CN116111770A - 一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置 - Google Patents

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陈晓杰
杨杰
俞文斌
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刘闯闯
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Abstract

本发明公开了一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，包括机座，所述机座内下部安装有定子铁心线圈，上部设有导电环组件，该导电环组件由十六个导电环和多个端子构成独立的四套绕组；其中，所要导电环通过固定、支撑组件对其进行固定和支撑，端子与转接铜排连接，转接铜排固定设在接线盒内并与电缆线连接，电缆线引出接线盒后固定在机座外部的固定板上。本发明相较于现有主流两套绕组电流负荷降低一半，并通过多个导电环进行均流，降低电流密度，避免火灾的发生，且导电环首次采用三层布局方式，降低了发电机的空间高度，同时通过一系列的支撑、固定、紧固结构等手段的运用，保证了发电机能够长期安全可靠运行，综合降低了发电成本。

Description

一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置
技术领域
本发明属于风力发电机技术领域，具体涉及一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置。
背景技术
众所周知，风力发电机是将风能转化为电能，是一种清洁可再生能源，而风电能效的提升主要依靠风机大型化，这是因为大型风机虽然造价较高，但发电量高，能够显著摊薄风机发电成本。因此选择单机容量更大的机组，可以极大地提高风能资源利用效率，增加年发电量和发电收益，故近年来随着我国风力发电技术快速发展，风力发电机单机功率从1.5MW→20MW持续不断增大。
但是风机功率增大后，在电压等级保持不变的情况下，电机电流不断增大，如果继续采用原有导电环及电缆结构，将存在电缆烧损的风险，引起机组火灾，带来巨大的损失。因此，为了应对大功率电机电流增大而引起电缆发热的问题，需要设计多套绕组，更多的导电环及电缆线，从而降低其电流负荷，避免火灾的发生。目前采用两套绕组八个导电环结构的发电机为主流产品，但是当单机功率大于15MW，两套绕组仍不能解决上述问题，而四套绕组十六个导电环的结构以及更多套绕组和导电环的结构由于无成熟结构可使用，易造成导电环引出端子定位不准，固定困难，电缆线数量增加后，电缆线重量加大，从而引起搭接不牢固，搭接处烧损的风险。
有鉴于此，本发明人提供一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，以解决目前大功率发电机功率增加导致电流不断增大，电流负荷增加，造成电缆发热，引起机组火灾的问题，同时解决了采用多套绕组后，导电环引出端子定位不准，固定困难，电缆线数量增加后，电缆线重量加大，引起搭接不牢固，搭接处易发生烧损等问题，该装置可用于单机功率在15～30MW的大功率风力发电机中。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，包括柱形壳体机座，所述机座内安装有定子铁心线圈，所述机座内、位于定子铁心线圈的上部设有导电环组件，所述导电环组件包括相互独立的四套绕组，所述四套绕组主要由十六个导电环和与设在导电环上的多个导电环端子构成，用于将定子铁心线圈产生的电流均分在四套绕组中，通过导电环将电流汇总后经导电环端子输出；
其中，所述导电环组件通过轴向的多套固定组件和径向的若干套支撑组件对其进行固定和支撑，每个所述导电环端子的自由端与转接铜排的一端连接，所述转接铜排的另一端通过固定件固设于机座外部的接线盒内，所述转接铜排通过螺栓组件与动力电缆线在接线盒内连接，所述动力电缆线引出接线盒后通过设在机座外部的电缆固定板将其固定。
进一步地，所述导电环组件中的四套绕组对应的十六个导电环沿机座轴向采用三层布局方式，具体从下到上依次为：
第一层为四个零环，其由内向外分别为标记为N1、N2、N3、N4；
第二层为第一套绕组和第四套绕组的相环，由内向外分别为第一套绕组U相、第一套绕组V相、第一套绕组W相以及第四套绕组U相、第四套绕组V相、第四套绕组W相；
第三层为第二套绕组和第三套绕组的相环，由内向外分别为第二套绕组U相、第二套绕组V相、第二套绕组W相以及第三套绕组U相、第三套绕组V相、第三套绕组W相。
进一步地，所述导电环端子全部从第二层与第三层之间的间隙处集中引出。
