一種中型低速永磁直驅風力發電機組的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種中型低速永磁直驅風力發電機組，包括風輪、主軸、主軸承座、主機架、低速永磁直驅發電機、低速軸剎車、變槳拖動系統、偏航拖動系統和機艙罩；風輪與主軸前端固定連接，主軸通過主軸承座內的軸承與主軸承座連接；主軸、低速永磁直驅發電機的軸均為空心形式，低速永磁直驅發電機的軸套在主軸外；低速軸剎車安裝在低速永磁直驅發電機后部外殼上；變槳拖動系統穿過主軸拖動風輪上的槳葉；偏航拖動系統拖動機艙和風輪繞塔筒旋轉對準風向。本實用新型風輪所受徑向、軸向不平衡力和震動經主軸、主軸承座直接傳導給主機架然后由塔筒和地基吸收，低速永磁直驅風力發電機與主機架的軸向連接采用柔性連接，減少運行過程中的周向震動。
【專利說明】—種中型低速永磁直驅風力發電機組
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于風力發電【技術領域】，特別涉及一種中型低速永磁直驅風力發電機組。
【背景技術】
[0002]低速永磁直驅風力發電機組，相比已廣泛使用的雙饋型、交流異步型、半直驅型風力發電機組，省去了齒輪箱增速系統及為齒輪箱配套使用的齒輪箱潤滑油泵系統、潤滑油冷卻、加熱系統、油溫、油質檢測系統，提高了整個機組的可靠性，減少了維護工作量。同時由于磁鋼材料、設計、生產技術的進一步成熟，采用低速盤式永磁發電機的風電機組所占風電機組比例呈上升趨勢。
[0003]永磁電機有受震動引起消磁從而造成發電量下滑甚至無法發電的風險。目前兆瓦級及多兆瓦級低速永磁直驅風電機組的電機結構形式有單軸承內轉子、單軸承外轉子、雙軸承內轉子、雙軸承外轉子等形式；同時由于電機尺寸、散熱等原因都將電機布置在機艙外部前端；但無論采用如上哪種形式的低速盤式永磁電機，由于風輪直接連接在電機的轉子上，由陣風帶動風輪葉片引起的周向震動、沿風輪軸的軸向震動，以及三個葉片的重量和重心不對稱引起的徑向震動都會直接作用于發電機的轉子上并同時傳導至定子。
[0004]永磁材料有高溫消磁的缺點，這也是通常將永磁電機懸掛于機艙外部的一個原因。通常認為將永磁懸掛于機艙外部，當發電機功率較大時也恰好是風速較高的階段，靠自然風冷對發電機進行扇熱。某些采用外掛式的傳統低速永磁盤式風電機組在風況較好的情況下連續運行兩日后由于自然風冷的散熱無法達標造成發電機磁鋼溫度告警，不得不將機組限制功率或停機，造成大量能源浪費；即使經改造加裝強制風冷也不能完全滿足發電機散熱要求。
[0005]傳統型盤式低速永磁發電機內、外轉子被連接在懸臂芯軸上，而且電機前端還要承受葉片、風輪的重量。因此一般芯軸都非常粗壯以滿足結構強度要求，并且主機架多為厚重的鑄造結構(由于液態金屬的流動性制約，類似尺寸的鑄件，不宜制成薄壁結構)而這樣的結構用在中小批量(如十幾臺或幾十臺)生產的中型風電機組(100Kff"500Kff )中將無法滿足成本控制要求。
[0006]傳統盤式低速永磁發電機暴漏在機艙外部，直接承受風吹、日曬、雨淋、化學腐蝕，對電機的防護性能要求很高，增大了發電機的生產成本。
[0007]傳統盤式低速永磁風力發電機組一般是將機艙、發電機、風輪、葉片分別運輸至風電場，然后按機艙、發電機、風輪的順序依次吊裝。
【發明內容】
[0008]針對現有技術存在的不足，本實用新型提供一種中型低速永磁直驅風力發電機組。
[0009]本實用新型的技術方案是:
[0010]一種中型低速永磁直驅風力發電機組，包括風輪、主軸、主軸承座、主機架、低速永磁直驅發電機、低速軸剎車、變槳拖動系統、偏航拖動系統和機艙罩；
