CN110943555A - 具有定子和转子的装置及风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种具有定子和转子的装置及风力发电机组。一种具有定子和转子的装置，包括：定子；转子，与定子之间形成气隙；气隙保护装置，与定子固定连接，气隙保护装置与转子的径向距离小于定子与转子之间的径向距离；且气隙保护装置在与转子接触时相对于转子转动。通过设置与定子固定连接的气隙保护装置，其在与转子接触时，能够相对于转子转动，且气隙保护装置与转子的径向距离小于定子与转子之间的径向距离，使得定子和转子在相对转动过程中，若转子与定子之间的径向距离缩小时，能够保证气隙保护装置先与定子接触，而不会使定子和转子接触，避免了扫膛的发生，保证了具有定子和转子的装置不会损坏。

Description

具有定子和转子的装置及风力发电机组
技术领域
本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种具有定子和转子的装置及风力发电机组。
背景技术
发电机气隙指的是发电机定子与转子之间的间隙，如果发电机气隙过大，定子与转子之间的磁场感应越弱，发电机的效率就会降低；如果发电机气隙过小，由于发电机发生振动，或者载荷不均匀，使得转子转动过程中发生偏心，就容易扫膛，造成发电机的损坏。因此，将气隙控制到一个合理的数值是保证发电机正常运行的必要条件。
现有技术中公开了一种发电机的气隙实时测控装置及风力发电机组，该气隙实时测控装置是在发电机定子上设置多个位移传感器，通过位移传感器反馈的数据监测发电机各个测点位置的气隙大小，虽然通过位移传感器可以了解发电机气隙的变化，但是传感器只能起到一个监测的作用，无法在发电机气隙过小时提供更好的保护，因此如果发电机气隙过小，且发现不及时，传感器无法提供任何有效的保护措施，就有可能造成发电机的损坏。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的气隙实时测控装置无法在气隙过小时提供有效的保护措施，造成发电机损坏的缺陷，从而提供一种在气隙过小时能够提供有效保护的具有定子和转子的装置及风力发电机组。
第一方面，提供一种具有定子和转子的装置，包括：
定子；
转子，与定子之间形成气隙；
气隙保护装置，与所述定子和转子两者其中之一固定连接，所述气隙保护装置与所述定子和转子两者其中另一之间的径向距离，小于所述定子与所述转子之间的径向距离；且所述气隙保护装置在与所述定子和转子两者其中另一接触时，相对于所述定子和转子两者其中另一转动。
通过设置气隙保护装置，与定子和转子的其中之一固定连接，气隙保护装置在与定子和转子的其中另一接触时，能够相对于该其中另一转动，使得定子和转子能够保证正常的相对转动关系，且气隙保护装置与定子和转子的其中另一之间的径向距离小于定子与转子之间的径向距离，使得定子和转子在相对转动过程中，若转子发生了偏心转动，与定子之间的径向距离缩小时，能够保证气隙保护装置先与定子和转子的其中另一接触，而不会使得定子和转子接触，避免了扫膛的发生，保证了具有定子和转子的装置不会损坏，即在定子和转子之间的气隙过小时能够提供有效的保护，提高了具有定子和转子的装置运行的稳定性。
所述气隙保护装置包括：
本体，与所述定子固定连接；
至少一个转动结构，连接在所述本体靠近所述转子的端部，所述转子与所述转动结构之间的径向距离，小于所述定子与所述转子之间的径向距离。
通过将气隙保护装置设置为包括与定子固定连接的本体及转动结构，使得本体能够与定子固定不动，转动结构能够相对转子转动，使得定子和转子实现各自的功能时不会受影响，提高定子和转子的稳定性。
在径向上，所述转动结构与所述转子的最大间隙设于所述气隙的许用值范围内。
通过将转动结构与转子在径向上的最大间隙设于气隙的许用值范围内，使得在定子与转子正常运行时，转动结构与转子的间隙能够满足正常运行的需求，保证了定子与转子的正常运行。
所述转动结构为多个，所述转动结构为轴线沿所述气隙保护装置的轴向设置的圆柱体结构，所述转动结构朝向所述转子的一面为配合面，所述配合面上与所述转子之间距离最小的线为配合线，经过各个所述配合线的曲面，与所述转子朝向所述定子的曲面，为同圆心设置。
通过将转动结构设置为多个，转动结构为圆柱体，且经过各个转动结构的配合线的曲面与转子朝向定子的曲面为同圆心设置，使得两个曲面更相适配，转子与转动结构接触时的面积较大，转子与转动结构的单位面积的摩擦力更小，使得转子转动的更顺畅。
