CN114337082B - 用于电机的刹车锁定装置、电机以及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种用于电机的刹车锁定装置、电机以及风力发电机组，刹车锁定装置包括支架、齿轮轴、抱紧组件、抱紧组件驱动单元以及齿圈，支架用于固定在电机的定子上，齿轮轴包括旋转轴和固定连接在旋转轴上的齿轮部，旋转轴的两端可旋转地设置于支架上；抱紧组件用于抱紧旋转轴，抱紧组件驱动单元用于选择性地驱动抱紧组件对旋转轴施加抱紧力；齿圈用于固定在电机的转子上，以与齿轮部啮合，齿圈套设于齿轮轴的外围且能够与齿轮轴的齿轮部啮合，抱紧组件驱动单元用于选择性地驱动抱紧组件对旋转轴施加抱紧力，以能够对旋转轴进行减速，该结构简单，制造成本和运维成本低廉。

Description

用于电机的刹车锁定装置、电机以及风力发电机组

技术领域

本公开属于风力发电技术领域，尤其涉及一种用于电机的刹车锁定装置、具有该刹车锁定装置的电机以及风力发电机组。

背景技术

刹车锁定装置可以对运行中的旋转部件提供制动，例如当风力发电机组的电机转子的转速超过预定值时，则需要使用刹车锁定装置对电机转子进行减速，以使转速在合适的范围内，或者需要停车检修时，也可以通过刹车锁定装置将电机转子锁定。刹车锁定装置能够为旋转部件提供可靠的止动力，使转动部件能够安全可靠地运行的重要条件之一。

然而，有些旋转部件周围空间有限，如何在有限的空间内布置刹车锁定装置，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本公开的主要发明目的在于提供一种用于电机的刹车锁定装置、电机以及风力发电机组。

针对上述发明目的，本公开提供如下技术方案：

本公开的一个方面，提供一种用于电机的刹车锁定装置，所述刹车锁定装置包括支架，用于固定在所述电机的定子上，齿轮轴，包括旋转轴和固定连接在所述旋转轴上的齿轮部，所述旋转轴的两端可旋转地设置于所述支架上；抱紧组件，用于抱紧所述旋转轴，抱紧组件驱动单元，用于选择性地驱动所述抱紧组件对所述旋转轴施加抱紧力；齿圈，用于固定在所述电机的转子上，以与所述齿轮部啮合。

本公开的一示例性实施例，所述抱紧组件包括一对刹车抱紧触手，相对设置在所述旋转轴的外周，所述抱紧组件驱动单元驱动所述一对所述刹车抱紧触手靠近或远离所述旋转轴的外周。

可选地，所述抱紧组件驱动单元包括一对刹车连接杆和第一伸缩器，所述刹车连接杆的中部可转动地设置于所述支架上，一对所述刹车连接杆的第一端分别与一对所述刹车抱紧触手铰接，一对所述刹车连接杆的第二端分别铰接在所述第一伸缩器的两端，以通过所述第一伸缩器的伸缩驱动一对所述刹车连接杆的第一端靠近或远离，进而带动所述刹车抱紧触手靠近或者远离所述旋转轴。

进一步可选地，所述刹车锁定装置还包括锁定模块，所述锁定模块包括花键轴、锁定盘以及锁定盘驱动单元，所述花键轴固定设置在所述旋转轴上，所述锁定盘具有与所述花键轴匹配的花键套，所述锁定盘驱动单元驱动所述锁定盘沿所述旋转轴的轴向移动，以使所述花键套选择性地与所述花键轴啮合。

本公开另一示例性实施例，所述花键轴靠近所述齿轮部设置，所述锁定盘由所述支架支撑，所述花键轴和所述支架之间布置有光轴段，且所述光轴段的直径不大于所述花键轴的直径，所述锁定盘能够在所述光轴段和所述花键轴之间轴向移动；或者所述花键轴靠近所述支架设置，所述锁定盘由所述支架支撑，所述花键轴和所述齿轮部之间布置有光轴段，且所述光轴段的直径不大于所述花键轴的直径，所述锁定盘能够在所述光轴段和所述花键轴之间轴向移动。

