直驱式风力发电机组

摘要

本发明涉及直驱式风力发电机组。所公开的直驱式风力发电机组，包括发电机，该发电机包括转子和定子，转子与转轴结合并从转轴接收扭矩，转子和定子分别具有形成气隙的重合区域，在转子的重合区域的两个侧边缘部中的至少一者或者定子的重合区域的两个侧边缘部中的至少一者设置防倾斜挡块。据此，可防止发电机气隙过小，进而防止发电机被烧毁。

权利要求

1.一种直驱式风力发电机组，其特征在于，所述直驱式风力发电机组包括发电机，所述发电机包括转子(11)和定子(12)，所述转子(11)与转轴(3)结合并从所述转轴(3)接收扭矩，所述转子(11)和所述定子(12)分别具有形成气隙的重合区域(14)，在所述转子(11)的所述重合区域(14)的两个侧边缘部中的至少一者或者所述定子(12)的所述重合区域(14)的两个侧边缘部中的至少一者设置防倾斜挡块(13)；

所述转轴(3)和所述转子(11)通过挠性连接构件(6)连接，所述挠性连接构件(6)的刚度小于所述转轴(3)和所述转子(11)的刚度；

所述转轴(3)通过滑动轴承连接到定轴(4)，所述滑动轴承包括上风向推力轴瓦(51)、下风向推力轴瓦(52)和径向轴瓦(53)，分别安装在所述转轴(3)或所述定轴(4)的安装面上，且所述上风向推力轴瓦(51)、所述下风向推力轴瓦(52)和所述径向轴瓦(53)与所述安装面之间分别设置有调节垫片(54)；

所述转子(11)的前端通过所述挠性连接构件(6)连接到所述转轴(3)，所述转子(11)的后端通过滚动轴承或滑动轴承连接到定轴(4)。

2.如权利要求1所述的直驱式风力发电机组，其特征在于，在所述转子(11)的所述重合区域(14)的所述两个侧边缘部中的至少一者和所述定子(12)的所述重合区域(14)的所述两个侧边缘部中的至少一者分别设置所述防倾斜挡块(13)。

3.如权利要求2所述的直驱式风力发电机组，其特征在于，所述转子(11)和所述定子(12)上设置的所述防倾斜挡块(13)相互对应。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的直驱式风力发电机组，其特征在于，在所述定子(12)的所述重合区域(14)的所述两个侧边缘部设置所述防倾斜挡块(13)。

5.如权利要求1至3中任意一项所述的直驱式风力发电机组，其特征在于，所述转子(11)设置于所述定子(12)之外，所述防倾斜挡块(13)从所述定子(12)的所述重合区域(14)的所述侧边缘部朝向径向外侧倾斜延伸。

6.如权利要求1至3中任意一项所述的直驱式风力发电机组，其特征在于，在所述转子(11)的所述重合区域(14)的所述两个侧边缘部设置所述防倾斜挡块(13)。

7.如权利要求1至3中任意一项所述的直驱式风力发电机组，其特征在于，在所述定子(12)的定子铁心上设置有所述防倾斜挡块(13)。

8.如权利要求1至3中任意一项所述的直驱式风力发电机组，其特征在于，在所述转子(11)的转子磁轭上设置有所述防倾斜挡块(13)。

9.如权利要求1至3中任意一项所述的直驱式风力发电机组，其特征在于，所述防倾斜挡块(13)采用耐磨减震材料。

10.如权利要求1至3中任意一项所述的直驱式风力发电机组，其特征在于，所述防倾斜挡块(13)沿所述转子(11)或所述定子(12)的周向分隔布置，或者沿所述转子(11)或所述定子(12)的周向连续设置。

11.如权利要求1所述的直驱式风力发电机组，其特征在于，所述挠性连接构件(6)为截面为T型的环状构件。

说明书

直驱式风力发电机组

技术领域

[0001] 本发明涉及风力发电技术，更具体地说，涉及确保发电机的转子与定子之间的气隙的技术。

背景技术

[0002] 风力发电机组是利用风能发电的新能源设备。风力发电机组可分为两大类，即没有增速传动系统的直驱式风力发电机组和带有增速传动系统的双馈式风力发电机组。

[0003] 现有的直驱式风力发电机组包括塔筒、设置在塔筒顶部的机舱以及位于机舱内的发电机。施加到叶片上的风所产生的扭矩输入到转轴，转轴带动发电机的转子转动，从而通过转子与定子之间的相互电磁作用产生电能。