[0011 ] 主軸、主軸承座、主機架、低速永磁直驅發電機、低速軸剎車、變槳拖動系統、偏航拖動系統位于機艙罩內部；
[0012]主機架位于機艙罩的底部，主軸承座、低速永磁直驅發電機、低速軸剎車、變槳拖動系統、偏航拖動系統均安裝在主機架上；
[0013]風輪與主軸前端固定連接，主軸通過主軸承座內的軸承與主軸承座連接；主軸、低速永磁直驅發電機的軸均為空心形式，低速永磁直驅發電機的軸套在主軸外；低速軸剎車安裝在低速永磁直驅發電機后部外殼上；變槳拖動系統穿過主軸拖動風輪上的槳葉；偏航拖動系統拖動機艙和風輪繞塔筒旋轉對準風向。
[0014]所述低速永磁直驅發電機為低速盤式永磁直驅發電機。
[0015]所述低速永磁直驅發電機的外殼設置有與主機架進行柔性連接的安裝座腳，座腳與主機架之間設置有阻尼吸震裝置。
[0016]所述機艙罩上方和下方分別設置進風口，機艙尾側設置出風口，機艙下方的進風口與塔筒連通。
[0017]所述主機架由厚度為10mnT30mm的高強耐候鋼板焊接制成或者由鋼板和矩形管型材焊接而成。
[0018]所述的中型低速永磁直驅風力發電機組額定功率為100KW?400KW。
[0019]所述機艙罩上方設置的進風口開口朝向機艙罩前端或者機艙罩尾側。
[0020]所述機艙罩上方設置的進風口安裝通風扇，在機艙罩尾側設置的出風口安裝排風扇。
[0021]有益效果:
[0022](I)區別于傳統的低速永磁發電機的安裝固定方式，本實用新型的中型低速永磁直驅風力發電機組風輪所受徑向、軸向不平衡力和震動經主軸、主軸承、軸承座直接傳導給主機架然后由塔筒和地基吸收，而不是直接加載在電機轉子或定子上；低速永磁直驅風力發電機與主機架的軸向連接采用柔性連接，減少電機在運行過程中的周向震動；
[0023](2)機艙罩上方和下方分別設置進風口，機艙尾側設置出風口，機艙下方的進風口與塔筒連通，進風口和出風口形成內外循環風道有利于電機的散熱；
[0024]( 3 )本實用新型的中型低速永磁直驅風力發電機組由于不再將電機懸掛于機艙外部，減少了芯軸等承重部件，并且主機架可以采用輕型焊接結構；從而降低了中小批量生產的中型低速永磁直驅風力發電機組的生產成本；
[0025](4)低速永磁直驅發電機被安裝于機艙內部，減少了永磁發電機暴漏在自然環境中受風吹、日曬、海邊鹽霧的腐蝕；
[0026](5)與將低速永磁直驅發電機掛接在機艙造外部的結構形式相比，由于低速永磁直驅發電機安裝于機艙罩內部，本實用新型的發電機組的結構形式中低速永磁直驅發電機的維護更方便；
[0027](6)由于低速永磁直驅發電機出廠時已安裝在機艙罩內部,不需考慮對永磁發電機單獨運輸、單獨吊裝，節約吊裝成本。
[0028]( 7 )低速永磁直驅發電機為內轉子、空心軸，帶專用阻尼減震支座。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本實用新型【具體實施方式】的中型低速永磁直驅風力發電機組結構示意圖；
[0030]圖2是本實用新型【具體實施方式】的低速永磁直驅發電機結構示意圖，其中，(a)為低速永磁直驅發電機主視圖，(b)為低速永磁直驅發電機左視圖；
[0031]圖3是本實用新型【具體實施方式】的阻尼吸震裝置安裝示意圖；
[0032]圖4是本實用新型【具體實施方式】的中型低速永磁直驅風力發電機的進風道與出風道示意圖；
[0033]圖5是本實用新型【具體實施方式】的中型低速永磁直驅風力發電機的主機架結構示意圖，其中(a)為主機架主視圖，(b)為主機架俯視圖，(c)為主機架左視圖；
