永磁直驱风力发电机系统及其密封协同干燥控制方法

摘要

本发明提供了一种永磁直驱风力发电机系统及其密封协同干燥控制方法，永磁直驱风力发电机系统包括风力发电机以及变流器，变流器包括整流单元、直流母排以及逆变单元，逆变单元与电网连接，在整流单元与风力发电机之间的第一输电线路上设置有送电开关，永磁直驱风力发电机包括定子和转子，还包括气源系统、网侧倒送电开关、开关控制器以及射流密封装置，开关控制器与气源系统、送电开关以及网侧倒送电开关连接，用于控制送电开关和网侧倒送电开关的开启和断开，以及气源系统的启动和关闭。本发明通过对气源系统产生的气流、风力发电机发电时依靠定子绕组产生的热量以及倒送电时产生的热量的综合控制利用，实现了风力发电机的密封协同干燥。

权利要求

1.一种永磁直驱风力发电机系统，包括风力发电机以及变流器，所述变流器包括整流单元、直流母排以及逆变单元，所述逆变单元与电网连接，在所述整流单元与所述风力发电机之间的第一输电线路上设置有送电开关，所述永磁直驱风力发电机包括定子和转子，其特征在于，还包括气源系统、网侧倒送电开关、开关控制器以及射流密封装置，其中，所述定子包括定子支架、设置在定子支架的外周壁的定子铁心、桨侧齿压板以及桨侧围板，所述桨侧齿压板设置在所述定子铁心的桨侧轴向端面上，与所述定子匹配的转子具有转子密封环；

在所述定子支架的外周壁上开有至少一个第一气孔，在所述桨侧齿压板上开设有至少一个第二气孔；

所述定子还包括连通所述第一气孔和所述第二气孔的至少一个气流通道，所述气流通道穿过所述定子铁心的内部；

所述气源系统与所述第一气孔连通；

所述射流密封装置与所述第二气孔连通，用于将来自所述第二气孔的气流向两个方向引流，使其中一股气流流向所述桨侧围板和所述转子密封环形成的环形缝隙，另一股气流流向所述定子与所述转子之间的气隙；

在所述直流母排与所述风力发电机之间具有第二输电线路，所述网侧倒送电开关设置在所述第二输电线路上；

所述开关控制器与所述气源系统、送电开关以及网侧倒送电开关连接，用于控制所述送电开关和所述网侧倒送电开关的开启和断开，以及所述气源系统的启动和关闭。

2.根据权利要求1所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，还包括设置在所述风力发电机槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的湿度传感器，所述湿度传感器与所述开关控制器连接，所述开关控制器，用于：

在风电场为无风或小于切入风速的状态下，对湿度传感器检测的湿度值进行判断，如果湿度超过预定的湿度阈值，则断开所述送电开关并开启所述网侧倒送电开关，并且启动所述气源系统；

在风力发电机处于并网发电的状态下，对湿度传感器检测的湿度值进行判断，如果湿度超过预定的湿度阈值，则启动所述气源系统。

3.根据权利要求1所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，还包括设置在所述风力发电机槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的绝缘电阻值测量装置，所述绝缘值测量装置与所述开关控制器连接，所述开关控制器，用于：

在风电场为无风或小于切入风速的状态下，对所述绝缘电阻值测量装置检测的绝缘电阻值进行判断，如果所述绝缘电阻值低于预定的绝缘电阻标准值，则断开所述送电开关并开启所述网侧倒送电开关，并且启动所述气源系统；

在风力发电机处于并网发电的状态下，对所述绝缘电阻值测量装置检测的绝缘电阻值进行判断，如果所述绝缘电阻值低于预定的绝缘电阻标准，则启动所述气源系统。

4.根据权利要求1所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，

所述射流密封装置为第一螺旋梳齿机构，

在所述桨侧围板的靠近所述转子的一侧设置有至少一个梳齿进气孔，所述梳齿进气孔与所述第二气孔之间通过导气管对应连接，所述第一螺旋梳齿机构设置在所述桨侧围板的靠近所述转子密封环的一侧，所述第一螺旋梳齿机构整体上呈环形，所述第一螺旋梳齿机构与所述梳齿进气孔连通，所述第一螺旋梳齿机构具有第一螺旋梳齿，所述第一螺旋梳齿伸出到所述桨侧围板和所述转子密封环形成的环形缝隙中，用于在所述环形缝隙中产生螺旋运动的气流，在所述定子的轴线方向上，所述梳齿进气孔位于所述第一螺旋梳齿机构的中部，所述第一螺旋梳齿机构包括第一上部螺旋梳齿和第一下部螺旋梳齿，以所述梳齿进气孔为中心，远离定子支架一侧的第一螺旋梳齿为所述第一上部螺旋梳齿，靠近定子支架一侧的第一螺旋梳齿为所述第一下部螺旋梳齿，所述第一上部螺旋梳齿向远离定子支架的方向倾斜，用于产生螺旋运动的倾角朝向远离定子支架的方向的气流，所述第一下部螺旋梳齿向靠近定子支架的方向倾斜，用于产生螺旋运动的倾角朝向靠近定子支架的方向的气流。

5.根据权利要求4所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，所述第一上部螺旋梳齿和所述第一下部螺旋梳齿的螺旋方向相反。

6.根据权利要求5所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，所述第一上部螺旋梳齿的螺旋方向与转子的旋转方向相同。

7.根据权利要求4所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，所述第一螺旋梳齿还包括第一中部梳齿；

所述第一中部梳齿设置在所述梳齿进气孔上，所述第一中部梳齿将从所述梳齿进气孔流出的气流进行分流，使得一部分气流流入所述第一上部螺旋梳齿，另一部分气流流入所述第一下部螺旋梳齿。

8.根据权利要求4所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，所述定子还包括塔侧齿压板以及塔侧围板，所述塔侧齿压板设置在所述定子铁心的塔侧轴向端面上，所述转子还具有端盖密封环，在所述桨侧围板的靠近所述转子密封环的一侧设置有第二螺旋梳齿机构，所述第二螺旋梳齿机构整体上呈环形，所述第二螺旋梳齿机构具有第二螺旋梳齿，所述第二螺旋梳齿伸出到所述桨侧围板和所述转子密封环形成的环形缝隙中，用于在所述环形缝隙中产生螺旋运动的气流。

9.根据权利要求8所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，所述第二螺旋梳齿向靠近定子支架的方向倾斜，用于产生螺旋运动的倾角朝向靠近定子支架的方向的气流。

10.根据权利要求4所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，所述梳齿进气孔与所述第二气孔之间通过整体上呈环形的导气管对应连接，或者所述梳齿进气孔与所述第二气孔之间通过彼此分离的多根导气管对应连接。

11.根据权利要求1至10任一所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，在所述定子支架的外周壁上固定有冲片固定键，所述定子铁心的燕尾槽套设在所述冲片固定键上，所述气流通道穿过所述冲片固定键与所述第一气孔连通。

12.根据权利要求11所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，所述气流通道包括径向气流通道和轴向气流通道，所述径向气流通道穿过所述冲片固定键和所述定子铁心的内部，所述径向气流通道的一端与所述第一气孔连接，另一端与所述轴向气流通道连接，所述轴向气流通道沿轴向穿过所述定子铁心的内部与所述第二气孔连通。

13.根据权利要求12所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，所述第一气孔、所述第二气孔以及所述气流通道为多个且数量相等，沿着圆周均等设置，多个所述第一气孔、所述第二气孔以及所述气流通道对应连通，形成多条独立的从所述定子支架的外周壁到所述桨侧齿压板的气流通路。

14.根据权利要求1所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，所述气源系统包括产生预定压力的气流的气源发生装置和对所述气流进行气源净化以及干燥处理的气源处理装置。

15.根据权利要求14所述的永磁直驱风力发电机系统，其特征在于，所述气源发生装置为空气压缩机，所述气源处理装置包括空气过滤器、冷却器、油水分离器以及干燥器。

16.一种永磁直驱风力发电机系统的密封协同干燥控制方法，其特征在于，该方法是基于上述权利要求1至15任一所述的永磁直驱风力发电机系统所进行的，其包括：对风力发电机的槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的湿度进行检测，或者对风力发电机的绕组的绝缘电阻值进行检测；

在风电场无风或小于切入风速的时段，如果所述湿度超过预定的湿度阈值或者所述绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则断开所述送电开关并开启所述网侧倒送电开关，并且启动所述气源系统；

在所述风力发电机处于并网发电的时段，如果所述湿度超过预定的湿度阈值或者所述绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则启动所述气源系统。

17.一种永磁直驱风力发电机系统的密封协同干燥控制方法，其特征在于，该方法基于上述权利要求1至15任一所述的永磁直驱风力发电机系统所进行的，其包括：在有雪或者有雨的时段，执行如下处理：如果风电场为无风或小于切入风速的状态，则断开所述送电开关并开启所述网侧倒送电开关，并且启动所述气源系统；

如果风力发电机处于并网发电的状态，启动所述气源系统，

在无雪且无雨的时段，执行如下处理：

对风力发电机的槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的湿度进行检测，或者对风力发电机的绕组的绝缘电阻值进行检测；

在风电场无风或小于切入风速的时段，如果所述湿度超过预定的湿度阈值或者所述绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则断开所述送电开关并开启所述网侧倒送电开关，并且启动所述气源系统；

在所述风力发电机处于并网发电的时段，如果所述湿度超过预定的湿度阈值或者所述绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则启动所述气源系统。

18.根据权利要求17所述的永磁直驱风力发电机系统的密封协同干燥控制方法，其特征在于，在有雪或者有雨的时段之后，使所述气源系统开启预定时间段后，再执行上述在无雪且无雨的时段的处理。

19.根据权利要求17所述的永磁直驱风力发电机系统的密封协同干燥控制方法，其特征在于，在启动所述气源系统之后，根据风电场的风速和/风力发电机的转速，自适应调整所述气源系统输出气流的压力。

20.根据权利要求17所述的永磁直驱风力发电机系统的密封协同干燥控制方法，其特征在于，在启动所述气源系统之后，根据风力发电机的冷却要求，调整所述气源系统输出气流的温度。

说明书

永磁直驱风力发电机系统及其密封协同干燥控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及永磁直驱风力发电机系统及其密封协同干燥控制方法，属于风力发电技术领域。

背景技术

[0002] 现有技术中开启式永磁直驱外转子风力发电机，依靠自然风冷，开启结构利于自然通风换热，助于磁极使用永磁材料防止温升超标后的磁性降低，但是发电机通常暴露在极端恶劣的环境(暴露在风、霜、雨、雪、沙尘、盐雾等)条件下。

