转轴用于将轮毂的旋转运动传递给转子，旋转轴设置在定子轴的外侧，旋转轴绕定子轴旋转，旋转轴沿轴向方向具有风轮侧及机舱侧，旋转轴包括旋转轴法兰，旋转轴法兰用于连接轮毂；与风轮侧相比，旋转轴法兰更靠近机舱侧。

通过将轮毂与旋转轴法兰相连接，并将旋转轴法兰设置在更靠近机舱侧，相对于旋转轴法兰设置在风轮侧，缩短了轮毂到机舱架的距离。由于风轮的重心位置相对轮毂保持不变，所述缩短了风轮的重心到机舱架的距离，在风轮的重心及风轮的质量不变的情况下，本实施例减小了风轮相对于机舱架的重力矩，改善了机舱架的受力情况，有助于提高外转子式直驱风力发电机组的寿命，降低外转子式直驱风力发电机组的运营成本。

结合图1，本优选实施例的外转子式直驱风力发电机组包括定子轴110、定子轴后端法兰111、第一支撑件121、第二支撑件122、中间支撑件123、定子线圈130、轮毂210、轮毂法兰211、旋转轴220、旋转轴风轮侧221、旋转轴机舱侧222、旋转轴法兰223、风轮侧轴承座224、机舱侧轴承座225、转子屋230、转子屋法兰231、风轮侧轴承240及机舱侧轴承241。定子轴110通过定子轴后端法兰111与机舱架连接，定子轴110支撑整个风力发电机。定子轴110的前端（也就是定子轴靠近风轮侧的一端）的外侧嵌套旋转轴220，旋转轴220的两端分别为旋转轴风轮侧221及旋转轴机舱侧222，该两端设置风轮侧轴承座224、机舱侧轴承座225。两个轴承座的内部安装风轮侧轴承240及机舱侧轴承241。风轮侧轴承240及机舱侧轴承241统一称之为主轴承。旋转轴220由定子轴上的风轮侧轴承240和机舱侧轴承241支撑。旋转轴220上还设置有旋转轴法兰223，旋转轴法兰223设置在更靠近旋转轴机舱侧222的一端，旋转轴法兰223与轮毂法兰211相连。

相对于旋转轴法兰223设置在旋转轴风轮侧221，本实施例缩短了轮毂210到旋转轴机舱侧222的距离，旋转轴220设置在定子轴110的外侧，并且旋转轴风轮侧221与定子轴110的前端基本平齐，因此本实施例使得轮毂210远离定子轴110的前端，相对而言，也就使得轮毂210更靠近定子轴110的后端，定子轴110后端设有法兰111，该法兰连接机舱架，因此，本实施例缩短了轮毂210到主轴承和机舱架的距离。由于风轮的重心G的位置相对轮毂210保持不变，所述本实施例缩短了风轮的重心G到主轴承和机舱架的距离，在风轮的重心G及风轮的质量不变的情况下，本实施例减小了风轮相对于主轴承和机舱架的重力矩，改善了主轴承和机舱架的受力情况，有助于提高外转子式直驱风力发电机组主轴承和和机舱架的寿命，降低外转子式直驱风力发电机组的运营成本。

本实施例中，旋转轴法兰223的中心与旋转轴220的机舱侧轴承座225的中心的第二距离L2为600mm，旋转轴风轮侧轴承座224的中心与旋转轴机舱侧轴承座225的中心的第一距离L1为2550mm，L2与L1为比值为23.5%。当然，还可以将上述比值的范围设计在0-50%，该比值的优选范围为0-40%。在空间布置允许的前提下，该距离越小，风轮相对于主轴承和机舱架的重力矩越小，本实施例的效果越显著。

为了达到简化旋转轴220的目的，还可以将转子屋法兰231连接到旋转轴法兰223上，本方案也减少了转子屋230及轮毂210的安装工序，降低了风力发电机的安装工时，降低了风力发电机的安装成本。

如图1所示，可以将转子屋法兰231与轮毂法兰211设置在旋转轴法兰223的同一侧，该方案便于发电机维修时拆卸转子屋。当然，也可以将转子屋法兰231与轮毂法兰211设置在旋转轴法兰223的两侧。

作为一种替代方案，还可以设置定子线圈130、第一支撑件121、第二支撑件122及中间支撑件123，第一支撑件121及第二支撑件122基本对称设置，中间支撑件123的一端与定子轴110相连，中间支撑件123的另一端与第一支撑件121及第二支撑件122可拆卸的相连接。沿定子轴110的径向，随着逐渐远离定子轴110，第一支撑件121及第二支撑件122的距离逐渐变大，构成喇叭状；第一支撑件121及第二支撑件122的远离定子轴110的一端与定子线圈130相连。该方案优化定子线圈130的支撑结构，同时，将第一支撑件121、第二支撑件122及中间支撑件123可拆卸的连接在一起，有利于相关部件的组装，并且避免了组装过程中焊接作业，提高了相关部件组装的工作环境的舒适度。

为了达到提高风力发电机装配质量的目的，还可以将第一支撑件121、第二支撑件122及中间支撑件123利用法兰连接起来，也就是在第一支撑件121及第二支撑件122的与中间支撑件123的连接部位均设计为连接法兰1211，该方案也避免了相关部件组装过程中焊接作业，提高了相关部件组装的工作环境的舒适度。

