CN117005990A - 发电组件和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种发电组件和风力发电机组，所述发电组件包括齿轮箱、发电机以及旁路抑电模块，所述齿轮箱包括箱体、设置于所述箱体端部的箱体端盖以及输出轴，所述箱体端盖设置有轴孔，所述输出轴可转动地支撑在所述轴孔内；所述发电机包括转子，所述转子通过转子支架固定于所述输出轴；所述旁路抑电模块用于抑制所述输出轴的杂散电流，所述旁路抑电模块包括摩擦盘和导电结构，所述摩擦盘固定于所述箱体端盖，所述导电结构设置在所述转子支架上，所述导电结构与所述摩擦盘能够电连接，能够分散流经输出轴的杂散电流，避免轴承、密封元件等部件上的杂散电流过大，从而避免轴承、密封元件损伤，提高了发电组件的使用寿命。

Description

发电组件和风力发电机组

技术领域

本公开属于风力发电技术领域，尤其涉及一种发电组件和具有该发电组件的风力发电机组。

背景技术

随着风电技术的发展，大功率风力发电机组成为未来发展趋势。因半直驱机组兼具直驱机组和双馈机组的优势，在风力发电机组向大型化发展的过程中，半直驱机组不断受到青睐。

半直驱机组多为紧凑型机组，齿轮箱和发电机通常采用集成设计方案，传动链较短、机舱重量较轻且结构紧凑。

风力发电机组在运行时，由于存在容性耦合和传导耦合，存在数量众多的由变流器经电缆、定子绕组、发电机定转子支架、齿轮箱并最终返回到变流器的各种以变频器开关频率倍频特征的杂散电流路径。另外由于发电机本身存在转子偏心、气隙不均匀等原因，也存在数量众多的由发电机经定子绕组、定子铁芯、定子支架、发电机定转子支架、齿轮箱并最终返回到发电机的各种以发电机基频倍频特征的杂散电流路径。杂散电流过大将直接影响轴承、齿轮等敏感元件的使用寿命。

发明内容

本公开的主要目的在于提供一种发电组件，以对齿轮箱内轴承、齿轮等敏感元件齿轮进行保护，提高使用寿命。

针对上述目的，本公开提供如下技术方案：

本公开的一个方面，提供一种发电组件，所述发电组件包括齿轮箱、发电机以及旁路抑电模块，所述齿轮箱包括箱体、设置于所述箱体端部的箱体端盖以及输出轴，所述箱体端盖设置有轴孔，所述输出轴可转动地支撑在所述轴孔内；所述发电机包括转子，所述转子通过转子支架固定于所述输出轴；所述旁路抑电模块用于抑制所述输出轴的杂散电流，所述旁路抑电模块包括摩擦盘和导电结构，所述摩擦盘固定于所述箱体端盖，所述导电结构设置在所述转子支架上，所述导电结构与所述摩擦盘能够电连接。

本公开一示例性实施例，所述发电组件还包括轴承端盖，所述轴承端盖固定于所述箱体端盖的朝向所述发电机的一侧，所述摩擦盘固定于所述轴承端盖上。

可选地，所述转子支架设置有支架通孔，所述导电结构一端固定于所述转子支架背离所述齿轮箱的一侧，所述导电结构另一端穿过所述支架通孔与所述摩擦盘电接触。

具体地，所述导电结构包括导电刷，所述导电刷的刷头固定于所述转子支架背离所述齿轮箱的一侧，刷毛穿过所述支架通孔与所述摩擦盘接触。

进一步地，所述刷毛由导电材料制成。

进一步可选地，所述刷毛大体平行于所述输出轴设置。

本公开另一示例性实施例，所述发电组件还包括接地线缆，所述接地线缆的第一端固定于所述箱体或者所述发电机的定子基座上，第二端与大地导通。

可选地，所述发电组件还包括电流传感器，所述电流传感器用于监测所述接地线缆的电流。

具体地，所述发电组件还包括监测仪和测量探头，所述测量探头与所述输出轴电连接，以使所述监测仪监测所述输出轴的电流或者轴端电压。

本公开另一示例性实施例，所述测量探头通过支架固定于所述发电机的定子基座上，所述测量探头与所述转子支架电接触。

可选地，所述监测仪固定于所述发电机的定子基座上，所述监测仪与所述测量探头电连接。

进一步地，所述监测仪为电压监测仪和/或电流监测仪。

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如上所述的发电组件，所述风力发电机组为半直驱风力发电机组。