[0034]圖中，1-風輪，2-主軸，3-主軸承座，4-主機架，5-低速永磁直驅發電機，6_低速軸剎車，7-變槳拖動系統，8-偏航拖動系統，9-機艙罩，10-阻尼吸震裝置。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細說明。
[0036]實施例1
[0037]如圖1所示，中型低速永磁直驅風力發電機組，包括風輪1、主軸2、主軸承座3、主機架4、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統7、偏航拖動系統8和機艙罩9 ；
[0038]主軸2、主軸承座3、主機架4、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統7、偏航拖動系統8位于機艙罩9內部；
[0039]主機架4位于機艙罩9的底部，主軸承座3、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統7、偏航拖動系統8均安裝在主機架4上；主機架4由厚度為12mnTl5mm的高強耐候鋼板焊接制成，經強度校核后證明滿足結構強度要求，相比壁厚30 mm?50 mm的鑄造結構，降低了主機架的重量、減少加工量的同時有更好的經濟性。
[0040]風輪I與主軸2前端固定連接，主軸2通過主軸承座3內的軸承與主軸承3座連接；風輪I以高強螺栓連接在主軸2前端；風輪I由風帶動，并且除繞主軸2的扭矩載荷直接作用于低速永磁直驅發電機5的轉子上用于發電外，其它各項載荷都通過主軸承座3傳遞給主機架4。
[0041 ] 主軸2、低速永磁直驅發電機5的軸均為空心形式，低速永磁直驅發電機5的軸套在主軸2外；低速永磁直驅發電機5的轉子和主軸2可以同步旋轉，并且低速永磁直驅發電機5的重力由主軸2承擔。
[0042]低速軸剎車6安裝在低速永磁直驅發電機5后部外殼上。
[0043]變槳拖動系統7穿過主軸2拖動風輪I上的槳葉，實現變槳動作。
[0044]偏航拖動系統8拖動機艙和風輪I繞塔筒旋轉對準風向，實現偏航對風動作。
[0045]低速永磁直驅發電機5為低速盤式永磁直驅發電機。如圖3所示，低速永磁直驅發電機5的外殼設置有與主機架4進行柔性連接的安裝座腳，安裝座腳與主機架4之間設置有阻尼吸震裝置10。風輪I帶動低速永磁直驅發電機5的轉子轉動進行發電時引起的低速永磁直驅發電機5繞主軸2的軸向震動，被安裝于電機低速永磁直驅發電機5的安裝座腳與主機架4之間的阻尼吸震裝置10吸收，從而有效減小低速永磁直驅發電機5的周向震動，降低低速永磁直驅發電機5由震動引起的退磁風險。
[0046]如圖4所示，機艙罩9上方和下方分別設置進風口(A、B)，機艙尾側設置出風口 C，機艙下方的進風口 B與塔筒連通。機艙罩9上方設置的進風口 A開口朝向機艙罩9前端。
[0047]機艙的風道如圖4所示。迎風發電時，空氣通過機艙罩9上方的進風口 A及塔筒內部風口(機艙下方的進風口)B被吸入，空氣由機艙尾部的出風口 C排出。
[0048]本實施方式的中型低速永磁直驅風力發電機組額定功率為100KW。
[0049]實施例2
[0050]如圖1所示，中型低速永磁直驅風力發電機組，包括風輪1、主軸2、主軸承座3、主機架4、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統7、偏航拖動系統8和機艙罩9 ；[0051 ] 主軸2、主軸承座3、主機架4、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統
7、偏航拖動系統8位于機艙罩9內部；