[0004] 对于发电机，气隙(发电机定子和转子之间的空隙)的控制十分重要。定子与转子之间的不均匀气隙导致两者之间产生不均衡的磁拉力。即使在定、转子表面极其规则的情况下，实际机组中由于轴系的变形引起的电机转子的偏心也可以产生不平衡磁拉力。当发电机气隙过小，接近为0时会造成发电机烧毁的危险。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种直驱式风力发电机组，以防止发电机气隙过小，进而防止发电机被烧毁。

[0006] 根据本发明的一方面，提供一种直驱式风力发电机组，该直驱式风力发电机组包括发电机，发电机包括转子和定子，转子与转轴结合并从转轴接收扭矩，转子和定子分别具有形成气隙的重合区域，在转子的重合区域的两个侧边缘部中的至少一者或者定子的重合区域的两个侧边缘部中的至少一者设置防倾斜挡块。

[0007] 可选地，可在转子的重合区域的两个侧边缘部中的至少一者和定子的重合区域的两个侧边缘部中的至少一者分别设置防倾斜挡块。

[0008] 可选地，转子和定子上设置的防倾斜挡块可相互对应。

[0009] 可选地，可在定子的重合区域的两个侧边缘部设置防倾斜挡块。

[0010] 可选地，转子设置于定子之外，防倾斜挡块可从定子的重合区域的侧边缘部朝向径向外侧倾斜延伸。

[0011] 可选地，在转子的重合区域的两个侧边缘部设置防倾斜挡块。

[0012] 可选地，在定子的定子铁心上设置有防倾斜挡块。

[0013] 可选地，在转子的转子磁轭上设置有防倾斜挡块。

[0014] 可选地，防倾斜挡块采用耐磨减震材料。

[0015] 可选地，防倾斜挡块沿转子或定子的周向分隔布置，或者沿转子或定子的周向连续设置。

[0016] 可选地，转轴通过滑动轴承连接到定轴。

[0017] 可选地，滑动轴承包括上风向推力轴瓦、下风向推力轴瓦和径向轴瓦，分别安装在转轴或定轴的安装面上。

[0018] 可选地，上风向推力轴瓦、下风向推力轴瓦和径向轴瓦与安装面之间分别设置有调节垫片。

[0019] 可选地，转轴和转子通过挠性连接构件连接，挠性连接构件的刚度小于转轴和转子的刚度。

[0020] 可选地，挠性连接构件为截面为T型的环状构件。

[0021] 可选地，转子的前端通过挠性连接构件连接到转轴，转子的后端通过滚动轴承或滑动轴承连接到定轴。

[0022] 根据本发明，当转子发生倾斜时，防倾斜挡块能够阻止转子的进一步倾斜，防止转子与定子之间的气隙小于预定值，进而防止转子和定子接触烧毁。

附图说明

[0023] 图1是示出根据本发明的实施例的直驱式风力发电机组的结构的截面图；

[0024] 图2是用于说明本发明所解决问题的示意图；

[0025] 图3A至图3D示出防倾斜挡块的变形例；

[0026] 图4是根据本发明的实施例的直驱式风力发电机组当增加调节垫片时的示意图；

[0027] 图5是根据本发明的实施例的直驱式风力发电机组当采用挠性连接构件时的示意图。

[0028] 标号说明：

[0029] 11为转子，12为定子，13为防倾斜挡块，14为重合区域，3为转轴，4为定轴，51为上风向推力轴瓦，52为下风向推力轴瓦，53为径向轴瓦，54为调节垫片，6为挠性连接构件，G为气隙。

具体实施方式

[0030] 以下，将参照附图详细描述根据本发明的实施例的直驱式风力发电机组。

[0031] 如图1所示，直驱式风力发电机组包括发电机，发电机包括转子11和定子12，转子11与转轴3结合并从转轴3接收扭矩。转子11和定子12分别具有形成气隙G的重合区域14，在转子11上的重合区域14的两个侧边缘部中的至少一者或者定子12上的重合区域14的两个侧边缘部中的至少一者设置防倾斜挡块13。

[0032] 假如没有设置防倾斜挡块13，则如图2所示，当转子11因转轴3的偏转等原因而发生倾斜时，转子11与定子12之间的气隙G减小，甚至造成转子11和定子12接触(参见图2的B区域)。结合图1可知，在设置有防倾斜挡块13的情况下，若转子11朝着顺时针方向倾斜，则设置在定子12的后侧(图1中右侧)的防倾斜挡块13会阻止转子11的过度倾斜，即转子11与防倾斜挡块13抵接之后，将不能继续倾斜，由此可防止转子11与定子12之间的气隙G小于预定值，进而防止转子11和定子12接触烧毁。