本公开提供的发电组件和风力发电机组至少具有如下有益效果：本公开的发电组件包括旁路抑电模块，通过将导电结构设置在转子支架上，将摩擦盘设置在箱体端盖上，从而形成杂散电流回路，能够分散流经输出轴的杂散电流，避免轴承、密封元件等部件上的杂散电流过大，从而避免轴承、密封元件损伤，提高了发电组件的使用寿命。

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发电组件的结构图。

图2为图1中的发电组件的局部纵剖图。

图3为图2中的纵剖结构的局部放大图。

图4为图2中的I所指示圆圈部分的局部放大图。

附图标记说明：

10、齿轮箱； 11、箱体；

12、箱体端盖； 13、输出轴；

14、轴承端盖； 15、轴承；

20、发电机； 21、转子；

22、定子； 23、转子支架；

24、定子基座； 30、旁路抑电模块；

31、摩擦盘； 32、导电结构；

33、电流传感器； 34、接地线缆；

41、支架； 42、测量探头；

43、绝缘垫； 44、监测仪。

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，不应被理解为本公开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。

本公开提供一种风力发电机组，该风力发电机组可以包括塔架、固定于塔架的机舱、机舱设置有发电机20和叶轮，其中发电机20的转子21与叶轮固定，以通过叶轮的旋转带动发电机发电。作为示例，发电机可以设置于机舱内，但不以此为限，发电机也可以设置于机舱外。

本实施例中，风力发电机组还可以包括齿轮箱10、齿轮箱10的输出轴13可以与发电机的转子21固定，齿轮箱10可以将叶轮的转速进行改变，并输出给发电机20，即通过设置齿轮箱10可以对叶轮的转速进行加速处理，并传递给发电机20，以使发电机20能够发电。

本公开提供的风力发电机组中可以包括发电组件，可选地，发电组件可包括齿轮箱10、发电机20以及旁路抑电模块30，齿轮箱10包括箱体11、设置于箱体11端部的箱体端盖12以及输出轴13，箱体端盖12设置有轴孔，输出轴13可转动地支撑在轴孔内。

可选地，齿轮箱10可以是行星齿轮箱，但不以此为限，本实施例中，行星齿轮箱包括一系列行星齿轮，这些行星齿轮可以围绕中心太阳轮布置，且这些行星齿轮共同地被布置在环绕的环形齿轮内。环形齿轮、行星齿轮以及太阳轮之间的齿轮的比确定了齿轮箱的齿轮比，在此不再赘述。

发电机20包括转子21，转子21通过转子支架23固定于输出轴13。具体地，转子21固定于转子支架23上，转子支架23固定在输出轴13上，且电连接，从而使得转子21与输出轴13固定连接，以使输出轴13的转动带动转子21转动。进一步地，齿轮箱10设置在叶轮和发电机20之间，从而可以将叶轮的转动传递给发电机20，从而实现发电机20发电。

继续参照图1和图2，旁路抑电模块30能够分散流经输出轴的杂散电流，也可以有效抑制输出轴上的轴电压，进而抑制输出轴13的杂散电流过大，从而抑制发电组件的杂散电流，以提高发电组件的使用寿命。具体地，旁路抑电模块30包括摩擦盘31和导电结构32，摩擦盘31固定于箱体端盖12，导电结构32设置在转子支架23上，导电结构32与摩擦盘31能够电连接。

本公开通过设置旁路抑电模块30，可以将转子支架23等部件形成的杂散电流通过旁路抑电模块30分流，以经箱体端盖12分流到发电机的定子基座上或者齿轮箱10的箱体11上，以对输出轴13中的电流量进行分流，也可以有效抑制输出轴上的轴电压，从而抑制发电组件的杂散电流，以提高发电组件的使用寿命。避免输出轴13上的电流过大，从而对输出轴13进行保护，也就提高了发电组件的使用寿命。

具体地，可以参照图1至图4，导电结构32设置于转子支架23上，以能够随着该转子支架23一同相对于摩擦盘31转动，导电结构32和摩擦盘31为导电材料制成。同时转子支架23和箱体端盖12为金属导电件，如此便可以形成杂散电流的分流路径。

为了提高摩擦盘31的使用寿命，以降低发电组件的运维成本，摩擦盘31的表面设置有耐摩擦镀层，但不以此为限。摩擦盘31与导电结构32的贴合面经表面处理(如电镀、热喷涂、渗氮等工艺处理)具有耐磨、防腐以及导电性优异的涂层。也可以在摩擦盘31处安装环形的不锈钢材料制成的板，代替如上所述涂层，用于与导电结构32摩擦导电。

