CN201854159U - 1.5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机 - Google Patents

1.5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机 Download PDF

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本实用新型提供一种1.5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特征在于:所述发电机主要包括机壳以及设置在机壳内的定子、中转子和静主轴;定子设置在靠近机壳的内壁的位置;静主轴设置在机壳内的中心部位,中转子通过套在静主轴上的双轴承设置在静主轴上,并能以静主轴为轴旋转。该实用新型可直接与直驱式风力发电机组的风轮和机舱回转底架连接,替代了双馈式风力发电机组低速主轴传动和支撑装置、增速箱和高速轴连接装置。本实用新型使大型风力发电机组的结构向简单方向发展,并且电能质量更加好、发电效率更加高、故障率和运行维护成本更加低,经济效益和社会效益十分可观。

Description

1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机
[0001] 技术领域:本实用新型涉及一种兆瓦级低速永磁同步风力发电机,尤其是涉及一 种1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,属于风力发电设备领域。
[0002] 背景技术:现有的兆瓦级低速永磁同步风力发电机都是从国外引进的技术,发动 机形式是外转子低速永磁同步风力发电机和内转子单轴承低速永磁同步风力发电机结构, 关键技术、关键部件国产化率很低,国外处于此项技术的垄断地位,我国自主研发、自主知 识产权的低速永磁同步风力发电机还处于空白。
[0003] 另外,目前所应用的兆瓦级双馈异步风力发电机的结构中均需要励磁系统、风力 发电机组的主轴和增速箱三种设备,这样一来,其结构复杂,电能质量不好,操作和安装也 不方便。且现有从国外引进的兆瓦级低速永磁同步风力发电机技术有内转子单轴承结构, 轴承需要从国外引进,强度不太好、外转子结构的通风散热也不好,这样一来现有的设备所 存在的问题,技术依赖性强,国情适应性不好,生产工艺复杂、采购、安装、维修麻烦,如何解 决这些问目前还未见报道。
实用新型内容:
[0004] 实用新型目的:本实用新型提供一种1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发 电机,其目的是解决了以往的设备所存在的机械强度安全性低、、与机组配套性差、生产工 艺复杂、安装、维修麻烦的问题。
[0005] 技术方案:本实用新型是通过以下技术方案来实现的:
[0006] 一种1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特征在于:所述发电机主 要包括机壳以及设置在机壳内的定子、中转子和静主轴;定子设置在靠近机壳的内壁的位 置;静主轴设置在机壳内的中心部位,中转子通过套在静主轴上的双轴承设置在静主轴上, 并能以静主轴为轴旋转。
[0007] 所述发电机内还包括有设置在机壳(2)前端的前端盖和设置在机壳后端的后端 盖;所述定子通过后端盖与静主轴(6)的法兰边止口连接。
[0008] 所述中转子的后端还连接有能与中转子同步旋转的刹车盘停机装置。
[0009] 所述后端盖上还设置有能穿过刹车盘停机装置以实现制动的叶轮锁销停机装置。
[0010] 所述叶轮锁销停机装置连接有电磁刹车制动电路,通过电磁刹车制动电路实现叶 轮锁销停机装置穿过和离开刹车盘停机装置。
[0011] 所述中转子采用78极、定子采用324槽的分数槽设计。
[0012] 所述78极的中转子上,每个磁极安装采用不锈钢板全密封压套安装和保护。
[0013] 所述机壳外圆表面为散热筋板,所述散热筋板采用前低后高的斜筋结构;所述机 壳的最大直径为4600mm。
[0014] 所述双轴承为设置在中转子前端的双列调心滚子轴承和后端单列圆柱滚子轴承, 所述中转子通过双列调心滚子轴承和后端单列圆柱滚子轴承安装在静主轴上实现旋转运 动。
[0015] 静主轴采用大空心圆锥轴,双轴承采用大空心圆锥形结构。[0016] 优点及效果:本实用新型提供一种1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电 机,其特征在于:所述发电机主要包括机壳以及设置在机壳内的定子、中转子和静主轴;定 子设置在靠近机壳的内壁的位置;静主轴设置在机壳内的中心部位,中转子通过套在静主 轴上的双轴承设置在静主轴上,并能以静主轴为轴旋转形成磁力线切割。
[0017] 本实用新型与现有的兆瓦级低速永磁同步风力发电机在电磁参数、中转子结构、 磁极安装方法、双列调心圆柱和单列圆柱双轴承支撑、刹车闸装置等方面,都采用了全新 的、符合专业原理和国情的先进技术,实践已经证明了本发电机技术是先进领先的。
[0018] 本实用新型克服了现有技术的内转子结构强度不好和外转子通风散热不好的缺 点,提供了一种创新的、专为直驱风力发电机组而配套的、圆锥大空心轴中转子双轴承结构 技术设计,更适合直驱低速风力发电机组工作、环境、动态特性,机械强度安全、电气性能稳 定、安装维修便捷、便于推广使用的一种兆瓦级低速永磁同步风力发电机。
[0019] 本实用新型的特点如下:
[0020] 1、静主轴支撑采用圆锥大空心轴,中转子采用圆锥大空心轴,轴承采用双轴承技 术,前轴承承载轴向和径向力,后轴承承载径向力;
[0021] 2、电磁电路设计经过优化,采取中转子78极、定子324槽的分数槽分布设计;
[0022] 3、磁极安装工艺采用不锈钢板全密封压套安装;
[0023] 4、刹车制动装置采用电磁制动和叶轮锁销停机装置以及刹车盘停机装置,刹车盘 停机装置与中转子后端直接连接,整个装置构成了刹车停机安全装置;