[0033] 可以只在定子12侧设置防倾斜挡块13，或者只在转子11侧设置防倾斜挡块13，也可以在定子12和转子11侧均设置防倾斜挡块13。当在定子12和转子11均设置防倾斜挡块13时，可以使定子12和转子11上设置的防倾斜挡块13相互对应，但这不是必须的。

[0034] 如图1所示，转子11在外、定子12在内时，可在定子12的重合区域14的前侧边缘部和后侧边缘部设置防倾斜挡块13。当然，也可以只在前侧边缘部或后侧边缘部设置防倾斜挡块13。从效果来讲，前侧边缘部和后侧边缘部都设置防倾斜挡块13时显然更好。以其中一侧的防倾斜挡块13为例，既可以沿着定子12的周向间隔布置有多个防倾斜挡块13，也可以将防倾斜挡块13设置为沿定子12的周向连续的环状、弧形构件。

[0035] 转子11在外、定子12在内时，若只在转子11侧设置防倾斜挡块13，可以只在重合区域14的前侧边缘部和后侧边缘部中的至少一者设置防倾斜挡块13，其效果如前段所述。防倾斜挡块13的布置也可以采用前段所述的方式。

[0036] 转子11在外、定子12在内时，若在定子12和转子11均设置防倾斜挡块13，则可以有各种组合。例如，根据定子12上的防倾斜挡块13的布置形式，在转子11上的对应位置设置与之相配合的防倾斜挡块13。例如，定子12上在重合区域14的前侧边缘部设置防倾斜挡块13时，转子11上可在重合区域14的后侧边缘部设置防倾斜挡块13，或者相反。又例如，定子12上仅在重合区域14的前侧边缘部和后侧边缘部中的一者设置防倾斜挡块13时，转子11上可在重合区域14的前侧边缘部和后侧边缘部均设置防倾斜挡块13，或者相反。又例如，定子12和转子11上位于同一侧的防倾斜挡块13可穿插布置，以后侧边缘部为例，转子11上的防倾斜挡块13和定子12上的防倾斜挡块13可沿着周向交替布置。

[0037] 显然，转子11在内、定子12在外时，也可以采用前述的布置方式。

[0038] 防止转子11和定子12接触，主要是防止两者的绕组相接触。为此，当在定子12上设置防倾斜挡块13时，可在定子12的定子铁心上设置防倾斜挡块13。当在转子11上设置防倾斜挡块13时，可在转子11的转子磁轭上设置防倾斜挡块13。

[0039] 防倾斜挡块13的形状不限于图1所示的朝向径向外侧延伸的形状，相对定子12或转子11突出即可。以下，结合图3A至图3D说明防倾斜挡块13的几种变形例。

[0040] 如图3A所示，可在定子12上设置弯钩形式的防倾斜挡块131。

[0041] 如图3B所示，可在定子上12上设置横向延伸的挡块，在转子11上设置向下倾斜延伸的挡块，从而构成防倾斜挡块132。

[0042] 如图3C所示，防倾斜挡块133可以为包覆定子12的边缘部的包覆层。

[0043] 如图3D所示，防倾斜挡块134可以为从定子12朝向转子11突出的凸块。

[0044] 防倾斜挡块13的形状和构造不限于前述形式。而且，防倾斜挡块13的具体尺寸可根据实际故障情况和仿真情况，加以确定。简而言之，防倾斜挡块13应当位于转子11发生偏转时移动的路径上，能够阻挡转子11进一步发生倾斜。在此前提下，其形状、构造和尺寸等可以进行各种选择。

[0045] 防倾斜挡块13优选采用耐磨减震材料，例如橡胶。

[0046] 防倾斜挡块13可以与转子11或定子12一体形成，也可以单独制造之后安装到转子11或定子12。

[0047] 本发明实施例的转轴3可通过滑动轴承连接到定轴4。滑动轴承主要应用于高速、精密机械和低速重载、冲击载荷较大的机械。滑动轴承的技术特点非常适合应用于风力发电机组的主轴承。并且，设计良好的滑动轴承寿命长，能突破普通滚动轴承对风力发电机组寿命的限制。然而，以往采用滑动轴承时，在气隙控制方面会存在不足，其原因如下：