可选地，所述光轴段的轴向尺寸不小于所述锁定盘沿所述旋转轴的轴向尺寸。

具体地，所述花键轴与所述旋转轴同轴设置，且所述花键轴和所述抱紧组件分别位于所述齿轮部的轴向两侧。

进一步可选地，所述锁定盘驱动单元包括第二伸缩器，所述第二伸缩器的两端分别连接在所述锁定盘和所述支架上。

本公开另一示例性实施例，所述锁定模块还包括导向件，所述导向件包括设置于所述支架和所述锁定盘两者中的一者上的导向杆，所述支架和所述锁定盘两者中的另一者上设置有与所述导向杆匹配的通孔。

根据本公开的另一方面，提供一种电机，所述电机包括定子，转子，所述转子与所述定子同轴设置且所述转子能够相对于所述定子旋转，和上述的用于电机的刹车锁定装置。

本公开另一示例性实施例，所述转子套设于所述定子的外周，所述齿圈设置在所述转子的转子支架端板上。

本公开另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括上述的电机。

本公开提供的用于电机的刹车锁定装置、电机以及风力发电机组至少具有如下有益效果：用于电机的刹车锁定装置包括齿轮轴、抱紧组件、齿圈，齿圈套设于齿轮轴的外围且能够与齿轮轴的齿轮部啮合，抱紧组件驱动单元用于选择性地驱动抱紧组件对旋转轴施加抱紧力，以能够对旋转轴进行减速，该结构简单，制造成本和运维成本低廉。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本公开的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1为本公开一示例性实施例提供的电机的结构图。

图2为图1中的电机的轴向剖视图。

图3为图1中的刹车锁定装置略去齿圈后的结构图。

图4为图3中略去齿圈后的刹车锁定装置的另一侧的结构图。

图5为图3中的刹车锁定装置的省去靠近抱紧组件一侧的支架后的后视图。

附图标记说明：

1、刹车锁定装置；       11、齿轮轴；

111、旋转轴；           112、花键轴；

113、齿轮部；           121、伸缩器支架；

122、第二伸缩器；       123、导向杆；

124、锁定盘；           1241、花键套；

131、刹车抱紧触手；     132、刹车连接杆；

134、枢转轴；           135、第一伸缩器；

14、支架；              2、转子支架端板；

141、枢转轴安装座；     21、齿圈；

3、转子；               31、磁极；

32、转子磁轭；

4、定子；               41、铁芯；

42、定子支架；          43、定轴；

44、绕组；              45、轴承。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，不应被理解为本发明的实施形态限于在此阐述的实施方式。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

本公开提供的刹车锁定装置，可以适用于电机，例如但不限于，该电机可以为风力发电机组的电机。刹车锁定装置可以用于使电机的转子的转速降低至预定范围，甚至可以使转子的转速降低为0m/s。

电机可以包括定子4、转子3以及本公开提供的上述用于电机的刹车锁定装置，转子3可与定子4同轴设置且能够相对于定子4旋转，例如但不限于，转子3可以套设于定子4的外周，且齿圈21可以设置在转子3的转子支架端板2上。

电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换的一种电磁装置，包括电动机和发电机。电动机是将电能转换为机械能(俗称马达)，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。发电机是将机械能转换为电能。本公开将以适用于风力发电机组的风力发电机为例进行说明，但不以此为限。

参照图1和图2，发电机包括同轴设置的定子4和转子3，其中转子3可相对定子4旋转，发电机可以呈转子套设于定子的外周的外转子内定子的结构形式，也可以呈定子套设于转子外周的外定子内转子的结构形式，本实施例将以外转子内定子的发电机为例进行说明，但不以此为限。