所述转动结构的材料为耐磨的非金属材料。
通过将转动结构的材料设置为耐磨的非金属材料，使得转动结构的润滑性能好，弹性模量小，当转子与转动结构接触时产生的冲击和摩擦阻力更小。
所述转动结构包括：
转轴，与所述本体固定连接；
转动部，与所述本体连接，同轴设置于所述转轴的外侧，并适于在与所述转子接触时，所述转动部相对于所述转轴转动。
所述气隙保护装置还包括至少两个定位板，分别固定连接于所述本体的两侧，所述定位板与所述转轴固定连接。
通过在本体的两侧固定连接定位板，定位板与转轴固定连接，使得定位板能够对转轴的轴向两端进行固定，防止转轴从本体上沿轴向滑落，且拆装较方便。
所述转轴的至少一端设有阶梯状凸台或凹槽，所述定位板压设于所述转轴的端部，且所述定位板上设有与所述凸台或凹槽配合连接的凹槽或凸台。
通过在转轴的端部和定位板上设有配合连接的阶梯状凸台和凹槽，定位板压设于转轴的端部，能够防止转轴在周向上的转动，使得转轴固定地更加牢固，且便于拆卸安装。
所述转动部为滚子。
通过将转动部设置为滚子，使得转子与转动部接触时的摩擦为滚动摩擦，利用转动的圆周面降低转子的冲击力，防止转子与转动部之间发生突然的碰撞，且使得转动部实现转动的结构更加简单。
所述本体远离所述转子的一端设有突出部和至少一个固定支架，所述固定支架设于所述突出部的至少一侧，所述固定支架与所述定子固定连接。
所述定子的端面沿周向均匀设有至少四个凸部，每个所述凸部上固定连接有所述气隙保护装置。
通过在定子的端面沿周向均匀设置至少四个凸部，每个凸部上固定连接有气隙保护装置，使得定子沿周向最多每隔90°就设置一个气隙保护装置，能够在转子发生偏心时，不管是周向的哪个方向靠近定子，都能够先与气隙保护装置的滚子接触，保证定子与转子的正常运行。
所述转子包括：
转子端盖，与所述转动结构间隔设置；
转子支架，与所述转子端盖固定连接；
磁轭，设于所述转子支架上，并与所述定子之间形成气隙。
所述具有定子和转子的装置为发电机。
另一方面，提供一种风力发电机组，包括上述的具有定子和转子的装置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的气隙保护装置的结构示意图；
图2为本发明的气隙保护装置的剖视图；
图3为本发明的风力发电机的结构示意图；
图4为图3中A部分的放大图；
图5为本发明的风力发电机的结构示意图；
附图标记说明：
100－气隙保护装置；101－本体；102－第一螺栓；103－定位板；104－转轴；105－滚子；106－第二螺栓；107－突出部；109－阶梯状凸台；110－固定支架；200－定子；201－凸部；300－转子；301－转子端盖；302－转子支架。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1－图5所示，本实施例中提供了一种具有定子和转子的装置，包括：定子200、转子300和气隙保护装置100。
定子200与转子300之间形成气隙；气隙保护装置100，与定子200和转子300两者其中之一固定连接，气隙保护装置100与定子200和转子300两者其中另一之间的径向距离，小于定子200与转子300之间的径向距离；且气隙保护装置100在与定子200和转子300两者其中另一接触时，相对于定子200和转子300两者其中另一转动。
通过设置气隙保护装置100，与定子200和转子300的其中之一固定连接，气隙保护装置100在与定子200和转子300的其中另一接触时，能够相对于该其中另一转动，使得定子200和转子300能够保证正常的相对转动关系，且气隙保护装置100与定子200和转子300的其中另一之间的径向距离小于定子200与转子300之间的径向距离，使得定子200和转子300在相对转动过程中，若转子300发生了偏心转动，与定子200之间的径向距离缩小时，能够保证气隙保护装置100先与定子200和转子300的其中另一接触，而不会使得定子200和转子300接触，避免了扫膛的发生，保证了具有定子和转子的装置不会损坏，即在定子200和转子300之间的气隙过小时能够提供有效的保护，提高了具有定子和转子的装置运行的稳定性。
本实施例中的具有定子和转子的装置为发电机。具体地，本实施例中的发电机为具有外转子、内定子结构的风力发电机。作为可变换的实施方式，也可以是，具有定子和转子的装置为具有外定子、内转子结构的风力发电机，或者是其他形式的发电机。作为可变换的实施方式，也可以是，具有定子和转子的装置为电动机，或者其他具有定子和转子的装置，且需要在定子和转子之间的气隙变小时能够对气隙进行支撑，保证定子和转子的正常运行的装置。
