一种10MW半直驱永磁同步风力发电机的制作方法

本实用新型涉及大型半直驱永磁同步发电机的技术领域，尤其是指一种10mw半直驱永磁同步风力发电机。

背景技术：

目前，国内的海上风电市场取得了蓬勃的发展，为响应国家的可再生能源发展计划，各整机厂均大力的开发大型风力发电机组，5mw、7mw、8mw等机型如雨后春笋般的不断涌现，而国内的风电企业研发的大型发电机机组多数为直驱机型，直驱机型由于风轮与永磁同步发电机直接连接，无需升速齿轮箱，很大程度上降低了机组的故障率。但是，多极低速发电机体积庞大、过于沉重，导致安装和维护都更加困难，受这些因素的影响，发电机的容量也受到也限制，最大容量仅做到了8mw。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决直驱机型发电机体积庞大、笨重导致的运输和装配困难及容量限制等问题，提出了一种结构紧凑可靠、容量大、重量轻的10mw半直驱永磁同步风力发电机，该机型发电机在容量比8mw(直驱机型)增加2mw的情况下，体积、重量均小于8mw机型，不仅提高了材料的利用率，并且为风场的基础建设降低了大量成本。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种10mw半直驱永磁同步风力发电机，包括发电机本体，所述发电机本体的定子采用双绕组设计，即定子绕组中包含两套相互独立、互不干扰的三相绕组；所述发电机本体的转子整体结构设计为单悬臂支撑，并采用嵌入式转子磁轭设计，使用高强度钕铁硼永磁体嵌入转子磁轭；所述发电机本体的轴承单元采用单悬臂结构，并使用一球一柱的双轴承结构设计，其中球轴承主要承担转子产生的轴向力，柱轴承主要承担整个转子的载荷；所述发电机本体的冷却系统设计有两套，分别为定子冷却系统与转子冷却系统，所述定子冷却系统采用的是水套冷却的方式，所述转子冷却系统采用的是空水冷却的方式，通过冷却器对转子进行循环冷却，使转子磁极始终低于某一温度定值，以确保转子的温度不会影响到永磁体性能。

进一步，所述发电机本体的外壳采用大型一体化铸造设计，且该外壳在保护发电机的同时还作为支承齿轮箱、叶轮的重要结构件。

进一步，所述定子的两套绕组中每套绕组设计的输出功率为5.5mw。

进一步，所述轴承单元的润滑系统设计为喷油润滑。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

首先是机组容量，作为半直驱机型设计，10mw半直驱发电机比目前功率最大的8mw直驱发电机多了2mw功率，相当于多了一台2mw的双馈风力发电机。

其次是发电机的重量与体积，8mw直驱发电机最大直径7.5m，重量将近160t，而本实用新型设计的10mw半直驱发电机，最大直径仅4.2m，重量小于75t，远小于8mw直驱发电机。

接着是运输、吊装方面，由于体积小，重量轻，机组的基础建设成本、运输、吊装成本均远低于8mw直驱机型。

最后是发电量方面，由于单机组容量远大于其它机型，以对比8mw直驱发电机组为例，10mw半直驱机组的发电量约提高20％，单机组保守计算其年收益率将直接提高15％以上。

附图说明

图1为10mw半直驱永磁同步风力发电机的剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1所示，本实施例所提供的10mw半直驱永磁同步风力发电机，其结构改造具体如下：

发电机的定子1采用比较特殊的双绕组设计，即定子绕组中包含两套相互独立的三相绕组，使用这种设计方案需要解决两套三相绕组相互干扰的问题，确保两套三相绕组均能稳定运行，两套三相绕组中每套绕组设计的输出功率为5.5mw，这种设计有一个特别显著的优势，那就是在发电机功率、电压不变的情况下，大大降低发电机的绕组中电流，使定子铜耗有所降低。

发电机的转子2采用的是嵌入式转子磁轭设计，使用高强度钕铁硼永磁体嵌入转子磁轭，并采用特殊的封装工艺，保证永磁体可靠固定的同时不影响其散热。转子2的整体结构设计为单悬臂支撑，在保证转子可靠固定的同时还保证其安装工艺简单方便操作。

