CN112751456B - 发电机及风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发电机及风力发电机组。本发明实施例的发电机，包括：定子；转子，套设于定子外周侧，转子在自身轴向上具有相对的开口端和支撑端；气隙保持组件，具有第一连接端和第二连接端，第一连接端与外部驱动件连接，第二连接端与转子的开口端连接，气隙保持组件作用于开口端，用于保持定子与转子之间气隙在开口端至支撑端方向上的一致性。根据本发明实施例的风力发电机组，能够解决发电机的气隙不均匀的问题。

Description

发电机及风力发电机组
技术领域
本发明涉及发电设备领域，具体涉及一种发电机及风力发电机组。
背景技术
风力发电机组是用于将风能转换为电能的设备，其用于能量转换的主要部件为发电机，发电机的通常包括转子以及定子，转子与定子相对设置且彼此之间具有电机气隙。发电机在应用于风力发电机组时，其转子与叶轮的轮毂连接，叶轮在风载作用下带动转子旋转，使得转子与定子进行切割磁力线运动，从而产生磁感应电流并发电。
随着风力发电机组功率增加，叶轮重量以及风载也相应地增加，转子在重力、风载载荷作用下变形越来越大，而转子的变形直接导致转子与定子之间的气隙不均匀，气隙不均匀会带来偏心的磁拉力，影响发电机的电气特性和机械性能的稳定，进而影响风力发电机组的发电效益，还会降低轴承等零部件的寿命。因此，在风力发电机的设计中，电机气隙的保持是关键性的技术问题。
目前常规的保持气隙的方法主要为增加整个发电机系统的刚性，例如增大支撑轴的厚度和刚度、提高定子或者转子支架的刚度、提高支撑轴和支撑轴承的刚度等等。然而，这些方法的应用意味着发电机组的重量的增加，使得制造和运输成本上升。
发明内容
本发明提供一种发电机及风力发电机组，能够解决发电机的气隙不均匀的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种发电机，包括：定子；转子，套设于定子外周侧，转子在自身轴向上具有相对的开口端和支撑端；气隙保持组件，具有第一连接端和第二连接端，第一连接端与外部驱动件连接，第二连接端与转子的开口端连接，气隙保持组件作用于开口端，用于保持定子与转子之间气隙在开口端至支撑端方向上的一致性。
根据本发明实施例的一个方面，气隙保持组件为多个，多个气隙保持组件沿转子的周向间隔分布，至少一个气隙保持组件为开口端提供径向向外的拉力。
根据本发明实施例的一个方面，气隙保持组件包括连接件，第一连接端和第二连接端位于连接件上。
根据本发明实施例的一个方面，气隙保持组件还包括支撑件，支撑件连接至转子的支撑端并径向向外延伸，支撑件滑动支撑连接件。
根据本发明实施例的一个方面，支撑件包括相对设置的连接端和滑动端，连接端连接至转子，滑动端径向远离转子设置并支撑在第一连接端和第二连接端之间。
根据本发明实施例的一个方面，滑动端为滑轮或滑槽。
根据本发明实施例的一个方面，连接件为拉杆或拉索。
第二方面，本发明实施例提供一种风力发电机组，包括：叶轮；发电机，为根据上述任一实施例的发电机，发电机的转子与叶轮相连接并与叶轮同步转动，气隙保持组件的第一连接端与叶轮连接。
根据本发明实施例的一个方面，叶轮包括轮毂，气隙保持组件的支撑件滑动支撑气隙保持组件的连接件，第一连接端连接至轮毂。
根据本发明实施例的一个方面，叶轮还包括延伸部，延伸部连接于轮毂并沿轮毂的径向向外延伸。
根据本发明实施例的一个方面，叶轮还包括叶片，叶片通过延伸部连接至轮毂。
根据本发明实施例的一个方面，延伸部可拆装地连接于轮毂，轮毂具有延伸部安装孔，延伸部背向轮毂的端部具有叶片安装孔。
根据本发明实施例的一个方面，第一连接端连接至延伸部。
根据本发明实施例的发电机，在转子的开口端与外部驱动件之间连接设置气隙保持组件，气隙保持组件作用于开口端以在开口端至支撑端的方向上保持定子与转子之间气隙的一致性，一方面，能够保持发电机的气隙均匀，避免因气隙不均带来的磁拉力，减少磁拉力导致的轴承磨损，增加轴承寿命和可靠性，另一方面，由于无需对支撑轴、定子或者转子支架等进行增厚和增强处理，能够很好地控制发电机重量以及制作和运输成本。