转子3包括磁极31和转子磁轭32，磁极31布置于转子磁轭32内侧。转子3还可以包括位于转子磁轭32一端的转子支架，转子3可以通过转子支架连接到动轴上，转子支架可以通过轴承45可转动地连接到定轴。转子支架端板2可以位于转子磁轭32的另一端，通过连接部与转子磁轭32连接，以支撑转子磁轭32。

定子4包括固定于定轴43上的定子支架42、套设于定子支架42外周的铁芯41以及绕组44。

发电机还包括刹车锁定装置1，以用于对转子提供止动力。本实施例中，将以刹车锁定装置1设置于定子4的端部为例进行说明，但不以此为限。

参照图3至图5，刹车锁定装置1包括支架14、齿轮轴11、抱紧组件、抱紧组件驱动单元以及齿圈21，其中，支架14、齿轮轴11、抱紧组件、抱紧组件驱动单元可以设置在定子或定子支架上，齿圈21可以固定于转子3或转子支架端板2上。齿轮轴11上的齿轮部113能够与齿圈21啮合，抱紧组件驱动单元用于选择性地驱动抱紧组件对齿轮轴11的旋转轴111施加抱紧力。当抱紧组件驱动单元驱动抱紧组件对齿轮轴11施加抱紧力时，齿轮轴11转速降低，进而带动转子3转速降低。

支架14可以固定于发电机的定子4上，支架14上设置有用于设置齿轮轴11的齿轮轴安装孔。为了能够为齿轮轴11提供稳定的支撑，支架14可以设置为两个支架板，两个支架板相对且间隔布置，齿轮轴11可连接在两个支架板之间。

齿轮轴11可以包括旋转轴111和固定于该旋转轴111上且与该旋转轴111同轴设置的齿轮部113，旋转轴111的两端可旋转地设置在两个支架板的齿轮轴安装孔内。本实施例中，旋转轴111可通过轴承可旋转地支撑在齿轮轴安装孔内，但不限于此，齿轮轴安装孔和旋转轴111之间的轴承也可以省略。旋转轴111可与齿轮部113一体形成，也可以是旋转轴111与齿轮部113分别形成后，通过焊接工艺或者金属键连接等方式组装形成齿轮轴11。

齿圈21能够与齿轮部113啮合，例如但不限于，齿圈21可以固定在转子3上，可以通过对齿轮部113进行制动，从而可以通过齿圈21使转子3减速。

刹车锁定装置可以包括刹车模块，该刹车模块可以包括抱紧组件和抱紧组件驱动单元。抱紧组件可以用于抱紧旋转轴111，以使该旋转轴111降低转速或停止转动。抱紧组件驱动单元能够驱动抱紧组件对旋转轴111施加抱紧力。

具体地，抱紧组件可包括一对刹车抱紧触手131，相对设置在旋转轴111的外周。抱紧组件驱动单元包括一对刹车连接杆132和第一伸缩器135，刹车连接杆132的中部可转动地设置于支架14上，一对刹车连接杆132的第一端分别与一对刹车抱紧触手131铰接，一对刹车连接杆132的第二端分别铰接在第一伸缩器135的两端，以通过第一伸缩器135的伸缩驱动一对刹车连接杆132的第一端靠近或远离，进而带动刹车抱紧触手131靠近或者远离旋转轴111。

继续参照图3至图5，支架板大致呈三角形板，可以包括定子连接端和自由端，支架板的横截面从定子连接端向自由端逐渐减小。定子连接端可以固定于定轴43上，齿轮轴安装孔可以位于定子连接端的自由端。支架板从定子连接端至自由端的尺寸不小于齿轮部113的半径，以使齿轮部113可以在两个支架板之间自由旋转，而不会与定轴43发生运动干涉。

