CN202250619U - 一种直驱风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直驱风力发电机组，包括主轴(1)、机架(2)和风轮系统(3)；所述机架(2)具有机架舱(21)，所述机架舱(21)的内舱壁上设置有定子部件(4)；所述主轴(1)的一端伸入到所述机架舱(21)中并与所述机架(2)可旋转连接，其另一端与所述风轮系统(3)连接：所述主轴(1)上设置有与所述第一发电组件(4)相配合的转子部件(5)。本实用新型所提供的直驱风力发电机组由于采用发电装置分置于机架与主轴上的发电方式，使得其整体结构紧凑，并且发电机组的重心与机组塔架轴线偏距较小，减小了机组头部承重压力。

Description

一种直驱风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别涉及一种直驱风力发电机组。

背景技术

风电是一种清洁的可再生能源，具有广泛的发展前景。

风力发电机组是一种能够将风能转化为电能的装置。风力发电机组按照功率传递的机械连接方式不同，可分为有齿轮箱式风力发电机组和无齿轮箱的直驱式风力发电机组。直驱式风力发电机组，是一种由风轮直接驱动发电机的风力发电装置，亦称无齿轮风力发电机组。直驱风力发电机组免去了齿轮箱这一传统部件，能有效地减少由于齿轮箱内齿轮的磨损、断裂等问题而造成的机组故障，并可有效提高系统运行的可靠性和寿命，减少维护成本。传统的直驱风力发电机组主要由风轮系统、发电机、机舱和塔架组成。风轮系统受风的作用而转动，并带动发电机转动。发电机将风轮系统所具有的动能转化为电能输出并储存。

在传统的直驱风力发电机组中，发电机有两种安装方式。一种为后置式机组，即发电机与风轮系统安置在塔筒的两侧。风轮系统转动，带动主轴转动。主轴通过联轴器与发电机转子轴相连，并由主轴带动发电机转子轴转动。发电机将这种转动动能转换为电能。另一种为前置式机组，即风轮系统与发电机处于塔架一侧。由风轮系统直接带动发电机转子轴转动，发电机将这种转动动能转换为电能。

综上所述，在传统的直驱风力发电机组中，两种发电机的安装方式均存在缺陷。后置式机组由于发电机与风轮系统分置于塔筒两侧，导致机舱体积增大，并且后置式机组是通过联轴器实现主轴与发电机转子轴的连接，此连接方式使得机组结构较为复杂。前置式发电机组由于发电机与风轮系统置于塔架一侧并质量集中于机组头部，不仅使机组头部载荷变大，还导致机组重心与塔架重心相偏离，这种偏离增加了直驱风力发电机组在工作过程中的不安全性。

有鉴于此，亟待针对现有直驱风力发电机组进行优化设计，以克服上述结构所存在的缺陷。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题为提供一种结构紧凑并且机组质量分布较为合理的直驱风力发电机组。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的直驱风力发电机组，包括主轴、机架和风轮系统；所述机架具有机架舱，所述机架舱的内舱壁上设置有定子部件；所述主轴的一端伸入到所述机架舱中并与所述机架可旋转连接，其另一端与所述风轮系统连接：所述主轴上设置有位于所述机架舱内部并与所述定子部件相配合的转子部件。

优选地，所述主轴上设置有转子支架，所述转子部件通过所述转子支架与所述主轴连接。

优选地，所述转子支架上设置有安装槽，所述转子部件设置于所述安装槽中。

优选地，所述机架于所述机架舱的内部设有机架凸出部，所述主轴通过轴承与所述机架凸出部可旋转连接。

优选地，所述轴承为双列圆锥滚子轴承，所述双列圆锥滚子轴承具有轴承外圈和两个轴承内圈；两个所述轴承内圈与所述主轴过盈配合，所述轴承外圈与所述机架通过螺栓连接。

优选地，所述主轴伸入到所述机架舱一端的端面设置有轴承挡板，所述轴承挡板与所述轴承相抵接。

优选地，在所述机架舱的开口位置，所述机架连接有定子密封板，所述主轴连接有转子密封板；所述定子密封板的内端部与所述转子密封板的外端部发生重叠。

优选地，在重叠位置所述定子密封板的内端部与转子密封板的外端部之间进一步设有密封部件。

优选地，所述直驱风力发电机组还包括偏航系统，所述偏航系统包括偏航电机和偏航轴承；所述偏航电机设置于所述机架上，所述偏航轴承设置于所述直驱风力发电机组的塔架上并且与所述偏航电机配合连接。