[0003] 1、潮湿环境中电机内部水份的来源及其危害

[0004] (1)水份的来源

[0005] 潮湿环境较正常环境来说，雨、雪更容易进入电机内部，归纳起来水份的来源主要有以下几种：

[0006] 户外运行的机舱外部的风力发电机，直接受到雨淋和雪水融化后的浸渍，少量水份通过电机旋转从环状间隙进入电机内部；潮湿天气中当发电机停止工作后，潮气进入发电机内部进而结露；长时间停运的发电机因潮气进入易受潮结露；恶劣环境中工作的风力发电机还可能遭受雨雪水浸泡等事故(排水孔堵塞)引起水份进入；发电机生产过程中未按工艺要求进行预烘或者浸漆后烘干不彻底造成的绝缘毛细孔中水份残存等等。

[0007] (2)发电机绝缘容易受潮的原因

[0008] 该部分主要引用论文《发电机绝缘容易受潮的原因分析》进行说明(作者：亓玉福QI Yu-fu刊名：大电机技术年，卷(期)：2009(4))。

[0009] 空冷式发电机在停运状态下绝缘容易受潮，主要表现在泄漏电流显著增加、绝缘电阻显著降低。按照规定，绝缘电阻低到一定数值，是不允许运行的，必须进行干燥处理。

[0010] 空冷式发电机绝缘容易受潮是由于它的运行状态和结构决定的。因为发电机的绝缘只能采用固体绝缘介质，嵌放在铁心槽内，不能像变压器那样浸放在绝缘油中，也不能像全封闭组合电器GIS一样，密封在充满SF6的密闭金属外壳中，发电机的绝缘只能暴露在空气中。正常运行过程中，发电机铁心、绕组产生的热量要靠流动的空气带走。当发电机产热和散热达到平衡时，发电机铁心、绕组温度保持在一定数值范围之内。发电机正常运行时，依靠自然风冷的外转子永磁直驱发电机内部也依靠从自然界侵入的空气充当冷却介质。铁心、绕组温度会比冷却介质空气的温度高，发电机停运后，铁心、绕组温度逐渐降低，由于空隙、气隙内空气热胀冷缩的作用，发电机内进入大量的空气以达到压力平衡。这时绝缘吸收空气中的水分而受潮，若在雷雨季节，雨后空气湿度更大，发电机绝缘受潮就更为严重。发电机绝缘受潮后，泄漏电流是正常值的几十倍甚至几百倍，绝缘电阻是正常值的几十分之一。从数据分析，发电机绝缘受潮很严重，不经过干燥处理，是不能运行的。发电机绝缘受潮严重，是从绝缘的测试数据角度来讲的。其实，绝缘受潮初期，只是表面吸附了水分，绝缘内部还没有受潮，与绝缘受到水浸后相比较，绝缘表面的水分还是微量的，干燥起来也容易得多。

[0011] 电机的绝缘在空气湿度很大时，受潮导致绝缘电阻的降低需要很短的时间，一天甚至几个小时。这就要求雨天必须抵制雨水进入发电机内、或雨后及时将电机内湿空气带走。规程有明文规定：绝缘电阻不合格不能保证发电机运行不出事故，万一发生事故，势必造成很大的经济损失。必须经过干燥处理合格后才能运行。

[0012] (3)发电机内部存在水份引起的危害

[0013] 对于发电机来说，良好的绝缘是电机安全运行的前提条件，在定子绕组中无论是槽绝缘、层间绝缘、相间绝缘还是绑扎带以及电源引出线的外层，都有大量的毛细孔，很容易吸收空气中的潮气，降低自身的绝缘性能并使绝缘导热性变差，引起绝缘击穿进而损坏电机，造成人身、设备安全事故。相对湿度高易使表面凝附水膜，湿度高于95％以上时，电机内部经常凝聚水滴，使金属件易锈蚀，润滑脂受潮变质，绝缘材料有的受潮膨胀，有的发软发粘，机械和电气性能恶化，容易发生绝缘击穿和表面闪络。另外，在高湿环境下，霉菌也易滋长，而霉菌的分泌物能腐蚀金属和绝缘材料，使绝缘迅速恶化，引起短路事故。

[0014] 2、现有技术的汇总分析

[0015] (1)现有技术中常见的干燥方式

[0016] 该部分将参照论文《发电机定子绕组绝缘受潮的现场干燥处理》(作者：林军，李云海，矫健，[中图分类号】TM31l[文献标识码]B【文章编号】1004-7913(2009)04—0013—02)中的内容进行说明。

[0017] 发电机定子绕组受潮后，对于不同冷却方式、不同容量以及受潮程度不同的发电机，在进行干燥处理时所采用方法也各不相同，目前现场常用以下几种干燥方法。(a)定子铁损干燥法。该法对大型发电机尤其是运行过程中检修的发电机实际上没有可操作性。(b)外加电流干燥法。给转子线圈通入电流，利用铜损所产生的热量加热转子绕组。受现场容量限制，很难采用交流加热方法，因此一般采用直流电流加热。此方法需将发电机三相绕组串联，也可根据情况将分支解开再串联成一个回路。大型发电机电流比较大，一般按绕组分支加入直流。电源可采用电动盘车的电源或其它通过整流而得来的电源，小容量的发电机也可采用多台直流电焊机并联供电的方法。(c)外加热源法。在发电机风洞内，将定子上、下部挡风板打开，在定子绕组下部布置电热板或其它红外加热设备。此方法对体积较小的发电机比较有效。(d)三相短路干燥法。将发电机定子绕组出口处三相短路，然后使发电机组在额定转速范围内运转，通过调节励磁电流，使定子绕组电流随之上升、利用发电机自身电流所产生的热量，对绕组进行干燥。三相短路干燥需要发电机本身具备运转条件。(e)热水循环干燥法。定子线棒水内冷的发电机，可利用内冷水箱内的加热装置或临时接入电加热器将内冷水箱内的冷却水加热，水温不宜高于70℃，启动内冷水泵，用热水循环干燥定子线棒的绝缘。定子线棒水冷发电机现场多采用此方法，所作用的对象为地面作业的电机。

[0018] 对于永磁直驱风力发电机为了干燥绝缘系统已经试用以上方法中的方案(b)。

[0019] (2)其他干燥技术

[0020] 论文《汽轮机停机后用热空气除湿干燥保养》

[0021] 作者：陈行庚、曹祖庆；作者单位：东南大学江苏南京；母体文献：第四届全国火力发电技术学术年会论文集(上册)。

[0022] 会议名称：第四届全国火力发电技术学术年会，会议时间：2003年11月01日。

[0023] 汽轮机停机后利用未饱和的湿空气流过通流部分，吸收残留的水分，使机内干燥，防止汽轮机停机后发生锈蚀。为提高湿空气的吸湿能力，先将湿空气压缩后再通过加热器进行加热，然后再通入汽轮机吸收水分后排出。”排气的含湿量己降至预定指标，则表明机内已经干燥，可防止产生锈蚀。

[0024] (3)论文《水毁电机的快速干燥方法》

[0025] 作者：沈兆虎，刊名：中国农村水利水电年，卷(期)：1999(1)。

[0026] 受洪水浸泡后的电机需干燥，为缩短干燥时间，节约干燥经费，研制了一种远红外温控烘干器。这种烘干器简单、高效、实用、取材容易、成本低。

[0027] 3、开启式机舱外风力发电机密封方案技术路线探索

[0028] 密封可分为相对静止结合面间的静密封和相对运动结合面间的动密封两大类。这里，开启式机舱外风力发电机的密封部位有相对运动，属于旋转密封。根据密封件与其作相对运动的部件是否接触，动密封可以分为接触式密封和非接触式密封及无轴封。对于开启式机舱外风力发电机若采用接触式密封，在非雨、雪时段的干燥时间里就无法依靠相对干燥的气流对电机内部进行长期直接冷却。非接触式密封有迷宫密封和动力密封。迷宫密封是利用流体在间隙内的节流效应限漏，泄漏量较大，通常用在要求不高的场合。动力密封有离心密封、浮环密封、螺旋密封、气压密封、喷射密封、水力密封、磁流密封等，是靠动力元件产生压力来抵消密封两侧的压力差以克服泄露，它有很高的密封性，但能耗大。这类密封是利用流体力学的平衡状态而工作的。如果运转条件发生变化，就会引起泄漏量很大的波动。

[0029] 迷宫密封也称梳齿密封，主要用于气体密封。它可以使流体经过许多节流间隙与膨胀空腔组成的通道，经过多次节流而产生很大的能量损耗，流体压力大为下降。在直驱外转子大尺度永磁风力发电机中可以借助“节流压降”这个特点构造密封环节。

[0030] 气压密封利用空气压力来堵住旋转部件与静止部件之间的间隙，以保证密封。但要有一定压力的气源供气，气源在此密封处产生的压力要比电机外自然环境压力偏高。气压密封不受温度、速度限制，一般用于密封两侧压差不大的地方。

[0031] 基于以上检索到的相关代表性论文来看，目前，运行在电网里的火力发电机组、水力发电机组、核电机组通常设置在一个固定的厂房内。通常，厂房内不会经遭受雨、雪的侵入。只是水电机组在经受洪水的淹没的情况下，上述发电机组采用的冷却介质(水)在发生泄露的情况下，地面运行的发电机组的运行条件维护的便利性都远远好于风电场运行的陆上或海上风力发电机组。发电机冷却方面，在充分利用自然环境中的风冷的便利和性能优越条件的同时，需要解决和要经受考验的是发电机的绝缘体系的绝缘水平。永磁直驱外转子风力发电机常年暴露在风、沙、雨、雪、太阳暴晒或停机后的冰冻环境之中，与地面运行的汽轮发电机、燃气轮发电机、水轮发电机所处的环境差距太大，尤其是有的修复工作成本太高，高空作业(60-100米)吊车使用需要费用高额支付。所以在地面上容易开展的工作到风力发电机里甚至就变得不可能。另一方面，风力发电机组中的操作还依赖于有风天气。风轮机带动发电机转子转动，发电机定子感应出电势，才可在定子出口实施三相短路，依靠短路电流产热来干燥定子，提高绝缘水平。同时还需根据当时风速大小，实施变桨间接控制发电机转子转速，进而控制短路电流，控制绕组产热来烘潮，这些条件都依赖于天气。况且风的持续长短影响着烘潮效果，直驱外转子永磁风力发电机质量大，产热需要量极大，产热后热传导时间和驱潮时的质量传递干燥时间都是若干小时数量级，风的持续性时间长短、间断性都影响着烘潮效果。

[0032] 发明人在实际操作中发现现有技术存在以下缺陷：

[0033] (1)永磁直驱外转子风力发电机使用自然风去冷却定子铁心支架和转子外壁，同时一定数量的自然环境中的风经发电机定子转子间隙侵入电机腔体，再由气隙沿轴向流到另一端聚集，沉积后轻的空气从后端密封挤出排入大气。流经电机内部空隙的是气(汽)、液、固多相流(其中有空气、水蒸气、雨、雪、盐雾、沙尘、絮状物等)。它们能够引起绝缘性能恶化，导致电机绝缘电气性能、机械性能劣化，剩余耐压水平和寿命减少，最终导致绝缘的破坏。

