[发明专利]一种直驱式风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别涉及一种直驱式风力发电机。

背景技术

风力发电作为一种新能源的开发方式，近几年来发展非常迅速，各风电设备厂商采用的技术路线也各不相同，目前国内的风力发电技术主要以“双馈型”和“直驱型”为主。直驱风力发电机由于没有增速用的齿轮箱，减少了很多机械故障，同时可以节省机舱的空间，因此越来越受到风电设备制造商的重视，因而对于直驱发电机的研究也越来越多，但目前各风力发电设备生产商所生产的直驱风力发电机主要以单定子永磁发电机为主。

然而，单定子直驱风力发电机存在以下缺陷：第一，由于直驱发电机的转速较低，与风轮主轴的转速相同，大约为10～25rpm，尤其是单机功率增加后，叶片长度也相应的增加，为了确保最佳叶尖速比，主轴转速会很低，因此直驱发电机的极数很多，一般在60极以上，单机功率越大主轴转速越慢，电机的极数越多，有可能达到100多极，所以直驱发电机的定子外径会很大，同时转子内外径相对也很大，因而转子内部空间没有获得充分利用，电机的体积功率密度很低，这对于放在70m以上高空的电机来说是极不合理的设计。第二，由于永磁直驱发电机的空载磁场都是通过永磁体建立，电压都比较低，所以当单机功率增加后，相电流都会很大。由于直驱发电机的输出的是一个电压和频率不定的电能，所以需要进行全功率变频处理才能并网，而大功率变频器的技术难度大，造价也非常昂贵，所以单定子直驱发电机一般都设计成6相电机或双三相电机来降低相电流，从而降低单台变频器的功率。但多相电机绕组结构相当复杂，制造工艺难度大，电磁设计时极槽配合可选择的方案也要少很多，从而明显增加了电机电磁设计的难度。

请参考图1，图1为现有技术中一种双定子半直驱式风力发电机的结构示意图。

如图1所示，该发电机包括底盘1′，底盘1′支撑有主轴轴承2′，电机主轴3′支撑于该主轴轴承2′上，电机主轴3′在主轴轴承2′的左端与风力发电机的轮毂连接，轮毂用于连接风力发电机的叶片。如图1所示，电机主轴3′与增速箱4′连接，增速箱4′的输出端连接有梯形盘4′1，该梯形盘4′1与电机的转轴5′连接，电机的转轴5′通过第一轴承5′1旋转支撑。电机的转轴5′支撑有转子支架6′，转子支架6′上设有永磁磁钢9′，同时转子支架6′的外部和内部分别设有外定子7′1和内定子7′2。如图1所示，转子支架6′的右端部通过第二轴承6′1支撑于电机后端盖的轴承室6′2上，通过该第二轴承6′1和上述第一轴承5′1的旋转支撑作用，比较可靠地实现了转子支架6′随着转轴5′旋转。

图1所示的发电机为双定子结构，因而很好地解决了上述单定子直驱风力发电机存在的缺陷，但是图1所示的双定子发电机仍然存在以下缺陷：该双定子发电机包括电机主轴3′、增速箱4′、梯形盘4′1和电机转轴5′等多个结构，导致结构比较复杂，工作可靠性较低。此外，最为重要的是，该双定子发电机至少需要主轴轴承2′，第一轴承5′1和第二轴承6′1等三个大轴承，由于图1所示的发电机为低速电机，其轴径非常大，因而与其配套的轴承的价格非常昂贵，正常3.0MW风力发电机所用的FAG主轴轴承价格达到100万RMB，因而多轴承结构严重增加了发电机的制造成本。再者，如图1所示，发电机设有固定轴8′，该固定轴8′的左右两端还分别设有一个定位轴承8′1，显然，这又进一步增加了发电机的制造成本。

有鉴于此，如何简化风机发电机的结构，提高其工作的可靠性，并且有效降低其制造成本，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种直驱式风力发电机，该发电机的结构设计能够显著降低其制造成本，并且使得结构简化，进而能够提高其工作可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种直驱式风力发电机，包括可旋转的电机主轴、转子、电机机壳和机舱架；所述电机主轴一端支撑有轮毂，所述电机机壳内设有转子，所述机舱架支撑所述电机机壳和所述电机主轴；所述电机主轴的另一端伸入所述电机机壳的内部，并与所述转子连接，且所述转子随所述电机主轴发生旋转。

优选地，所述电机机壳包括驱动端端盖和非驱动端端盖，所述电机主轴的另一端穿过所述驱动端端盖的通孔伸入所述电机机壳的内部，所述机舱架与所述非驱动端端盖连接。

优选地，所述机舱架连接有伸入所述电机机壳内部的机舱定位轴，且所述机舱定位轴的轴线与所述电机主轴的轴线共线；所述机舱定位轴远离所述机舱架的一端伸入所述电机主轴的轴孔内，并旋转支撑所述电机主轴。