CN202789331U - 一种兆瓦级直驱型风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种兆瓦级直驱型风力发电机组，包括机舱单元、风轮单元、发电机单元及塔筒单元，所述机舱单元与塔筒单元连接，所述发电机单元包括：动轴、定轴、前轴承、后轴承、转子和定子，其中：动轴通过前轴承及后轴承支撑在定轴前段外侧，转子套在动轴上并与动轴固定连接，定子套在定轴后段并与定轴固定连接，转子和定子之间留有气隙；所述发电机单元的动轴前端与风轮单元连接，定轴后端与机舱单元连接。本实用新型通过在发电机单元中，采用动轴加定轴的组合形式，动轴套于定轴外侧，并由前、后双轴承支撑，有效改善了动轴受力状态，是一种运行可靠、动轴受载更均匀、且发电机强度高的兆瓦级直驱型风力发电机组。

Description

一种兆瓦级直驱型风力发电机组
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域，涉及一种兆瓦级风力发电机组，具体地，涉及一种兆瓦级直驱型风力发电机组。
背景技术
风能作为一种清洁可再生能源，越来越受到世界各国重视。中国风能储量非常巨大、分布面广泛。近十年，中国的风力发电已逐步发展成为常规能源最具竞争力的替代能源。
风力发电机是利用风能来驱动风轮旋转，风轮带动主轴旋转并切割定子上产生的磁力线，从而在线圈绕组中产生电流进行发电。目前在国内外市场上的风力发电机组主要是通过变速齿轮箱增速后带动发电机发电为主，由于变速齿轮箱结构复杂，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。直驱型风电机组由风轮直接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，是一种电网友好型机组。但由于风轮转速很低，导致直驱型发电机的体积非常庞大，这对发电机的强度、工艺性、电机散热、维护及工作可靠性等等方面都提出了非常高的要求。而且，目前市场上大多直驱发电机为单轴承形式，对轴承要求高，而且造价较高，主轴（动轴）受载不均匀。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种运行可靠、动轴受载更均匀、且发电机强度高的兆瓦级直驱型风力发电机组。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种兆瓦级直驱型风力发电机组，包括机舱单元、风轮单元、发电机单元及塔筒单元，所述机舱单元与塔筒单元连接，所述发电机单元包括：动轴、定轴、前轴承、后轴承、转子和定子，其中：动轴通过前轴承及后轴承支撑在定轴前段外侧，转子套在动轴上并与动轴固定连接，定子套在定轴后段并与定轴固定连接，转子和定子之间留有气隙；所述发电机单元的动轴前端与风轮单元连接，定轴后端与机舱单元连接。
进一步地，所述定子包括定子支架、安装在定子支架上的铁芯及固定于铁芯上的绕组，所述转子包括转子支架及安装在转子支架上的磁体，所述磁体为多级永磁体或多级励磁体。
进一步地，所述定轴包括前定轴及后定轴两段，所述前定轴与后定轴通过螺栓组紧固连接。
进一步地，所述定轴前段为锥形，对应地，所述动轴为锥形。
进一步地，所述前轴承为圆柱滚子轴承，所述后轴承为双列圆锥滚子轴承。
进一步地，所述发电机单元还包括刹车***，所述刹车***包括固定在定轴上的刹车钳及固定在动轴上的刹车盘，所述刹车钳与刹车盘对应设置。
进一步地，所述发电机单元还包括水冷***，所述水冷***包括设置在定子支架与铁芯之间的冷却管道，及与冷却管道连通的水箱。
进一步地，所述机舱单元包括：主机架、机舱罩、偏航***、气象站、控制***，其中：所述主机架通过偏航***与塔筒单元连接，且所述主机架还通过螺栓与发电机单元的定轴后端的接口连接；所述机舱罩与塔筒单元连接，所述主机架及控制***设置在机舱罩内，气象站连接在机舱罩外侧，且控制***与气象站及偏航***分别连接。
进一步地，所述风轮单元包括轮毂及设置在轮毂上的多枚叶片，所述每枚叶片均设置有独立的变桨***，所述变桨***与控制***连接；且所述轮毂通过螺栓与发电机单元的动轴前端的接口连接。
进一步地，在所述风轮单元的轮毂外侧还罩有导流罩，所述导流罩与机舱单元的机舱罩连接成一体。
本实用新型由于采用以上技术方案，其具有以下有益效果：
1、在发电机单元中，采用动轴加定轴的组合形式，动轴套于定轴外侧，并由前、后双轴承支撑，有效改善了动轴受力状态，使受载更加合理，提高了发电机结构强度及可靠性。
2、在发电机单元中，采用了（多级极对数）多级磁体转子，发电机在低转速下即可达到额定功率。发电机可以直接与风轮相连，因此省掉了传统风电设备中的齿轮箱，减轻了风机体积及重量，免去了齿轮箱的成本和维护程序，降低了机组成本。同时还可以降低噪音、减少风机整体故障率，并简化了风机结构。
3、在发电机单元中，采用分段的定轴，可解决定轴长度过长的问题。
4、在发电机单元中，采用刹车***，可在风机需要停机或维修时能够及时刹车。
5、在发电机单元中，采用水冷的冷却方式，冷却可靠，效率高，能有效降低发电机运行温度，散热效果好，保证发电机正常运行。
6、风机采用机舱罩对整体进行密封，密封可靠，可以有效防止风沙、雨水等进入，提高了风机防护等级及风机可靠性。
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
图1为本实用新型兆瓦级直驱型风力发电机组的整体结构示意图；
图2为图1中发电机单元的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，本实用新型的一种兆瓦级直驱型风力发电机组，包括发电机单元、机舱单元、风轮单元及塔筒单元9。