[0034] (2)以上都是地面发电机组作业，在60-100米的高空作业，包括实现各种功能，尤其是机舱开展检修工作，通常人力物力所不能及，甚至变得不可能。风力发电机密封、干燥措施及其维护(检修、更换)与地面运行的火力发电、水力发电的发电机工作难度相差甚远。一些地面使用的好方法对于在高空运行的风力发电机组却不便开展、甚至难以适用。

[0035] (3)单独依靠上述通热风干燥方法只是表面干燥技术，解决不了定子铁心内部叠片层间受潮后的干燥需求。

[0036] (4)采用开启式结构是不能抵御风雨交加的天气或风雪交加的天气里空气携带雨、或雪侵入发电机的危害，“绝缘水平降低”为发电机冷却付出了代价。

[0037] (5)停机后，发电机腔体内、气隙内湿空气冷凝渗入电机，会导致电机定子，永磁磁极表面覆层受潮，会影响它们的使用寿命。

发明内容

[0038] 本发明实施例的目的在于提供一种永磁直驱风力发电机系统及其密封协同干燥控制方法，以实现利用气源系统产生的气流、风力发电机发电时依靠定子绕组产生的热量以及倒送电时产生的热量实现密封协同干燥。

[0039] 为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种永磁直驱风力发电机系统，包括风力发电机以及变流器，所述变流器包括整流单元、直流母排以及逆变单元，所述逆变单元与电网连接，在所述整流单元与所述风力发电机之间的第一输电线路上设置有送电开关，所述永磁直驱风力发电机包括定子和转子，

[0040] 还包括气源系统、网侧倒送电开关、开关控制器以及射流密封装置，其中，[0041] 所述定子包括定子支架、设置在定子支架的外周壁的定子铁心、桨侧齿压板以及桨侧围板，所述桨侧齿压板设置在所述定子铁心的桨侧轴向端面上，与所述定子匹配的转子具有转子密封环；

[0042] 在所述定子支架的外周壁上开有至少一个第一气孔，在所述桨侧齿压板上开设有至少一个第二气孔；

[0043] 所述定子还包括连通所述第一气孔和所述第二气孔的至少一个气流通道，所述气流通道穿过所述定子铁心的内部；

[0044] 所述气源系统与所述第一气孔连通；

[0045] 所述射流密封装置与所述第二气孔连通，用于将来自所述第二气孔的气流向两个方向引流，使其中一股气流流向所述桨侧围板和所述转子密封环形成的环形缝隙，另一股气流流向所述定子与所述转子之间的气隙；

[0046] 在所述直流母排与所述风力发电机之间具有第二输电线路，所述网侧倒送电开关设置在所述第二输电线路上；

[0047] 所述开关控制器与所述气源系统、送电开关以及网侧倒送电开关连接，用于控制所述送电开关和所述网侧倒送电开关的开启和断开，以及所述气源系统的启动和关闭。

[0048] 进一步地，永磁直驱风力发电机系统还包括设置在所述风力发电机槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的湿度传感器，所述湿度传感器与所述开关控制器连接，[0049] 所述开关控制器，用于：

[0050] 在风电场为无风或小于切入风速的状态下，对湿度传感器检测的湿度值进行判断，如果湿度超过预定的湿度阈值，则断开所述送电开关并开启所述网侧倒送电开关，并且启动所述气源系统；

[0051] 在风力发电机处于并网发电的状态下，对湿度传感器检测的湿度值进行判断，如果湿度超过预定的湿度阈值，则启动所述气源系统。

[0052] 进一步地，永磁直驱风力发电机系统还包括设置在所述风力发电机槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的绝缘值测量装置，所述绝缘值测量装置与所述开关控制器连接，[0053] 所述开关控制器，用于：

[0054] 在风电场为无风或小于切入风速的状态下，对所述绝缘电阻值测量装置检测的绝缘电阻值进行判断，如果所述绝缘电阻值低于预定的绝缘电阻标准值，则断开所述送电开关并开启所述网侧倒送电开关，并且启动所述气源系统；

[0055] 在风力发电机处于并网发电的状态下，对所述绝缘电阻值测量装置检测的绝缘电阻值进行判断，如果所述绝缘电阻值低于预定的绝缘电阻标准，则启动所述气源系统。

[0056] 进一步地，所述射流密封装置为第一螺旋梳齿机构，

[0057] 在所述桨侧围板的靠近所述转子的一侧设置有至少一个梳齿进气孔，所述梳齿进气孔与所述第二气孔之间通过导气管对应连接，

[0058] 所述第一螺旋梳齿机构设置在所述桨侧围板的靠近所述转子密封环的一侧，所述第一螺旋梳齿机构整体上呈环形，所述第一螺旋梳齿机构与所述梳齿进气孔连通，所述第一螺旋梳齿机构具有第一螺旋梳齿，所述第一螺旋梳齿伸出到所述桨侧围板和所述转子密封环形成的环形缝隙中，用于在所述环形缝隙中产生螺旋运动的气流，

[0059] 在所述定子的轴线方向上，所述梳齿进气孔位于所述第一螺旋梳齿机构的中部，所述第一螺旋梳齿机构包括第一上部螺旋梳齿和第一下部螺旋梳齿，

[0060] 以所述梳齿进气孔为中心，远离定子支架一侧的第一螺旋梳齿为所述第一上部螺旋梳齿，靠近定子支架一侧的第一螺旋梳齿为所述第一下部螺旋梳齿，在所述第一螺旋梳齿的截面图形中，所述第一上部螺旋梳齿向远离定子支架的方向倾斜，用于产生螺旋运动的倾角朝向远离定子支架的方向的气流，所述第一下部螺旋梳齿向靠近定子支架的方向倾斜，用于产生螺旋运动的倾角朝向靠近定子支架的方向的气流。

[0061] 进一步地，所述第一上部螺旋梳齿和所述第一下部螺旋梳齿的螺旋方向相反。

[0062] 进一步地，所述第一上部螺旋梳齿的螺旋方向与转子的旋转方向相同。

[0063] 进一步地，所述第一螺旋梳齿还包括第一中部梳齿；

[0064] 所述第一中部梳齿设置在所述梳齿进气孔上，所述第一中部梳齿将从所述梳齿进气孔流出的气流进行分流，使得一部分气流流入所述第一上部螺旋梳齿，另一部分气流流入所述第一下部螺旋梳齿。

[0065] 进一步地，所述定子还包括塔侧齿压板以及塔侧围板，所述塔侧齿压板设置在所述定子铁心的塔侧轴向端面上，所述转子还具有端盖密封环，

[0066] 在所述桨侧围板的靠近所述转子密封环的一侧设置有第二螺旋梳齿机构，所述第二螺旋梳齿机构整体上呈环形，所述第二螺旋梳齿机构具有第二螺旋梳齿，所述第二螺旋梳齿伸出到所述桨侧围板和所述转子密封环形成的环形缝隙中，用于在所述环形缝隙中产生螺旋运动的气流。

[0067] 进一步地，在所述第二螺旋梳齿的截面图形中，所述第二螺旋梳齿向靠近定子支架的方向倾斜，用于产生螺旋运动的倾角朝向靠近定子支架的方向的气流。

[0068] 进一步地，所述梳齿进气孔与所述第二气孔之间通过整体上呈环形的导气管对应连接，或者所述梳齿进气孔与所述第二气孔之间通过彼此分离的多根导气管对应连接。

[0069] 进一步地，在所述定子支架的外周壁上固定有冲片固定键，所述定子铁心的燕尾槽套设在所述冲片固定键上，所述气流通道穿过所述冲片固定键与所述第一气孔连通。

[0070] 进一步地，所述气流通道包括径向气流通道和轴向气流通道，所述径向气流通道穿过所述冲片固定键和所述定子铁心的内部，所述径向气流通道的一端与所述第一气孔连接，另一端与所述轴向气流通道连接，所述轴向气流通道沿轴向穿过所述定子铁心的内部与所述第二气孔连通。

[0071] 进一步地，所述第一气孔、所述第二气孔以及所述气流通道为多个且数量相等，沿着圆周均等设置，多个所述第一气孔、所述第二气孔以及所述气流通道对应连通，形成多条独立的从所述定子支架的外周壁到所述桨侧齿压板的气流通路。

[0072] 进一步地，所述气源系统包括产生预定压力的气流的气源发生装置和对所述气流进行气源净化以及干燥处理的气源处理装置。

[0073] 进一步地，所述气源发生装置为空气压缩机，所述气源处理装置包括空气过滤器、冷却器、油水分离器以及干燥器。

[0074] 本发明实施例还提供了一种永磁直驱风力发电机系统的密封协同干燥控制方法，该方法是基于上述的永磁直驱风力发电机系统所进行的，其包括：

[0075] 对风力发电机的槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的湿度进行检测，或者对风力发电机的绕组的绝缘电阻值进行检测；

[0076] 在风电场无风或小于切入风速的时段，如果所述湿度超过预定的湿度阈值或者所述绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则断开所述送电开关并开启所述网侧倒送电开关，并且启动所述气源系统；

[0077] 在所述风力发电机处于并网发电的时段，如果所述湿度超过预定的湿度阈值或者所述绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则启动所述气源系统。

[0078] 本发明实施例又提供了一种永磁直驱风力发电机系统的密封协同干燥控制方法，该方法是基于上述的永磁直驱风力发电机系统所进行的，其包括：在有雪或者有雨的时段，执行如下处理：

[0079] 如果风电场为无风或小于切入风速的状态，则断开所述送电开关并开启所述网侧倒送电开关，并且启动所述气源系统；

[0080] 如果风力发电机处于并网发电的状态，启动所述气源系统，

[0081] 在无雪且无雨的时段，执行如下处理：

[0082] 对风力发电机的槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的湿度进行检测，或者对风力发电机的绕组的绝缘电阻值进行检测；

[0083] 在风电场无风或小于切入风速的时段，如果所述湿度超过预定的湿度阈值或者所述绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则断开所述送电开关并开启所述网侧倒送电开关，并且启动所述气源系统；

[0084] 在所述风力发电机处于并网发电的时段，如果所述湿度超过预定的湿度阈值或者所述绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则启动所述气源系统。