根据本发明实施例的风力发电机组，包括具有气隙保持组件的发电机，发电机的气隙能够保持均匀，从而能够使风力发电机组在复杂风载情况下稳定运行，以保证风力发电机组的发电效益。
附图说明
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按照实际的比例绘制。
图1是本发明实施例的发电机的剖视结构示意图；
图2是本发明一个实施例的发电机的剖视结构示意图；
图3a至图3c是本发明实施例的发电机中气隙保持组件与转子之间连接方式的示意图；
图4a至图4c是本发明另一个实施例的发电机的剖视结构示意图；
图5是本发明实施例的风力发电机组的结构示意图；
图6是本发明一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图；
图7是本发明另一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图；
图8a至图8c是本发明又一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图。
图中：
100-发电机；110-定子；120-转子；121-开口端；122-支撑端；190-支撑轴；
200-叶轮；210-轮毂；220-延伸部；230-叶片；
300-气隙保持组件；301-第一连接端；302-第二连接端；310连接件；320-支撑件；321-连接端；322-滑动端；
800-塔筒；
900-机舱；
D-外部驱动件。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。在附图和下面的描述中，至少区域的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了区域结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的发电机及风力发电机组的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更好地理解本发明，下面结合图1至图8对本发明实施例提供的发电机及风力发电机组进行详细描述。
请参阅图1，图1示出了本发明实施例的发电机的剖视结构示意图。
本发明实施例提供的发电机，包括定子110、转子120以及用于保持定子110与转子120之间气隙均匀的气隙保持组件300。
定子110与转子120同轴设置。在一个实施例中，定子110与转子120可以设置于支撑轴190上。转子120套设于定子110外周侧，转子120的内周面与定子110的外周面相对并形成大体呈环形的气隙。定子110与转子120上对应设置有绕组或磁极，转子120相对于定子110转动时，绕组切割磁感线产生电流，从而实现发电机发电。转子120在自身轴向上具有相对的开口端121和支撑端122。转子120的支撑端122可以包括径向延伸的凸缘结构。
可以理解的是，支撑轴190可以设置为与定子110固定连接或者设置为与转子120同步转动，其具体设置形式不作限制，只要转子120能够相对于定子110转动并切割磁感线来实现发电机发电。具体地，在支撑轴190与定子110固定连接的实施例中，转子120可转动地安装于支撑轴190。转子120的支撑端122还包括连接于凸缘结构并可转动地套设于支撑轴190的轴套。轴套与支撑轴190之间可以例如通过轴承来实现相对转动。在一个可选的实施例中，支撑轴190或定子110可以固定安装至固定架。在支撑轴190设置为与转子120同步转动的实施例中，转子120的凸缘结构固定连接于支撑轴190，转子120与支撑轴190可共同相对于定子110旋转。支撑轴190穿设于定子110的中心，且定子110与支撑轴190之间可以例如通过轴承来实现相对转动。在一个可选的实施例中，定子110可以固定安装至固定架。
气隙保持组件300具有第一连接端301和第二连接端302，第一连接端301与外部驱动件D连接，外部驱动件D能够驱动转子120转动，并且外部驱动件D与第一连接端301相连接的部分能够与转子120同步转动。第二连接端302与转子120的开口端121连接。气隙保持组件300作用于开口端121，以保持定子110与转子120之间气隙在开口端121至支撑端122方向上的一致性。在转子120受自重或风载变形时，气隙保持组件300能够对转子120的开口端121提供拉力或支撑力以阻止转子120的开口端121沿径向的变形趋势，进而尽量保持转子120与定子110之间气隙在开口端121至支撑端122的方向上相一致。