[0024] 5、发电机散热采用机壳外圆表面前低后高的斜筋板结构,利用高空的自然风冷却 散热,风越大,发电越多,冷却效果越好。
[0025] 本实用新型的静主轴不转动,定子线圈不转动,中转子通过两个装在静主轴上的 轴承实现旋转运动,永磁转子的永久磁场在风力产生的旋转动力作用下,切割磁力线实现 了电能的转换,发电量的大小与风速的大小成正比变化。
[0026] 本装置完全可以省略励磁系统、风力发电机组的主轴和增速箱三种设备,中转子 轴直接与风轮连接,风轮带动中转子轴同步旋转,无机械效率损耗;中转子上的永磁铁提供 永久磁场,无电励磁损耗。因无机械损耗和电励磁损耗,微风区间发电效率高,2.5米/秒 即可发电,同等风况条件下,比双馈异步发电机年发电量提高7%以上;因为发电机结构紧 凑、简单,使整个运行系统更简化,减少了故障率和维护维修工作量。
附图说明:
[0027] 图1为本实用新型的整体结构剖视图;
[0028] 图2为本实用新型的中转子结构示意图;
[0029] 图3为本实用新型中转子磁极条采用不锈钢板密封安装示意图;
[0030] 图4为本实用新型的机壳外圆表面散热筋板采用斜筋结构示意图。
[0031] 具体实施方式:下面结合附图对本实用新型做进一步的说明:
[0032] 如图1所示,本实用新型提供一种1.5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电 机,所述发电机主要包括机壳2以及设置在机壳2内的定子3、中转子4和静主轴6 ;定子3 设置在靠近机壳2的内壁的位置;静主轴6设置在机壳2内的中心部位,中转子4通过套在 静主轴6上的双轴承设置在静主轴6上,并能以静主轴6为轴旋转形成磁力线切割。使用时静主轴6法兰用高强螺栓与机舱回转底架连接,静主轴6作为钢性部件直接把风轮的作 用力传递到塔筒的底部,实现了载荷传递路径最简化。
[0033] 所述发电机内还包括有设置在机壳2前端的前端盖1和设置在机壳2后端的后端 盖9 ;所述定子3通过后端盖9与静主轴6的法兰边止口连接。这样一来减小了定子3和 后端盖9的交变载荷及其他载荷的作用力,使定子3只承担本身自重和转矩载荷,从而了提 高发电机机械强度和转子间隙磁拉力均布的可靠性。后端盖9与静主轴6的法兰边止口可 以通过高强螺栓连接。
[0034] 所述中转子4的后端还连接有能与中转子4同步旋转的刹车盘停机装置7。
[0035] 所述后端盖9上还设置有能穿过刹车盘停机装置7以实现制动的叶轮锁销停机装置8。
[0036] 所述的中转子4是双轴承支撑实现旋转运动,即中转子4作为钢性转动部件前面 直联风力发电机组风轮,传递转矩和承载交变载荷;后面直联刹车盘停机装置7实现安全 制动;从而提高了风轮传递转矩的高效率和发电机停机及检修的安全性。
[0037] 通过电磁刹车制动电路实现轴肖停机装置8穿过和离开刹车盘停机装置7,当叶 轮锁销停机装置8穿过刹车盘停机装置7时实现停机,形成检修工作的第二道安全保障。电 磁刹车制动控制,其实现了停机及检修工作的第三道安全保障。
[0038] 所述中转子4采用78极、定子3采用324槽的分数槽设计,实现了低起动转矩,微 风发电的重大经济效益。
[0039] 所述78极的中转子4上,每个磁极安装采用不锈钢板全密封压套安装和保护,保 护了磁极运行中的机械安全,屏蔽消除了高次谐波影响,延长了磁极的寿命。
[0040] 所述机壳2外圆表面为散热筋板,所述散热筋板采用前低后高的斜筋结构。这样 的结构使得自然风冷却效果好,机械强度提高。
[0041] 所述双轴承为设置在中转子4前端的双列调心滚子轴承和后端单列圆柱滚子轴 承5,所述中转子4通过双列调心滚子轴承和后端单列圆柱滚子轴承5安装在静主轴6上实 现旋转运动。
[0042] 静主轴6采用圆锥大空心轴,双轴承安装在圆锥大空心轴两端结构。另外,本实用 新型还可以装设有冷却系统。
[0043] 本实用新型在使用的时候静主轴6法兰用高强螺栓与机舱回转底架连接,中转子 4作为钢性转动部件前面直联风力发电机组风轮,传递转矩和承载交变载荷;后面直联刹 车盘停机装置7实现安全制动;永磁中转子4在风轮带动下与风轮同步旋转,永磁中转子 4的永久磁场在风力产生的旋转动力作用下,切割磁力线实现了电能的转换,发电量的大小 与风速的大小成正比变化。
[0044] 本实用新型的特点如下:
[0045] 1、本实用新型采用中转子旋转结构,专为风力发电机组而设计;
[0046] 2、中转子采用双轴承支撑,前端与风轮连接,承载荷能力大,旋转精度好;
[0047] 3、静主轴采用圆锥大空心轴作静轴,后端与机舱偏航底架连接,载荷传递性能好, 承载载荷能力大,工艺性能、维护保养方便安全;
[0048] 4、刹车盘停机装置与中转子后端连接,方便、安全、可靠;
[0049] 5、中转子磁极数与定子槽数分布采用分数槽电磁设计方案,起动力矩小,低风速发电效率高。
[0050] 6、中转子的永磁体采用高效钕铁硼永磁材料,永久性高磁场带来永恒的动能,发 电效率比传统电机高出4% ;
[0051] 7、发电机冷却以高空自然风冷为主和强制风冷为辅;
[0052] 8、耐低温特性好,主要结构件采用低合金锰钢和Q345中碳钢;
[0053] 9、发电机机壳外圆表面散热筋板采用斜筋结构,机械强度提高,自然风冷却效果 好。
[0054] 10、叶轮锁销停机装置安装在后端盖上,通过叶轮锁销停机装置穿过转动刹车盘 实现停机,保证检修工作的安全。
[0055] 11、电磁停机制动,通过简单的电路、电阻控制实现了停机及检修工作的第三道安全。
[0056] 12、整机设计符合中国的国情和应用环境,是专为风力发电机组制造单位而生产 的中转子低速永磁风力发电机,发电机结构设计合理,安装方便,运行可靠。
[0057] 该实用新型可直接与直驱式风力发电机组的风轮和机舱回转底架连接,替代了双 馈式风力发电机组低速主轴传动和支撑装置、增速箱和高速轴连接装置。本实用新型使大 型风力发电机组的结构向简单方向发展,并且电能质量更加好、发电效率更加高、故障率和 运行维护成本更加低,经济效益和设会效益十分可观。