具体地，发电机20内产生的部分杂散电流可以经转子21或转子支架23导流到导电结构32上，导电结构32能够与摩擦盘31滑动接触且导电连接，电流可以经导电结构32流到摩擦盘31。摩擦盘31直接或者间接固定在箱体端盖12上，且能够与箱体端盖12电连接，以能够使摩擦盘31的电流流到箱体端盖12上。本公开中，转子支架23-导电结构32-摩擦盘31-箱体端盖12形成分流路径，从而可以减少流经输出轴13上的电流量，对输出轴13、轴承15进行保护，提高输出轴13以及轴承15的使用寿命。

所谓的“杂散电流”可导致相邻部件之间的电弧，并且这继而可导致诸如点蚀和焊接的损坏。轴承特别容易受到这种腐蚀，因此需要控制这种“杂散电流”以使其维持在可接受水平内。

风力发电机组在运行时，由于存在容性耦合和传导耦合，存在数量众多的由变流器经电缆、定子绕组、定子基座、转子支架、齿轮箱并最终返回到变流器的各种以变频器开关频率倍频特征的杂散电流路径。另外由于发电机本身可能存在转子偏心、气隙不均匀、磁路不平衡等误差，也存在数量众多的由发电机经定子绕组、定子铁芯、定子基座、转子支架、齿轮箱并最终返回到发电机的各种以发电机基频倍频特征的杂散电流路径。

上述杂散电流的激励源通常位于电机定子或同时存在于电机定子和电机转子处，且电压降通常大体沿发电机轴向。不同时间尺度和强度的杂散电流如果不加以抑制和控制，非常容易导致齿轮箱内如轴承、齿轮、密封元件等的损伤(如电蚀、WEC等)。

为了进一步降低杂散电流的影响，发电组件还可以包括接地线缆34，所述接地线缆34将发电机20的定子基座24和/或齿轮箱10的箱体11与大地电连接，以将发电组件的电流引流到地面上，从而对发电组件进行保护。可选地，为了提高发电组件的抗振性能，在发电机20与主机架之间或者齿轮箱10与主机架之间可能设置有弹性绝缘件，为了能够将上述杂散电流引流接地，设置了上述接地线缆34，从而进一步提高了发电组件的使用可靠性。

可选地，接地线缆34可以位于齿轮箱侧或发电机侧，接地线缆一端连接齿轮箱的箱体的接地点或箱体端盖12的接地点或电机的定子22的接地点，另外一端连接地，如机舱框架等。接地线缆可以是多根导线连接，每根接地线缆一端连接齿轮箱的箱体的接地点或箱体端盖12的接地点或电机的定子22的接地点，另外一端连接地，如机舱框架等。这种接地线缆的布置避免了发电机和齿轮箱同时接地在两个接地线缆与发电组件及地构成的环路中会产生非常大的电流进而导致外接地结构如机舱框架等遭受电腐蚀的问题。

进一步地，通过设置接地线缆将发电组件中的“杂散电流”引流接地，如此避免轴承等导电部件出现电弧现象，从而提高了轴承等部件的使用寿命。

可选地，发电组件还包括电流传感器33，电流传感器33可对在接地线缆34的电流进行测量。进一步地，电流传感器33可与监测仪44电连接。在接地线缆34处布置电流传感器33(典型如电流互感器、罗氏线圈等)，测量的信号传递给监测仪44，监测仪44可对电流信息进行识别，并进行逻辑判断，如信号中的低频分量是否超过某一阈值、特定高频分量是否超过某一阈值等等。或者监测仪44也可可将采集到的实时电流信号转化为标准的输出信号，如数字量通讯信号、模拟量信号等，并将信息输出给机组主控系统，由机组主控系统进行逻辑判断。

继续参照图1至图4，发电组件还包括轴承端盖14，轴承端盖14固定于箱体端盖12的朝向发电机20的一侧，摩擦盘31固定于轴承端盖14上，其中，轴承端盖14为导电材料制成，以使摩擦盘31与箱体端盖12电连接。本公开通过设置轴承端盖14可以对轴承进行轴向定位，从而提高了发电组件的使用可靠性。进一步地，轴承端盖14选由导电材料制成，以使分流路径畅通而不被阻隔，从而进一步提高了发电组件的使用可靠性。

可选地，为了便于导电结构32的拆装，便于发电组件的运维，转子支架23设置有支架通孔，导电结构32一端固定于转子支架23背离齿轮箱10的一侧，导电结构32另一端穿过支架通孔与摩擦盘31电接触。