根据本发明实施例的发电机，在转子120的开口端121与外部驱动件D之间连接设置气隙保持组件300，气隙保持组件300作用于开口端121以在开口端121至支撑端122的方向上保持定子110与转子120之间气隙的一致性，一方面，能够保持发电机的气隙均匀，避免因气隙不均带来的偏心磁拉力，减少偏心磁拉力导致的轴承磨损，增加轴承寿命和可靠性，另一方面，由于无需对支撑轴190、定子110支架或者转子120支架等进行增厚和增强处理，能够很好地控制发电机重量以及制作和运输成本。并且，由于能够保持气隙均匀，无需采用大间隙来避免转子120与定子110因气隙不均导致的不当接触或碰撞，因而能够将气隙设计得更小，提高发电机的发电效率。
气隙保持组件300可以为多个，多个气隙保持组件300沿转子120的周向间隔分布。气隙保持组件300的数量优选为3个以上并且沿转子120的周向均匀分布。至少一个气隙保持组件300为开口端121提供径向向外的拉力，这样在转子120受自重或风载有变形趋势时，气隙保持组件300能够阻止气隙减小，有利于遏制转子120变形，进而保持气隙的均匀，并且能够防止转子120与定子110的不当接触或碰撞。
请参阅图2，图2示出了本发明一个实施例的发电机的剖视结构示意图。在一些实施例中，气隙保持组件300包括连接件310，第一连接端301和第二连接端302位于连接件310上。第一连接端301与外部驱动件D的连接点距离转子120的旋转轴线的径向位置远于第二连接端302与开口端121的连接点的径向位置。即连接件310自转子120的开口端121朝向外部驱动件D并远离转子120延伸，以能够为开口端121提供径向向外的拉力。连接件310可以为拉杆或拉索。在连接件310为拉杆的实施例中，连接件310既可以在气隙减小处为转子120的开口端121提供径向向外的拉力，也可以在气隙增大处为转子120的开口端121提供径向向内的支撑力，能够很好地保持气隙均匀。在连接件310为拉索的实施例中，连接件310可以在气隙减小处为转子120的开口端121提供径向向外的拉力，并且连接件310在阻止气隙减小处的减小趋势的同时能够遏制转子120变形，进而阻止气隙增大处的增大趋势，从而保持气隙均匀，并且拉索易于设置且成本低，在转子120转动时风阻小。
请一并参阅图3a至图3c，图3a至图3c示出了本发明实施例的发电机中气隙保持组件与转子之间连接方式的示意图。连接件310的第一连接端301与外部驱动件D的连接方式，以及连接件310的第二连接端302与转子120的开口端121的连接方式，例如可以是：焊接、埋设连接、螺栓连接或连接环连接等。图3a示出了连接件310的第二连接端302埋设在转子120的开口端121。图3b示出了连接件310的第二连接端302通过螺栓连接至转子120的开口端121。图3c示出了连接件310的第二连接端302通过连接环连接至转子120的开口端121。可以理解的是，连接件310的第一连接端301与外部驱动件D的连接方式可以是图3a至图3c所示的连接方式中的一种。
请参阅图4a至图4c，图4a至图4c示出了本发明另一个实施例的发电机的剖视结构示意图。在另一些实施例中，气隙保持组件300还包括支撑件320，支撑件320连接至转子120的支撑端122并径向向外延伸，支撑件320滑动支撑连接件310。在使连接件310能够为开口端121提供径向向外的拉力的同时，通过支撑件320能够降低连接件310的第一连接端301与外部驱动件D的连接点距离转子120的旋转轴线的径向位置，从而降低了对外部驱动件D的径向尺寸要求。