[0048] (1)滑动轴承本身就需要间隙以及油膜，因此运行过程中油膜厚度的变化也会引起气隙的变化。

[0049] (2)滑动轴承存在径向游隙和轴向游隙，在不同的载荷下，由于存在径向游隙和轴向游隙，会造成转轴3的偏转，如图2所示。转轴3的偏转会极大地引起气隙的变化，甚至造成转子11和定子12接触的危险。

[0050] 但是，根据本发明的实施例，当转轴3由于滑动轴承游隙发生倾斜时，防倾斜挡块13会阻止转子11的过度倾斜，使发电机的气隙保持在一定的范围内。因此，既能利用滑动轴承的优点，又能消除滑动轴承对发电机气隙产生的不良影响。

[0051] 优选地，滑动轴承可包括上风向推力轴瓦51、下风向推力轴瓦52和径向轴瓦53。上风向推力轴瓦51、下风向推力轴瓦52和径向轴瓦53可安装在转轴3或定轴4的安装面上。上风向推力轴瓦51、下风向推力轴瓦52和径向轴瓦53只要能够形成承受轴向载荷的两个工作面和承受径向载荷的一个工作面即可。可沿周向分隔布置多个上风向推力轴瓦51、下风向推力轴瓦52和径向轴瓦53。优选地，每块轴瓦都对应有一个保持架，该保持架通过螺栓固定在转轴3或定轴4，轴瓦安装在对应的保持架上。

[0052] 如图4所示，为了减小滑动轴承游隙的影响，同时也是为了控制游隙的大小，可在上风向推力轴瓦51、下风向推力轴瓦52和径向轴瓦53与安装面之间分别设置有调节垫片54。调节垫片54可以控制游隙的大小。调节垫片54有不同的等级以及厚度，可以控制游隙的范围和精度。调节垫片54的刚度很大，在受到外力的情况下，不易变形，仍能保持原始的厚度和精度。

[0053] 调节垫片54可通过前述保持架连接到转轴3或定轴4。

[0054] 上面，以转轴3和转子11一体形成的结构为例进行了说明。但是不限于此，转轴3和转子11也可以分别制造之后固定安装。而且，如图5所示，为了消除游隙的传递效应，可采用挠性连接构件6连接转轴3和发电机的转子11。挠性连接构件6的刚度小于转轴3和转子11的刚度，即所谓挠性是相对而言的，挠性连接构件6仍是刚性件，只是其刚度比周围刚度稍小，由此可减小滑动轴承游隙的影响和转轴转动的振动影响。滑动轴承游隙的变化是通过转轴3传递到发电机的转子11，从而影响发电机气隙。因此，通过对该传递路径赋予一定的挠性，可以减小载荷的传递，减小游隙的影响。同时，载荷对滑动轴承游隙的变化也可以减弱。

[0055] 如图5所示，为了便于安装，挠性连接构件6可采用截面为T型的环状构件，并通过螺栓安装在转轴3和转子11之间。但是其具体结构不限于此。

[0056] 转子11的前端可通过挠性连接构件6连接到转轴3，后端可通过滚动轴承或滑动轴承连接到定轴4，以进一步减小游隙的影响。

[0057] 转轴与轮毂可一体形成，即转轴与轮毂融为一体，叶片直接安装到转轴上。或者，转轴与轮毂可分别独立制造之后刚性连接。

[0058] 定轴4可固定到机舱底座，以将载荷传递到塔筒。定子12相对定轴4固定，可直接连接在定轴4上。附图中对定子12与定轴4的连接结构做了省略。

[0059] 就转轴3和定轴4的相对关系而言，转轴3可伸入到定轴4的内部，从而可以从定轴4的内部触及作为主轴承的滑动轴承，实现轴承的塔上更换，节省维护费用。

[0060] 根据本发明的实施例，当转子发生倾斜时，防倾斜挡块能够阻止转子的过度倾斜，防止转子与定子之间的气隙小于预定值，进而防止转子和定子接触烧毁。特别是针对应用滑动轴承作为主轴轴承的风机，能有效地防止发电机转子和定子接触烧毁。进一步地，通过安装调节垫片，能够控制游隙的大小，减小滑动轴承游隙对气隙的不利影响。进一步地，通过在转轴和发电机转子之间设置挠性连接构件，可以减小滑动轴承游隙对气隙的不利影响。

[0061] 虽然已表示和描述了本发明的示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对本发明的实施例做出各种修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本发明的范围内。