[0085] 进一步地，在有雪或者有雨的时段之后，使所述气源系统开启预定时间段后，再执行上述在无雪且无雨的时段的处理。

[0086] 进一步地，在启动所述气源系统之后，根据风电场的风速和/风力发电机的转速，自适应调整所述气源系统输出气流的压力。

[0087] 进一步地，在启动所述气源系统之后，根据风力发电机的冷却要求，调整所述气源系统输出气流的温度。

[0088] 本发明实施例的永磁直驱风力发电机系统及其密封协同干燥控制方法，通过开关控制器对气源系统、送电开关以及网侧倒送电开关进行开关控制，一方面能够实现对风力发电机的桨侧围板和转子密封环形成的环形缝隙进行气体密封，从而有效地抵御外界恶劣气流(例如雨或雪)使之不易进入电机内部，另外，还能够利用反向气流去对定子与转子之间的气隙进行干燥，带走从定子内部排出的潮湿气体，同时，借助发电时绕组产生的热量以及倒送电时绕组产生的热量，对电机内部进行干燥，使得潮湿气体排出到定子与转子之间的气隙，并被来自气源系统的气流带走，从而实现密封协同干燥。

附图说明

[0089] 图1为本发明实施例一的永磁直驱风力发电机的结构剖视图；

[0090] 图2为图1的局部结构示意图；

[0091] 图3为图1中沿A-A向的截面示意图；

[0092] 图4为本发明实施例一的永磁直驱风力发电机的定子铁心内部的气流路径的轴向示意图；

[0093] 图5为本发明实施例一的永磁直驱风力发电机的定子内气流获取路径；

[0094] 图6为本发明实施例二的永磁直驱风力发电机的定子结构示意图；

[0095] 图7为图6的局部结构示意图；

[0096] 图8为本发明实施例的永磁直驱风力发电机的整体气流路径示意图；

[0097] 图9为本发明实施例的永磁直驱风力发电机系统的整体控制结构示意图；

[0098] 图10为本发明实施例的永磁直驱风力发电机的外部结构示意图；

[0099] 图11为图10的A处的局部放大示意图。

[0100] 附图标号说明：

[0101] 1-定子支架；2-第一气孔；3-桨侧围板；4-第一螺旋梳齿机构；41-第一上部螺旋梳齿；42-第一下部螺旋梳齿；5-第二气孔；6-桨侧齿压板；7-冲片固定键；8-定子铁心；9-气流通道；91-轴向通道；92-径向通道；10-塔侧齿压板；11-塔侧围板；12-气源系统；13-母管；14-支管；15-转子支架；16-转子密封环；17-绕组的端部环节；18-磁极；19-转子端盖；20-端盖密封环；21-梳齿进气孔；211-上部气流出口；212-下部气流出口；22-导气管；23-第一中部梳齿；24-第二螺旋梳齿机构；241-第二螺旋梳齿；送电开关K1；网侧倒送电开关K2；第一输电线路L1；第二输电线路L2。

具体实施方式

[0102] 首先，先对本发明实施例的应用环境以及技术原理进行概括性介绍。

[0103] 1.解决方案的干燥理论与技术支持

[0104] 所谓“干燥”，就是从物料中脱出液体(主要是水分)的过程，而绝大部分被干燥物料为多孔介质，因此多孔介质干燥过程就是从多孔介质中脱去液体(或水分)的问题。干燥学科体系包括干燥理论、干燥技术和干燥工艺。对干燥过程的特点归纳为：(1)干燥过程是一个典型的非稳态不可逆过程，其过程随时间变化又具有不可逆转的特性；(2)干燥过程有多相多组分参与，故要涉及相间与相变传热传质，影响因素众多、关系复杂；(3)在干燥过程中，传热传质相互耦合；(4)干燥过程与物体材料性质、含湿组份和状态关系密切。所以，在学术上必然关系到不可逆热力学、相变热力学、流体力学、流变学、表面学。

[0105] 工程上实用的干燥方法很多，从脱水原理上去分类，水分发生相变以蒸汽逸出，以及液态水和水变汽后传输同时发生。从脱水方法上，可分为机械脱水、接触湿交换以及热脱水(包括不改变物料周围介质压力和改变物料周围介质压力的两种加热干燥法。)这里，对电机内部干燥的目的是保持绕组的槽部绝缘及铁心、永磁电机转子磁极复合材料防护层处于相对干燥的状态。热干燥方法是应用最广泛的一种主要干燥方法。热干燥法中，向物料提供能量，使物料中的水分变成水蒸气，然后再从物料中移出。热干燥又分为对流干燥、传导干燥、辐射干燥、高频介电干燥、声波干燥及组合干燥。对流干燥的干燥剂是热气体，其干燥过程是靠热气体在物料周围的宏观运动，向物料供热以使物料内部水分蒸发，并通过宏观对流将物料表面的水分或水蒸气带到大空间中去。热空气既是放热介质又是吸湿介质。影响对流干燥的因素较多，主要有热气体参数和物料尺寸、形状和特性。热气体参数主要是指温度、湿量浓度和速度。热气体温度对干燥速度的影响最大，随着热气体的温度的提高，干燥速度随热气体温度线性增长。热气体流速对干燥速度的影响不明显，但干燥速度随空气湿量浓度的增加略有降低，物料结构与尺寸对热对流干燥过程的影响也是明显的。试验研究结果表明，对于块状物料，干燥时间与物料厚度R有关，物料愈厚，干燥时间愈长。传导干燥特点是干燥强度高，比对流干燥强度高1-2数量级，热流深入物料内部，使物料内部水分蒸发，而水的气化速度高于蒸汽移出速度，因此产生压差，在此压差的作用下蒸汽向外溢出。辐射干燥过程与辐射源及物料的辐射或光学特性有关。研究结果表明：热辐射源的辐射波长以0.4—15微米为宜。

[0106] 对流干燥过程的特点：当温度较高的气流与湿物料直接接触时，气、固两相间发生的是热、质同时传递的过程。在任何情况下，热量(显热)总是由高温位传向低温位，物质总是由高分压相传向低分压相。温度是传热方向的判据，分压是传质方向的判据。显而易见，只要空气中含水汽未达饱和(未饱和空气)，该空气与同温度下的水接触其传质方向比由水到气。物料表面温度低于气流温度，气体传热给固体。气流中的水汽分压低于固体表面水的分压时，水被气化并进入气相，湿物料内部的水分以液态或水汽的形式扩散至表面。因此，对流干燥是一热、质反向传递过程。

[0107] 2、水分在气-固两相间的平衡

[0108] 水在固体物料中可以不同的形态存在，以不同的方式与固体相结合。当固体物料具有晶体结构时，其中可能含有一定量的结晶水，这部分水以化学力与固体相结合。当固体的物料系多孔性，其所含水分可存在于细孔中并受到孔壁毛细管力的作用。当固体表面具有吸附性时，其所含的水分则因受到吸附力而结合于固体的内、外表面上。以上这些借助化学力或物理化学力与固体相结合的水统称为结合水。当物料含水较多时，除一部分水与固体结合外，其余的水只是机械地附着于固体表面，这些水称非结合水。结合水与非结合水的基本区别是其表现的平衡蒸汽压不同。非结合水的性质与纯水相同，其表现的平衡蒸汽压即为同温度下纯水的饱和蒸汽压。结合水则不同，因化学和物理化学力的存在，所表现的蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。物料中只要有非结合水存在而不论其数量多少，其平衡蒸汽压不会变化，总是纯水的饱和蒸汽压。当含水量减少时，非结合水不复存在，此后首先除去的是结合较弱的水，余下的是结合较强的水，因而平衡蒸汽压逐渐下降。若固体物料中的水分都属非结合水，则只要空气未达饱和，且有足够的接触时间，原则上所有的水都将被空气带走，就像雨后马路上的水被吹干那样。但是，当有结合水存在时，情况就不同了。以相对湿度ψ的空气掠过同温度的湿固体，长时间后，固体物料的含水量将由原来的降低，但不可能绝对干燥，物料在指定空气条件下被干燥的极限，称为该空气状态下的平衡含水量。所有能被指定空气带走的水分称为自由水分。水之结合与否是固体物料的性质，与空气状态无关。当固体含水量较低(都属结合水)而空气相对湿度ψ较大时，两者接触非但不能达到物料干燥的目的，水分还可以从气相转入固相，即发生吸湿现象。饼干的返潮即为一例。
整个干燥过程可分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段，每个干燥阶段的传热、传质有各自的特点。在降速干燥阶段，干燥速率的变化规律与物料性质及其内部结构有关。在恒速干燥阶段，降速的原因大致有四个：(1)实际气化面积减小；(2)气化面的内移；(3)平衡蒸汽压下降；(4)固体内部的水分扩散极慢。

[0109] 3、直驱外转子永磁风力发电机内部干燥过程的宏观特性

[0110] (1)发电机转子永磁材料磁极复合材料防护层外表及定子外表面与干燥空气之间的湿量、热量传递规律

[0111] 简要分析发电机转子磁极复合材料防护层外表及定子(铁心和绕组)外表面与干燥空气之间的的热量质量交换机理。

[0112] 在发电机转子磁极复合材料防护层外表及定子(铁心和绕组)外部的热量、质量交换中，在它们表面厚度为δ的外部介质附面层(或边界层)起着重要作用。在此附面层中，水分(包括液态水和蒸汽)浓度、外部介质热空气的速度与温度和压力的分布，不同于电机内部环境大空间。

[0113] 在转子磁极的干燥过程中，浓度、温度、压力、速度在附面层内的变化规律不尽相同。在0-δ边界层中，电机内干燥介质速度由小到大，温度由低到高，故外部介质的速度梯度与温度梯度的方向一致，但湿量浓度由高到低，蒸汽分压由高到低，湿量梯度、蒸汽分压梯度与速度梯度、温度梯度相反。梯度相反的现象及附面层内湿度浓度高的事实，均使物料向外界的水分传递量减少，使干燥速度降低。但是由于沿附面层δ到0方向梯度较大，因而促进外部介质中分子量较重的空气流向物料表面，分子量较轻的水蒸气冲到电机定转子之间的气隙中，与此同时，热空气又带来了热量，热空气的倾入还使附面层受到破坏，于是强化了传热与干燥。

[0114] (2)发电机转子永磁材料磁极复合材料防护层外表及定子外部质量交换定量分析[0115] 在恒速干燥时期，当水蒸气以扩散方式通过附面层向发电机转子磁极复合材料防护层外表及定子(铁心和绕组)外干燥空气传递水分时，它们与干燥空气之间的水分传递量，以对流传质公式表述：

[0116] 物料向外界传递的水分质量流率＝(以化学势为传递势的对流传质系数)×(物料表面与外部介质(在本发明的应用环境中，具体对应干燥空气)中的湿空气化学势的差)，其中，在本发明的应用环境中，这里所说的物料具体可以对应转子磁极防护层和定子表面的部分，介质对应干燥空气。

[0117] 当附面层温度梯度很小时，它们与外部介质的湿量传递以蒸汽分压为蒸汽传递势，其蒸汽迁移量密度＝(以蒸汽压为传湿势的对流传质系数)×(物料表面蒸汽压与外部介质蒸汽压之差)×760/大气压

