CN103001450A - 一种风力发电机组 - Google Patents

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吴凯
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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组，该风力发电机组包括：磁体，安装在定子组件和转子组件中的一个上；线圈，安装在定子组件和转子组件中的另一个上，使得磁体与线圈彼此面对，并且在磁体与线圈之间形成有预定间隙，从而当定子组件和转子组件发生相对运动时，线圈切割磁体的磁力线以进行发电，其中，在磁体的面对线圈的表面上涂覆有绝热层。根据本发明的风力发电机组可保障风力发电机组的磁体在安全的设计温度下工作，降低磁体由于温度升高而产生的失磁风险。

Description

一种风力发电机组
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组，更具体地讲，涉及一种对磁体进行了改进的风力发电机组。
背景技术
直驱风力发电机组可以直接与风轮相连，省去了传统风力发电***中的故障率较高的齿轮箱部件，减少了风力发电机组的维护工作，并且降低了噪声，具有效率高、可靠性好、维护成本低的优点而被广泛使用。
图1示出了传统的永磁直驱风力发电机组的发电机的结构示意图。参照图1，传统的永磁直驱风力发电机组的发电机包括：定子1，呈圆柱形，在定子1的外周表面上固定地安装有线圈支架7，在线圈支架7上安装有铁芯4，在铁芯4上安装有线圈5；转子3，通过轴承2安装在定子1上，在转子3的外周表面上固定地安装有磁体支架8，在磁体支架8的内表面上安装有磁体6，其中，磁体6与线圈5彼此面对，并在磁体6与线圈5之间形成有预定间隙(例如，10mm)。
参照图1，风力发电过程就是通过叶片转动带动发电机的转子3转动，转子3带动磁体支架8以及安装在磁体支架8上的磁体6一起转动，而线圈5相对于转子3和磁体6静止，从而使得线圈5切割磁体6的磁力线以进行发电。在发电过程中，发电机的线圈5会产生大量热，由于磁体6与线圈5之间的间隙很小，因此会由于线圈5与磁体6之间的热传递而使得发电机的转子3上的磁体6的温度升高。结果会导致磁体的性能变差，磁场强度减弱，最终使得发电机的效率降低。
一方面，通过提高磁体6的性能能够解决上述技术问题，磁体6的性能与磁体6本身的材料有着密切的关系，选择磁体材料等级更高的磁体6能在更高的安全工作温度下使用。但是，选择更高材料等级的磁体6意味着更高的成本，而且随着磁体6的材料等级的上升，对稀土材料的要求更高，可选择的范围更小。另外，随着风力发电机组的不断大型化，发电机的尺寸也在不断增大，对磁体6的使用量也在不断增多，导致成本不断增加。
另一方面，通过在发电机中设置专门针对磁体6的附加冷却***，对磁体6进行适时冷却能够解决上述技术问题。但是，设置针对磁体6的附加冷却***会使得风力发电机组的结构复杂，并且会增加风力发电机组的制造成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，提出这样一种风力发电机组，所述风力风电机能够解决现有技术存在的磁体温度升高，性能降低，以及失磁问题。另外，所述风力发电机组还能够解决针对磁体专门设计附加的冷却***而导致的结构复杂，制造成本增加的问题。
本发明一方面提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括：磁体，安装在定子组件和转子组件中的一个上；线圈，安装在定子组件和转子组件中的另一个上，使得磁体与线圈彼此面对，并且在磁体与线圈之间形成有预定间隙，从而当定子组件和转子组件发生相对运动时，线圈切割磁体的磁力线以进行发电，其中，在磁体的面对线圈的表面上涂覆有绝热层。
根据本发明，所述定子组件中的定子可呈圆柱形，在所述定子的外周表面上固定地安装有线圈支架，所述线圈安装在线圈支架上；所述转子组件中的转子通过轴承安装在所述定子上，在所述转子的外周表面上固定地安装有磁体支架，所述磁体安装在磁体支架的内表面上。
根据本发明，可在磁体的除与磁体支架接触的表面之外的所有表面上涂覆有绝热层。