优选地，所述偏航轴承包括偏航轴承外圈和偏航轴承内圈，所述偏航轴承外圈与所述机架连接，所述偏航轴承内圈与塔架连接。

在本实用新型提供的直驱风力发电机组中，所述主轴伸入到所述机架舱中，并所述机架舱的内舱壁上设置有定子部件；所述主轴上设置有位于所述机架舱内部并与所述定子部件相配合的转子部件。上述结构设计不仅使得本实用新型整体结构紧凑，并且发电机组的重心与机组塔架轴线偏距较小，减小了机组头部承重压力。

附图说明

图1为本实用新型所提供的直驱式风力发电机组的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的直驱式风力发电机组的局部结构的结构示意图；

图3为本实用新型一种实施例中主轴支架处的局部结构的结构示意图；

其中，图1至图3中部件名称与附图标记之间的对应关系为：

主轴1；转子支架11；安装槽111；轴承挡板12；转子密封板13；

机架2；机架舱21；机架突出部211；定子密封板22；

风轮系统3；

定子部件4；转子部件5；

轴承6；轴承外圈61；轴承内圈62；

偏航系统7；偏航电机71；偏航轴承72。

具体实施方式

本实用新型的核心为提供一种直驱风力发电机组，该直驱风力发电机组通过其结构设计能够使本实用新型的整体结构紧凑，并且发电机组的重心与机组塔架轴线偏距较小，减小了机组头部承重压力。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本实用新型所提供的直驱式风力发电机组的结构示意图；图2为本实用新型所提供的直驱式风力发电机组的局部结构的结构示意图。

现有技术中，一般的风力发电机组包括主轴1、机架2和风轮系统3。风轮系统3安装于主轴1的一端，能够将风能转变为风轮系统的动能，通过风轮旋转带动主轴1转动。机架2主要用于支撑主轴1，使其能够稳定转动，实现能量转换。

本实用新型所提供的一种直驱风力发电机组在现有技术的基础做出了如下的结构优化。

其中，机架2具有机架舱21，用于容置主轴1的伸入端及发电组件。机架舱21开设有一个用于主轴1伸入的机架舱口，机架舱21于机架舱口向其内部延伸的部分呈圆筒状设计，与机架舱口相对的机架舱21部分封闭。于机架舱21呈圆筒状部分的内舱壁上设置有定子部件4。

主轴1一端通过机架舱口伸入到机架舱21中，并与机架2可旋转连接。于主轴1位于机架舱21内部的主轴1外侧壁上设置有转子部件5，并且转子部件5与定子部件4之间保持一定距离，使其在做相对旋转运动的过程中不发生摩擦。主轴1的另外一端则与风轮系统3相连接，风轮系统3能够将风能转变为风轮的动能，风轮带动主轴1转动。

作为本领域的一种公知，当线圈与磁性部件之间具有相对的运动，线圈中才有可能产生电动势。所以，本实用新型中定子部件4可以为线圈或者磁性部件，转子部件5则为相应的磁性部件或者线圈。当主轴1带动转子部件5旋转时，定子部件4与转子部件5就发生一个相对运动，因此能够将主轴1具有的动能转化为电能。

为了保证提供稳定的电动势，定子部件4与转子部件5之间的相对距离应当尽量保持一致。在本实用新型中，定子部件4设置于机架舱21具有的圆筒状设计部分就保证了与转子部件5之间相对距离的不变，也因此能够保证本实用新型提供的电动势较为稳定。