[0052]主機架4位于機艙罩9的底部，主軸承座3、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統7、偏航拖動系統8均安裝在主機架4上；主機架4由厚度為10mnT30mm的高強耐候鋼板焊接制成，經強度校核后證明滿足結構強度要求，相比壁厚30 mm?50 mm的鑄造結構，降低了主機架的重量、減少加工量的同時有更好的經濟性。
[0053]風輪I與主軸2前端固定連接，主軸2通過主軸承座3內的軸承與主軸承3座連接；主軸2、低速永磁直驅發電機5的軸均為空心形式，低速永磁直驅發電機5的軸套在主軸2外；低速軸剎車6安裝在低速永磁直驅發電機5后部外殼上；變槳拖動系統7穿過主軸2拖動風輪I上的槳葉；偏航拖動系統8拖動機艙和風輪I繞塔筒旋轉對準風向。
[0054]低速永磁直驅發電機5為低速盤式永磁直驅發電機。如圖3所示，低速永磁直驅發電機5的外殼設置有與主機架4進行柔性連接的安裝座腳，安裝座腳與主機架4之間設置有阻尼吸震裝置10。
[0055]如圖4所不,機艙罩9上方和下方分別設置進風口(A、B),機艙尾側設置出風口 C,機艙下方的進風口 B與塔筒連通。機艙罩9上方設置的進風口 A開口朝向機艙罩9尾側，可以實現防雨功能。
[0056]本實施方式的中型低速永磁直驅風力發電機組額定功率為200KW。
[0057]實施例3
[0058]如圖1所示，中型低速永磁直驅風力發電機組，包括風輪1、主軸2、主軸承座3、主機架4、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統7、偏航拖動系統8和機艙罩9 ；
[0059]主軸2、主軸承座3、主機架4、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統
7、偏航拖動系統8位于機艙罩9內部；
[0060]主機架4位于機艙罩9的底部,主軸承座3、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統7、偏航拖動系統8均安裝在主機架4上；主機架4由鋼板和矩形管型材焊接--? 。
[0061]風輪I與主軸2前端固定連接，主軸2通過主軸承座3內的軸承與主軸承3座連接；主軸2、低速永磁直驅發電機5的軸均為空心形式，低速永磁直驅發電機5的軸套在主軸2外；低速軸剎車6安裝在低速永磁直驅發電機5后部外殼上；變槳拖動系統7穿過主軸2拖動風輪I上的槳葉；偏航拖動系統8拖動機艙和風輪I繞塔筒旋轉對準風向。
[0062]低速永磁直驅發電機5為低速盤式永磁直驅發電機。如圖3所示，低速永磁直驅發電機5的外殼設置有與主機架4進行柔性連接的安裝座腳，安裝座腳與主機架4之間設置有阻尼吸震裝置10。
[0063]如圖4所示，機艙罩9上方和下方分別設置進風口(A、B)，機艙尾側設置出風口 C，機艙下方的進風口 B與塔筒連通。機艙罩9上方設置的進風口 A開口朝向機艙罩9尾側。機艙罩9上方設置的進風口 A安裝通風扇，在機艙罩9尾側設置的出風口 C安裝排風扇。
[0064]本實施方式的中型低速永磁直驅風力發電機組額定功率為300KW。
[0065]實施例4
[0066]如圖1所示，中型低速永磁直驅風力發電機組，包括風輪1、主軸2、主軸承座3、主機架4、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統7、偏航拖動系統8和機艙罩9 ；
[0067]主軸2、主軸承座3、主機架4、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統
7、偏航拖動系統8位于機艙罩9內部；