进一步地，每套所述固定组件包括固定块、固定螺杆以及与固定螺杆相匹配的固定螺母垫片，所述固定螺母垫片用于调节固定块在固定螺杆上的位置，所述固定螺杆固定在定子铁心上；
其中，所述固定块为两个，分别设置于第三层的底部和第二层与第一层之间，并通过固定螺母垫片锁定，用于调整层与层的轴向高度以及同层导电环之间的隔离间隙。
进一步地，所述固定块采用绝缘材质制作。
进一步地，所述第三套绕组U相与第三套绕组V相之间的间隙等于第四套绕组U相与第四套绕组V相之间的间隙，且大于其它同层导电环之间的间隙。
进一步地，每套所述支撑组件包括支撑板、支撑螺杆和支撑螺母垫片，所述支撑板紧贴设于三层导电环的外侧，所述支撑螺杆的一端与支撑板连接，另一端与机座的内壁连接，并通过与支撑螺杆螺接的支撑螺母垫片对三层导电环进行径向紧固调节。
进一步地，所述动力电缆线在引出接线盒时，采用金属防水格兰进行紧固。
进一步地，所述电缆固定板上间距开设有多个供动力电缆线穿过的通孔，且所述电缆固定板通过双头螺杆与机座固定连接。
进一步地，所述装置用于单机功率在15～30MW的风力发电机中。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果如下：
1、本发明提供的一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，该装置采用四套绕组结构，相比目前主流的两套绕组电流负荷降低一半，解决了因电流负荷增加，造成电缆发热而引起机组火灾的问题，本装置四套绕组均匀交替分布在整圆一周，并且四套绕组相互独立，可实现单独运行，满足1/4功率、1/2功率、3/4功率和全功率运行，另外四套绕组对应的导电环首次采用三层布局方式，有效降低发电机空间高度，加之所有导电环端子从第二层与第三层之间引出，有效降低线圈引线，综合降低了发电机的成本，提升了发电机运行的可靠性。
2、本发明提供的一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，该装置通过在导电环的轴向和径向增加固定支撑组件，承载导电环的重量，保证导电环结构的可靠性，避免因导电环过重引起小并头受力过大而导致搭接处烧损的故障。
3、本发明提供的一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，该装置在导电环与电缆线连接之间设置转接铜排，将电流可靠输出，转接铜排在接线盒中采用安全紧固装置进行固定，降低硬连接带来的电流传输不可靠的风险；同时电缆线与转接铜排连接后，从接线盒引出，接线盒采用格兰对电缆线进行固定，且在机座上设置有电缆线固定装置，将电缆线进行夹紧并按照设置的路径进行布线，提高电缆连接的可靠性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明导电环及引出线紧固装置整体结构示意图；
图2是本发明导电环及引出线紧固装置俯视图；
图3是本发明导电环三层布局图；
图4是图2中的A-A剖视图；
图5是图2中的B-B剖视图；
图6是图5中虚线框C部放大图；
图7是图1中移出顶部盖子后局部放大。
其中：1为定子铁心线圈；2为导电环组件；3为固定组件；4为支撑组件；5为转接铜排；6为接线盒；7为固定件；8为动力电缆线；9为电缆固定板；10为机座；
2.1为第一套绕组；2.1.1为第一套绕组U相；2.1.2为第一套绕组V相；2.1.3为第一套绕组W相；
2.2为第二套绕组；2.2.1为第二套绕组U相；2.2.2为第二套绕组V相；2.2.3为第二套绕组W相；
2.3为第三套绕组；2.3.1为第三套绕组U相；2.3.2为第三套绕组V相；2.3.3为第三套绕组W相；
2.4为第四套绕组；2.4.1为第四套绕组U相；2.4.2为第四套绕组V相；2.4.3为第四套绕组W相；
2.5为导电环端子
3.1为固定块；3.2为固定螺杆；3.3为固定螺母垫片；
4.1为支撑板；3.2为支撑螺杆；3.3为支撑螺母垫片；
5.1为螺栓组件；
6.1为金属防水格兰
9.1为双头螺杆。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图1～7所示，本发明提供一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，包括柱形壳体机座10，机座10内安装有定子铁心线圈1，定子铁心线圈装配1由定子铁心和线圈组成，其在永磁体旋转产生的切割磁场中感应出电流，实现电能的转换；机座10内、位于定子铁心线圈1的上部设有导电环组件2，导电环组件2包括相互独立的四套绕组，分别为第一套绕组2.1、第二套绕组2.2、第三套绕组2.3、和第四套绕组2.4，该四套绕组主要由十六个导电环和与设在导电环上的多个导电环端子2.5构成，本装置将定子铁心线圈1产生的电流均分在四套绕组中，并通过导电环将电流汇总后经导电环端子2.5输出，相较于市面上主流的两套绕组电流负荷降低一半，且通过十六个导电环进行均流，降低电流密度，因此解决了因电流负荷过大而造成火灾问题。