本实施例中的气隙保护装置100与定子200固定连接，气隙保护装置100与转子300之间的径向距离，小于定子200与转子300之间的径向距离；且气隙保护装置100在与转子300接触时，相对于转子300转动。作为可变换的实施方式，也可以是，气隙保护装置100与转子300固定连接，气隙保护装置100与定子200之间的径向距离，小于定子200与转子300之间的径向距离；且气隙保护装置100在与定子200接触时，相对于定子200转动。
具体地，如图1所示，本实施例中的气隙保护装置100包括：与定子200固定连接的本体101；多个转动结构，连接在本体101靠近转子300的端部，转子300与转动结构之间的径向距离，小于定子200与转子300之间的径向距离。通过将气隙保护装置100设置为包括与定子200固定连接的本体101及转动结构，使得本体101能够与定子200固定不动，转动结构能够相对转子300转动，使得定子200和转子300实现各自的功能时不会受影响，提高定子200和转子300的稳定性。作为可变换的实施方式，也可以是，转动结构为一个，两个或者更多个，可根据实际需要具体设置。
本实施例中的转动结构为轴线沿气隙保护装置100的轴向设置的圆柱体结构，转动结构朝向转子300的一面为配合面，配合面上与转子300之间距离最小的线为配合线，经过各个配合线的曲面，与转子300朝向定子200的曲面，为同圆心设置，其中，气隙保护装置100的轴向与发电机的电机轴向相同。通过将转动结构设置为圆柱体，且经过各个转动结构的配合线的曲面与转子300朝向定子200的曲面为同圆心设置，使得两个曲面更相适配，转子300与转动结构接触时的面积较大，转子300与转动结构的单位面积的摩擦力更小，使得转子300转动的更顺畅。作为可变换的实施方式，也可以是，转动结构为球体，转动结构朝向转子300的一面为配合面，配合面与转子300之间距离最小的点为配合点，经过各个配合点的曲线与转子300朝向定子200的曲面同圆心设置。
在径向上，转动结构与转子300的最大间隙设于气隙的许用值范围内。每个具有定子与转子的装置在设计阶段，为了保证定子200与转子300的正常运行，定子200与转子300之间的气隙的许用值范围即为设定好的定子200与转子300正常运行的气隙范围。通过将转动结构与转子300在径向上的最大间隙设于气隙的许用值范围内，使得在定子200与转子300正常运行时，转动结构与转子300的间隙能够满足正常运行的需求，保证了定子200与转子300的正常运行。
本实施例中的转动结构的材料为耐磨的非金属材料。通过将转动结构的材料设置为耐磨的非金属材料，使得转动结构的润滑性能好，弹性模量小，当转子300与转动结构接触时产生的冲击和摩擦阻力更小。具体地，本实施例中的转动结构的材料为聚氨酯(PU)。作为可变换的实施方式，也可以是，转动结构的材料为聚醚醚酮(PEEK)；或者是，转动结构的材料为金属材料。
本实施例中的转动结构包括：与本体101固定连接的转轴104；转动部，与本体101连接，同轴设置于转轴104的外侧，且转动部相对于转轴104转动。作为可变换的实施方式，也可以是，转轴104与转动部固定连接，转轴104相对于本体101转动。
为了对转轴104固定连接，本实施例中的气隙保护装置100还包括上下两个定位板103，分别固定连接于本体101的上下两侧，两个定位板103与多个转轴104的两端固定连接。通过在本体101的两侧固定连接两个定位板103，定位板103与转轴104固定连接，使得定位板103能够对转轴104的轴向两端进行固定，防止转轴104从本体101上沿轴向滑落，且拆装较方便。具体地，本实施例中的定位板103与本体101之间通过第一螺栓102固定连接。作为可变换的实施方式，也可以是，每个转轴104的上下两端均设置一个定位板103进行固定。作为可变换的实施方式，也可以是，不设置定位板，而是直接将转轴104与本体101焊接在一起，以防止转轴104产生轴向移动及周向移动。