[0118] 在减速干燥时期，则以相对湿量浓度u为水分(含蒸汽)从物料表面向周围介质的传递势，其水分传递量＝(以湿量浓度为传质势的对流传质系数)×(物料表面湿量浓度与平衡湿量浓度之差)。

[0119] (3)在生产制造环节发电机转子磁极渗入水分和湿空气留下了隐患

[0120] 由玻璃纤维增强树脂构成的永磁材料磁极防护层、磁钢与转子磁轭壁间隙填充的粘接剂，在这些环节空隙中吸附着空气、水蒸气。使用的多组份粘接剂中的异氰酸酯基团的胶料遇水固化，并伴随有二氧化碳的释放，导致泡沫聚合物的形成。

[0121] 在发电机转子竖直轴放置状态进行真空注胶、永磁材料磁极的上三分之二充满粘接剂后，在真空压差的作用下，这里的内外压差接近真空度，但是在下三分之一处，越靠近注胶口，在注胶后期这一区域内外压差小于上部，外表面对玻纤布的压力是弱于上部区域，玻纤布中先前携带大量的空气、水蒸气，尤其注意的是：包括真空下气化的附着水摄氏43度就会汽化。玻纤布编织物属多孔材料，使用前携带湿空气水份，立体网状结构提供了在浸润期间包裹湿空气的物质条件。加热气化在抽真空时相当于加压被挤出称为气泡，玻纤布编织物属多孔材料立体网状结构同时符合水蒸气气化核心物质结构的必要条件。

[0122] (4)发电机定子铁心及槽内绕组传热结合水气化排除机理

[0123] 对发电机定子真空浸漆过程、运行使用过程、停机过程、气候季节交替过程中的发电机材料所处的各种环境对应上升到现有理论与技术去分析解决。将定子铁心(固相骨架)叠片间、绕组的导线与多层(高分子)绝缘材料之间、槽内绝缘间等等定位在在了“多孔材料”属性范畴。定子材料内部的热传导、空隙间气体、液体渗流的热对流、液相水蒸发与气相水蒸气凝结的相变传热；定子内部及材料与环境之间的水、水蒸气及空气(含盐雾)质量扩散的传质范畴；在依靠导线产热、引起定子内部材料间气体(水蒸气与干空气)状态变化(相变：液相水蒸发或水蒸气凝结)，当材料处于加热过程时，其中的水蒸气质量会因为相变而改变，由此引起材料间、材料内部水蒸气密度分布会改变，形成水蒸气密度梯度(扩散的驱动力)；内部含水率变化与环境相对湿度相平衡(电机外侧湿空气湿度与气隙内部、材料内部的湿空气湿度的大小决定着内外两侧的水蒸气的传质即水蒸气传递方向)；查证的多孔材料的规律显示：季节和气候因素的温度、湿度变化会直接导致绝缘电阻值变化；有证据图像数据显示：绕组温度上升规律反应不了叠片间自然风冷侧远端的温度情形，多孔材料内部产热气压变化显示快速上升，但由于内部各处泄露途径不一致，会出现压力降落快慢也不一致的情景。特别重要的是：材料内部叠片间、导线与多层(高分子)绝缘材料、槽内绝缘间给水蒸气介入所能提供的自身空隙与孔隙率是上述机理存在的前提。

[0124] 在强磁场作用下，水被磁化时，水分子本身结合的状态也由长链变为短链，使得水容易渗入坚硬的铁心叠片细缝中，促进叠片间的毛细现象；使水更容易渗入经过真空压力浸漆后的坚硬的多孔材料中，使铁心锈蚀后的形态发生变化，变为疏松的已被水流带走的沉渣状物。

[0125] (5)发电机转子磁极复合材料防护层中的热量湿量传递规律

[0126] 在发电机转子永磁材料磁极玻璃纤维增强树脂防护层，这些具有“毛细”的多孔湿材料的加热干燥过程中，当材料湿含量较小时，材料内湿量传输以蒸汽迁移为主，当材料湿含量较大时，材料内湿量部分以液态水形式移至材料的蒸发层，在此蒸发后又以蒸汽形式移出。在蒸发开始时，蒸发层靠近材料表面，然后逐渐向材料内部移动，当加热强烈以致造成材料内部水分的剧烈气化，且蒸汽移走速度低于气化速度时，水和蒸汽体积剧烈增大。可是在多孔物料空隙中存在着较大的流动阻力，从而在物料内形成较大的压力梯度，这种压力梯度就是造成蒸汽运动的驱动力。另外，在多孔物料毛细孔隙通道壁面上水薄膜流动，也是液态水在物料内迁移的重要形式，这种迁移向蒸发层不断地供给液态水，从而强化了蒸发。当物料内湿量浓度梯度与温度梯度方向一致时，其湿量传递过程可表示为：

[0127] 物料内湿量流率＝(物料内由湿量浓度梯度所引起的湿量流密度)+(物料内由温差引起的湿量传输密度)+(物料内由压力差引起的湿量传输密度)。

[0128] 即由三个梯度湿量梯度、温度梯度和压力梯度联合决定。

[0129] 4、风力发电机工作环境以及密封机理分析在风机的工作过程中，桨侧一般是正对上风向，上风向来流撞击发电机定子支架会发生反弹、溅射，再与转子密封环撞击后反射、蓄积，引起气流压力恢复性升高(相比来流时)，这些气流将会向桨侧围板与转子密封环之间的环状气隙内入侵。

[0130] 本发明的实施例正是针对这一技术问题而提出的。本发明实施例的技术原理是利用永磁直驱风力发电机定子铁心内的气流通道将机组内部气源引入到定子铁心的轴向端面上，并且针对桨侧围板和转子密封环形成的环形缝隙设置射流密封装置(在优选实施例中，在桨侧围板和转子密封环形成的环形缝隙处设置螺旋梳齿机构)，从而在风机的定子和转子组合后形成的内部空间中构建微正压环境，来抵御外界恶劣气流(气、液、固多相流，其中有空气、水蒸气、雨、雪、盐雾、沙尘、絮状物等)的入侵。本发明实施例所说的“微正压”是指通过电机系统内部的气源所产生的气流，在定转子“环状密封间隙”处产生的压力大于外界的来流在此入口处产生的压力，压力的大小能够使得外界的气流无法进入电机内部即可。其中，上述的恶劣气流主要是指雨水气液两相流或风雪气固两相流，当然极端情况下也存在气、液、固多相流，例如有空气、水蒸气、雨、雪、盐雾、沙尘、絮状物等。这些恶劣气流主要出现于雨或雪等恶劣的天气状况下，因此，本发明实施例的装置主要是为了抵御这些恶劣气流而设计的，而在正常干燥的天气下，可以不使用本发明实施例的装置，而让干燥气流进入风力发电机中，用于对风机进行干燥、冷却。

[0131] 下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

[0132] 实施例一

[0133] 本实施例的永磁直驱风力发电机系统从整体上包括风力发电机以及变流器，在此基础上，还包括气源系统、网侧倒送电开关、开关控制器以及射流密封装置，通过该系统各个部分的协同作业，来实现风力发电机的密封以及干燥。下面将分别对各个部分进行说明。

[0134] 如图1所示，其为本发明实施例一的永磁直驱风力发电机的结构剖视图。为了便于描述可以将图1中的上方定义为桨侧(在风机工作的过程中，桨侧一般会面对上风侧)，将下方定义为塔侧(在风机工作的过程中，塔侧一般会面对下风侧)，水平方向定义为径向(以整个风机为中心而言的径向)，竖直方向定义为轴向(沿着风力发电机的转轴的方向)。

[0135] 本实施例中的风力发电机包括定子和转子两部分，图1以截面图的形式示出了风力发电机结构。其中，定子包括定子支架1、设置在定子支架1的外周壁的定子铁心8、桨侧齿压板6以及桨侧围板3，桨侧齿压板6设置在定子铁心8的桨侧轴向端面上。这里，定子支架1的外周壁是指与定子铁心8或者固定定子铁心8的冲片固定键7(参见图3)相接或者相邻的侧壁，即定子支架1的最外侧的部分。此外，与定子匹配的转子具有转子密封环16，转子密封环16位于桨侧，与桨侧围板3形成环形缝隙。

[0136] 在上述的定子结构中，在定子支架1的外周壁上可以开设有至少一个第一气孔2，在桨侧齿压板6上开设有至少一个第二气孔5。定子还包括连通第一气孔2和第二气孔5的至少一个气流通道9，气流通道9穿过定子铁心8的内部。

[0137] 除了风力发电机之外，永磁直驱风力发电机系统还包括气源系统和射流密封装置，气源系统用于向射流密封装置供给气体，该气源系统与第一气孔2连接，而射流密封装置与第二气孔5连通，通过射流密封装置将来自第二气孔5的气流向两个方向引流，使其中一股气流(如图1上部的大致朝向左侧箭头)流向桨侧围板3和转子密封环16形成的环形缝隙，这股气流主要用于对环形缝隙进行密封，以抵御外界恶劣气流的入侵，另一股气流(如图1上部的大致朝向右侧箭头)流向定子与转子之间的气隙，这股气流主要用于对定子、转子表面、磁极表面进行干燥，带走电机内部排出的潮气。

[0138] 为了将电机内部的潮气排出，本实施例的永磁直驱风力发电机系统还涉及对变流器的控制，从而利用风力发电机发电时依靠定子绕组的发热(包括正常发电时的放热以及通过变流器倒送电而使绕组发热)来对定子内部进行干燥，将潮气排出到定子表面以及定转子之间的气隙中。其中，如图9所示，变流器包括整流单元、直流母排以及逆变单元，逆变单元与电网连接。在整流单元与风力发电机之间的第一输电线路L1上设置有送电开关K1，在直流母排与风力发电机之间具有第二输电线路L2，网侧倒送电开关K2设置在第二输电线路L2上。此外，永磁直驱风力发电机系统还包括开关控制器，其与气源系统、送电开关K1以及网侧倒送电开关K2连接(图9中的虚线表示控制连接关系)，用于控制送电开关K1和网侧倒送电开关K2的开启和断开，以及气源系统的启动和关闭。