[0068]主機架4位于機艙罩9的底部,主軸承座3、低速永磁直驅發電機5、低速軸剎車6、變槳拖動系統7、偏航拖動系統8均安裝在主機架4上；主機架4由鋼板和矩形管型材焊接--? 。
[0069]風輪I與主軸2前端固定連接，主軸2通過主軸承座3內的軸承與主軸承3座連接；主軸2、低速永磁直驅發電機5的軸均為空心形式，低速永磁直驅發電機5的軸套在主軸2外；低速軸剎車6安裝在低速永磁直驅發電機5后部外殼上；變槳拖動系統7穿過主軸2拖動風輪I上的槳葉；偏航拖動系統8拖動機艙和風輪I繞塔筒旋轉對準風向。
[0070]低速永磁直驅發電機5為低速盤式永磁直驅發電機。如圖3所示，低速永磁直驅發電機5的外殼設置有與主機架4進行柔性連接的安裝座腳，安裝座腳與主機架4之間設置有阻尼吸震裝置10。
[0071]如圖4所不，機艙罩9上方和下方分別設置進風口(Α、Β),機艙尾側設置出風口 C,機艙下方的進風口 B與塔筒連通。機艙罩9上方設置的進風口 A開口朝向機艙罩9尾側。機艙罩9上方設置的進風口 A安裝通風扇，在機艙罩9尾側設置的出風口 C安裝排風扇。
[0072]本實施方式的中型低速永磁直驅風力發電機組額定功率為400KW。
[0073]本實施方式中所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
【權利要求】
1.一種中型低速永磁直驅風力發電機組，其特征在于:包括風輪、主軸、主軸承座、主機架、低速永磁直驅發電機、低速軸剎車、變槳拖動系統、偏航拖動系統和機艙罩； 主軸、主軸承座、主機架、低速永磁直驅發電機、低速軸剎車、變槳拖動系統、偏航拖動系統位于機艙罩內部； 主機架位于機艙罩的底部,主軸承座、低速永磁直驅發電機、低速軸剎車、變槳拖動系統、偏航拖動系統均安裝在主機架上； 風輪與主軸前端固定連接,主軸通過主軸承座內的軸承與主軸承座連接；主軸、低速永磁直驅發電機的軸均為空心形式，低速永磁直驅發電機的軸套在主軸外；低速軸剎車安裝在低速永磁直驅發電機后部外殼上；變槳拖動系統穿過主軸拖動風輪上的槳葉；偏航拖動系統拖動機艙和風輪繞塔筒旋轉對準風向。
2.根據權利要求1所述的中型低速永磁直驅風力發電機組，其特征在于:所述低速永磁直驅發電機為低速盤式永磁直驅發電機，且低速盤式永磁直驅發電機位于機艙內部。
3.根據權利要求1所述的中型低速永磁直驅風力發電機組，其特征在于:所述低速永磁直驅發電機的外殼設置有與主機架進行柔性連接的安裝座腳，安裝座腳與主機架之間設置有阻尼吸震裝置。
4.根據權利要求1所述的中型低速永磁直驅風力發電機組，其特征在于:所述機艙罩上方和下方分別設置進風口，機艙尾側設置出風口，機艙下方的進風口與塔筒連通。
5.根據權利要求1所述的中型低速永磁直驅風力發電機組，其特征在于:所述主機架由厚度為10mnT30mm的高強耐候鋼板焊接制成或者由鋼板和矩形管型材焊接而成。
6.根據權利要求1所述的中型低速永磁直驅風力發電機組，其特征在于:額定功率為100KW?400KW。
7.根據權利要求4所述的中型低速永磁直驅風力發電機組，其特征在于:所述機艙罩上方設置的進風口開口朝向機艙罩前端或者機艙罩尾側。
8.根據權利要求7所述的中型低速永磁直驅風力發電機組，其特征在于:所述機艙罩上方設置的進風口安裝通風扇，在機艙罩尾側設置的出風口安裝排風扇。
【文檔編號】F03D11/00GK203948227SQ201420352723
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】王湘明, 魯鵬飛, 佘宇威 申請人:沈陽工業大學自控技術研究所