由于本装置采用十六个导电环，因此导电环总重量相较于目前主流的八个大幅增加，故本发明在导电环的轴向采用的多套固定组件3以及在径向采用的若干套支撑组件4对其进行固定和支撑，提高电流传输的可靠性。另外本装置中每个导电环端子2.5的自由端均与转接铜排5的一端连接，转接铜排5的另一端通过固定件7固设于机座10外部的接线盒6内，转接铜排5通过螺栓组件5.1与动力电缆线8在接线盒6内连接，动力电缆线8引出接线盒6后通过设在机座10外部的电缆固定板9将其固定。优选的，由于动力电缆线8重量较大，因此动力电缆线8在引出接线盒6时，采用金属防水格兰6.1进行夹紧固定，保护电缆线不被划伤；同时电缆固定板9上间距开设有多个供动力电缆线8穿过的通孔，电缆固定板9通过双头螺杆9.1与机座10外壁固定连接，即通过电缆固定板9对动力电缆线8进行二次固定，可以对电缆线进行合理排布，避免杂乱无章的电缆重叠后产生涡流甚至引火灾。
具体的，如图3～6所示，本发明导电环组件2中的四套绕组对应的十六个导电环沿机座1轴向采用三层布局方式，具体从下到上依次为：第一层为四个零环，其由内向外分别为标记为N1、N2、N3、N4；第二层为第一套绕组2.1和第四套绕组2.4的相环，由内向外分别为第一套绕组U相2.1.1、第一套绕组V相2.1.2、第一套绕组W相2.1.3以及第四套绕组U相2.4.1、第四套绕组V相2.4.2、第四套绕组W相2.4.3；第三层为第二套绕组2.2和第三套绕组2.3的相环，由内向外分别为第二套绕组U相2.2.1、第二套绕组V相2.2.2、第二套绕组W相2.2.3以及第三套绕组U相2.3.1、第三套绕组V相2.3.2、第三套绕组W相2.3.3。本发明四套绕组对应的导电环，首次采用3层布局方式，有效降低发电机空间高度，降低了生产制造成本，且四套绕组均匀交替分布在整圆一周，并且四套绕组相互独立，可实现单独运行，满足1/4功率、1/2功率、3/4功率和全功率运行，另外值得注意的是本发明第二层与第三层导电环结构完全相同，结构简单，并且所有导电环端子2.5全部从第二层与第三层之间的间隙处集中引出，有效降低线圈引线，进一步降低生产制造成本。
如图3、5、6所示，本发明每套固定组件3包括固定块3.1、固定螺杆3.2以及与固定螺杆3.2相匹配的固定螺母垫片3.3，固定螺母垫片3.3用于调节固定块3.1(固定块3.1上开设有能够沿固定螺杆3.2自由移动的通孔)在固定螺杆3.2上的位置，固定螺杆3.2固定在定子铁心上，起到安全紧固作用；实际生产时固定块3.1选用绝缘材质制作，例如橡胶，因而可直接与导电环接触，其数量为两个，分别设置于第三层的底部和第二层与第一层之间，并通过固定螺母垫片3.3锁定，用于调整层与层的轴向高度以及实现同层导电环之间的隔离(隔离导电环时可通过在固定块3.1上设置多个间距的凹槽或者凸起)，避免工艺不足导致尺寸超差，安装困难的问题。
其中，由于本发明导电环端子2.5全部从第二层与第三层之间的间隙处集中引出，加之要满足定子铁心线圈1装配的吊装工装通过，因此要流出足够的间隙，因此本发明在条状的固定块3.1顶部设置有一定阻隔相应导电环之间的凸起，以确保间距。具体为第三套绕组U相2.3.1与第三套绕组V相2.3.2之间的间隙等于第四套绕组U相2.4.1与第四套绕组V相2.4.2之间的间隙，且大于其它同层导电环之间的间隙，即导电环之间间距设置为不均匀间距，实现定子铁心线圈1装配的吊装及套装的空间要求。
本发明十六个导电环重量主要由线圈引出线及轴向的固定组件3承载，为了进一步分担导电环重量及保证导电环传输电流的可靠性，本装置在三层导电环外侧与机座10内壁之间设置有如图4、7所示的径向支撑组件4，该支撑组件4包括支撑板4.1、支撑螺杆4.2和支撑螺母垫片4.3，支撑板4.1紧贴设于三层导电环的外侧表面，多个支撑螺杆4.2的一端与支撑板4.1连接，另一端与机座10的内壁连接，并通过与支撑螺杆4.2螺接的支撑螺母垫片4.3对三层导电环进行径向紧固调节。
综上所述，本发明装置通过以上设置，第一解决了目前大功率发电机功率增加导致电流不断增大，电流负荷增加，造成电缆发热，引起机组火灾的问题；第二解决了采用多套绕组后，导电环引出端子定位不准，固定困难，电缆线数量增加后，电缆线重量加大，引起搭接不牢固，搭接处烧损的风险等问题。本发明装置通过独立的四套绕组降低了电流负荷，并通过十六个导电环进行均流，降低电流密度，避免火灾的发生，且导电环首次采用三层布局方式，降低了发电机的空间高度，同时通过设置导电环的固定和支撑结构、转接铜排的固定结构以及电缆线的紧固结构，联合起来构成保证了发电机能够长期安全可靠运行，使其能够用于15～30MW功率等级的大功率风力发电机中，以便进一步降低发电成本。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，其特征在于，包括柱形壳体机座(10)，所述机座(10)内安装有定子铁心线圈(1)，所述机座(10)内、位于定子铁心线圈(1)的上部设有导电环组件(2)，所述导电环组件(2)包括相互独立的四套绕组，所述四套绕组主要由十六个导电环和与设在导电环上的多个导电环端子(2.5)构成，用于将定子铁心线圈(1)产生的电流均分在四套绕组中，通过导电环将电流汇总后经导电环端子(2.5)输出；
