CN203098150U - 一种单轴承直驱型风力发电机组 - Google Patents

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张新玉
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Abstract

本实用新型是有关于一种单轴承直驱型风力发电机组，包括发电机、叶片、轮毂、塔筒、主机架以及主控系统，所述的发电机包括定轴、动轴、定子、转子和轴承，定轴支撑定子并安装在轴承的外支架上，动轴支撑转子并与轴承的内转子固定连接；叶片通过变桨系统与轮毂连接；主机架通过偏航系统与塔筒连接；主控系统连接并控制变桨系统和偏航系统；发电机的定轴后端与主机架固定连接，动轴前端与轮毂固定连接。本实用新型单轴承直驱型风力发电机组采用了转子部分单轴承支撑，降低了轴承成本；提高了发电机的经济性和市场的竞争力；对传统风电设备中的齿轮箱进行优化，减少了风机体积、减轻了风机重量，免去了齿轮箱的采购和维护成本，降低了经济成本。

Description

一种单轴承直驱型风力发电机组
技术领域
本实用新型涉及风电技术领域，特别是涉及一种单轴承直驱型风力发电机组。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量非常巨大、分布面广泛。近十年来，中国的风力发电已逐步发展成为常规能源中最具竞争力的能源。
风力发电机是利用风能来驱动叶轮旋转，叶轮带动主轴旋转，主轴切割定子产生的磁力线，从而在线圈绕组中产生电流。目前在国内外市场上的风力发电机组主要是通过变速箱增速后带动发电机发电，由于变速箱结构复杂，成本高昂，且故障率高，导致风力发电机组故障频发，运行不可靠。随着风电技术的发展，最近几年出现了直驱型风力发电机组，直驱型风电机组直接由风轮带动发电机主轴切割磁力线发电，并通过全功率变流器并入电网，是一种电网友好型发电机组。但由于风轮转速很低，直驱型发电机的体积非常庞大，这对于发电机的强度、工艺性、电机散热、维护及工作可靠性等方面都提出了非常高的要求。目前市场上大多直驱发电机为双轴承支撑方式，因而对轴承的要求高，轴承造价也较高，导致风电机组的综合经济性较差。
由此可见，目前现有技术中的直驱发电机组在结构和使用上，存在着明显的缺陷和不足，亟待进一步地改进。如何创设一种运行可靠、散热性良好、强度高、密封性良好的单轴承直驱型风力发电机组，实属当前重要研发课题之一。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种单轴承直驱型风力发电机组，使其发电机采用单轴承支撑方式，减轻风机重量，采用高效率的水冷却方式，保证风机的正常运行，并降低风机的生产成本，从而克服现有技术的不足。
为解决上述技术问题，本实用新型包括发电机、叶片、轮毂、塔筒、主机架以及主控系统，其中：所述的发电机包括定轴、动轴、定子、转子和轴承，定轴支撑定子并安装在轴承的外支架上，动轴支撑转子并与轴承的内转子固定连接；叶片通过变桨系统与轮毂连接；主机架通过偏航系统与塔筒连接；主控系统连接并控制变桨系统和偏航系统；发电机的定轴后端与主机架固定连接，动轴前端与轮毂固定连接。
作为本实用新型的进一步改进，所述的发电机后端还安装有防护端盖。
所述的轴承配置有密封结构。
所述的发电机内还安装有水冷却系统。
所述的转子为多级磁体转子，转子与定子采用多级极对数。
所述的定子包括与定轴固定连接并安装有铁芯的定子支架以及固定在定子支架的铁芯上的定子绕组，所述的转子包括与动轴固定连接的转子支架以及安装在转子支架上的磁体，该转子还连接有刹车盘和刹车系统。
还包括导流罩和机舱罩，所述的轮毂和变桨系统位于导流罩内，所述的发电机、主机架和偏航系统位于机舱罩内。
所述的主机架焊接有后尾架，主控系统安装在后尾架上的主控柜中，后尾架、主控柜均位于机舱罩内。
所述的机舱罩与导流罩密封连接。
所述的机舱罩外设有冷却风室和气象站。
采用以上设计后，本实用新型与现有技术比较有以下有益效果：
1、本实用新型单轴承直驱型风力发电机组采用了转子部分单轴承支撑，从而降低了轴承成本，同时采用多级磁体转子，发电机在低转速下即可达到额定功率，这样的设计提高了发电机的经济性和市场的竞争力。
2、本实用新型的发电机前端直接与风轮相连接，因此减小了风机体积、减轻了风机重量，免去了齿轮箱的采购和维护成本，降低了经济成本，在达到风机设计标准的基础上完成了对风机的重量、成本、体积的合理优化。
3、本实用新型的发电机采用水冷的冷却方式，持久可靠，受到外界因素影响的几率小，冷却效率高，有效降低了发电机运行时的温度，保证了发电机的正常运行。
4、本实用新型风力发电机组采用机舱罩对整体进行密封，机舱罩分离组装，密封可靠，运输方便，可有效防止风沙、雨水的进入，提高了风机防护等级及风机的可靠性，同时延长了风机的使用寿命，降低了风机的生产成本。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