导电结构32可大致形成为T型，为了便于描述，将举例说明，导电结构32可由圆板和圆柱状构件构成，圆柱状构件可以固定于圆板的侧壁，且圆板和圆柱状构件可大致同轴设置，圆板的直接可大于圆柱状构件的直径。圆板可形成为导电结构32的基座，圆柱状构件可为导电束，导电束的远离基座的一端可为自由端。本实施例中，基座可固定于转子支架23背离齿轮箱10的一侧，导电束可以从该基座朝向齿轮箱10延伸，并该导电束的自由端能够与摩擦盘31滑动接触，从而实现电连接。

作为示例，通过将基座固定在转子支架23的轴向外侧，在不拆卸齿轮箱10和发电机20的情况下，可以进行导电结构32的拆卸，从而简化了导电结构32的检修工艺，降低了发电组件的运维成本。

基座可以沿其周向设置有多个紧固件安装孔，可通过设置紧固件将该导电结构32连接在转子支架23上，但不以此为限。

进一步可选地，导电束可以由多束导电纤维平行设置构成，例如但不限于，导电纤维可以为碳纤维、石墨纤维或者金属纤维，但不以此为限。本公开将以导电纤维为碳纤维为例进行说明。

可选地，导电结构32可以为导电刷，导电刷的刷头可形成为导电结构32基座，刷毛可形成上述的导电束，其中，导电刷的刷头固定于转子支架23背离齿轮箱10的一侧，刷毛穿过支架通孔与摩擦盘31接触。

为了进一步提高发电组件的可靠性，发电组件可包括多个导电结构32，多个导电结构32可沿转子支架23的周向间隔设置，且每个导电结构32均与摩擦盘31电连接。

进一步地，作为示例，刷毛由导电材料制成，例如但不限于，刷毛可由导电纤维制成，或者由石墨制成，但不以此为限。可选地，刷毛平行于输出轴13设置，刷毛彼此平行设置，以形成多个并联导电回路，从而提高了发电组件的使用可靠性。

可选地，转子21可呈圆筒状，转子支架23可以为圆盘状结构，该转子支架23的径向外缘可以固定在转子21的内壁上，例如但不限于，该转子支架23可以布置于转子21的轴向中部，以使转子21和转子支架23可以一同旋转。进一步地，输出轴13可以与转子支架23同轴设置，以使气隙17沿发电机20的周向均匀布置。

可选地，转子支架23上设置有多个支架通孔，且多个支架通孔沿转子支架23的周向间隔布置，导电结构32可设置于该支架通孔内。导电结构32的数量可以根据实际需要选择，例如但不限于，该导电结构32的数量不大于支架通孔的数量。

为了进一步提高发电组件的使用可靠性，发电组件还包括监测仪44和测量探头42，监测仪44用于监测输出轴13的轴端电压，测量探头42通过支架41固定于发电机20的定子基座24上，测量探头42与转子支架23电接触。作为示例，测量探头42可以为导电刷，导电刷与支架41的连接方式可以参照导电结构32与转子支架23间的连接方式，即测量探头42的电刷头朝向背离齿轮箱10的一侧设置，以方便拆装，但不以此为限。

可选地，测量探头42与支架41间绝缘设置，以防止杂散电流经该支架41分流，从而提高了监测仪44的精度。作为示例，测量探头42和支架41之间设置有绝缘垫43。可选地，绝缘垫43可为尼龙材料制成，或者为橡胶材料制成。

通过设置监测仪44和测量探头42可以实时监测转子支架23上的电流值或者电压值，在电流值或者电压值超出预定范围后，可以发出警报，以进一步提高了发电组件的使用可靠性。

上述警报可以发送给操作人员，以提醒操作人员上述旁路抑电模块工作异常，手动人员可以停机检修。可选地，上述警报还可以发送给控制器，控制器可以控制风力发电机组停机，以避免发电组件过度损伤。

作为示例，监测仪44可以设置于发电机20的定子基座24的轴向外端，即设置在定子基座24的背向齿轮箱10的一端，且监测仪44与测量探头42电连接，以能够将转子支架23上的电流或者电压传输到监测仪44，以用于监测，从而提高发电组件的使用可靠性。

作为示例，导电结构32到输出轴13的中轴线的距离大于测量探头42到输出轴13的中轴线的距离，在导电结构32故障的情况下，监测仪44仍能正常工作，从而进一步提高了发电组件的使用可靠性。