一对刹车抱紧触手131位于齿轮部113的第一侧，例如但不限于，刹车抱紧触手131可位于齿轮部113的朝向叶片的一侧，且两个刹车抱紧触手131相对设置。每个刹车抱紧触手131的第一端具有能够与旋转轴111的外周面贴合的弧形贴合面，该刹车抱紧触手131的第二端可以与刹车连接杆132的第一端铰接，两个刹车连接杆132的第二端分别铰接于第一伸缩器135的两端。第一伸缩器135可以作为刹车抱紧触手131的驱动源，可选地，该第一伸缩器135可以为油缸、气缸或者丝杆组件。

为了精准的控制刹车抱紧触手131，刹车连接杆132的中部可转动地连接在支架14上。具体地，每个支架板的沿定轴43的周向两侧向外突出形成有枢转轴安装座141，该枢转轴安装座141上开设有枢转轴安装孔，刹车连接杆132的中部设置有与该枢转轴安装孔匹配的安装孔，枢转轴134穿设于刹车连接杆132的安装孔中，且两端可以分别固定于两个支架板上，从而形成对刹车连接杆132的稳定支撑。可以理解的是，枢转轴134与枢转轴安装孔之间也可以通过轴承连接，但不以此为限。

进一步地，刹车连接杆132可以包括沿齿轮轴11的轴向间隔布置的第一连接杆和第二连接杆，且该第一连接杆与第二连接杆结构相同，以分别位于刹车抱紧触手131的沿齿轮轴11的轴向的两侧。

根据杠杆原理，在第一伸缩器135的带动下，两个刹车连接杆132分别绕各自的枢转轴134旋转。当第一伸缩器135缩回时，两个刹车连接杆132的第二端彼此靠近，两个刹车连接杆132的第一端彼此远离，进而带动刹车抱紧触手131朝向远离旋转轴111的方向移动。当第一伸缩器135伸长时，两个刹车连接杆132的第二端彼此远离，两个刹车连接杆132的第一端彼此靠近，进而带动刹车抱紧触手131朝向靠近旋转轴111的方向移动，直至抱紧在旋转轴111的外周面上，促使旋转轴111转速降低。当旋转轴111的转速降低至为0时，齿轮部113停止转动，与其相啮合的齿圈21也将被迫停止转动。又由于齿圈21与发电机的转子3固定连接，因此通过对旋转轴111进行制动，可以对齿轮部113进行制动，进而带动发电机的转子3制动。

继续参照图3至图5，刹车锁定装置还包括锁定模块，锁定模块包括花键轴112、锁定盘124以及锁定盘驱动单元，花键轴112固定设置在旋转轴111上，锁定盘124具有与花键轴112匹配的花键套1241，锁定盘驱动单元能够驱动锁定盘124沿旋转轴111的轴向移动，以使花键套1241选择性地与花键轴112啮合。当花键套1241与花键轴112啮合时，花键轴112被锁死而无法进行旋转，此时发电机的转子3将无法进行旋转，因此提高了刹车锁定装置的安全性。

花键轴112可以靠近齿轮部113设置，锁定盘124设置为靠近同侧的支架板，并能够沿着旋转轴111向着花键轴112滑动，从而套设在花键轴112上，或者远离花键轴112滑动，而与花键轴112脱离啮合。具体地，旋转轴111的位于花键轴112和对应的支架板之间轴段可以设置为光轴段且该光轴段的直径不大于花键轴112的直径，锁定盘124能够在光轴段和花键轴112之间轴向移动。可选地，光轴段的轴向尺寸不小于锁定盘124沿旋转轴111的轴向尺寸。可以理解的是，光轴段可以布置于花键轴112和齿轮部113之间，也可以布置于花键轴112和与其对应的支架板之间，也可以在花键轴112的两端均设置有光轴段，本实施例将以光轴段位于花键轴112和与其对应的支架板之间为例进行说明。

