[发明专利]开心式大型垂直轴风力发电机装置和制造方法

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体地说，是提出一种立式结构的大功率低速同步发电机装置及其制造方法。

背景技术

风力发电机，是通过风力涡轮机将风的动能转变为机械能，然后由涡轮机动力驱动的可再生能源发电装置。在现有广泛使用的水平轴涡轮机中，产业实践证明，单机功率的增大，有利于降低单位功率装机容量的成本和风力发电的度电成本。因此，单机额定功率容量不断增大，风力发电机的单机功率已普遍从上世纪末的MW级(兆瓦)升高到当前的3～6MW水平，目前正在向10MW级的目标发展，这是近期来风电技术演进的总趋势。

目前特大型风电系统中的主流发电机有两种机型，即高速运行的双馈异步发电机和低速直驱同步发电机。前者经济性高，但需要用齿轮箱增速，故障率也高，且维护保养量大。而后者为无齿轮箱的直接驱动，因此可靠性高，但是大型低速直驱同步发电机直径长重量大，制造成本高，MW级以上的发电机一般都为超高超宽的尺度，陆上运输非常困难，因此运输成本非常高。

垂直轴涡轮机的发电机可以放在地面，比水平轴机的高空工作位置优越，但同功率的垂直轴机的转速比水平轴机低，所以发电机更大，在制造和运输方面的困难更多。

发明内容

本发明要解决的任务是，针对大型直驱发电机在生产、运输方面的所产生的问题，提出一种使用在大型垂直轴风力发电场内的专用发电机新结构和新制造方法。该专用发电机的名称为开心式垂直轴风力发电机，专用发电机的制造方法为大型立轴低速多极发电机的制造方法。

本发明的大型垂直轴风电系统中的开心式风力发电机装置，发电机主要由电机室、定子及电枢绕组、转子及磁场、主轴及轴承组成，其特征是，发电机主轴(1)套在轴心(10)外，二者间有两个轴承(11)，分别为径向轴承和轴向轴承，发电机主轴与涡轮机主轴成为一体，轴心处为开放式宽敞结构；定子体(2)和转子体(3)构造成为大直径、多极结构的高效电机；主轴上有三个交流输电滑环，滑环对应位置的轴心处配置三个供电电刷；发电机所有部件和附属设备都处于电机室(13)内，电机室有门(14)可供人员进入电机内部。

本发明的开心式风力发电机的制造方法，其特征为，采取工厂部件加工制造，然后分散运往现场组装施工；利用建设中的垂直轴风力涡轮机现场设备进行发电机加工吊装操作。

根据本发明的专用发电机新结构和新制造方法，可以有效克服大型和超大型垂直轴涡轮发电机装置所遇到的制造和运输方面的困难。首先，由于大型风力发电机重量体积庞大，建造大型工厂整机生产的工厂成本很高，而产量和市场需求并不如通用电机那么大，致使产品成本居高不下。而改为在工厂零部件制造的集约生产方式，就可以大大降低工厂投资和部件制造成本，有利于降低发电机总体成本。其次，部件运输的体积重量远小于整机，不易为陆上运输条件所限制，运输成本可以大幅降低。此外，由于发电机主轴与涡轮机主轴为一体结构，在垂直轴大型风电场中，涡轮机本身必须竖立大型立轴，在轴心上安装加工设备为发电机加工，在主轴上安装临时吊机本身也是涡轮机设备吊装所必须的，其吊装能力远大于发电机部件吊装的需要，而且发电机组装在先，所以没有多浪费人力、物力，没有额外的加工、组装成本需要为发电机装配服务，经济上可以节约多笔费用。

本发明的装置性能优越，适合工业制造，方法合理经济，能为发挥大型和超大型风机的巨大技术优势服务，为节能减排作出贡献。

附图说明

图1、内转子型开心式风力发电机结构半剖图。

图2、外转子型开心式风力发电机结构半剖图。

图3、励磁型开心式风力发电机供电和控制框图。

具体实施方式

当前的大型商业化风机，主流型是2～3MW的水平轴涡轮机型。发电机有高速运行的双馈异步发电机型和低速直驱同步发电机型。

因为发电机的功率与转速成正比，所以前者需要用齿轮箱增速，故高速发电机的体积重量均不大，但风力发电机处于野外恶劣自然环境，悬殊的高低温度差和重负荷的功率传输，齿轮箱的工作环境负荷产生的高应力磨损，需要对齿轮箱作频繁的保养维护，而这些工作都必须进入高塔筒作业，所以维护保养成本也很高。另一种方案为低速直驱同步发电机，低速直驱同步发电机为无齿轮箱的直接驱动，因此可靠性高发电效率也略高，但是大型低速直驱同步发电机直径长重量大，制造成本高，MW级以上的发电机直径通常超过5米，都为超高超宽的尺度，陆上运输困难，运输成本相当高。