專利名稱：雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及發(fā)電機領(lǐng)域，具體講是一種適用于大功率的雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的兆瓦級電力發(fā)電機中的80%左右是采用雙饋發(fā)電機，即風(fēng)輪通過一個多級增速機驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電。在風(fēng)力發(fā)電機運行的過程中，增速機的故障相對較高， 一般在70%左右。近年來，為解決這一問題，推出了不需增速機的永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機。 但永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，由于其運行速度低(通常低于20r/min)，因此其發(fā)電機的體積龐大，如2MW的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機有的直徑已經(jīng)做到了 5m。而我國沿海風(fēng)力資源豐富，為了充分利用海上風(fēng)力資源和降低單位KW的風(fēng)電設(shè)備投資，希望風(fēng)力發(fā)電機做得更大，如5MW或更大。對于這樣的風(fēng)力發(fā)電機，若做成直驅(qū)式，其直徑和軸向長度將有很大的增加，重量也會有顯著的增加，這樣，會使運輸及現(xiàn)場安裝成為不可能。因此，目前對于3MW的風(fēng)力發(fā)電機往往采用有增速機的非直驅(qū)方案。而如上述，增速機是一個高故障率的裝置，而風(fēng)力發(fā)電機設(shè)備又需要一個能長期高可靠性運行的增速機。在中國專利網(wǎng)站上公開了申請?zhí)枮?00710020545.9的專利申請，它采用了一種復(fù)合磁場，雙軸承支撐的雙電機結(jié)構(gòu)，即它由內(nèi)外定子、內(nèi)定子支架、杯形轉(zhuǎn)子、電勵磁繞組和勵磁繞組支架；其中，外定子固定于電機外殼內(nèi)，內(nèi)定子固定于內(nèi)定子支架上，內(nèi)定子支架固定在電機端蓋上，極性相異的外永磁體交錯排列分布在杯形轉(zhuǎn)子的外壁，極性相異的內(nèi)永磁體交錯排列分布在杯形轉(zhuǎn)子的內(nèi)壁，并位于內(nèi)定子和外定子之間，外永磁體和內(nèi)永磁體互相串聯(lián)，杯形轉(zhuǎn)子固定于轉(zhuǎn)軸上，電勵磁繞組套在電勵磁繞組支架中，電勵磁繞組支架固定于端蓋上。但是，這種結(jié)構(gòu)的雙電機直驅(qū)式發(fā)電機存在以下的缺點1)由于該結(jié)構(gòu)是采用雙軸承支撐，即轉(zhuǎn)軸的兩端由電機的外殼支撐，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，其軸向尺寸較大；2)復(fù)合磁場中的電勵磁，轉(zhuǎn)軸需采用非導(dǎo)磁鋼，例如不銹鋼，而不銹鋼的強度較低，價格昂貴，如要滿足所需強度，勢必增加轉(zhuǎn)軸的截面尺寸，因此，將大幅度增加其制造成本；3)另外，為提高風(fēng)能的利用率，采用電勵磁的方法，但是電勵磁要耗電，因此，會降低發(fā)電機的風(fēng)能利用率；而且，電勵磁只對外定子電機起作用，因此，調(diào)節(jié)的也只是外定子的輸出，而不能調(diào)節(jié)內(nèi)定子的輸出，因此難以獲得最佳風(fēng)能利用。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能充分地利用有限的空間，在不增加體積的情況下能使發(fā)電機功率更大、制造成本更低，同時也能提高風(fēng)能利用率的雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供的雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，包括機艙、機座、葉輪、主軸、雙定子和雙轉(zhuǎn)子，所述的機座的一端與機艙連接，所述的雙定子和雙轉(zhuǎn)子均位于機座內(nèi)，所述的雙定子和雙轉(zhuǎn)子從外到內(nèi)的排列順序依次為外定子、內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子；所述的主軸的一端與靠近機艙一側(cè)的機座固定連接，葉輪與主軸的另一端轉(zhuǎn)動連接；該發(fā)電機還包括轉(zhuǎn)子支撐架，所述的轉(zhuǎn)子支撐架與葉輪固定連接，所述的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子的磁極均安裝在轉(zhuǎn)子支撐架上；所述的外定子與機座緊配，所述的內(nèi)定子與主軸緊配。所述的主軸包括一端連為一體的外圈和內(nèi)圈，所述的外圈為大圓柱形的筒狀，所述的內(nèi)圈由連為一體的錐形筒和小圓柱筒組成，所述的錐形筒與外圈之間呈輻射狀連接有多個加強筋。