Claims (10)

1. 一种1.5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特征在于:所述发电机主 要包括机壳(2)以及设置在机壳(2)内的定子(3)、中转子(4)和静主轴(6);定子(3)设 置在靠近机壳(2)的内壁的位置;静主轴(6)设置在机壳(2)内的中心部位,中转子(4)通 过套在静主轴(6)上的双轴承设置在静主轴(6)上,并能以静主轴(6)为轴旋转。
2.根据权利要求1所述的1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特征在 于:所述发电机内还包括有设置在机壳(2)前端的前端盖(1)和设置在机壳(2)后端的后 端盖(9);所述定子(3)通过后端盖(9)与静主轴(6)的法兰边止口连接。
3.根据权利要求1或2所述的1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特 征在于:所述中转子(4)的后端还连接有能与中转子(4)同步旋转的刹车盘停机装置(7)。
4.根据权利要求3所述的1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特征在 于:所述后端盖(9)上还设置有能穿过刹车盘停机装置(7)以实现制动的叶轮锁销停机装 置⑶。
5.根据权利要求4所述的1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特征在 于:所述叶轮锁销停机装置(8)连接有电磁刹车制动电路,通过电磁刹车制动电路实现叶 轮锁销停机装置(8)穿过和离开刹车盘停机装置(7)。
6.根据权利要求1所述的1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特征在 于:所述中转子(4)采用78极、定子(3)采用324槽的分数槽设计。
7.根据权利要求6所述的1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特征在 于:所述78极的中转子(4)上,每个磁极安装采用不锈钢板全密封压套安装和保护。
8.根据权利要求1所述的1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特征在 于:所述机壳(2)外圆表面为散热筋板,所述散热筋板采用前低后高的斜筋结构;所述机壳 (2)的最大直径为4600mm。
9.根据权利要求1所述的1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特征 在于:所述双轴承为设置在中转子(4)前端的双列调心滚子轴承和后端单列圆柱滚子轴承(5),所述中转子(4)通过双列调心滚子轴承和后端单列圆柱滚子轴承(5)安装在静主轴(6)上实现旋转运动。
10.根据权利要求1所述的1. 5和2兆瓦级中转子低速永磁同步风力发电机,其特征在 于:静主轴(6)采用大空心圆锥轴,双轴承采用大空心圆锥形结构。
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CN109617274A (zh) * 2018-12-13 2019-04-12 中车株洲电机有限公司 一种永磁同步电机转子

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