作为一种实施例，还可以将中间支撑件123与定子轴110采用铸造一体成型，本方案减少了外转子式风力发电机组的零部件数量，提高安装效率。当然，中间支撑件123与定子轴110也可以采用可拆卸的方式连接。比如，两者之间采用螺栓连接。本可拆卸式设计方案可减小定子轴的尺寸和重量，便于定子轴的制造和运输。

为了更加稳固的连接定子线圈130，还可以在第一支撑件121及第二支撑件122的端部设置延伸部。

具体地，如图1和2所示，本实施例将第一支撑件121及第二支撑件122采用对称设置。由于第一支撑件121及第二支撑件122结构相似，仅相对于中间支撑件123对称安装，因此，图2中仅显示第一支撑件121，为简化描述，以下均以第一支撑件121为例。图中第一支撑件121的主体为两端开口的圆台结构，该圆台结构的小端设有向内折的连接法兰1211，该连接法兰1211用于与中间支撑件123相连。将圆台结构的第一支撑件121及第二支撑件122对称设置，提高了支撑刚度，有利于提高定子线圈130的稳定性。

为了更加方便、牢固的连接定子线圈130，还可以在第一支撑件121的圆台结构的大端设置延伸部1212，延伸部1212与定子线圈130相连。

实施例2

如图3-5所示，本实施例提供了一种外转子式直驱风力发电机组。本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：将实施例1中的第一支撑件121及第二支撑件122换成了非对称第一支撑件124及非对称第二支撑件125。同时，由于非对称第一支撑件124及非对称第二支撑件125采用了非对称设置，相应的中间支撑件123也向定子轴后端法兰111偏移。由于采用了非对称设置，使得非对称第一支撑件124及中间支撑件123与旋转轴220之间留出更大的空间。该空间可以方便安装外转子风力发电机组的其他附件。比如在该空间内安装刹车系统等。当然，非对称第一支撑件124及非对称第二支撑件125也可以采用其他非对称设置。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种外转子式直驱风力发电机组，其包括风轮、转子和定子，所述风轮包括轮毂，所述转子包括旋转轴，所述定子包括定子轴，所述旋转轴用于将所述轮毂的旋转运动传递给所述转子，所述旋转轴设置在所述定子轴的外侧，所述旋转轴绕所述定子轴旋转，所述旋转轴沿轴向方向具有风轮侧及机舱侧，所述旋转轴包括旋转轴法兰，其特征在于，所述旋转轴法兰用于连接所述轮毂；与所述风轮侧相比，所述旋转轴法兰更靠近所述机舱侧。

2.如权利要求1所述的外转子式直驱风力发电机组，其特征在于，所述旋转轴设有机舱侧轴承座和风轮侧轴承座，所述机舱侧轴承座和所述风轮侧轴承座用于安装轴承，沿所述旋转轴的轴向，所述机舱侧轴承座的中心和所述风轮侧轴承座的中心的距离为第一距离，所述旋转轴法兰的中心与所述机舱侧轴承座的中心的距离为第二距离。

3.如权利要求2所述的外转子式直驱风力发电机组，其特征在于，所述第二距离与所述第一距离的比值的范围为0-40％。

4.如权利要求1所述的外转子式直驱风力发电机组，其特征在于，所述转子包括转子屋，所述转子屋包括转子屋法兰，所述转子屋法兰与所述旋转轴法兰相连。

5.如权利要求4所述的外转子式直驱风力发电机组，其特征在于，所述转子屋法兰与所述轮毂位于所述旋转轴法兰的同一侧或者所述转子屋法兰与所述轮毂位于所述旋转轴法兰的两侧。

6.如权利要求1所述的外转子式直驱风力发电机组，其特征在于，所述定子还包括定子线圈、第一支撑件、第二支撑件及中间支撑件，所述中间支撑件的一端与所述定子轴相连，所述中间支撑件的另一端与所述第一支撑件及所述第二支撑件可拆卸连接；在所述定子轴的径向，自靠近所述定子轴至远离所述定子轴，所述第一支撑件与所述第二支撑件之间的距离变大；所述第一支撑件及所述第二支撑件的远离所述定子轴的一端与所述定子线圈相连。

7.如权利要求6所述的外转子式直驱风力发电机组，其特征在于，所述中间支撑件为定子轴中间法兰。

8.如权利要求6所述的外转子式直驱风力发电机组，其特征在于，所述中间支撑件与所述定子轴整体铸造，或者所述中间支撑件与所述定子轴可拆卸的连接。

9.如权利要求6所述的外转子式直驱风力发电机组，其特征在于，所述第一支撑件与所述第二支撑件对称设置。

10.如权利要求6所述的外转子式直驱风力发电机组，其特征在于，所述第一支撑件及所述第二支撑件的远离所述定子轴的端部均设有延伸部，所述延伸部沿对应的所述第一支撑件及所述第二支撑件的周向方向向外延伸，所述延伸部与所述定子线圈相连。

11.如权利要求6所述的外转子式直驱风力发电机组，其特征在于，所述第一支撑件及所述第二支撑件均为圆台结构，所述圆台结构的两端开口。

12.如权利要求11所述的外转子式直驱风力发电机组，其特征在于，两个所述圆台结构的小端均设有连接法兰，两个所述连接法兰设置在所述中间支撑件的两侧并连接于所述中间法兰；所述圆台结构的大端设有延伸部，所述延伸部沿对应的所述第一支撑件和所述第二支撑件的周向方向向外延伸，且所述延伸部与所述定子线圈相连。

Images