所述的葉輪與主軸的另一端轉(zhuǎn)動連接是指，該連接處包括軸承、軸承壓圈和軸承座，所述的軸承的內(nèi)圈緊配在主軸內(nèi)圈的小圓柱筒上，并由軸承壓圈限位，所述的軸承壓圈通過螺栓與主軸內(nèi)圈的小圓柱筒連接；所述的軸承的外圈緊配在軸承座內(nèi)，并通過螺栓從左至右依次連接轉(zhuǎn)子支撐架、軸承的外圈、軸承座和葉輪。所述的軸承為雙列圓錐滾子軸承。所述的外定子緊配在機座的內(nèi)圓周面上，相應(yīng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極沿圓周方向均勻嵌入在轉(zhuǎn)子支撐架的外圓周面上，相鄰兩個內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極的極性相反；所述的內(nèi)定子緊配在主軸的外圈的外圓周面上，相應(yīng)的外轉(zhuǎn)子磁極沿圓周方向均勻嵌入在轉(zhuǎn)子支撐架的內(nèi)圓周面上，相鄰兩個外轉(zhuǎn)子磁極的極性相反。所述的在圓周方向上相鄰的兩塊內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極之間嵌有內(nèi)轉(zhuǎn)子菱形壓塊，所述的在圓周方向上相鄰的兩塊外轉(zhuǎn)子磁極之間嵌有與內(nèi)轉(zhuǎn)子菱形壓塊一一對應(yīng)的外轉(zhuǎn)子菱形壓塊，每對內(nèi)轉(zhuǎn)子菱形壓塊和外轉(zhuǎn)子菱形壓塊同時通過同一個螺釘固定在轉(zhuǎn)子支撐架上。所述的沿圓周方向的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極和外轉(zhuǎn)子磁極在軸向上呈多圈平行排列，相鄰兩圈內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極相吸，相鄰兩圈外轉(zhuǎn)子磁極相吸。采用以上結(jié)構(gòu)后，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點1)由于本實用新型的結(jié)構(gòu)是采用單側(cè)軸承支撐，中間的主軸是不作旋轉(zhuǎn)運動的， 主軸的一端與機座預(yù)固定，而后又同時與機艙相聯(lián)接，另一端僅由一個雙列圓錐滾子軸承來支撐，就能可靠地運行，這不僅簡化了發(fā)電機的結(jié)構(gòu)，還縮短了發(fā)電機的軸向尺寸。2)由于在徑向方向上設(shè)置了雙電機結(jié)構(gòu)，充分利用了電機的內(nèi)部空間，換句話說， 它采用了套疊式結(jié)構(gòu)，即在一個電機內(nèi)，在徑向方向上由外到里安排有外定子、內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子的雙電機結(jié)構(gòu)，使電機的徑向空間得到充分利用，它具有最大的空間利用率和最小的重量，不僅可以降低機艙和塔架的負載，而且還可以大大提高運輸?shù)谋憷浴?)本實用新型取消了現(xiàn)有技術(shù)中電勵磁部分結(jié)構(gòu)，完全由永磁體(內(nèi)轉(zhuǎn)子磁塊和外轉(zhuǎn)子磁塊)承擔(dān)，不需外加電勵磁，使發(fā)電機具有更高的風(fēng)能利用率；同時，可以將內(nèi)外定子的鐵心長度做成接近等長，充分有效地提高了電機的軸向空間利用率，也可以使內(nèi)外定子的輸出電壓大體一致，從而使輸出的電能互相獨立，各自通過互相獨立的變流器并網(wǎng)。4)本實用新型中的主軸采用了內(nèi)圈為圓錐體、外圈為圓柱體、中間由加強筋連接的結(jié)構(gòu)，通?？梢杂设T造而成，使得起支撐作用的主軸可以由較小的截面尺寸而獲得較高的剛性和強度。5)本實用新型中內(nèi)外轉(zhuǎn)子磁極采用疊片構(gòu)成磁極座，再內(nèi)嵌磁塊，形成磁極，可以消除表面脈振磁場對磁鐵的去磁和削弱表面渦流對磁塊的發(fā)熱現(xiàn)象，能防止現(xiàn)有技術(shù)中表貼式磁塊產(chǎn)生的脫落現(xiàn)象，提高了磁塊的使用壽命，也提高了運行的可靠性。6)本實用新型中的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極和外轉(zhuǎn)子磁極均采用長度較短的塊狀，而不是現(xiàn)有技術(shù)中采用粘接技術(shù)的條形磁塊，這是由于采用粘接技術(shù)，一旦一塊磁塊破損或極性有誤， 將難以更換，甚至造成整個轉(zhuǎn)子報廢，而塊狀磁極菱形壓塊和螺釘固定，容易更換。

