專利名稱：兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，屬于風力發(fā)電設備中的內轉子 永磁發(fā)電機技術領域。
背景技術：
公知的直驅永磁風力發(fā)電機主要有內轉子永磁發(fā)電機和外轉子永磁發(fā)電機兩種 形式，單就內轉子永磁發(fā)電機來說，目前國內外生產的這類發(fā)電機的散熱方式主要是自然 風冷散熱，散熱效率低，造成永磁發(fā)電機結 構體積大、功率密度小，進而，必然造成永磁發(fā)電 機選擇電流密度、熱負載、線負載等參數(shù)都趨于保守，造成發(fā)電機單位千瓦重量比較大。同 時，對于自重比較大的發(fā)電機，承載該發(fā)電機的塔架必然要有足夠的剛度，既浪費了發(fā)電機 制造的原材料，又增加了風力發(fā)電機組機座、塔筒等附件的制造成本。散熱是風力發(fā)電機需要考慮的重要因素，因此，本領域的技術人員對此做出了很 多有益的探索，目前所采用的技術手段主要是增加強制風冷裝置，例如借鑒其他類型的發(fā) 電機設置與發(fā)電機主軸同軸的散熱風扇，但風力發(fā)電機的主軸轉速很低，一般在20r/min 左右，很難獲得散熱所需的高轉速。如果想獲得較高的轉速，必然需要增加傳動機構，比如 傳動比比較大的齒輪組或者渦輪蝸桿機構，但這又會帶來系統(tǒng)的復雜性和后期的維護成本 較高的問題。再一種提高風力發(fā)電機散熱的技術手段是改造發(fā)電機本身的結構，比如中國第 2007101656018號名稱為“低速直驅式風力發(fā)電機主軸”的發(fā)明專利申請，所說的主軸為空 心圓柱體，其截面為圓環(huán)形，該圓柱體的柱體部分為蜂窩格狀空腔柱體同向規(guī)則排列構成 以利于散熱。不過風力發(fā)電機主要的發(fā)熱部位在定子鐵芯和繞組上，顯然上述散熱方式不 能夠直接對該部位進行散熱。而中國第2007103034264號發(fā)明專利申請則是一種典型的自然風冷散熱的風力 發(fā)電機，其機座外側圓周上設有散熱筋，正如上面所述，這種散熱方式比較簡單，受周圍環(huán) 境影響比較大，很難獲得較好的散熱效果。并且該風力發(fā)電機采用了定子和轉子由兩個同 心圓筒構成的結構形式，兩者間僅在前端蓋處設置了一個軸承，平衡性差，且該軸承不僅要 承載比較大的徑向負荷，還要承載轉子的翻轉力矩，軸承磨損嚴重，又會形成較大的熱源。
發(fā)明內容因此，本實用新型為了克服現(xiàn)在的直驅永磁風力發(fā)電機散熱不良的問題，以至于 風力發(fā)電系統(tǒng)結構龐大的缺陷，提供了一種結構緊湊，散熱效果好的兆瓦級直驅永磁風力 發(fā)電機。本實用新型采用以下技術方案該實用新型兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，包括定子，具有所述發(fā)電機的定子鐵芯，并固定設置；轉子，同軸地設置于所述定子內部，由風車驅動做旋轉運動，并與定子間留有氣隙；電機機殼，用于容納所述定子和轉子，并作為所述定子的固定基體；端蓋，與所述電機機殼的前后端面配合，且與所述定子和轉子間留有間隙；制冷裝置，用于送出潔凈的冷空氣，其排氣管連通于一側端蓋上形成的開口位于端蓋內側的環(huán)形的冷氣通道，該冷氣通道通過所述氣隙形成的第一通道與另一側的所述間 隙連通，并在該側端蓋上設有出風口。基于本實用新型技術方案的兆瓦級制取永磁風力發(fā)電機采用了一種強制冷卻方 式，且該強制冷卻設備不受發(fā)電機自身工作參數(shù)的限制，可以靈活調整，且不受周圍環(huán)境因 素的影響。并且該制冷裝置采用了直接送出冷風的方案，較普通的風冷具有更有效的冷卻 效果。此外，本方案所依賴的結構大多是制造風力發(fā)電機所必然存在的，所增加的成本 僅在于制冷裝置本身，所增加的費用有限。但這種依靠流動的冷空氣制冷可以提高發(fā)電機 散熱效率，就實際使用來看，在常溫下，基于本方案的風力發(fā)電機的電流密度是常規(guī)通過散 熱肋散熱的風力發(fā)電機的兩倍，大大減小了發(fā)電機單位千瓦重量比，使風力發(fā)電機的結構 更加緊湊，也節(jié)約了這方面的制造設計成本。此外，所述冷氣通道不是直接采用端蓋與定子和轉子間的間隙，而采用了在端蓋 上設置的冷氣通道，不至于使冷氣壓力因流阻損耗過大，從而在定子電樞和轉子磁鋼部位 形成射流，冷卻效果相對比較好。上述兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，所述轉子包括作為磁鋼安裝基體的圓筒、與轉 子軸承配合的動軸和固定于動軸上的轉子基座，以及連接于該轉子基座與所述圓筒間的一 組具有渦輪葉片形狀的轉子支撐散熱板，轉子支撐散熱板間形成連通所述冷氣通道與相對 側的所述間隙的第二通道。