如图2所示，在上述风力发电机组中，发电机单元包括：动轴207、定轴、前轴承208、后轴承209、定子和转子，其中：定轴包括前定轴201及后定轴202两段，前定轴201与后定轴202通过螺栓组紧固连接。定子包括定子支架205、安装在定子支架205上的铁芯及固定于铁芯上的绕组203，转子包括转子支架206及安装在转子支架206上的磁体211，磁体211为多级永磁体或多级励磁体。发电机定子用于通过全功率变流器与电网连接。
在上述发电机单元中，动轴207通过前轴承208及后轴承209支撑在前定轴201外侧，转子通过转子支架206套在动轴207上并与动轴207固定连接，定子通过定子支架205套在后定轴202上并与后定轴202固定连接，转子和定子之间留有气隙。
在上述发电机单元中，定轴前段（前定轴201）为锥形，对应地，动轴207为锥形。
在上述发电机单元中，前后轴承组合配对型式可根据受载情况进行组合，优选地，前轴承208为圆柱滚子轴承，后轴承209为双列圆锥滚子轴承。
在上述发电机单元中，还包括防护端盖204，防护端盖204设于铁芯后侧，且防护端盖204与转子支架206后端连接。防护端盖204用于保护发电机定子部分。
在上述发电机单元中，还包括刹车***210，刹车***210包括固定在定轴上的刹车钳及固定在动轴207上的刹车盘，刹车钳与刹车盘对应设置。
在上述发电机单元中，还包括水冷***，水冷***包括设置在定子支架205与铁芯之间的冷却管道213，及与冷却管道213连通的水箱212。
如图1所示，在上述风力发电机组中，机舱单元包括：主机架3、机舱罩1、偏航***8、气象站2、控制***10，其中：主机架3通过偏航***8与塔筒单元9连接，且主机架3还通过螺栓与发电机单元的定轴后端的接215连接（如图2所示）；机舱罩1与塔筒单元9连接，主机架3及控制***10设置在机舱罩1内，气象站2连接在机舱罩1外侧，且控制***10与气象站2及偏航***8分别连接。主机架3对机组起到支撑作用。偏航***8可通过偏航轴承及偏航电机驱动机舱随风向偏转。气象站2可测量风速风向，并将信号传递给控制***10，控制***10可根据气象信号对偏航***8进行控制。
如图1所示，在上述风力发电机组中，风轮单元包括轮毂5及设置在轮毂5上的多枚叶片4，每枚叶片4均设置有独立的变桨***6，变桨***6与控制***10连接；且轮毂5通过螺栓与发电机单元的动轴207前端的接214连接（如图2所示）。其中，变桨***6通过控制叶片浆距角来控制风机功率。
如图1所示，在风轮单元的轮毂5外侧还罩有导流罩7，导流罩7与机舱单元的机舱罩1连接成一体。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种兆瓦级直驱型风力发电机组，包括机舱单元、风轮单元、发电机单元及塔筒单元，所述机舱单元与塔筒单元连接，其特征在于：
所述发电机单元包括：动轴、定轴、前轴承、后轴承、转子和定子，其中：动轴通过前轴承及后轴承支撑在定轴前段外侧，转子套在动轴上并与动轴固定连接，定子套在定轴后段并与定轴固定连接，转子和定子之间留有气隙；
所述发电机单元的动轴前端与风轮单元连接，定轴后端与机舱单元连接。
2.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱型风力发电机组，其特征在于，所述定子包括定子支架、安装在定子支架上的铁芯及固定于铁芯上的绕组，所述转子包括转子支架及安装在转子支架上的磁体，所述磁体为多级永磁体或多级励磁体。
3.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱型风力发电机组，其特征在于，所述定轴包括前定轴及后定轴两段，所述前定轴与后定轴通过螺栓组紧固连接。
4.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱型风力发电机组，其特征在于，所述定轴前段为锥形，对应地，所述动轴为锥形。
5.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱型风力发电机组，其特征在于，所述前轴承为圆柱滚子轴承，所述后轴承为双列圆锥滚子轴承。
6.根据权利要求1所述的兆瓦级直驱型风力发电机组，其特征在于，所述发电机单元还包括刹车***，所述刹车***包括固定在定轴上的刹车钳及固定在动轴上的刹车盘，所述刹车钳与刹车盘对应设置。
7.根据权利要求2所述的兆瓦级直驱型风力发电机组，其特征在于，所述发电机单元还包括水冷***，所述水冷***包括设置在定子支架与铁芯之间的冷却管道，及与冷却管道连通的水箱。
8.根据权利要求1-7任一项所述的兆瓦级直驱型风力发电机组，其特征在于，所述机舱单元包括：主机架、机舱罩、偏航***、气象站、控制***，其中：
所述主机架通过偏航***与塔筒单元连接，且所述主机架还通过螺栓与发电机单元的定轴后端的接口连接；
所述机舱罩与塔筒单元连接，所述主机架及控制***设置在机舱罩内，气象站连接在机舱罩外侧，且控制***与气象站及偏航***分别连接。
9.根据权利要求8所述的兆瓦级直驱型风力发电机组，其特征在于，所述风轮单元包括轮毂及设置在轮毂上的多枚叶片，所述每枚叶片均设置有独立的变桨***，所述变桨***与控制***连接；
且所述轮毂通过螺栓与发电机单元的动轴前端的接口连接。
10.根据权利要求9所述的兆瓦级直驱型风力发电机组，其特征在于，在所述风轮单元的轮毂外侧还罩有导流罩，所述导流罩与机舱单元的机舱罩连接成一体。
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