圖1是本實用新型雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型中定子和轉(zhuǎn)子的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、機艙；2、機座；3、外定子；4、內(nèi)轉(zhuǎn)子；5、轉(zhuǎn)子支撐架；6、外轉(zhuǎn)子；7、內(nèi)定子；8、軸承座；9、軸承；10、軸承壓圈；11、葉輪；12、主軸；121、內(nèi)圈；122、外圈；123、加強筋；13、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極；14、外轉(zhuǎn)子磁極；15、內(nèi)轉(zhuǎn)子菱形壓塊；16、外轉(zhuǎn)子菱形壓塊；17、螺釘。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細地說明。由圖1和圖2所示的本實用新型雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖可知，它包括機艙1、機座2、葉輪11、主軸12、雙定子和雙轉(zhuǎn)子，所述的機座2的一端與機艙1連接， 所述的雙定子和雙轉(zhuǎn)子均位于機座2內(nèi)。所述的雙定子和雙轉(zhuǎn)子從外到內(nèi)的排列順序依次為外定子3、內(nèi)轉(zhuǎn)子4、外轉(zhuǎn)子6和內(nèi)定子7。所述的主軸12的一端與靠近機艙1 一側(cè)的機座2固定連接，葉輪11與主軸12的另一端轉(zhuǎn)動連接。該發(fā)電機還包括轉(zhuǎn)子支撐架5，所述的轉(zhuǎn)子支撐架5與葉輪11固定連接，所述的內(nèi)轉(zhuǎn)子4和外轉(zhuǎn)子6的磁塊均安裝在轉(zhuǎn)子支撐架5上。所述的外定子3與機座2緊配，所述的內(nèi)定子7與主軸緊配。所述的主軸12包括一端連為一體的外圈122和內(nèi)圈121，所述的外圈122為大圓柱形的筒狀，所述的內(nèi)圈121由連為一體的錐形筒和小圓柱筒組成，所述的錐形筒與外圈 122之間呈輻射狀連接有多個加強筋123。所述的葉輪11與主軸12的另一端轉(zhuǎn)動連接是指，該連接處包括軸承9、軸承壓圈 10和軸承座8，所述的軸承9的內(nèi)圈緊配在主軸內(nèi)圈121的小圓柱筒上，并由軸承壓圈10 限位，所述的軸承壓圈10通過螺栓與主軸內(nèi)圈121的小圓柱筒連接；所述的軸承9的外圈緊配在軸承座8內(nèi)，并通過螺栓從左至右依次連接轉(zhuǎn)子支撐架5、軸承9的外圈、軸承座8和葉輪11。所述的軸承9為背靠背布置的大錐角雙列圓錐滾子軸承，所述的背靠背布置是指， 在軸承的軸線方向上，每列圓錐滾子所形成的兩端直徑尺寸分別為大直徑尺寸的和小直徑尺寸，兩列圓錐滾子的小直徑尺寸靠近，大直徑尺寸遠離。所述的外定子3緊配在機座2的內(nèi)圓周面上，相應(yīng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極13沿圓周方向均勻嵌入在轉(zhuǎn)子支撐架5的外圓周面上，相鄰兩個內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極13的極性相反。所述的內(nèi)定子 7緊配在主軸12的外圈122的外圓周面上，相應(yīng)的外轉(zhuǎn)子磁極14沿圓周方向均勻嵌入在轉(zhuǎn)子支撐架5的內(nèi)圓周面上，相鄰兩個外轉(zhuǎn)子磁極14的極性相反。所述的在圓周方向上相鄰的兩塊內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極13之間嵌有內(nèi)轉(zhuǎn)子菱形壓塊15，所述的在圓周方向上相鄰的兩塊外轉(zhuǎn)子磁極14之間嵌有與內(nèi)轉(zhuǎn)子菱形壓塊15—一對應(yīng)的外轉(zhuǎn)子菱形壓塊16，每對內(nèi)轉(zhuǎn)子菱形壓塊15和外轉(zhuǎn)子菱形壓塊16同時通過同一個螺釘17固定在轉(zhuǎn)子支撐架5上。[0031]所述的沿圓周方向的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極13和外轉(zhuǎn)子磁極14在軸向上呈多圈平行排列， 相鄰兩圈內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極13相吸，相鄰兩圈外轉(zhuǎn)子磁極14相吸。本實用新型的工作原理是當(dāng)風(fēng)力驅(qū)動葉輪11旋轉(zhuǎn)時，葉輪11將驅(qū)動轉(zhuǎn)子支撐架 5作旋轉(zhuǎn)運動，從而帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極13和外轉(zhuǎn)子磁極14 一起轉(zhuǎn)動，此時，發(fā)電機就處于發(fā)電狀態(tài)，并向電網(wǎng)輸出電能。