本实施例中，将以花键轴112与旋转轴111同轴设置为例进行描述，但不以此为限。

花键轴112位于齿轮部113的第二侧，即花键轴112和刹车抱紧触手131分别位于齿轮部113的相对的两侧，花键轴112位于齿轮部113的背离转子的一侧。花键轴112的背离齿轮部113的一端与位于同侧的支架板之间间隔设置，即花键轴112并未延伸至该支架板处，而是在花键轴112与支架板之间形成有一段光轴段，该光轴段的直径小于花键轴112的直径，以使花键套1241能够在光轴段和花键轴112之间轴向移动。

当锁定盘124位于光轴段位置时，锁定盘驱动单元可处于缩回状态，当旋转轴111的转速在预定范围内时，例如但不限于，当旋转轴111的转速为0时，锁定盘驱动单元可伸长，以驱动锁定盘124朝向花键轴112移动，至花键套1241套设于花键轴112的外周而对其锁定。当锁定盘驱动单元再次缩回时，锁定盘124朝向光轴段侧移动，以使花键套1241与花键轴112脱离，旋转轴111解锁。锁定盘驱动单元可以包括第二伸缩器122，该第二伸缩器122的两端分别连接在支架板和锁定盘124上。第二伸缩器122可以为油缸、气缸或者丝杆组件，但不以此为限。

具体地，在支架板的自由端沿定轴43的周向突出形成有两个凸耳，该凸耳可以形成伸缩器支架121，第二伸缩器122的一端固定在该伸缩器支架121上，另一端固定于锁定盘124上，以第二伸缩器122的伸缩来带动锁定盘124的轴向移动。本实施例中，伸缩器支架121可与支架板一体成形，也可以是伸缩器支架121与支架板分别独立形成后再经焊接或者紧固件连接等工艺而使两者固定在一起。第二伸缩器122可以是液压缸、电动丝杆或气缸等。

进一步地，为了提高锁定盘124运动精度，锁定模块还包括导向件，导向件包括设置于支架板和锁定盘124两者中的一者上的导向杆123，支架板和锁定盘124两者中的另一者上设置有与导向杆123匹配的通孔。

锁定盘124可以呈板状，进一步地，锁定盘124可以呈长条板状，花键套1241可以位于锁定盘124的中部，在锁定盘124的花键套1241的两侧的部分上固定连接有导向杆123，在伸缩器支架121上设置有与导向杆123匹配的通孔，导向杆123可在通孔内滑动，从而引导锁定盘124轴向移动。本实施例中，每个伸缩器支架121上都固定有一个导向杆123，但不以此为限。导向杆123还可以固定于伸缩器支架121上，通孔形成在锁定盘124上。或者，在伸缩器支架121和锁定盘124分别设置有供导向杆123穿过的通孔，导向杆123可滑动地设置于伸缩器支架121和锁定盘124中。锁定盘124可以一体形成，但不以此为限。

进一步地，齿圈21可以固定于转子的转子支架端板2上，该齿圈21可以与转子支架端板2一体形成，也可以是齿圈21和转子支架端板2分别形成后经过焊接工艺使两者连接。

本刹车锁定装置将刹车和锁定功能集成于一体，且结构简单，制造和运维成本低廉。

另外，本公开还提供了一种电机，该电机设置有根据本公开实施例的刹车锁定装置，刹车锁定装置可以固定于电机的端部，例如但不限于，放置于电机的锥形支撑上，可节省电机的内部空间，由电机空出位置放置刹车锁定装置。

根据本公开的实施例，还提供了一种包含上述刹车锁定装置的风力发电机组。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

本公开所描述的特征、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方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

Claims (11)