其中，所述导电环组件(2)通过轴向的多套固定组件(3)和径向的若干套支撑组件(4)对其进行固定和支撑，每个所述导电环端子(2.5)的自由端与转接铜排(5)的一端连接，所述转接铜排(5)的另一端通过固定件(7)固设于机座(10)外部的接线盒(6)内，所述转接铜排(5)通过螺栓组件(5.1)与动力电缆线(8)在接线盒(6)内连接，所述动力电缆线(8)引出接线盒(6)后通过设在机座(10)外部的电缆固定板(9)将其固定。
2.根据权利要求1所述的一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，其特征在于，所述导电环组件(2)中的四套绕组对应的十六个导电环沿机座(1)轴向采用三层布局方式，具体从下到上依次为：
第一层为四个零环，其由内向外分别为标记为N1、N2、N3、N4；
第二层为第一套绕组(2.1)和第四套绕组(2.4)的相环，由内向外分别为第一套绕组U相(2.1.1)、第一套绕组V相(2.1.2)、第一套绕组W相(2.1.3)以及第四套绕组U相(2.4.1)、第四套绕组V相(2.4.2)、第四套绕组W相(2.4.3)；
第三层为第二套绕组(2.2)和第三套绕组(2.3)的相环，由内向外分别为第二套绕组U相(2.2.1)、第二套绕组V相(2.2.2)、第二套绕组W相(2.2.3)以及第三套绕组U相(2.3.1)、第三套绕组V相(2.3.2)、第三套绕组W相(2.3.3)。
3.根据权利要求2所述的一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，其特征在于，所述导电环端子(2.5)全部从第二层与第三层之间的间隙处集中引出。
4.根据权利要求2所述的一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，其特征在于，每套所述固定组件(3)包括固定块(3.1)、固定螺杆(3.2)以及与固定螺杆(3.2)相匹配的固定螺母垫片(3.3)，所述固定螺母垫片(3.3)用于调节固定块(3.1)在固定螺杆(3.2)上的位置，所述固定螺杆(3.2)固定在定子铁心上；
其中，所述固定块(3.1)为两个，分别设置于第三层的底部和第二层与第一层之间，并通过固定螺母垫片(3.3)锁定，用于调整层与层的轴向高度以及同层导电环之间的隔离间隙。
5.根据权利要求4所述的一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，其特征在于，所述固定块(3.1)采用绝缘材质制作。
6.根据权利要求4所述的一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，其特征在于，所述第三套绕组U相(2.3.1)与第三套绕组V相(2.3.2)之间的间隙等于第四套绕组U相(2.4.1)与第四套绕组V相(2.4.2)之间的间隙，且大于其它同层导电环之间的间隙。
7.根据权利要求2所述的一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，其特征在于，每套所述支撑组件(4)包括支撑板(4.1)、支撑螺杆(4.2)和支撑螺母垫片(4.3)，所述支撑板(4.1)紧贴设于三层导电环的外侧，所述支撑螺杆(4.2)的一端与支撑板(4.1)连接，另一端与机座(10)的内壁连接，并通过与支撑螺杆(4.2)螺接的支撑螺母垫片(4.3)对三层导电环进行径向紧固调节。
8.根据权利要求1所述的一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，其特征在于，所述动力电缆线(8)在引出接线盒(6)时，采用金属防水格兰(6.1)进行紧固。
9.根据权利要求1所述的一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，其特征在于，所述电缆固定板(9)上间距开设有多个供动力电缆线(8)穿过的通孔，且所述电缆固定板(9)通过双头螺杆(9.1)与机座(10)固定连接。
10.根据权利要求1～9任意一项所述一种大功率风力发电机用导电环及引出线紧固装置，其特征在于，所述装置用于单机功率在15～30MW的风力发电机中。
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