[0139] 当通过开关控制器开启气源系统时，射流密封装置将会喷出气流，从而实现桨侧环形缝隙的密封，同时也会产生流经转子和定子间气隙的气流，从而对定子、转子表面、磁极表面进行干燥。与此同时，在风机处于发电状态时，定子绕组本身就有电流流过并产生热量，在风机处于非发电状态时，可以通过开关控制器使送电开关断开而倒送电开关闭合，这样依靠电网倒送电同样能够使得定子绕组放热。定子绕组发热能够对定子内部进行干燥，将潮气排出到定子表面以及定转子间的气隙，再配合射流密封装置产生的气流，将排出的潮气带走，从而实现对电机内部进行干燥作用。由此可见，通过气源系统、射流密封装置、绕组发电放热控制以及绕组倒送电发热控制的协同配合，能够实现风机对外界恶劣气流的密封、定子、转子表面干燥、定子内部干燥等多个功能，真正实现了风力发电机内密封协同干燥，而通过开关控制器对气源系统、送电开关以及网侧倒送电开关的合理控制，能够根据外界环境(利于天气情况)以及风机所处的状态(发电状态还是停机状态等)进行合理地时序控制。

[0140] 下面将分别对上述的永磁直驱风力发电机系统的主要部分进行详细介绍：

[0141] (1)射流密封装置

[0142] 优选地，射流密封装置的具体结构为第一螺旋梳齿机构4，如图2所示，其为图1的局部结构示意图，该图示出了使用螺旋梳齿的主动密封结构。如图1和图2所示，在桨侧围板3的靠近转子的一侧设置有至少一个梳齿进气孔21，梳齿进气孔21与第二气孔5之间通过导气管22对应连接，在桨侧围板3的靠近转子密封环16的一侧设置有第一螺旋梳齿机构4，第一螺旋梳齿机构4整体上呈环形，第一螺旋梳齿机构4与梳齿进气孔21连通，第一螺旋梳齿机构4具有第一螺旋梳齿，第一螺旋梳齿伸出到桨侧围板3和转子密封环16形成的环形缝隙中，用于在环形缝隙中产生螺旋运动的气流。

[0143] 在上述结构中，通过第一气孔2、气流通道9以及第二气孔5实现了将内部气源产生的气流引入到定子铁心8的轴向端面上，进而，再通过导气管22和设置在在桨侧围板3上的梳齿进气孔21，将气流从第二气孔5引出到桨侧围板3上的第一螺旋梳齿机构4，从而在环形缝隙中产生螺旋气流。

[0144] 其中，第一气孔2、第二气孔5以及梳齿进气孔21可以为圆形也可以为三角形、椭圆形。此外，气孔也可以为其它形状的导气孔等，总之，只要是能够导通气流即可。优选地，上述气孔为圆形气孔，圆形气孔能减少对气流的流动沿程阻力。

[0145] 在实际的应用中，可以将转子密封环16的端部适当的向外突出并且将转子密封环16的端部制作得相对较薄(如图1中所示)，从而能够保证螺旋梳齿具有足够的长度，充分发挥螺旋导流的效果。

[0146] 通过上述的带有第一螺旋梳齿机构4的定子结构，能够将定子内部的气流引入到定子铁心8的轴向端面上，进而通过设置在环形缝隙中的第一螺旋梳齿机构4产生螺旋气流，由于螺旋气流本身具有一定的气密作用，因此，能够在环形缝隙中产生微正压环境，从而抵御从桨侧围板3和转子密封环16之间的环形缝隙侵入的外界恶劣气流(例如雨或雪等)，使之不易进入电机内部，从而能够延长永磁磁极18的使用寿命，防止电机内部器件“绝缘水平降低”，降低电机受恶劣气流(例如雨或雪等)侵蚀的风险以及使得绝缘可靠性能得到保证。

[0147] 进一步地，在图2中可以看出，梳齿进气孔21可以位于第一螺旋梳齿机构4的中部，以梳齿进气孔21为中心，将第一螺旋梳齿分为两部分，其中，将远离定子支架一侧的第一螺旋梳齿称为第一上部螺旋梳齿41，将靠近定子支架一侧的第一螺旋梳齿称为第一下部螺旋梳齿42。

[0148] 优选地，第一上部螺旋梳齿41和第一下部螺旋梳齿42的螺旋方向相反，从而能够形成旋向相反的两股气流，起到更好的分流以及密封的作用。

[0149] 进一步地，从图2的截面图中可以看出，第一上部螺旋梳齿41向远离定子支架的方向倾斜，第一下部螺旋梳齿42向靠近定子支架的方向倾斜。螺旋梳齿的倾角将会改变对气流的作用力的方向，从而增大了螺旋运动的气流向着螺旋梳齿的倾斜方向的前进速率，配合上下螺旋梳齿旋向相反的特征，从而能够形成两股螺旋运动方向相反并且沿着上下两个方向加速行进的气流，从而形成反向双螺旋密封，大大增加螺旋梳齿的密封效果。此外，风机在工作中由于转子的运动，也会将上下两股气流向两个方向驱赶，能够进一步提高反向双螺旋密封效果。

[0150] 具体来说，在第一螺旋梳齿机构4的部分，气流的整体运动可以划分为大致沿着定子的圆周方向的螺旋运动和大致沿着定子轴线方向的直线运动。结合图2来说，如果图2中的所有螺旋梳齿均为水平设置(这里所说的水平是只在图2所示的平面中)，则气流的螺旋方向将会大致在与纸面垂直的并且呈水平的平面上(即图2中部梳齿23所在的平面)，同时气流将以螺旋运动的形式向图2的上下两个方向行进，而当螺旋梳齿方向不是水平方向而是具有一定的倾斜角度时，如第一上部螺旋梳齿41为向上倾斜，则向图2上方行进的气流的螺旋运动将不再是水平的，螺旋运动的倾角朝向远离定子支架的方向，同理，第一下部螺旋梳齿42产生螺旋运动的倾角朝向靠近定子支架的方向的气流，这样的设计能够加速气流向流动的方向前进，并且能够起到更好抵御外界气流的作用。

[0151] 进一步地，在梳齿进气孔21上还可以设置有第一中部梳齿23，第一中部梳齿23设置在梳齿进气孔21上，第一中部梳齿23将从梳齿进气孔21的气流进行分流(如图1和图2所示)第一中部梳齿23将梳齿进气孔21分隔为上下两个气流出口，即上部气流出口211和下部气流出口212)，使得一部分气流通过第一上部螺旋梳齿41向远离定子支架1的方向流动，另一部分气流通过第一下部螺旋梳齿42向靠近定子支架1的方向流动。

[0152] 需要说明的是，第一中部梳齿23不是必须部件，也可以使梳齿进气孔21直接面对第一上部螺旋梳齿41和第一下部螺旋梳齿42，即可以省略第一中部梳齿23，使梳齿进气孔21的一部分对着第一上部螺旋梳齿41的起始端，另一部分对着第一下部螺旋梳齿42的起始端，从而也能够将气流进行分流。只不过，在设置第一中部梳齿23的情况下，能够减少气流压力和流速上的损失，将上下两股螺旋气流更好地隔离。

[0153] 在上述的第一螺旋梳齿机构4中，以梳齿进气孔21为中心，来自内部气源的气流会分为两股气流。

[0154] 一方面，通过第一下部螺旋梳齿42能够产生沿着整个环形缝隙螺旋向下运动的气流，这股气流经过第一下部螺旋梳齿42后，构成“压力气流环状屏障”，借助“组合螺旋梳齿密封”(第一下部螺旋梳齿42的带有倾斜角度的螺旋结构特征的迷宫密封)去主动抵御来自上风向、欲进入电机上风向环状间隙的“气液固多相流”。

[0155] 另一方面，通过第一上部螺旋梳齿41能够产生沿着整个环形缝隙螺旋向上运动的气流，这股气流经过第一上部螺旋梳齿41后，用于辅助压力密封气流建立足够压力、构成“压力气流环状屏障”的同时，借助“组合螺旋梳齿密封”(“第一上部螺旋梳齿41的带有倾斜角度的螺旋结构特征的迷宫密封”)进入电机气隙(即图1右侧的定转子之间的气隙)，去干燥电机内部表面，然后再沿轴向汇集在定子端部机舱侧(即塔侧齿压板10与转子端盖19之间)，最后经端盖密封环20与塔侧围板11之间的环状间隙排入大气环境中。这股向上的螺旋气流是作为对流换热传质的干燥用气流，用于带走定子、转子表面、磁极表面的潮气(电机内部由于绕组产热而排出的潮气)，这样能够防止潮气返回到电机中，从而防止返回的潮气破坏电机的内部绝缘材料的绝缘性。

[0156] 进一步地，还可以将第一上部螺旋梳齿41的螺旋方向设计成与转子的旋转方向相同。通过这样的设计，能够更加有效地利用经过上部螺旋梳齿的这股气流，一方面，可以利用转子密封环16的旋转作用，通过转子密封环16与气流之间的摩擦力对气流的螺旋运动进行加速，使得气流能够加速向上运动，能够以更高的速度到达并经过定子与转子之间的气隙(图1右侧有表示气流的箭头通过的缝隙)，提高对电机的干燥效率，另一方面，能够使得气流在进入定子与转子之间的气隙时，进一步强化干燥转子永磁磁极防护防腐玻璃纤维增强树脂覆层的作用；同时强化干燥定子表面，促成电机腔体内、气隙内干燥空气流场与湿空气浓度场的较高的协同度，达到强化干燥的目的。

[0157] 进一步需要说明的是，下方的“组合螺旋梳齿密封”(即第一上部螺旋梳齿41)产生的泵送压头(螺旋梳齿的端部)在图1和图2中是朝下的，上方的“组合螺旋梳齿密封”产生的泵送压头是朝上的，并且可将第一上部螺旋梳齿41和第一下部螺旋梳齿42的螺旋方向设置为相反方向，即可以以第一中部梳齿23为界两端形成旋向相反的螺旋，从而将产生螺旋运动方向相反的气流，从而更加有利于对两个气流进行分流，并且增强迷宫密封的作用，并且由于从上下两个气流出口出来的气流在各自环周是贯通的，利于“聚压”形成环周一致的压力气流。

[0158] 综上所述，在本发明实施例的技术方案中，使用气压密封技术思想，利用螺旋梳齿内射流空气的压力在开启式电机上风向进风口内之间的环状间隙，建立“局部环形空间”和“微正压”，来封堵发电机旋转部件与静止部件之间的间隙，防止上风向空气流携带雨水或雪进入该间隙，以保证密封。气源在此密封处产生的压力要比电机外自然环境压力偏高。建立起开启式风力发电机的密封方式和构造出空气流道的具体结构。

[0159] 综上所述，上述的密封机构从密封状态上包含了静密封和动密封两种密封状态，从密封机理上包含了梳齿、螺旋、气压三种密封原理的结合，从而能够充分地将多相气流屏蔽在环形气隙之外。