上述兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，所述動軸中部為前小后大的圓錐臺部，且動軸 從前端蓋處延伸至定子軸向中部，相應地，動軸的軸承包括位于前端蓋處前軸承和支撐動 軸后端的后軸承。上述兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，還包括同軸地設置于所述定子內部的主體為圓 錐臺形的定軸，該定軸與所述兩端蓋中的后端蓋固定連接，并在中部設有對應與所述后軸 承的軸肩和軸頸。上述兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，所述后軸承的內圈固定于所述軸肩上，前軸承 的內圈固定于所述定軸的前端面上。上述兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，所述制冷裝置為工業(yè)空調器。上述兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，對冷氣增壓的一種方案是所述出風口設有引風 機。對冷氣增壓的另一種方案是所述制冷裝置的下級設有用于增壓的風機。優(yōu)選地，所述制冷裝置的排氣管接于前部的端蓋上。優(yōu)選地，所述電機機殼上設有散熱肋。

下面結合說明書附圖對本實用新型的技術方案作進一步的闡述，使本領域的技術人員更好的理解本實用新型，其中圖1為本實用新型兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機實施例得主剖結構示意圖。圖2為相應于圖1的I-I剖視圖(省略制冷裝置)。圖中1、冷氣通道，2、前端蓋，3、動軸，4、前軸承，5、后軸承，6、轉子，7、制冷裝置，8、后端蓋，9、定軸，10、出風口，11、磁鋼，12、電機機殼，13、定子鐵芯，14、轉子制成散熱板， 15、轉子基座，16、減荷孔。
具體實施方式
參照說明書附圖1，其示出了一種兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，包括定子，具有所述發(fā)電機的定子鐵芯13，并固定設置；轉子6，同軸地設置于所述定子內部，由風車驅動做旋轉運動，并與定子間留有氣 隙；電機機殼12，用于容納所述定子和轉子，并作為所述定子的固定基體；端蓋，與所述電機機殼的前后端面配合，且與所述定子和轉子間留有間隙；制冷裝置7，用于送出潔凈的冷空氣，其排氣管連通于一側端蓋上形成的開口位于 端蓋內側的環(huán)形的冷氣通道1，該冷氣通道通過所述氣隙形成的第一通道與另一側的所述 間隙連通，并在該側端蓋上設有出風口 10。關于所說的氣隙，相對于常規(guī)的風力發(fā)電機，可以調整的大一些，通常是常規(guī)氣隙 的1.5-2倍，可以提高風力發(fā)電機的散熱效果。對于所說的冷氣通道，因為氣隙是環(huán)形的結構，基于本實用新型的目的可以清楚 地得知，冷氣通道開有朝向氣隙的環(huán)形的開口。進一步地，為了提高風力發(fā)電機的散熱效果，所述轉子包括作為磁鋼11安裝基體 的圓筒、與轉子軸承配合的動軸3和固定于動軸上的轉子基座15，以及連接于該轉子基座 與所述圓筒間的一組具有渦輪葉片形狀的轉子支撐散熱板14，轉子支撐散熱板間形成連通 所述冷氣通道與相對側的所述間隙的第二通道。這樣對于重點需要散熱的部位，也就是磁 鋼和定子鐵芯部位，尤其是磁鋼，采用了內外的雙重冷卻方式，大大提高了其散熱效率。自然，本領域的技術人員可能會采用不設置所述冷氣通道的結構，僅依靠端蓋內 側的間隙實現(xiàn)冷氣的分布，但是這個間隙通常都比較小，而端蓋又非常大，很多形成對冷氣 的均勻分布，只能算是本方案的劣化方案。此外，所說的轉子支撐散熱板也有一定的增壓作用，可以提高冷氣的通過速度。其 結構可以使上述渦輪葉片的形狀，也可以是常規(guī)的扭曲面設計，目的在于產生風扇一樣的 排氣效果，以提高冷卻效果。這里的磁鋼應為風力發(fā)電上常說的永磁磁鋼，自然，本領域的技術人員可能把其 命名為磁鐵。本方案中所有特征的等同替代方式和明顯變形方式都應當落入本實用新型的 保護范圍之內。為了進一步的提高風力發(fā)電機的散熱效果，所述動軸中部為前小后大的圓錐臺 部，且動軸從前端蓋處延伸至定子軸向中部，相應地，動軸的軸承包括位于前端蓋處前軸承 4和支撐動軸后端的后軸承5。這里動軸有兩個支點，可以很有效的平衡翻轉力矩，且后軸 承要比前軸承大，更有利于中部較大負荷的承載，可以大大延長軸承的使用壽命，也減少了該部位不正常摩擦所產生的熱量。此外這種喇叭口形狀的動軸也有利于發(fā)電機的散熱。為了進一步的提高散熱效果，該風力發(fā)電機還包括同軸地設置于所述定子內部的 主體為圓錐臺形的定軸9，該定軸與所述兩端蓋中的后端蓋8固定連接，并在中部設有對應 與所述后軸承的軸肩和軸頸。關于所述后軸承的內圈固定于所述軸肩上，前軸承的內圈固定于所述定軸的前端 面上。