CN202602521U - 一种直驱式风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型是有关于一种直驱式风力发电机组，包括机架、主轴、轮毂以及发电机，所述的发电机的转子励磁线圈采用超导励磁线圈。本实用新型采用直驱式结构、高温超导发电机与主轴双轴承布局形式，可以大幅度降低电机的重量、体积与机舱重量，减小了机组塔架与基础的载荷，减小主轴轴承弯矩，提高系统运行的经济性与可靠性。

Description

一种直驱式风力发电机组

技术领域

本实用新型属于风力发电技术应用领域，涉及一种风力发电机组，特别是涉及一种应用高温超导发电机的直驱式风力发电机组。

背景技术

众所周知，目前陆上风电技术已经非常成熟，但陆地风能利用受到了地理条件、可开发容量等方面的限制。而相比之下，海上风电具有资源丰富、风速高、紊流小、发电利用小时高、不占用土地和适宜大规模开发的特点，是全球风电发展的最新前沿。因此，近几年，欧美国家开始把风电开发的重点转向海上风电。截止2011年，欧洲有15个海上风电场，发电能力超过100兆瓦。我国于2010年6月建成上海东海大桥10万千瓦海上示范风电场，这是欧洲之外唯一建成投产的海上风电场。随着海上风电在全球范围内得到进一步的关注，越来越多的供应商投身于海上大型风电机组的研发竞争之中。

目前，单机容量大型化、可靠性高和维护量小是海上风电机组技术发展方向。海上风电机组结构复杂，安装、调试、维护和检修技术难度大，建设成本高，为降低海上风电开发成本，海上风电机组单机容量持续增大。目前，5-7MW功率等级的大型海上风电机组已经成功研发样机，国内外正在开展10MW功率等级的超大型海上风电机组设计与研发。

对于10MW级超大型风机传动链中的任何一个零部件都存在不同的困难，减小传动链环节对降低风电机组研发难度与运维成本都具有很大意义。直驱式相对于带齿箱的增速式技术存在一定的优势，可以有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障，提高系统的运行可靠性和寿命，减少维护成本等。而传统的永磁直驱风电机组或电励磁同步风电机组，体积与重量太大。据美国超导预计，如果采用传统技术制造的10兆瓦级的直驱式永磁发电机，其重量将达到300吨左右，其过大的电机体积与重量，必将极大的增加了机组设计难度与风电场建设难度。因此，提高风电机组的功率密度是海上风电机组大型化技术的必然选择。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种直驱式风力发电机组，使其提高风电机组发电机功率密度，减小发电机体积与重量，提高机组运行可靠性与经济性，从而克服现有的风力发电机组的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型一种直驱式风力发电机组，包括机架、主轴、轮毂以及发电机，所述的发电机的转子励磁线圈采用超导励磁线圈。

作为本实用新型的一种改进，所述的发电机的转子上安装有冷却装置。

所述的冷却装置通过冷却液管道以及安装在主轴上的冷却器交换模块，与固定在机架上的冷却源连接。

所述的发电机的定子通过定子支架与机架固定连接，发电机的转子通过转子支架与轮毂固定连接并同速旋转，转子支架通过轴承可转动的支撑在主轴上。

所述的转子支架与主轴之间安装有前后两个轴承。

所述的轮毂内安装有变桨传动系统和变桨控制柜，所述变桨控制柜的输入电源线和输入输出信号线通过安装在主轴上的滑环，与外部电源线、信号线以及主控柜连接。

所述的发电机的定子上安装有三相交流绕组，该三相交流绕组通过引线与全功率变流器连接。

采用这样的设计后，本实用新型具有以下有益效果：

1、采用直驱式结构与高温超导发电机，超导电机采用超导励磁绕组，与常规励磁绕组相比，可以获得更高的磁场密度，减小绕组的安匝数甚至可以省略铁心，从而大幅度降低电机的重量、体积与机舱重量，减小了机组塔架与基础的载荷，提高系统运行的经济性与可靠性；

2、机组主轴采用双轴承布局形式，可以让载荷作用点位于两个主轴轴承之间，力臂较短，使得主轴轴承上的弯矩较小。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型一种直驱式风力发电机组的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1所示，本实用新型一种直驱式风力发电机组，包括机架20、主轴3、轮毂5以及发电机21，其中，发电机21采用高温超导发电机，即其转子2采用超导励磁线圈16进行电机励磁。

本实用新型的发电机21的转子2可通过转子支架6与轮毂5固定连接，转子支架6可转动的支撑在主轴3上，使得转子2与轮毂5可围绕主轴3同速旋转。较佳的，本实用新型采用前后两个轴承4、12的双轴承布局形式。

此外，转子2上还可安装有冷却装置15，该冷却装置15通过冷却液管道以及安装在主轴3上的冷却器交换模块11，与固定在机架20上的冷却源19连接。冷却源19的冷却液通过冷却液管道13、冷却器交换模块11、冷却液管道14流到电机转子2的冷却装置15，用于电机转子超导励磁线圈的冷却，保证电机转子的低温环境和超导线圈的超导性。

发电机21的定子1上安装有三相交流绕组22，通过定子支架7与机架20固定连接，该三相交流绕组22通过引线与全功率变流器连接。

轮毂5内可安装有变桨传动系统18和变桨控制柜17，该变桨控制柜17的输入电源线和输入输出信号线9通过安装在主轴3上的滑环8引接到外部电源线与信号线10上，外部电源线与信号线10与机舱主控柜相连接。

本实用新型风电机组的高温超导电机21仅是电机转子2励磁绕组采用超导线圈，电机定子1的三相交流线圈22采用常规导线，而采用直驱式结构、高温超导发电机与主轴双轴承布局形式，可以大幅度降低电机的重量、体积与机舱重量，减小了机组塔架与基础的载荷，减小主轴轴承弯矩，提高系统运行的经济性与可靠性。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直驱式风力发电机组，包括机架、主轴、轮毂以及发电机，其特征在于所述的发电机的转子励磁线圈采用超导励磁线圈。

2.根据权利要求1所述的一种直驱式风力发电机组，其特征在于所述的发电机的转子上安装有冷却装置。

3.根据权利要求2所述的一种直驱式风力发电机组，其特征在于所述的冷却装置通过冷却液管道以及安装在主轴上的冷却器交换模块，与固定在机架上的冷却源连接。

4.根据权利要求1所述的一种直驱式风力发电机组，其特征在于所述的发电机的定子通过定子支架与机架固定连接，发电机的转子通过转子支架与轮毂固定连接并同速旋转，转子支架通过轴承可转动的支撑在主轴上。

5.根据权利要求4所述的一种直驱式风力发电机组，其特征在于所述的转子支架与主轴之间安装有前后两个轴承。

6.根据权利要求1所述的一种直驱式风力发电机组，其特征在于所述的轮毂内安装有变桨传动系统和变桨控制柜，所述变桨控制柜的输入电源线和输入输出信号线通过安装在主轴上的滑环，与外部电源线、信号线以及主控柜连接。

7.根据权利要求1所述的一种直驱式风力发电机组，其特征在于所述的发电机的定子上安装有三相交流绕组，该三相交流绕组通过引线与全功率变流器连接。

Images