具体地，支撑件320包括相对设置的连接端321和滑动端322，连接端321连接至转子120，滑动端322径向远离转子120设置并支撑在第一连接端301和第二连接端302之间。支撑件320可以通过焊接或螺栓连接等方式连接至转子120。在转子120轴向方向上，连接端321的宽度大于滑动端322的宽度，这样能够为连接件310提供稳固的支撑。滑动端322可以为滑轮或滑槽。对应地，连接件310为拉索，连接件310可以在滑动端322改变延伸方向，且不影响连接件310对转子120的开口端121施加径向向外的拉力。在本实施例中，连接件310具有依次连接的两个延伸段第一延伸段和第二延伸段，在第一延伸段段处：连接件310自转子120的开口端121朝向外部驱动件D并远离转子120延伸至支撑件320的滑动端322，在第二延伸段段处：连接件310自滑动端322延伸至外部驱动件D。具体在第二延伸段段处，如图4b所示，连接件310可以远离转子120延伸，或如图4a所示，连接件310朝向转子120的旋转轴线延伸，或者如图4c所示，连接件310可以保持相对于转子120的旋转轴线的径向高度延伸，这些延伸方式对应连接至外部驱动件D的不同连接位置，以对应不同的设置需求。
请参阅图5，图5示出了本发明实施例的风力发电机组的结构示意图。
本发明实施例还提供一种风力发电机组，风力发电机组包括叶轮200和发电机100，发电机100为根据上述任一实施例的发电机。风力发电机组还可以包括塔筒800、机舱900，机舱900设置于塔筒800的上方，发电机100连接于机舱900与叶轮200之间。发电机100的转子120与叶轮200相连接并与叶轮200同步转动，气隙保持组件300的第一连接端301与叶轮200连接。风力发电机组在服役时，作用于叶轮200的风能能够传递至发电机100，并通过发电机100转换为电能以供用电设施使用。
根据本发明实施例的风力发电机组，包括具有气隙保持组件300的发电机100，发电机100的气隙能够保持均匀，从而能够使风力发电机组在复杂风载情况下稳定运行，以保证风力发电机组的发电效益。
请一并参阅图6，图6示出了本发明一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图。
叶轮200包括轮毂210，轮毂210的径向尺寸小于发电机100的转子120的径向尺寸。气隙保持组件300的支撑件320滑动支撑气隙保持组件300的连接件310，第一连接端301连接至轮毂210。连接件310自转子120的开口端121朝向轮毂210并远离转子120延伸至支撑件320的滑动端322，且连接件310自滑动端322朝向轮毂210并朝向转子120的旋转轴线延伸至轮毂210。这样，在轮毂210的径向尺寸小于发电机100的转子120的径向尺寸的情况下能够实现连接件310对转子120的开口端121施加径向向外的拉力。
请参阅图7和图8a至图8c，图7示出了本发明另一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图，图8a至图8c示出了本发明又一个实施例的风力发电机组的局部结构示意图。在一些实施例中，叶轮200还包括延伸部220，延伸部220连接于轮毂210并沿轮毂210的径向向外延伸。第一连接端301可以连接至延伸部220。延伸部220能够为叶轮200提供径向位置大于转子120的径向尺寸的连接点。在一些可选的实施例中，如图7所示，连接件310可以不通过支撑件320而直接连接在转子120的开口端121与延伸部220之间，能够避免转子120的支撑端122处的径向压力。在该实施例中，连接件310可以是拉索或拉杆。在另一些可选的实施例中，如图8a至图8c所示，连接件310通过支撑件320连接至延伸部220，连接延伸部220的连接点可以在延伸部220的长度方向上根据设置需要自由选取，或者可以相应减小延伸部220长度，以减小制造和运输成本。
叶轮200还包括叶片230，多个叶片230在轮毂210周侧均匀间隔分布。在一些实施例中，如图7和图8a至图8c所示，叶片230通过延伸部220连接至轮毂210，一方面，基本不改变叶轮200原有形式，易于实现，另一方面延伸部220通过提高叶片230的径向高度，能够增加叶轮200的扫风面积，提高发电效率，或者可以相应减小叶片230的长度，在相同扫风面积情况下减小叶片230的制造成本、运输成本和吊装成本。