请参考图3，图3为本实用新型一种实施例中主轴支架处的局部结构的结构示意图。

具体地，本实用新型于主轴1上设置有转子支架11，转子部件5通过转子支架11与主轴1相连接。该结构设计能够通过调整转子支架11结构长度，较为简便地调整定子部件4与转子部件5之间的相对间距。

如图3所示，转子支架11上设置有安装槽111，转子部件5设置于安装槽111中。安装槽111便于实现转子部件5与转子支架11的连接。

主轴1伸入到机架舱21中并与机架2通过轴承6实现可旋转连接，在工作过程中为了保证机架2与轴承6之间运行稳定，机架2与轴承6之间的配合应当较为紧密；同时还需要保证主轴1与机架2舱21内壁之间具有一定的装配空间，因此机架2于机架舱21的内部设有机架突出部211，机架突出部211用于支撑轴承6并保证轴承6托起主轴1。主轴1上套设有轴承6，轴承6稳定地卡接于机架突出部211上，当轴承6转动时能够保证轴承6与机架2之间不发生震动，因此提高了本实用新型的稳定性。

本实用新型所提供的直驱型风力发电机组，通过主轴1带动安装于主轴1上的转子部件5实现能量转换因此主轴1与机架2之间需要实现可旋转连接。上述，主轴1上设置有轴承6，轴承6不仅保证实现主轴1的旋转，同时要对主轴1具有支撑作用。主轴1自身重量较大，同时，与主轴1相连接的还有风轮系统3和转子部件5，因此主轴1对轴承6施加的载荷较大，为了保证轴承6能够承受较大的载荷，本实用新型选用圆锥滚子轴承，其具体结构设计如下。

本实用新型采用双列圆锥滚子轴承，双列圆锥滚子轴承6具有一个轴承外圈61和两个轴承内圈62，两个轴承内圈62与主轴1过盈配合。滚子轴承具有能够承受较大轴向及径向载荷的特性，并且本实用新型具体地采用双列滚子轴承6，所以能够保证轴承6承受主轴1施加的较大载荷。为了保证双列圆锥滚子轴承6与机架2之间的稳定连接，轴承6外圈61与机架2通过螺栓进行连接。

虽然轴承6与主轴1采用过盈配合，但是，为了保证主轴1与轴承6之间在长时间运行之后不发生分离，具体地，于主轴1伸入到机架2舱21一端的端面上设置有轴承挡板12，轴承挡板12与轴承6相抵接。轴承挡板12与主轴1之间采用螺栓连接，当然其他能够实现主轴1与轴承挡板12刚性连接的连接方式均在本实用新型的保护范围之内。当主轴1因长时间运行而具有向风轮系统3侧移动的趋势时，通过轴承6对轴承挡板12的止步作用使得主轴1不会发生移动。

主轴1安装于机架舱21中，机架2的开口位置与主轴1之间存在较大的开口缝隙，为了实现机架舱21内部与外部环境保持相对的密封，本实用新型于机架舱2的开口部位设置定子密封板22，于主轴1上设置有转子密封板13，并且定子密封板22的内端部与转子密封板13的外端部发生重叠。上述结构设计实现机架舱21的开口处与主轴1之间的无缝衔接，从而实现机架舱21内部与外部环境保持相对的密封。需要说明的是，上述定子密封板22的内端部与转子密封板13的外端部均是以主轴1的轴线作为参照，以定子密封板22和转子密封板13靠近该轴线的端部定义为内端部，以远离该轴线的端部定义为外端部。

为了进一步保证密封效果，于定子密封板22的内端部与转子密封板13的外端部之间设有密封部件。因为风力发电机组是通过风轮系统3将风能转变为风轮系统的动能，并通过发电机将这种动能转化为电能，所以只有当风轮系统3正对风向时，才能最大程度地对风能进行转化。然而，风向为不确定的，所以风轮系统3时常需要改变水平角度以应对各种风向。为解决直驱风力发电机组的偏向问题，于机组上安装偏航系统7，偏航系统7包括偏航电机71和偏航轴承72，偏航电机71设置于机架2上，并保持偏航电机71相对于机架2的固定；偏航轴承72设置于用于支撑本实用新型的塔架上，并与偏航电机71相配合。当需要改变机组的水平角度时，能够通过驱动偏航电机71使机组于偏航轴承72上转动。

