CN103986253A - 一种发电机定子支架及应用其的直驱强制风冷风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机定子支架及应用其的强制风冷直驱风力发电机，所述定子支架包括环形中隔板，所述中隔板的内环用于与所述发电机的主轴连接，所述中隔板的外环边际呈齿轮形；其中所述齿轮的齿顶上固定有固定夹板，所述齿轮的齿根部固定有立柱，所述齿轮的齿面上固定有筋板，所述固定夹板、立柱与筋板均垂直于所述中隔板的环面。本发明的定子支架大大提高了定子支架的刚度，同时具有结构简单、安装方便、作用可靠等优点，尤其适用于具有大直径发电机的直驱强制风冷风力发电机。

Description

一种发电机定子支架及应用其的直驱强制风冷风力发电机

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种发电机定子支架及应用其的直驱强制风冷风力发电机。

背景技术

随着风力发电技术的高速发展，风力发电机组专用发电机朝着高可靠性、低维护量、减少组件、降低成本、效率高、集成度高等方向发展，因此近年来直驱风力发电机得到快速的发展。

直驱风机的发电机一般包括转子和定子，定子包括定子支架，通过该支架固定铁心和线圈。由于定子与转子间需要保持很小而且稳定的气隙，而铁心和线圈很重(往往能占电机重量的40％以上)，同时运行过程中还要受到很大的磁场力作用，这就要求定子支架的刚度很高，才能使得在风机工作状态下保持气隙稳定不变。

相对于双馈式风机而言，直驱风机的发电机直径要大得多，而且随着单机容量不断增长，直径也必须做到更大，这就进一步增加了定子支架的加工难度，并且刚度问题很难保证。针对大直径发电机的结构件，减轻重量和增加刚度成为目前尤为重要的问题。经过检索专利及有关文献，现有专利(申请号01813973)所述的定子支架，是一种多个条组件组成支撑臂的定子支架结构，主要功能是减重和降噪；而专利(申请号201310009600)提出一种用于直驱发电机的内定子支架，是应用于双定子永磁直驱风力发电机内定子的支撑，但对于直驱风机的发电机的大直径定子支架的刚度问题没有很好的解决。

由此可知，随着大容量的风机的出现，定子支架的刚度问题越来越受到重视，而如何设计一个适应于直驱风机的大直径发电机的、重量轻且刚度好的定子支架，实属当前重要的研究课题之一。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种发电机定子支架，使其刚度好、适应于具有大直径发电机的直驱风机，同时具有结构简单、安装方便、作用可靠等优点，从而克服现有的定子支架刚度不足、缺乏重量轻且刚度好的适于直驱风机的大直径发电机的定子支架的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种发电机定子支架，包括环形中隔板，所述中隔板的内环用于与所述发电机的主轴连接，所述中隔板的外环边际呈齿轮形；其中所述齿轮的齿顶上固定有固定夹板，所述齿轮的齿根部固定有立柱，所述齿轮的齿面上固定有筋板，所述固定夹板、立柱与筋板均垂直于所述中隔板的环面。

进一步地，所述每个齿顶上连接一个所述固定夹板，所述筋板与所述固定夹板固定连接，每间隔一个所述齿根设置一个所述立柱，当齿根处设有立柱时，所述筋板与所述立柱固定连接。

进一步地，所述固定夹板、立柱及筋板均焊接在所述中隔板上，所述筋板与所述固定夹板和所述立柱焊接。

进一步地，所述中隔板与所述立柱之间固定连接有翼板，且所述中隔板和立柱均与所述翼板垂直。

进一步地，所述中隔板内环通过中法兰与所述主轴连接，所述中法兰与所述中隔板为一体结构。

进一步地，所述中隔板环面的上下两侧分别设置有侧环板，所述固定夹板与立柱均伸出所述中隔板环面的上下两侧，所述侧环板的外环与所述固定夹板固定连接，所述侧环板的内环与所述立柱固定连接，所述侧环板的环面与所述筋板固定连接。

进一步地，所述上下两个侧环板与所述中隔板平行且等距，所述固定夹板的两个端部分别固定在两个侧环板的外环面上；所述立柱一端固定在一个侧环板的内环面，另一端与另一个侧环板的内环固定后沿轴向向外伸出，所有立柱的伸出端位于同一环面内并通过法兰互相固定连接在一起。

进一步地，所述中隔板上及所述筋板上均开有孔。

进一步地，所述中隔板同侧的每两个相邻的立柱之间密封连接有盖板，所述盖板的上、下边界分别与所述侧环板、所述中隔板密封连接。

本发明的另一个目的是提供一种应用上述定子支架的直驱强制风冷风力发电机。采用如下技术方案：

一种直驱强制风冷风力发电机，包括上述的定子支架，所述连接立柱伸出端的法兰与所述风力发电机的塔架法兰固定连接。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