[0160] 此外，上风向空气流携带雨水(或雪)撞击风力发电机受阻后在穿越定子围板与转子密封环16(围板)后，到达桨侧围板3和转子密封环16之间的环状间隙，雨水气液两相流或风雪气固两相流在发电机上风向环状间隙内形成压力。利用流体力学的平衡状态的基本原理，能够计算出环状间隙中的作为气压密封元件的螺旋梳齿机构的出口气流所需的压力和流速。在迷宫密封的膨胀空腔内的气流流道出口，构造“开环螺旋状汇流腔”，充当母管汇流均压的作用。螺旋梳齿组合压力密封依靠气源提供的足够压力产生高速气流，并且出口流速、流量可控，以适应上风向气流速度的变化。即：气压密封的压力可以根据需要自动调整，实现“自适应”调节，以达到气源源头耗功较小的目的。

[0161] 此外，连接梳齿进气孔21与第二气孔5之间的导气管可以有如下两种形态：

[0162] 1)导气管22整体上呈环形，即和第一螺旋梳齿机构4的形态一样，导气管22沿着桨侧齿压板6的圆周延展，呈360度的环形。这样的结构能够将多个第二气孔5流出的气流在圆周方向上进行均匀混合后再送入梳齿进气孔21，从而能够使得进入梳齿进气孔21的气流在圆周方向上压力均匀。

[0163] 2)梳齿进气孔21与第二气孔5之间通过彼此分离的多根导气管22对应连接。这种结构不需要制作环形的导气管22，从而在部件制作上相对简单。导气管22可以根据第二气孔5的数量而定，如下面所介绍的气流通道为48个，那么相对应地，导气管22的数量可以对应设置为48个。

[0164] (2)定子铁心内部的气流通道

[0165] 定子铁心8内部的气流通道9用于将定子内部的气源系统12提供的气源引入到桨侧齿压板6上开设的至少一个第二气孔5处。具体地，如图3所示，其为图1中沿A-A向的截面示意图。在定子支架1的外周壁上固定有冲片固定键7，定子铁心8(定子铁心8由多瓣铁心模块组合而成，每个铁心模块由铁心叠片构成)具有燕尾槽，该燕尾槽套设在冲片固定键7上，从而将定子铁心8固定在定子支架1的外周壁上。第一气孔2可以位于与冲片固定键7接触的定子支架1的外周壁上，气流通道9可以穿过冲片固定键7的气孔与第一气孔2连通。

[0166] 如图1所示，气流通道9可以包括径向气流通道92和轴向气流通道91，径向气流通道92可以穿过冲片固定键7和定子铁心8的内部，径向气流通道92的一端与第一气孔2连接，另一端与轴向气流通道91连接，轴向气流通道91可以沿轴向穿过定子铁心8的内部与第二气孔5连通。其中，径向气流通道92与轴向气流通道91可以直接连接，也可以经过任意弯曲后再连接，总之，只要能将径向气流通道92和轴向气流通道91连接即可。

[0167] 此外，第一气孔2、第二气孔5以及气流通道9可以为多个且数量相等，沿着圆周均等设置。其中，多个第一气孔2、第二气孔5以及气流通道9对应连通，形成多条独立的从定子支架1的内壁到桨侧齿压板6的气流通路。优选地，在定子铁心8的内部桨侧齿压板6的下方，径向气流通道92在定子铁心8内部90度转向进入轴向气流通道91，轴向气流通道91平行于电机定子轴向。如图4所示，其为本发明实施例的永磁直驱风力发电机的定子铁心内部的气流路径示意图，其中，径向气流通道与轴向气流通道一一对应，图中仅示出了轴向气流通道，本发明实施例具有若干个气流通道，优选地，如图4所示，图4为本发明实施例一的永磁直驱风力发电机的定子铁心内部的气流路径示意图。共设置有48个气流通道，它们的长度(L1、L2……L48)/内径(d1、d2……d48)/绝对粗糙度(ε1、ε2……ε48)优选为相同，周向间隔也是一致的。

[0168] (3)风电机组内部的气源系统

[0169] 如图5所示，风电机组内部的气源系统12(具体地，气源系统12可以设置在定子支架之间或者在机舱空间内)中的气源可以取自机舱内的气压发生装置。气源系统12在雨、雪天气时段可以抵御风雨“气液两相流”和风雪“气固两相流”的侵入；气源系统12在需要干燥电机内部的时间段工作，使得在充分干燥发电机定子绝缘和转子磁极防护层的同时减少了气源的能耗。设置在定子中的气流通道9通过第一气孔2与气源系统12连接，将风电机组内部的气源引至气流通道9中。气源系统12可以包括产生预定压力气流的气源发生装置和可以对气流进行净化以及干燥处理的气源处理装置。

[0170] 气源发生装置可以为空气压缩机或者鼓风机等，空气压缩机(或称为压气机)是气压发生装置，它是提高空气的压力或输送空气的机器，也是将原动机供给的机械能转化成空气压力能的一种转换装置。在空气压缩机工作过程中，处于压缩机气缸中的空气被迅速压缩，气体被迅速压缩的过程是一个放热过程，必然引起压缩机气缸的温度升高，因此，一般需进行冷却。在多级压缩的空气压缩机最后一级排气温度可达140—170℃，在这样高的温度下，压缩空气中常混有一定的气态油和水蒸气，需要设置冷却器冷却压缩空气，以初步离析压缩空气中所含的油分和水分，防止油分和水分随压缩空气进入风力发电机定子铁心流道。因此，气源处理装置还可以包括空气过滤器、冷却器、油水分离器以及干燥器。其中，空气过滤器用作过滤进入空气压缩机气缸之前的气体(即过滤机舱内空气中所含的灰尘和其它杂质)，用于防止空气中的灰尘、固体杂质等进入空气压缩机后，导致空气压缩机气缸中相对运动部件的摩擦和磨损。

[0171] 此外，油水分离器(气液分离器)用作进一步分离压缩空气中所含有的油分和水分，使压缩后的空气得到初步的净化处理，用于消除油分和水分对电机定子支架及其铁心内流道、发电机内部的污染、腐蚀。

[0172] 另外，压缩空气经冷却器和油水分离器后，仍然含有一定的水分，其含量的多少取决于空气的温度、压力和相对湿度的大小。电机内需要的是干燥空气，因此需要设置空气干燥装置，即干燥器。

[0173] 进一步地，如图5所示，其为本发明实施例一的永磁直驱风力发电机的定子内气流获取路径，气源系统12可以通过母管13和支管14与第一气孔2连接，可以从母管13上引出与第一气孔2数量相同的支管14，支管14对应连接在第一气孔2上。母管13优选为圆环形，也可以是分段的圆环分段，从而能够减小对气流的流动造成的沿程阻力。

[0174] 此外，作为干燥用的热源可以有两个，一个是在上述气源系统12中设置干燥器，另一个是定子线圈。采用定子线圈作为干燥热源，还能在停机状态下应用，需要通过电网经变流器逆变单元给发电机定子倒送电，使定子产热来干燥定子内部结构和内部材料。在将两个热源配合使用的情况下，定子内部的潮气通过定子自身产热将潮气排出到定子表面，然后再通过来自内部气源系统12的干燥空气将潮气从定子表面带走，从而达到定子内外同时除湿的功效。

[0175] (4)气流流动路径

[0176] 机舱内空气气流经过气源系统12的过滤干燥压缩后送至定子支架1上的第一气孔2，气流由第一气孔2穿过冲片固定键7进入定子铁心8的径向气流通道92，气流沿径向气流通道92转入轴向气流通道91，之后由轴向气流通道91穿过桨侧齿压板6上的第二气孔5，然后通过导气管22将气流引入桨侧围板3上的梳齿进气孔21，从梳齿进气孔21喷出的气流便进入上述的第一螺旋梳齿机构4，形成上下两股螺旋气流，向下螺旋运动的气流封堵环状旋转间隙，阻止雨雪气固两相流或雨水气液两相流的侵入，而向上螺旋运动的气流，会撞击转子密封环16，撞击后的反弹气流进入定转子之间的气隙，沿轴向汇集在定子端部机舱侧(即塔侧齿压板10与转子端盖19之间)，最后经端盖密封环20与塔侧围板11之间的环状间隙排入大气环境中，这些在电机内部反弹的部分气流还可以对绕组的端部环节17和磁极18进行干燥。

[0177] (5)传感器、开关控制器以及开关控制策略

[0178] 为了更加合理地对气源系统、送电开关以及网侧倒送电开关进行控制，可以在风力发电机中设置传感器或者检测装置，以检测风力发电机内部的湿度和/绝缘状况，从而作为开关控制器执行控制的依据。

[0179] 具体地，本实施例的永磁直驱风力发电机系统还可以包括设置在风力发电机槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的湿度传感器，湿度传感器与开关控制器连接，这种情况下，开关控制器可以用于如下控制：

[0180] 在风电场为无风或小于切入风速的状态下，对湿度传感器检测的湿度值进行判断，如果湿度超过预定的湿度阈值，则断开送电开关并开启网侧倒送电开关，并且启动气源系统；

[0181] 在风力发电机处于并网发电的状态下，对湿度传感器检测的湿度值进行判断，如果湿度超过预定的湿度阈值，则启动气源系统。

[0182] 另外，永磁直驱风力发电机系统还可以包括设置在风力发电机槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的绝缘电阻值测量装置，绝缘电阻值测量装置与开关控制器连接，在这种情况下，开关控制器还可以用于如下控制：

[0183] 在风电场为无风或小于切入风速的状态下，对绝缘电阻值测量装置检测的绝缘电阻值进行判断，如果绝缘电阻值低于预定的绝缘电阻标准值，则断开送电开关并开启网侧倒送电开关，并且启动气源系统；

[0184] 在风力发电机处于并网发电的状态下，对绝缘电阻值测量装置检测的绝缘电阻值进行判断，如果绝缘电阻值低于预定的绝缘电阻标准值，则启动气源系统。

[0185] 需要说明的是，上述的湿度传感器和绝缘电阻值测量装置可以同时存在也可以仅设置其中之一，相应地，在同时设置湿度传感器和绝缘值测量装置的情况下，开关控制器的控制策略可以是上述两种情况的结合。

[0186] 实施例二

[0187] 在实施例一的基础上，本实施例的定子在塔侧的塔侧围板上也设置有螺旋梳齿机构。具体地，如图6和图7所示，图6为本发明实施例二的永磁直驱风力发电机的定子结构示意图，图7为图6的局部结构示意图。在塔侧方向上，定子还包括塔侧齿压板10以及塔侧围板11，塔侧齿压板10设置在定子铁心8的塔侧轴向端面上，相应地，转子支架15上还具有端盖密封环20，端盖密封环20与塔侧围板11之间形成环状间隙。

[0188] 在桨侧围板3的靠近转子密封环16的一侧还设置有第二螺旋梳齿机构24，第二螺旋梳齿机构24整体上呈环形，第二螺旋梳齿机构24具有第二螺旋梳齿241，第二螺旋梳齿241伸出到桨侧围板3和转子密封环16形成的环形缝隙中，用于在环形缝隙中产生螺旋运动的气流，从而对端盖密封环20与塔侧围板11之间形成的环状间隙中构建“压力气流环状屏障”，防止外界恶劣气流进入风机内部。