根据本发明，所述绝热层的厚度可根据所述风力发电机组的功率、所述预定间隙以及绝热层的材料性能确定。
根据本发明，所述绝热层可通过喷涂或者镀覆而形成。
根据本发明，所述绝热层可以是陶瓷层。
根据本发明，所述陶瓷层可由从氮化硅、氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆组成的组中选择的至少一种材料组成。
根据本发明，所述绝热层的厚度可以为2-8mm。
根据本发明，所述线圈支架可包括：环形板，所述定子穿过所述环形板的中心孔；线圈支架筒，固定到环形板的外圆周表面上，所述线圈安装在线圈支架筒的外周表面上；支撑肋，安装在定子与线圈支架筒的内表面之间，用于加强线圈支架的强度。
根据本发明，可在线圈支架筒和线圈之间设置有铁芯。
根据本发明的风力发电机组可保障风力发电机组的磁体在安全的设计温度下工作，降低磁体由于温度升高而产生的失磁风险。
附图说明
通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：
图1示出了传统的永磁直驱风力发电机组的发电机的结构示意图；
图2示出了根据本发明的第一示例性实施例的风力发电机组的发电机的结构示意图；
图3示出了根据本发明的第一示例性实施例的风力发电机组的发电机的A部分的放大图；
图4示出了根据本发明的第二示例性实施例的风力发电机组的发电机的结构示意图；
图5示出了根据本发明的第二示例性实施例的风力发电机组的发电机的A′部分的放大图。
具体实施方式
现在对本发明的实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的元件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。
图2示出了根据本发明的第一示例性实施例的风力发电机组的发电机的结构示意图。
参照图2，根据本发明的第一实施例的风力发电机包括：定子1，呈圆柱形，在定子1的外周表面上固定地安装有线圈支架7，在线圈支架7上安装有线圈5；转子3，通过轴承2安装在定子1上，在转子3的外周表面上固定地安装有桶形磁体支架8，在磁体支架8的内表面上安装有磁体6，磁体6与线圈5彼此面对，并且在磁体6与线圈5之间形成有预定间隙，其中，在磁体6的面对线圈5的表面上涂覆有绝热层。其中，定子1和线圈支架7组成定子组件，转子3和磁体支架8组成组成转子组件。
线圈支架7包括：环形板71，所述定子1穿过所述环形板71的中心孔；线圈支架筒72，固定到环形板71的外圆周表面上，线圈5安装在线圈支架筒72的外周表面上；支撑肋73，安装在定子1与线圈支架筒72的内表面之间，用于加强线圈支架7的强度。
虽然在本发明中，示出了线圈5通过线圈支架7安装在定子1上，但是不发明不限于此，线圈5也可以通过其他固定装置安装在定子1上，只要使得线圈5能够切割磁体6的磁力线以进行发电即可。
桶形磁体支架8包括：底板81，呈圆形，在底板81的中央形成有中心孔，转子3穿过所述底板81的中心孔；侧表面82，以圆筒形从底板81的外圆周向一侧延伸，磁体6安装在侧表面82的内周表面上。
虽然在本发明中，示出了磁体6通过磁体支架8安装在转子3上，但是不发明不限于此，磁体6也可以通过其他固定装置安装在转子3上，只要使得线圈5能够切割磁体6的磁力线以进行发电即可。
另外，可在线圈5与线圈支架筒72安装有铁芯4，以提高发电效率。
图3示出了根据本发明的第一示例性实施例的风力发电机组的发电机的A部分的放大图。下面参照图3详细描述根据本发明的风力发电机组的发电机的形成有绝热层的磁体6。参照图3，为了保证在高温情况下磁体6性能的稳定性和可靠性，在磁体6的下表面上形成有绝热层，即，在磁体6的与线圈5面对的表面或者在磁体6的最靠近线圈5的表面上形成有绝热层。
具体地讲，在将磁体6安装在侧表面82的内周表面上之前，首先对磁体进行涂层处理，例如，可以通过喷涂或者镀覆来形成所述绝热层。
可选地，所述绝热层可以是陶瓷层，所述陶瓷层可由从氮化硅、氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆组成的组中选择的至少一种材料组成。
可选地，所述绝热层的厚度可以根据所述风力发电机的功率(发热情况)、磁体6与线圈5之间的预定间隙(例如，5mm至15mm)、风力发电机组的整体通风冷却结构以及绝热层的材料性能确定。