1.一种用于电机的刹车锁定装置，其特征在于，所述刹车锁定装置包括：

支架(14)，用于固定在所述电机的定子(4)上，

齿轮轴(11)，包括旋转轴(111)和固定连接在所述旋转轴(111)上的齿轮部(113)，所述旋转轴(111)的两端可旋转地设置于所述支架(14)上；

抱紧组件，用于抱紧所述旋转轴(111)，

抱紧组件驱动单元，用于选择性地驱动所述抱紧组件对所述旋转轴(111)施加抱紧力；

齿圈(21)，用于固定在所述电机的转子(3)上，以与所述齿轮部(113)啮合；

锁定模块，所述锁定模块包括花键轴(112)、锁定盘(124)以及锁定盘驱动单元，所述花键轴(112)固定设置在所述旋转轴(111)上，所述锁定盘(124)具有与所述花键轴(112)匹配的花键套(1241)，所述锁定盘驱动单元驱动所述锁定盘(124)沿所述旋转轴(111)的轴向移动，以使所述花键套(1241)选择性地与所述花键轴(112)啮合。

2.如权利要求1所述的用于电机的刹车锁定装置，其特征在于，所述抱紧组件包括一对刹车抱紧触手(131)，相对设置在所述旋转轴(111)的外周，所述抱紧组件驱动单元驱动一对所述刹车抱紧触手(131)靠近或远离所述旋转轴(111)的外周。

3.如权利要求2所述的用于电机的刹车锁定装置，其特征在于，所述抱紧组件驱动单元包括一对刹车连接杆(132)和第一伸缩器(135)，所述刹车连接杆(132)的中部可转动地设置于所述支架(14)上，一对所述刹车连接杆(132)的第一端分别与一对所述刹车抱紧触手(131)铰接，一对所述刹车连接杆(132)的第二端分别铰接在所述第一伸缩器(135)的两端，以通过所述第一伸缩器(135)的伸缩驱动一对所述刹车连接杆(132)的第一端靠近或远离，进而带动所述刹车抱紧触手(131)靠近或者远离所述旋转轴(111)。

4.如权利要求1所述的用于电机的刹车锁定装置，其特征在于，所述花键轴(112)靠近所述齿轮部(113)设置，所述锁定盘(124)由所述支架(14)支撑，所述花键轴(112)和所述支架(14)之间布置有光轴段，且所述光轴段的直径不大于所述花键轴(112)的直径，所述锁定盘(124)能够在所述光轴段和所述花键轴(112)之间轴向移动；或者

所述花键轴(112)靠近所述支架(14)设置，所述锁定盘(124)由所述支架(14)支撑，所述花键轴(112)和所述齿轮部(113)之间布置有光轴段，且所述光轴段的直径不大于所述花键轴(112)的直径，所述锁定盘(124)能够在所述光轴段和所述花键轴(112)之间轴向移动。

5.如权利要求4所述的用于电机的刹车锁定装置，其特征在于，所述光轴段的轴向尺寸不小于所述锁定盘(124)沿所述旋转轴(111)的轴向尺寸。

6.如权利要求1所述的用于电机的刹车锁定装置，其特征在于，所述花键轴(112)与所述旋转轴(111)同轴设置，且所述花键轴(112)和所述抱紧组件分别位于所述齿轮部(113)的轴向两侧。

7.如权利要求1所述的用于电机的刹车锁定装置，其特征在于，所述锁定盘驱动单元包括第二伸缩器(122)，所述第二伸缩器(122)的两端分别连接在所述锁定盘(124)和所述支架(14)上。

8.如权利要求1所述的用于电机的刹车锁定装置，其特征在于，所述锁定模块还包括导向件，所述导向件包括设置于所述支架(14)和所述锁定盘(124)两者中的一者上的导向杆(123)，所述支架(14)和所述锁定盘(124)两者中的另一者上设置有与所述导向杆(123)匹配的通孔。

9.一种电机，其特征在于，所述电机包括：

定子(4)，

转子(3)，所述转子(3)与所述定子(4)同轴设置且所述转子(3)能够相对于所述定子(4)旋转，

如权利要求1-8中任一项所述的用于电机的刹车锁定装置。

10.如权利要求9所述的电机，其特征在于，所述转子(3)套设于所述定子(4)的外周，所述齿圈(21)设置在所述转子(3)的转子支架端板(2)上。

11.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求9或10所述的电机。

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