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，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是本实用新型单轴承直驱型风力发电机组的结构示意图。
图2是本实用新型的发电机结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明单轴承直驱型风力发电机组主要由发电机9、叶片12、轮毂10、塔筒1、主机架8和主控系统组成。
其中，请参阅图2所示，本实用新型的发电机9，主要包括定轴215、动轴203、定子、转子和轴承205，动轴203通过轴承205可转动的安装在定轴215上，定子与定轴215固定连接，转子与动轴203固定连接。
其中，本实用新型发电机主要由定轴215来支撑，轴承205外支架与定轴215固定连接，动轴203与轴承205的内转子固定，并支撑起转子部分，使转子能够绕定轴枢转。
定子包括定子绕组209和定子支架216，定子绕组209固定在定子支架216的铁芯上，定子支架216套在定轴215上并通过螺栓固定连接，定轴215通过定子支架216支撑起定子绕组209。
转子包括转子支架207和磁体208，并通过刹车盘211与刹车系统202连接，在需要维修或停机时，通过刹车系统202上设有的刹车钳来锁住转子。转子支架207与动轴203固定连接，可将转子的磁体208可设置为励磁方式，优选采用多级磁体转子，并与定子采用多级极对数。
本实用新型的发电机整体采用单轴承支撑，转子在动轴203和轴承205的支撑作用下，可相对定子转动，定子通过变频器、变压器调解后连接电网。
本实用新型发电机还设有滑环204，并采用水冷却系统，包括冷却水箱201以及冷却管道212。
此外，还可为本实用新型的轴承205配置密封结构206。在发电机的定轴215后端设有主机架的连接接口213，以便于通过螺栓与主机架8连接。在动轴203的前端设有轮毂连接接口214，以便于通过该连接接口214以及螺栓与轮毂10相连接。并在发电机后端部分设置防护端盖210，来保护发电机定子部分。
叶片12通过各自独立的变桨系统13与轮毂10连接，与固定在变桨电机接口上的电机共同构成机组的叶轮部分，变桨控制系统通过控制叶片浆距角来控制风力发电机的功率。
主机架8通过偏航系统2与塔筒1连接，对机组起主要的支撑作用。偏航系统2通过偏航轴承3及偏航电机驱动机舱随风向变化而偏转。
主控系统连接并控制变桨系统13和偏航系统2。可在主机架8后侧焊接一后尾架5，主控系统即安装在后尾架5上的主控柜4中。
进一步的，本实用新型还可安装有导流罩11和机舱罩3，轮毂10和变桨系统13位于导流罩11内，发电机9、主机架8、偏航系统2、尾架5和主控柜4位于机舱罩3内。此外，还可在机舱罩3外设置冷却风室6和气象站7，气象站7装配有风向仪和风速仪，能够测量风向和风速度，并将信号传递给设置在机舱罩内的控制系统，控制系统通过气象信号控制风机。更进一步的，本实用新型的机舱罩3与导流罩11连接为一体并密封，从而对整个机组形成有效的密封保护。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单轴承直驱型风力发电机组，其特征在于包括发电机、叶片、轮毂、塔筒、主机架以及主控系统，其中：
所述的发电机包括定轴、动轴、定子、转子和轴承，定轴支撑定子并安装在轴承的外支架上，动轴支撑转子并与轴承的内转子固定连接；
叶片通过变桨系统与轮毂连接；
主机架通过偏航系统与塔筒连接；
主控系统连接并控制变桨系统和偏航系统；
发电机的定轴后端与主机架固定连接，动轴前端与轮毂固定连接。
2.根据权利要求1所述的单轴承直驱型风力发电机组，其特征在于所述的发电机后端还安装有防护端盖。
3.根据权利要求1所述的单轴承直驱型风力发电机组，其特征在于所述的轴承配置有密封结构。
4.根据权利要求1所述的单轴承直驱型风力发电机组，其特征在于所述的发电机内还安装有水冷却系统。
5.根据权利要求1所述的单轴承直驱型风力发电机组，其特征在于所述的转子为多级磁体转子，转子与定子采用多级极对数。
6.根据权利要求1所述的单轴承直驱型风力发电机组，其特征在于所述的定子包括与定轴固定连接并安装有铁芯的定子支架以及固定在定子支架的铁芯上的定子绕组，所述的转子包括与动轴固定连接的转子支架以及安装在转子支架上的磁体，该转子还连接有刹车盘和刹车系统。
7.根据权利要求1所述的单轴承直驱型风力发电机组，其特征在于还包括导流罩和机舱罩，所述的轮毂和变桨系统位于导流罩内，所述的发电机、主机架和偏航系统位于机舱罩内。
8.根据权利要求7所述的单轴承直驱型风力发电机组，其特征在于所述的主机架焊接有后尾架，主控系统安装在后尾架上的主控柜中，后尾架、主控柜均位于机舱罩内。
9.根据权利要求7所述的单轴承直驱型风力发电机组，其特征在于所述的机舱罩与导流罩密封连接。
10.根据权利要求7所述的单轴承直驱型风力发电机组，其特征在于所述的机舱罩外设有冷却风室和气象站。
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