由于風力發(fā)電機在前后軸承上形成的負荷很大，且很復雜，為了提高軸承的使用壽 命，采用了內圈固定的方式，防止其錯位而使軸承受力趨于復雜化。優(yōu)選地，所述制冷裝置為工業(yè)空調器，便于調整冷氣的溫度和流量。當然，單純的吹風不容易產生較好的引流作用，且空調器的送風管在較長的管路 上會產生較大的流阻損失，因此，為了提高冷卻效果，增加冷氣的風壓的一種方式是在所述 出風口設有引風機?？商娲?，提高風壓的另一種方式是在所述制冷裝置的下級設有用于增壓的風 機。所述制冷裝置的排氣管接于前部的端蓋上，也就是前端蓋2上，可以更有效的提 高風力發(fā)電機的散熱效果。進一步地，為了減輕重量，所述轉子基座前端設有減荷孔16，這類似于汽車輪輞的 設計。同時，本領域的技術人員還可以想到，為了進一步的提高散熱效果，可以在所述電 機機殼上設置散熱肋。
權利要求一種兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，包括定子，具有所述發(fā)電機的定子鐵芯(13)，并固定設置；轉子(6)，同軸地設置于所述定子內部，由風車驅動做旋轉運動，并與定子間留有氣隙；電機機殼(12)，用于容納所述定子和轉子，并作為所述定子的固定基體；端蓋，與所述電機機殼的前后端面配合，且與所述定子和轉子間留有間隙；其特征在于其還包括制冷裝置(7)，用于送出潔凈的冷空氣，其排氣管連通于一側端蓋上形成的開口位于端蓋內側的環(huán)形的冷氣通道(1)，該冷氣通道通過所述氣隙形成的第一通道與另一側的所述間隙連通，并在該側端蓋上設有出風口(10)。
2.根據(jù)權利要求1所述的兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，其特征在于所述轉子包括 作為磁鋼(11)安裝基體的圓筒、與轉子軸承配合的動軸(3)和固定于動軸上的轉子基座 (15)，以及連接于該轉子基座與所述圓筒間的一組具有渦輪葉片形狀的轉子支撐散熱板 (14)，轉子支撐散熱板間形成連通所述冷氣通道與相對側的所述間隙的第二通道。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，其特征在于所述動軸中 部為前小后大的圓錐臺部，且動軸從前端蓋處延伸至定子軸向中部，相應地，動軸的軸承包 括位于前端蓋處前軸承(4)和支撐動軸后端的后軸承(5)。
4.根據(jù)權利要求3所述的兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，其特征在于還包括同軸地設 置于所述定子內部的主體為圓錐臺形的定軸(9)，該定軸與所述兩端蓋中的后端蓋(8)固 定連接，并在中部設有對應與所述后軸承的軸肩和軸頸。
5.根據(jù)權利要求4所述的兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，其特征在于所述后軸承的內 圈固定于所述軸肩上，前軸承的內圈固定于所述定軸的前端面上。
6.根據(jù)權利要求5所述的兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，其特征在于所述制冷裝置為 工業(yè)空調器。
7.根據(jù)權利要求6所述的兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，其特征在于所述出風口設有 引風機。
8.根據(jù)權利要求6所述的兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，其特征在于所述制冷裝置的 下級設有用于增壓的風機。
9.根據(jù)權利要求6所述的兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，其特征在于所述制冷裝置的 排氣管接于前部的端蓋上。
10.根據(jù)權利要求6所述的兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，其特征在于所述電機機殼上 設有散熱肋。
專利摘要本實用新型公開了一種兆瓦級直驅永磁風力發(fā)電機，包括定子；轉子；電機機殼，用于容納所述定子和轉子，并作為所述定子的固定基體；端蓋，與所述電機機殼的前后端面配合，且與所述定子和轉子間留有間隙；制冷裝置，用于送出潔凈的冷空氣，其排氣管連通于一側端蓋上形成的開口位于端蓋內側的環(huán)形的冷氣通道，該冷氣通道通過所述氣隙形成的第一通道與另一側的所述間隙連通，并在該側端蓋上設有出風口?；诒痉桨傅娘L力發(fā)電機構緊湊，散熱效果好。
文檔編號H02K1/22GK201576991SQ20092029888
公開日2010年9月8日 申請日期2009年12月19日 優(yōu)先權日2009年12月19日
發(fā)明者于杰, 侯文磊, 華小平, 常文, 李洪生 申請人:山東魯科風電設備有限公司;華小平