(1)由于采用具有齿轮形结构的中隔板，支架附件可通过焊接固定在各齿的齿顶、齿根以及齿面上，使传统的大而长的焊缝通过齿轮型中隔板转变为短而小的“V”型交错的焊缝，这种焊接方式的焊缝都不互相连通，大大地减小了焊接应力，可减少由于焊接应力引起的变形，同时焊接强度增加，定子支架的结构刚度增加。

(2)中隔板与中法兰的连体结构，不仅省略了锻件法兰材料费用，关键也省去了中法兰焊接造成的焊接变形。

(3)中隔板设置的多个椭圆孔可用于现场人员维护出入的通道，同时也是空气进入电机的主要通道，同时还可用于安装叶轮锁定装置。筋板上所开椭圆孔，一方面可以减重，另一方面利于形成直驱强制风冷风力机的强制风冷通风道。

(4)本发明的定子支架结构简单，安装方便，作用可靠，免于维护，并且有很强的通用性和适用性，对大型兆瓦级的内定子直驱风力发电机都可安装。

(5)本发明的技术方案实施方便，简易可靠，技术具有前瞻性，针对大直径风机的发电机结构件增加刚度提供了一种解决思路与途径。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的发电机定子支架整体结构示意图。

图2是中隔板与各支架附件的连接关系示意图。

图3是用于强制风冷直驱风力发电机的本发明的定子支架结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1、2所示，本发明的一种发电机定子支架，包括环形中隔板1，所述中隔板1的内环用于与所述发电机的主轴连接，所述中隔板1的外环边际呈齿轮形；其中所述齿轮的齿顶上固定有固定夹板5，所述齿轮的齿根部固定有立柱7，所述齿轮的齿面上固定有筋板6，所述固定夹板5、立柱7与筋板6均垂直于所述中隔板1的环面。

中隔板1处于定子支架的中央位置，其外环加工为齿轮形，其内环通过中法兰2与发电机主轴连接，所述中法兰2与所述中隔板1可以设置为一体结构，由一块钢板加工而成这样有利于减少焊接带来的残余应力变形，同时也省去了由于探伤带来的费用。

固定夹板5焊接于中隔板1齿形的各个齿顶，数量宜与齿数一致；立柱7焊接于中隔板齿根处，沿所述中隔板的1外环圆周均匀分布设置。优选地，如图2中所示，每个齿顶上连接一个所述固定夹板5，固定夹板5与立柱7通过齿面上的的筋板6相连；立柱7分布方式设为隔齿均布，即每间隔一个所述齿根设置一个所述立柱7，当齿根处设有立柱7时，所述筋板6与所述立柱7固定连接。即筋板6有两种连接形式：一种连接立柱7和固定夹板5，另一种连接中隔板1和固定夹板5，连接方式均采用焊接。

如上所述，采用具有齿轮形结构的中隔板1，固定夹板5、筋板6、立柱7等支架附件焊接在各齿的齿顶、齿根以及齿面上，使传统的大而长的焊缝通过具有齿轮形外环的中隔板1转变为短而小的“V”型交错的焊缝。这种焊接方式的焊缝都不互相连通，大大地减小了焊接应力，同时增加了焊接强度。

所述固定夹板5与立柱7均伸出所述中隔板1环面的上下两侧，优选固定夹板5高度的中间位置焊接在齿顶处。在所述中隔板1环面的上下两侧分别设置有侧环板10，所述侧环板10的外环与所述固定夹板5固定连接，所述侧环板10的内环与所述立柱7固定连接，所述侧环板10的环面与所述筋板6固定连接。同样地，两块侧环板10与其他支架附件的连接方式优选焊接。

所述上下两个侧环板10优选与所述中隔板1平行且等距，所述固定夹板5的两个端头分别固定在两个侧环板10的外环面上；所述立柱7一端固定在一个侧环板10的内环面，另一端与另一个侧环板10的内环固定后沿轴向向外伸出，所有立柱7的伸出端位于同一环面内并通过法兰9互相固定连接在一起。法兰9将各立柱7环状延伸连接起来，进一步使定子支架内外形成一个整体的刚性结构。安装时，法兰9用于与风力发电机的塔架法兰固定连接。