进一步地，延伸部220可拆装地连接于轮毂210，这样延伸部220可以单独制造，易于加工。具体地，轮毂210具有延伸部安装孔，延伸部220可以通过延伸部安装孔可拆装地安装至轮毂210。延伸部220背向轮毂210的端部具有叶片安装孔，叶片230可以通过叶片安装孔安装至延伸部220，进而通过延伸部220连接至轮毂210。在一些可选的实施例中，延伸部安装孔的尺寸与叶片安装孔的尺寸相同，这样无需改变轮毂210和叶片230的连接孔尺寸，可以利用原有结构的轮毂210和叶片230来组装叶轮200，能够节约生产线成本和设计成本。
依照本发明如上文所述的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (12)

1.一种发电机，其特征在于，包括：
定子(110)；
转子(120)，套设于所述定子(110)外周侧，所述转子(120)在自身轴向上具有相对的开口端(121)和支撑端(122)；
气隙保持组件(300)，包括连接件(310)以及位于所述连接件(310)上的第一连接端(301)和第二连接端(302)，所述第一连接端(301)与外部驱动件(D)连接，所述第二连接端(302)与所述转子(120)的所述开口端(121)连接，所述气隙保持组件(300)作用于所述开口端(121)，用于保持所述定子(110)与所述转子(120)之间气隙在所述开口端(121)至所述支撑端(122)方向上的一致性。
2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述气隙保持组件(300)为多个，多个所述气隙保持组件(300)沿所述转子(120)的周向间隔分布，至少一个所述气隙保持组件(300)为所述开口端(121)提供径向向外的拉力。
3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述气隙保持组件(300)还包括支撑件(320)，所述支撑件(320)连接至所述转子(120)的所述支撑端(122)并径向向外延伸，所述支撑件(320)滑动支撑所述连接件(310)。
4.根据权利要求3所述的发电机，其特征在于，所述支撑件(320)包括相对设置的连接端(321)和滑动端(322)，所述连接端(321)连接至所述转子(120)，所述滑动端(322)径向远离所述转子(120)设置并支撑在所述第一连接端(301)和所述第二连接端(302)之间。
5.根据权利要求4所述的发电机，其特征在于，所述滑动端(322)为滑轮或滑槽。
6.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述连接件(310)为拉杆或拉索。
7.一种风力发电机组，其特征在于，包括：
叶轮(200)；
发电机(100)，为如权利要求1至6任一项所述的发电机，所述发电机(100)的所述转子(120)与所述叶轮(200)相连接并与所述叶轮(200)同步转动，所述气隙保持组件(300)的所述第一连接端(301)与所述叶轮(200)连接。
8.根据权利要求7所述的风力发电机组，其特征在于，所述叶轮(200)包括轮毂(210)，所述气隙保持组件(300)的支撑件(320)滑动支撑所述气隙保持组件(300)的连接件(310)，所述第一连接端(301)连接至所述轮毂(210)。
9.根据权利要求8所述的风力发电机组，其特征在于，所述叶轮(200)还包括延伸部(220)，所述延伸部(220)连接于所述轮毂(210)并沿所述轮毂(210)的径向向外延伸。
10.根据权利要求9所述的风力发电机组，其特征在于，所述叶轮(200)还包括叶片(230)，所述叶片(230)通过所述延伸部(220)连接至所述轮毂(210)。
11.根据权利要求10所述的风力发电机组，其特征在于，所述延伸部(220)可拆装地连接于所述轮毂(210)，所述轮毂(210)具有延伸部安装孔，所述延伸部(220)背向所述轮毂(210)的端部具有叶片安装孔。
12.根据权利要求9至11任一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述第一连接端(301)连接至所述延伸部(220)。
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