发电机的轴承单元3采用的是单悬臂结构，用这种方式从最大程度上减轻轴电流对轴承的影响，在轴承的选用上，使用的是一球一柱的双轴承结构设计，球轴承31主要承担转子产生的轴向力，而柱轴承32主要承担了整个转子2的载荷，另外，为保证轴承的良好润滑效果，轴承的润滑系统设计为喷油润滑，确保轴承单元3可以取得更高的可靠运行寿命。

作为超大型的风力发电机，为妥善的解决发电机散热问题，在设计技术方案时，充分考虑到绕组与磁极的散热需求，特别设计了两套冷却系统，分别为定子冷却系统41与转子冷却系统42；其中，定子冷却系统41采用的是水套冷却的方式，这是首次在10mw级别的风力发电机中运用这种冷却方式，与常规的水管冷却相比，水套冷却技术极大地提高定子铁芯的制造工艺性，降低了发电机的定子铁芯制造难度。而转子冷却系统42采用的是空水冷却的方式，通过冷却器对转子2进行循环冷却，使转子磁极始终低于某一温度定值，确保转子2的温度不会影响到永磁体的性能。

发电机的外壳5采用大型一体化铸造设计，并使外壳5在保护发电机的同时还作为支承齿轮箱、叶轮等部件的重要结构件。

以上所述实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

技术特征：

1.一种10mw半直驱永磁同步风力发电机，包括发电机本体，其特征在于：所述发电机本体的定子采用双绕组设计，即定子绕组中包含两套相互独立、互不干扰的三相绕组；所述发电机本体的转子整体结构设计为单悬臂支撑，并采用嵌入式转子磁轭设计，使用高强度钕铁硼永磁体嵌入转子磁轭；所述发电机本体的轴承单元采用单悬臂结构，并使用一球一柱的双轴承结构设计，其中球轴承主要承担转子产生的轴向力，柱轴承主要承担整个转子的载荷；所述发电机本体的冷却系统设计有两套，分别为定子冷却系统与转子冷却系统，所述定子冷却系统采用的是水套冷却的方式，所述转子冷却系统采用的是空水冷却的方式，通过冷却器对转子进行循环冷却，使转子磁极始终低于某一温度定值，以确保转子的温度不会影响到永磁体性能。

2.根据权利要求1所述的一种10mw半直驱永磁同步风力发电机，其特征在于：所述发电机本体的外壳采用大型一体化铸造设计，且该外壳在保护发电机的同时还作为支承齿轮箱、叶轮的重要结构件。

3.根据权利要求1所述的一种10mw半直驱永磁同步风力发电机，其特征在于：所述定子的两套绕组中每套绕组设计的输出功率为5.5mw。

4.根据权利要求1所述的一种10mw半直驱永磁同步风力发电机，其特征在于：所述轴承单元的润滑系统设计为喷油润滑。

技术总结
本实用新型公开了一种10MW半直驱永磁同步风力发电机，包括发电机本体，发电机本体的定子采用双绕组设计，即定子绕组中包含两套相互独立、互不干扰的三相绕组；发电机本体的转子整体结构设计为单悬臂支撑，并采用嵌入式转子磁轭设计，使用高强度钕铁硼永磁体嵌入转子磁轭；发电机本体的轴承单元采用单悬臂结构，并使用一球一柱的双轴承结构设计，其中球轴承主要承担转子产生的轴向力，柱轴承主要承担整个转子的载荷；发电机本体的冷却系统设计有两套，分别为定子冷却系统与转子冷却系统，所述定子冷却系统采用的是水套冷却的方式，所述转子冷却系统采用的是空水冷却的方式。本实用新型具有结构紧凑可靠、容量大、重量轻、发电量高等优点。

技术研发人员：杨云;罗荣锋;章政华
受保护的技术使用者：明阳智慧能源集团股份公司
技术研发日：2020.03.04
技术公布日：2020.10.02