可选地，绝热层的厚度为2-8mm。
虽然在本发明中，绝热层通过喷涂或者镀覆工艺来形成，但是本发明不限于此，绝热层可以通过其他合适的工艺形成，只要能够使得绝热层在高温下仍保持牢固地固定在磁体6上即可。
虽然在本发明中，以示例的方式示出了陶瓷层可以作为绝热层，但是本发明不限于此，绝热层也可以是其他合适的覆盖层，只用能够使得磁体6与外界进行良好的绝热即可。
图4示出了根据本发明的第二示例性实施例的风力发电机组的发电机的结构示意图，除了涂覆在磁体6上的绝热层的涂覆表面不同之外，根据本发明的第二示例性实施例的风力发电机组的发电机的其他结构与根据本发明的第一示例性实施例的风力发电机组的发电机的其他结构相同。
图5示出了根据本发明的第二示例性实施例的风力发电机组的发电机的A′部分的放大图。如图5所示，可以在磁体6的除与磁体支架8的侧表面82的内周表面接触的表面之外的所有表面(即，磁体6的暴露在外的表面)上涂覆有绝热层，从而使得磁体6被更好地绝热。
虽然在根据本发明的实施例中，示出了在外转子永磁直驱发电机中的磁体上涂覆绝热层，但是本发明的总体构思可应用于其他电机(例如，磁体安装在定子组件上并且线圈安装在转子组件上的电机)中，从而解决磁体在温度高的情况下，性能降低、失磁等问题。
根据本发明的风力发电机组，磁体的绝热层的厚度根据发电机的功率(发热情况)、磁体与线圈之间的空隙大小、通风冷却调节以及所采用绝热层的材料等因素而确定。其中，所述绝热层的材料性能越好，所述绝热层的厚度越小。
根据本发明的风力发电机组，由于至少在磁体的靠近线圈的表面上涂覆绝热层，因此，在风力发电机组的线圈发热量不变的情况下，使得磁体的温度保持得更低，从而能使同样等级的磁体满足更高的风力发电机组发热工作环境的要求，或者能够降低磁体的材料等级，从而满足其原有安全工作温度要求。
根据本发明的风力发电机组，在磁体的表面上形成有绝热层，从而能够提高磁体在极端工作环境下的安全工作温度范围。
根据本发明的风力发电机组，可保障风力发电机组的磁体在安全的设计温度下工作，降低磁体由于温度升高而产生的失磁风险。
虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描述和显示的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (10)

1.一种风力发电机组，包括：
磁体，安装在定子组件和转子组件中的一个上；
线圈，安装在定子组件和转子组件中的另一个上，使得磁体与线圈彼此面对，并且在磁体与线圈之间形成有预定间隙，从而当定子组件和转子组件发生相对运动时，线圈切割磁体的磁力线以进行发电，
其中，在磁体的面对线圈的表面上涂覆有绝热层。
2.如权利要求1所述的风力发电机组，其中，所述定子组件中的定子呈圆柱形，在所述定子的外周表面上固定地安装有线圈支架，所述线圈安装在线圈支架上；所述转子组件中的转子通过轴承安装在所述定子上，在所述转子的外周表面上固定地安装有磁体支架，所述磁体安装在磁体支架的内表面上。
3.如权利要求2所述的风力发电机组，其中，在磁体的除与磁体支架接触的表面之外的所有表面上涂覆有绝热层。
4.如权利要求1至3中任一项所述的风力发电机组，其中，所述绝热层的厚度根据所述风力发电机组的功率、所述预定间隙以及绝热层的材料性能确定。
5.如权利要求1至3中任一项所述的风力发电机组，其中，所述绝热层通过喷涂或者镀覆而形成。
6.如权利要求1至3中任一项所述的风力发电机组，其中，所述绝热层是陶瓷层。
7.如权利要求6所述的风力发电机组，其中，所述陶瓷层由从氮化硅、氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆组成的组中选择的至少一种材料组成。
8.如权利要求4所述的风力发电机组，其中，所述绝热层的厚度为2-8mm。
9.如权利要求2所述的风力发电机组，其中，所述线圈支架包括：环形板，所述定子穿过所述环形板的中心孔；线圈支架筒，固定到环形板的外圆周表面上，所述线圈安装在线圈支架筒的外周表面上；支撑肋，安装在定子与线圈支架筒的内表面之间，用于加强线圈支架的强度。
10.如权利要求9所述的风力发电机组，其中，在线圈支架筒和线圈之间设置有铁芯。
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