[0189] 如实施例一中所介绍的，通过第一上部螺旋梳齿41的气流，将会进入电机气隙(即图1右侧的定转子之间的气隙)，去干燥电机内部表面，然后再沿轴向汇集在定子端部机舱侧(即塔侧齿压板10与转子端盖19之间)，最后经端盖密封环20与塔侧围板11之间的环状间隙排入大气环境中。本实施例中的第二螺旋梳齿机构24就是作用于这股气流的，当这股气流汇集到定子端部机舱侧时，将会经过第二螺旋梳齿机构24向外排出，第二螺旋梳齿机构24依靠从桨侧来的这股气流来产生螺旋运动的气流，从而在塔侧的环形间隙中构建压力密封环境。

[0190] 进一步地，为了更好地防止外界恶劣气流进入风机内部，优选地，在第二螺旋梳齿的截面图形中，第二螺旋梳齿241向靠近定子支架1的方向倾斜，从而用于产生螺旋运动的倾角朝向靠近定子支架的方向的气流，这样更加有利于抵御外界气流的进入。

[0191] 以上介绍了两种实施例结构，下面再对实际应用中整体气流路径进行一下说明，如图8所示，图8为本发明实施例的永磁直驱风力发电机的整体气流路径示意图。通过设置于机舱内的气源系统12产生干燥气流，经过定子铁心8内部的气流通道，到达定子围板上的具有双向螺旋梳齿的第一螺旋梳齿机构4，干燥气流在此被分流为两路，一路朝向电机外部，形成压力气流环状螺旋流屏障，用来封堵外界恶劣气流，另一路向上朝向电机内部，流经电机气隙，携带电机表面的潮气(包括从内部溢出的潮气)，形成湿空气，从电机塔侧的具有单向螺旋梳齿的第二螺旋梳齿机构24挤出。

[0192] 实施例三

[0193] 本实施例主要介绍基于实施例一和实施例二的密封协同干燥控制方法，其主要是基于湿度和/或绝缘电阻值的检测而进行的，并根据风机处于的发电状态，来合理地选择控制策略。具体包括：

[0194] 对风力发电机的槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的湿度进行检测，或者对风力发电机的绕组的绝缘电阻值进行检测；

[0195] 在风电场无风或小于切入风速的时段，如果湿度超过预定的湿度阈值或者绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则断开送电开关并开启网侧倒送电开关，并且启动气源系统；

[0196] 在风力发电机处于并网发电的时段，如果湿度超过预定的湿度阈值或者绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则启动气源系统。

[0197] 实施例四

[0198] 本实施例主要介绍基于实施例一和实施例二的密封协同干燥控制方法，本实施例同样是基于湿度和/或绝缘电阻值的检测而进行的，并根据风机处于的发电状态，来合理地选择控制策略，不过与实施例三不同之处在于，本实施例还引入的天气状况作为参考因素。具体包括：

[0199] 在有雪或者有雨的时段，执行如下处理：

[0200] 如果风电场为无风或小于切入风速的状态，则断开送电开关并开启网侧倒送电开关，并且启动气源系统；

[0201] 如果风力发电机处于并网发电的状态，启动气源系统，

[0202] 在无雪且无雨的时段，执行如下处理：

[0203] 对风力发电机的槽部绝缘附近和/或铁心叠片间隙处的湿度进行检测，或者对风力发电机的绕组的绝缘电阻值进行检测；

[0204] 在风电场无风或小于切入风速的时段，如果湿度超过预定的湿度阈值或者绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则断开送电开关并开启网侧倒送电开关，并且启动气源系统；

[0205] 在风力发电机处于并网发电的时段，如果湿度超过预定的湿度阈值或者绝缘电阻值低于绝缘电阻标准值，则启动气源系统。

[0206] 此外，在有雪或者有雨的时段之后，可以使所述气源系统开启预定时间段，然后再执行上述在无雪且无雨的时段的处理。即，雨雪时段后，需要对风力发电机进行强行的干燥处理，避免潮气的堆积。

[0207] 另外，对于气源系统来说，在启动之后，可以根据风电场的风速和/风力发电机的转速，自适应调整所述气源系统输出气流的压力；也可以风力发电机的冷却要求，调整所述气源系统输出气流的温度。

[0208] 以上介绍了本发明的四个实施例，下面再从整体上介绍一下本发明实施例的重要技术点、其他可选方式以及技术效果：

[0209] 1、在本发明实施例中，可以将气源系统设置在风力发电机组的机舱内，气源系统提供的干燥空气流经母管多路引出压入定子支架，借助紧固连接在发电机定子支架上的铁心，在铁心内设计的流道向发电机内部密封处提供足够压力气流，建立“微正压封堵用压力气流与螺旋梳齿构成环状屏障”。

[0210] 2、螺旋密封组合迷宫(梳齿)密封配合双向螺旋梳齿之间的压力密封，并且设置在风力发电机上风向环状气隙定子侧，下风向环状间隙处定子侧设置螺旋密封组合迷宫(梳齿)密封。

[0211] 3、在风电场无风或小于切入风速时段都可以借助发电机组变流器的网侧逆变器从电网给发电机倒送电，此时网侧逆变器处于整流状态，经变流器直流母排将可控直流电倒送给发电机定子绕组用于依靠定子绕组产热来干燥绕组的槽部绝缘和铁心叠片间隙。依靠定子绕组自身产热来干燥内部绕组的槽部绝缘和铁心叠片间隙的过程中，需要依据当定子内湿量浓度梯度与温度梯度方向一致时，其湿量传递过程速率遵守：

[0212] 定子内湿量流率＝(定子内由湿量浓度梯度所引起的湿量流密度)+(定子内由温差引起的湿量传输密度)+(定子内部由气体压力差引起的湿量传输密度)。即由三个梯度湿量梯度、温度梯度和压力梯度联合决定。

[0213] “协同”(此处发明点，密封协同干燥本意之一)气源主动密封用的干燥气隙用的气流来配合，将定子绕组内部产热气化“驱替”产生进入气隙的湿空气沿轴向驱赶，经塔侧密封挤出电机流向电机外部自然环境。依靠绕组内部单独产热干燥、或单独依靠气源干燥气流来干燥气隙内部的效果都不及它们联合作用，这是协同之意“二”(密封协同干燥本意还包括：如“4”所述的气源气流有两股，一股用来密封，抵御外部雨水、雨雪，另一股用来干燥电机内部，并用来驱替湿气流，绕组内部产生的和外部进入的)。“协同”之意三还指：基于干燥场协同理论要求：进入气隙的干燥气流方向与转子运动方向形成一个夹角(干燥气流沿着圆周方向的分量是逆着转子旋转方向的。这样，干燥气流与转子永磁磁极防腐防护覆层之间的相对运动速度增加，摩擦效果增加，利于干燥转子磁极防护层，巧妙使用干燥场协同理论要求。)

[0214] 4、在风电场无风或小于切入风速时段依靠机舱内气源在环状间隙与梳齿密封间产生足够气流，一部分直接向上风向外溢出电机，一部分转向内部，掠过气隙，在绕组后向端部蓄积，经环状间隙与梳齿密封间挤出；在这个过程中并行的一个表面传质干燥过程在发生，干燥空气将在发电机定子表面实现对流传质与对流换热干燥定子绕组表面，同时干燥发电机磁极防护层(复合材料)，而后一并携带水蒸气离开。依靠的是人为制造的压力密封气流去发挥它的第二个功能：通过表面传质形式去干燥绕组的槽部绝缘和铁心叠片间隙，同时干燥发电机磁极防护层(复合材料)，并起到传输潮气的作用。在这个过程中并行的一个内部传质干燥过程同时在发生，变流器直流母排将可控直流电到送给发电机定子绕组用于依靠定子绕组产热来干燥绕组的槽部绝缘和铁心叠片间隙。即“密封协同干燥的时序控制”的本意之四，定子绕组内部可控产热驱潮、压力密封的气流在表面对流传质实现干燥，完成电机定子及其多孔材料的传热传质干燥目的。

[0215] 5、在风机并网发电期间(定子绕组在产热)，并且无雨无雪时序段，可以根据发电机当前的绝缘在线装置对发电机绕组的绝缘电阻测量值判定是否投入用于压力密封的气源气流工作。这时的“密封”是组合式密封：螺旋梳齿配合压力密封。即“密封协同干燥的时序控制”的本意之五(定子绕组内部可控产热驱潮、压力密封的气流在表面对流传质实现干燥，完成电机定子及其多孔材料的传热传质干燥目的)。

[0216] 6、在风机并网发电期间，并且无雨无雪时序段，可以根据发电机当前的空气相对湿度在线装置测量值判定是否投入用于压力密封的气源气流工作。即“密封协同干燥的时序控制”的本意之六，定子绕组内部可控产热驱潮、压力密封的气流在表面对流传质实现干燥，完成电机定子及其多孔材料的传热传质干燥目的。

[0217] 7、在风机并网发电期间，并且有雨或有雪时序段，可以根据天气预报自动投入用于压力密封的气源气流工作，去抵御开启式发电机外雨或雪天气时序段风雨“气液两相流”和风雪“气固两相流”的大量侵入。这时的“密封”是组合式密封：螺旋梳齿组合压力密封。即“密封协同干燥的时序控制”的本意之七，定子绕组内部可控产热驱潮、压力密封的气流在表面对流传质实现干燥，完成电机定子及其多孔材料的传热传质干燥目的。

[0218] 8、在雨或有雪时序段之后，无论风电场是否有风，均投入用于压力密封的气源气流工作。投入时间长短须依据发电机当前的绝缘在线装置对发电机绕组的绝缘电阻测量值与绝缘电阻合格值进行比较。即“密封协同干燥的时序控制”的本意之八，无风时，仍然依靠变流器直流母排将可控直流电到送给发电机定子绕组用于依靠定子绕组产热来干燥绕组的槽部绝缘和铁心叠片间隙；定子绕组内部可控产热驱潮、压力密封的气流在表面对流传质实现干燥，完成电机定子及其多孔材料的传热传质干燥目的。

[0219] 9、还可以根据当前风电场风速或发电机转速“自适应”调整用于压力密封的气源气流工作压力，节省气源源头动力的同时保证抵御携带雨或雪的上风向空气流来达到“密封”电机内部的效果。

[0220] 10、密封用压力气流温度可从气源处调整，以适应压力气流工作时，对电机内部冷却的要求，实现“冷却干燥”的目的，“密封协同干燥的时序控制”的本意之六，不影响电机的正常冷却，参见图10和图11所示，风力发电机具有天然的轴向冷却通道，箭头代表的来流方向，其中如图11所示，天然的冷却通道位于定子支架上的铁心背部。

[0221] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。