如图2所示，本实施例中的转轴104的上端设有阶梯状凸台109，上侧的定位板103压设于转轴104的端部，且定位板103上设有与凸台配合连接的凹槽。通过在转轴104的端部和定位板103上设有配合连接的阶梯状凸台109和凹槽，定位板103压设于转轴104的端部，能够防止转轴104随转动部在周向上的转动，使得转轴104固定地更加牢固，且便于拆卸安装。作为可变换的实施方式，也可以是，转轴104的上下两端以及上下两个定位板103均设置相互配合的凸台和凹槽；或者是，仅转轴104的下端及下侧的定位板103设置相互配合的凸台和凹槽。作为可变换的实施方式，也可以是，定位板不是压设于转轴的端部，只要是将定位板与转轴固定连接即可，如采用键连接或者榫接。
本实施例中的本体101由低碳钢材料焊接经机械加工而成，转轴104由不锈钢材料经机械加工而成，定位板103由低碳钢材料经机械加工而成。作为可变换的实施方式，也可以是，本体101由球墨铸铁或者铸钢等钢铁材料焊接或铸造后经机械加工而成。作为可变换的实施方式，也可以是，转轴104由低碳钢、球墨铸铁或者铸钢等钢铁材料经机械加工而成。作为可变换的实施方式，也可以是，定位板103由球墨铸铁或者铸钢等钢铁材料焊接或铸造后经机械加工而成。
本实施例中的转动部为滚子105。通过将转动部设置为滚子105，使得转子300与转动部接触时的摩擦为滚动摩擦，利用转动的圆周面降低转子300的冲击力，防止转子300与转动部之间发生突然的碰撞，且使得转动部实现转动的结构更加简单。作为可变换的实施方式，也可以是，转动部为与定子200同心设置的转动件，转动部的一端与定子200的中心铰接，在转子300与转动部接触时，转动部能够绕定子200的中心转动。
为了便于与定子200固定连接，本实施例中的本体101远离转子300的一端设有突出部107和两个固定支架110，固定支架110分别设于突出部107的两侧，固定支架110与定子200固定连接。具体地，固定支架110与定子200通过第二螺栓106固定连接。作为可变换的实施方式，也可以是，固定支架110为一个，或者更多个。
如图3所示，本实施例中的定子200的端面沿周向均匀设有至少四个凸部201，每个凸部201上固定连接有气隙保护装置100。通过在定子200的端面沿周向均匀设置至少四个凸部201，每个凸部201上固定连接有气隙保护装置100，使得定子200沿周向最多每隔90°就设置一个气隙保护装置100，能够在转子300发生偏心时，不管是周向的哪个方向靠近定子200，都能够先与气隙保护装置100的滚子105接触，保证定子200与转子300的正常运行。具体地，本实施例中的凸部201为凸块，凸块和气隙保护装置100为12个。作为可变换的实施方式，也可以是，凸块和气隙保护装置100为4个，或5个或6个或者其他可根据载荷等具体要求来设计气隙保护装置100的数量。
如图5所示，本实施例中的转子300包括转子端盖301、与转子端盖301固定连接的转子支架302及磁轭，磁轭设置在转子支架302上，转子端盖301高于定子200的端面，且转子端盖301与气隙保护装置100的滚子间隔设置，气隙保护装置100固定在定子200的端面上。为了防止发电机正常运行时气隙保护装置100与转子300的端盖接触产生不必要的摩擦阻力，安装气隙保护装置100时要保证滚子105与发电机转子端盖301之间留有一定空隙，该空隙的大小根据发电机的定子200与转子300的气隙的许用值来决定。发电机在运行过程中，转子300和定子200之间的气隙变小时，发电机转子端盖301会与气隙保护装置100的滚子105接触，从而保证气隙无法继续变小，避免了转子支架302上的磁轭与定子200发生接触，避免了发电机扫膛等故障的发生。由于滚子105可以绕着转轴104发生转动，因此即使发电机转子端盖301与滚子105发生了接触，也不会影响发电机转子300的运动，还可以降低转子端盖301与气隙保护装置100接触时的接触力，且由于气隙保护装置100安装于定子200的端面上，不占用定子200和转子300的内部空间，不需要对定子200、转子300本身的结构进行更改，安装难度小，且由于滚子105的轴线沿发电机的轴向方向，当发电机的气隙发生变化时，滚子105的圆周面与转子端盖301接触，磨损小，不需要维护，使用寿命长。
本发明的实施例另一方面提供一种风力发电机组，包括上述的发电机。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种具有定子和转子的装置，其特征在于，包括：
定子(200)；
转子(300)，与定子(200)之间形成气隙；
气隙保护装置(100)，与所述定子(200)和转子(300)两者其中之一固定连接，所述气隙保护装置(100)与所述定子(200)和转子(300)两者其中另一之间的径向距离，小于所述定子(200)与所述转子(300)之间的径向距离；且所述气隙保护装置(100)在与所述定子(200)和转子(300)两者其中另一接触时，相对于所述定子(200)和转子(300)两者其中另一转动。