權(quán)利要求1.一種雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，包括機艙(1)、機座(2 )、葉輪(11)、主軸(12 )、雙定子和雙轉(zhuǎn)子，所述的機座(2 )與機艙(1)連接，所述的雙定子和雙轉(zhuǎn)子均位于機座(2 )內(nèi)，其特征在于所述的雙定子和雙轉(zhuǎn)子從外到內(nèi)的排列順序依次為外定子(3)、內(nèi)轉(zhuǎn)子(4)、外轉(zhuǎn)子(6)和內(nèi)定子(7);所述的主軸(12)的一端與靠近機艙(1) 一側(cè)的機座(2)固定連接， 葉輪(11)與主軸(12)的另一端轉(zhuǎn)動連接；該發(fā)電機還包括轉(zhuǎn)子支撐架(5)，所述的轉(zhuǎn)子支撐架(5 )與葉輪(11)固定連接，所述的內(nèi)轉(zhuǎn)子(4)和外轉(zhuǎn)子(6 )的磁塊均安裝在轉(zhuǎn)子支撐架(5)上；所述的外定子(3)與機座(2)緊配，所述的內(nèi)定子(7)與主軸緊配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述的主軸(12)包括一端連為一體的外圈(122)和內(nèi)圈(121)，所述的外圈(122)為大圓柱形的筒狀，所述的內(nèi)圈(121)由連為一體的錐形筒和小圓柱筒組成，所述的錐形筒與外圈(122)之間呈輻射狀連接有多個加強筋(123)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述的葉輪(11)與主軸(12)的另一端轉(zhuǎn)動連接是指，該連接處包括軸承(9)、軸承壓圈(10)和軸承座(8)，所述的軸承(9)的內(nèi)圈緊配在主軸內(nèi)圈(121)的小圓柱筒上，并由軸承壓圈(10)限位，所述的軸承壓圈(10)通過螺栓與主軸內(nèi)圈(121)的小圓柱筒連接；所述的軸承(9)的外圈緊配在軸承座(8)內(nèi)，并通過螺栓從左至右依次連接轉(zhuǎn)子支撐架(5)、軸承(9)的外圈、軸承座(8) 和葉輪(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述的軸承(9)為雙列圓錐滾子軸承。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述的外定子(3) 緊配在機座(2)的內(nèi)圓周面上，相應(yīng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極(13)沿圓周方向均勻嵌入在轉(zhuǎn)子支撐架 (5)的外圓周面上，相鄰兩個內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極(13)的極性相反；所述的內(nèi)定子(7)緊配在主軸 (12)的外圈(122)的外圓周面上，相應(yīng)的外轉(zhuǎn)子磁極(14)沿圓周方向均勻嵌入在轉(zhuǎn)子支撐架(5)的內(nèi)圓周面上，相鄰兩個外轉(zhuǎn)子磁極(14)的極性相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述的在圓周方向上相鄰的兩塊內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極(13)之間嵌有內(nèi)轉(zhuǎn)子菱形壓塊(15)，所述的在圓周方向上相鄰的兩塊外轉(zhuǎn)子磁極(14)之間嵌有與內(nèi)轉(zhuǎn)子菱形壓塊(15)—一對應(yīng)的外轉(zhuǎn)子菱形壓塊 (16)，每對內(nèi)轉(zhuǎn)子菱形壓塊(15)和外轉(zhuǎn)子菱形壓塊(16)同時通過同一個螺釘(17)固定在轉(zhuǎn)子支撐架(5)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述的沿圓周方向的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極(13)和外轉(zhuǎn)子磁極(14)在軸向上呈多圈平行排列，相鄰兩圈內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極 (13 )相吸，相鄰兩圈外轉(zhuǎn)子磁極(14 )相吸。
專利摘要本實用新型公開了一種雙電機直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，包括機艙(1)、機座(2)、葉輪(11)、主軸(12)、雙定子和雙轉(zhuǎn)子，所述的機座(2)與機艙(1)連接，雙定子和雙轉(zhuǎn)子從外到內(nèi)的排列順序依次為外定子(3)、內(nèi)轉(zhuǎn)子(4)、外轉(zhuǎn)子(6)和內(nèi)定子(7)；主軸(12)的一端與靠近機艙(1)一側(cè)的機座(2)固定連接，葉輪(11)與主軸(12)的另一端轉(zhuǎn)動連接；該發(fā)電機還包括轉(zhuǎn)子支撐架(5)，轉(zhuǎn)子支撐架(5)與葉輪(11)固定連接；外定子(3)與機座(2)緊配，內(nèi)定子(7)與主軸緊配。由于在徑向方向上設(shè)置了雙電機結(jié)構(gòu)，充分利用了電機的內(nèi)部空間，不僅簡化了發(fā)電機的結(jié)構(gòu)，還縮短了發(fā)電機的軸向尺寸。
文檔編號H02K16/00GK202100391SQ201120178878
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者潘式正 申請人:欣達重工股份有限公司