可选地，监测仪44可以为电流监测仪和/或电压监测仪，作为示例，电流监测仪可以为电流传感器，电压监测仪可以为电压传感器，但不以此为限。

一种风力发电机组，风力发电机组包括如上所述的发电组件，风力发电机组为半直驱风力发电机组，但不以此为限。

本公开提供的发电组件，通过设置旁路抑电模块30来分散输出轴13上的杂散电流，并抑制输出轴上的轴电压，避免输出轴13上的杂散电流过大，从而避免输出轴13、轴承以及密封元件受损，提高了发电组件的使用寿命。进一步地，通过设置接地线缆，可以将发电机的定子基座24或者齿轮箱的箱体上的杂散电流引导接地，从而可以保护发电组件。可选地，为了提高该发电组件的使用可靠性，发电组件还可以包括监测仪44，该监测仪44可以对转子支架23上的电压值或/和接地线缆处的电流值进行检测，防止杂散电流过大，并可对抑制装置的工作状态进行判断，从而进一步提高了发电组件的使用可靠性。

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”、“固定”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，可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通讯连接；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或两个元件的相互作用关系。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 (15)

1.一种发电组件，其特征在于，所述发电组件包括：

齿轮箱(10)，所述齿轮箱(10)包括箱体(11)、设置于所述箱体(11)端部的箱体端盖(12)以及输出轴(13)，所述箱体端盖(12)设置有轴孔，所述输出轴(13)可转动地支撑在所述轴孔内；

发电机(20)，包括转子(21)，所述转子(21)通过转子支架(23)固定于所述输出轴(13)；

旁路抑电模块(30)，用于抑制所述输出轴(13)的杂散电流，所述旁路抑电模块(30)包括摩擦盘(31)和导电结构(32)，所述摩擦盘(31)固定于所述箱体端盖(12)，所述导电结构(32)设置在所述转子支架(23)上，所述导电结构(32)与所述摩擦盘(31)能够电连接。

2.如权利要求1所述的发电组件，其特征在于，所述发电组件还包括轴承端盖(14)，所述轴承端盖(14)固定于所述箱体端盖(12)的朝向所述发电机(20)的一侧，所述摩擦盘(31)固定于所述轴承端盖(14)上。

3.如权利要求1或2所述的发电组件，其特征在于，所述转子支架(23)设置有支架通孔，所述导电结构(32)一端固定于所述转子支架(23)背离所述齿轮箱(10)的一侧，所述导电结构(32)另一端穿过所述支架通孔与所述摩擦盘(31)电接触。

4.如权利要求3所述的发电组件，其特征在于，所述导电结构(32)包括基座和导电束，所述基座固定于所述转子支架(23)上，所述导电束的一端固定于所述基座，所述导电束的另一端为自由端，所述自由端穿过所述支架通孔与所述摩擦盘(31)电接触。

5.如权利要求3所述的发电组件，其特征在于，所述导电结构(32)包括导电刷，所述导电刷的刷头固定于所述转子支架(23)背离所述齿轮箱(10)的一侧，刷毛穿过所述支架通孔与所述摩擦盘(31)接触。

6.如权利要求5所述的发电组件，其特征在于，所述刷毛由导电材料制成。

7.如权利要求6所述的发电组件，其特征在于，所述导电材料为导电纤维、石墨纤维或者碳纤维。

8.如权利要求5所述的发电组件，其特征在于，所述刷毛大体平行于所述输出轴(13)设置。

9.如权利要求1所述的发电组件，其特征在于，所述发电组件还包括接地线缆(34)，所述接地线缆(34)的第一端固定于所述箱体(11)或者所述发电机(20)的定子基座(24)上，第二端接地。

10.如权利要求9所述的发电组件，其特征在于，所述发电组件还包括电流传感器(33)，所述电流传感器(33)用于测量所述接地线缆(34)的电流。

11.如权利要求1所述的发电组件，其特征在于，所述发电组件还包括监测仪(44)和测量探头(42)，所述测量探头(42)与所述输出轴(13)电连接，以使所述监测仪(44)监测所述输出轴(13)的电流或者轴端电压。

12.如权利要求11所述的发电组件，其特征在于，所述测量探头(42)通过支架(41)固定于所述发电机(20)的定子基座(24)上，所述测量探头(42)与所述转子支架(23)电接触。

13.如权利要求12所述的发电组件，其特征在于，所述监测仪(44)固定于所述发电机(20)的定子基座(24)上，所述监测仪(44)与所述测量探头(42)电连接。

14.如权利要求11所述的发电组件，其特征在于，所述监测仪(44)为电压监测仪和/或电流监测仪。

15.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1-14中任一项所述的发电组件，所述风力发电机组为半直驱风力发电机组。