2.根据权利要求1所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，所述气隙保护装置(100)包括：
本体(101)，与所述定子(200)固定连接；
至少一个转动结构，连接在所述本体(101)靠近所述转子(300)的端部，所述转子(300)与所述转动结构之间的径向距离，小于所述定子(200)与所述转子(300)之间的径向距离。
3.根据权利要求2所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，在径向上，所述转动结构与所述转子(300)的最大间隙设于所述气隙的许用值范围内。
4.根据权利要求2所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，所述转动结构为多个，所述转动结构为轴线沿所述气隙保护装置(100)的轴向设置的圆柱体结构，所述转动结构朝向所述转子(300)的一面为配合面，所述配合面上与所述转子(300)之间距离最小的线为配合线，经过各个所述配合线的曲面，与所述转子(300)朝向所述定子(200)的曲面，为同圆心设置。
5.根据权利要求2所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，所述转动结构的材料为耐磨的非金属材料。
6.根据权利要求2－5中任一项所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，所述转动结构包括：
转轴(104)，与所述本体(101)固定连接；
转动部，与所述本体(101)连接，同轴设置于所述转轴(104)的外侧，并适于在与所述转子(300)接触时，所述转动部相对于所述转轴(104)转动。
7.根据权利要求6所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，所述气隙保护装置(100)还包括至少两个定位板(103)，分别固定连接于所述本体(101)的两侧，所述定位板(103)与所述转轴(104)固定连接。
8.根据权利要求7所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，所述转轴(104)的至少一端设有阶梯状凸台(109)或凹槽，所述定位板(103)压设于所述转轴(104)的端部，且所述定位板(103)上设有与所述凸台或凹槽配合连接的凹槽或凸台。
9.根据权利要求6所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，所述转动部为滚子(105)。
10.根据权利要求2－5中任一项所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，所述本体(101)远离所述转子(300)的一端设有突出部(107)和至少一个固定支架(110)，所述固定支架(110)设于所述突出部(107)的至少一侧，所述固定支架(110)与所述定子(200)固定连接。
11.根据权利要求1－5中任一项所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，所述定子(200)的端面沿周向均匀设有至少四个凸部(201)，每个所述凸部(201)上固定连接有所述气隙保护装置(100)。
12.根据权利要求2－5中任一项所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，所述转子(300)包括：
转子端盖(301)，与所述转动结构间隔设置；
转子支架(302)，与所述转子端盖(301)固定连接；
磁轭，设于所述转子支架(302)上，并与所述定子(200)之间形成气隙。
13.根据权利要求1－5中任一项所述的具有定子和转子的装置，其特征在于，所述具有定子和转子的装置为发电机。
14.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求1－13中任一项所述的具有定子和转子的装置。
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