为进一步增强刚度性能，中隔板1的上下两侧环面上可设有沿圆周方向均匀排列的若干个翼板4，翼板4呈直角三角形，其两个直角边分别焊接于立柱7和中隔板1上。在中隔板1的环面还设置有多个椭圆孔3，所述翼板4布控时需要避开中隔板1上的椭圆孔3。此处椭圆孔3除了作为定子支架本身的减重孔外还有以下作用：a、外界空气进入电机的最主要通道；b、现场人员的维护时出入电机通道；c、可用于安装叶轮锁定装置。

筋板6上也设有若干孔，一方面用于为定子支架减重，另一方面，当本发明的定子支架应用于强制风冷风力发电机，筋板6上的椭圆孔8用于配合形成强制风冷通风道。请配合参阅图3所示，相邻的两个所述立柱7之间密封连接有盖板13，所述盖板13的上、下边界分别与所述中隔板1、所述侧环板10密封连接。盖板14可以由钣金件加以橡胶条组成，将各相邻立柱7与中隔板1以及侧环板10形成的方形框状封盖起来。由于在中隔板1的上下两侧，盖板14呈圆周分布于定子支架内侧，因此定子叠片后将与转子形成一个密闭空间，从而形成了强制风冷通道，风的流向如图2中箭头所示，最后热风由通风管道11排出。

请继续配合参阅图3，通风管道11为钣金件盒体，与定子支架通过螺栓连接，并通过橡胶管与外部设置的空气交换机连接，定子内部的热空气依靠空气交换机提供动力经通风管道沿橡胶管引出。通风管道11的数量可按照电机功率的变化适当增加。

轴向滤盒13设置在中隔板1上的椭圆孔3上，由钣金框架和中部的固定滤棉组成，也通过螺栓与定子支架连接，其作用是冷空气进入电机的主要通道，滤棉有过滤空气的作用。

由于采用了以上技术方案，本发明的一种发电机定子支架，结构简单，安装方便，作用可靠，免于维护，并且有很强的通用性和适用性，对大型兆瓦级的内定子直驱风力发电机都可安装。尤为重要的是，在重量轻的同时，大大增加了定子支架的刚度，简化了制造工艺并省去了大量的加工工装，从而为开发直驱电机的大直径定子支架的刚度问题提供了一种解决思路与途径。对于直驱风力发电机及相关结构件的产业化有很大的促进作用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种发电机定子支架，其特征在于，包括环形中隔板，所述中隔板的内环用于与所述发电机的主轴连接，所述中隔板的外环边际呈齿轮形；其中所述齿轮的齿顶上固定有固定夹板，所述齿轮的齿根部固定有立柱，所述齿轮的齿面上固定有筋板，所述固定夹板、立柱与筋板均垂直于所述中隔板的环面。

2.根据权利要求1所述的发电机定子支架，其特征在于，所述每个齿顶上连接一个所述固定夹板，所述筋板与所述固定夹板固定连接，每间隔一个所述齿根设置一个所述立柱，当齿根处设有立柱时，所述筋板与所述立柱固定连接。

3.根据权利要求2所述的发电机定子支架，其特征在于，所述固定夹板、立柱及筋板均焊接在所述中隔板上，所述筋板与所述固定夹板和所述立柱焊接。

4.根据权利要求1所述的发电机定子支架，其特征在于，所述中隔板与所述立柱之间固定连接有翼板，且所述中隔板和立柱均与所述翼板垂直。

5.根据权利要求1所述的发电机定子支架，其特征在于，所述中隔板内环通过中法兰与所述主轴连接，所述中法兰与所述中隔板为一体结构。

6.根据权利要求1-5任一项所述的发电机定子支架，其特征在于，所述中隔板环面的上下两侧分别设置有侧环板，所述固定夹板与立柱均伸出所述中隔板环面的上下两侧，所述侧环板的外环与所述固定夹板固定连接，所述侧环板的内环与所述立柱固定连接，所述侧环板的环面与所述筋板固定连接。

7.根据权利要求6所述的发电机定子支架，其特征在于，所述上下两个侧环板与所述中隔板平行且等距，所述固定夹板的两个端部分别固定在两个侧环板的外环面上；所述立柱一端固定在一个侧环板的内环面，另一端与另一个侧环板的内环固定后沿轴向向外伸出，所有立柱的伸出端位于同一环面内并通过法兰互相固定连接在一起。

8.根据权利要求7所述的发电机定子支架，其特征在于，所述中隔板上及所述筋板上均开有孔。

9.根据权利要求8所述的发电机定子支架，其特征在于，所述中隔板同侧的每两个相邻的立柱之间密封连接有盖板，所述盖板的上、下边界分别与所述侧环板、所述中隔板密封连接。

10.一种直驱强制风冷风力发电机，其特征在于，包括权利要求9所述的定子支架，所述连接立柱伸出端的法兰与所述风力发电机的塔架法兰固定连接。