具体地，机架2与偏航轴承72以及偏航轴承72与塔架之间的连接关系为：偏航轴承72的偏航轴承外圈61与机架2相连接，机架2能够通过偏航轴承外圈做相对于偏航轴承内圈的转动；偏航轴承内圈与塔架相连接，偏航电机71与偏航轴承内圈配合能够使偏航电机71带动机架2做相对于塔架的转动。

综上所述，在本实用新型中，由于主轴1和设于主轴1上的转子部件5均位于机架舱21的内部，同时定子部件4设于机架舱21的内壁上，因而相当于发电机整体内置于机架舱21中，使得该发电机组的整体结构紧凑；同时，由于发电机的重心处于塔架的内部，因而风轮系统3的中心到塔架的中心的距离变短，从而减小了机组头部承重压力。

以上对本实用新型所提供的一种直驱风力发电机组进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种直驱风力发电机组，包括主轴(1)、机架(2)和风轮系统(3)；其特征在于，

所述机架(2)具有机架舱(21)，所述机架舱(21)的内舱壁上设置有定子部件(4)；所述主轴(1)的一端伸入到所述机架舱(21)中并与所述机架(2)可旋转连接，其另一端与所述风轮系统(3)连接：所述主轴(1)上设置有位于所述机架舱(21)内部并与所述定子部件(4)相配合的转子部件(5)。

2.根据权利要求1所述直驱风力发电机组，其特征在于，所述主轴(1)上设置有转子支架(11)，所述转子部件(5)通过所述转子支架(11)与所述主轴(1)连接。

3.根据权利要求2所述直驱风力发电机组，其特征在于，所述转子支架(11)上设置有安装槽(111)，所述转子部件(5)设置于所述安装槽(111)中。

4.根据权利要求1至3任一项所述直驱风力发电机组，其特征在于，所述机架(2)于所述机架舱(21)的内部设有机架凸出部(211)，所述主轴(1)通过轴承(6)与所述机架凸出部(211)可旋转连接。

5.根据权利要求4所述直驱风力发电机组，其特征在于，所述轴承(6)为双列圆锥滚子轴承，所述双列圆锥滚子轴承具有轴承外圈(61)和两个轴承内圈(62)；两个所述轴承内圈(62)与所述主轴(1)过盈配合，所述轴承外圈(61)与所述机架(2)通过螺栓连接。

6.根据权利要求4所述直驱风力发电机组，其特征在于，所述主轴(1)伸入到所述机架舱(21)一端的端面设置有轴承挡板(12)，所述轴承挡板(12)与所述轴承(6)相抵接。

7.根据权利要求1至3任一项所述直驱风力发电机组，其特征在于，在所述机架舱(21)的开口位置，所述机架(2)连接有定子密封板(22)，所述主轴(1)连接有转子密封板(13)；所述定子密封板(22)的内端部与所述转子密封板(13)的外端部发生重叠。

8.根据权利要求7所述直驱风力发电机组，其特征在于，在重叠位置所述定子密封板(22)的内端部与转子密封板(13)的外端部之间进一步设有密封部件。

9.根据权利要求1至3任一项所述直驱风力发电机组，其特征在于，所述直驱风力发电机组还包括偏航系统(7)，所述偏航系统(7)包括偏航电机(71)和偏航轴承(72)；所述偏航电机(71)设置于所述机架(2)上，所述偏航轴承(72)设置于所述直驱风力发电机组的塔架上并且与所述偏航电机(71)配合连接。

10.根据权利要求9所述直驱风力发电机组，其特征在于，所述偏航轴承(72)包括偏航轴承外圈和偏航轴承内圈，所述偏航轴承外圈与所述机架(2)连接，所述偏航轴承内圈与塔架连接。

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