一种直驱对转双风轮风电机组的制作方法

1.本实用新型属于新型风力发电机组技术领域，具体属于一种直驱对转双风轮风电机组。


背景技术：

2.随着风电装机容量的快速发展，目前主流风电机组采用单风轮水平轴形式，且朝着大型化发展，但随着风电机组大型化发展，其核心关键技术受到诸多限制，迫切需要发展新形式高效风能转换装置。
3.串列式双风轮结构形式以其高效率、关键核心设备成熟受到重视。但是目前现有报道的双风轮机组采用两风轮共轴或通过锥形齿轮连接至主轴。所述结构形式两风轮只能同转速，不能实现两风轮转速独立控制，即两风轮不能实现解耦，进而导致两风轮不能在各自的高效区运行，导致所述机组整机效率偏低。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的串列式双风轮机组在运行上未能解耦，运行效率偏低的问题，本实用新型提出一种传动解耦的直驱对转双风轮风电机组，实现两风轮转速协同控制，以机组整体出力最优为目标，机组整体效率最高；提高风能利用率，减小风轮直径，降低风力发电机组度电成本；
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种直驱对转双风轮风电机组，包括双转子发电机以及串列布置在双转子发电机两端的前风轮和后风轮，所述双转子发电机由外到里依次设置外转子、外定子、隔磁层、内定子和内转子，所述外转子套设在外定子上，所述外定子套设在所述内定子上且两者之间设置有隔磁层，所述内定子套设在内转子上；所述外转子通过前主轴连接所述前风轮，所述内转子通过后主轴连接双风轮中的后风轮。
6.进一步的，所述前风轮和后风轮串列布置，所述前风轮的直径大于所述后风轮的直径，所述前风轮布置在上风向，所述后风轮布置在下风向，所述前风轮和后风轮旋转方向相反，所述前风轮和后风轮上设置有变桨系统。
7.进一步的，所述双转子发电机为低速永磁同步双转子发电机，所述前主轴旋转带动所述外转子旋转发电；所述后主轴旋转带动所述内转子旋转发电。
8.进一步的，所述外转子通过法兰与前主轴连接，所述内转子的输出轴通过联轴器与后主轴连接。
9.进一步的，所述外转子和外定子构成前风轮发电机，所述内定子和内转子构成后风轮发电机，所述前风轮发电机套设在所述后风轮发电机上，且所述前风轮发电机的输出轴与所述后风轮发电机的输出轴同轴并且方向相反；所述外转子和外定子之间留有气隙，所述定子和内转子之间留有气隙；所述外转子为永磁转子，所述内转子为永磁转子或励磁转子，所述外定子和内定子为绕组定子。
10.进一步的，所述隔磁层为隔磁材料，所述隔磁层用于对内转子与外转子产生的电磁进行有效隔离。
11.进一步的，所述内定子的前段和后段分别固定连接一内转子轴承座，所述俩内转子轴承座分别连接有内转子前轴承和内转子后轴承，所述内转子轴承和内转子轴承座用于支撑和固定所述内转子。
12.进一步的，所述外定子的前段和后段分别固定连接一外转子轴承座，所述俩外转子轴承座分别连接有外转子前轴承和外转子后轴承，所述外转子轴承和外转子轴承座用于支撑和固定所述外转子。
13.进一步的，还包括机舱，所述双转子发电机设置在所述机舱内，所述前主轴和后主轴分别从机舱两侧伸出，所述机舱内固定设置有前主轴承座和后主轴承座，所述前主轴承座连接前主轴承，所述后主轴承座连接后主轴承，所述轴承座和轴承用于固定所述前主轴和后主轴。
14.进一步的，所述机舱内部设置有电气系统及控制系统，测风系统设置在机舱外表面上部，所述机舱通过偏航系统连接到塔筒上，电气系统及控制系统电信号线穿过前主轴内部后接入到偏航系统、测风系统及变桨系统中。
15.与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
16.本实用新型采用双转子发电机直驱结构，前后风轮通过前后主轴分别连接至新型双转子发电机的前后风轮发电机上，双转子发电机的前后风轮发电机在结构、电磁、控制三方面实现完全解耦，进而实现前后风轮在运行和控制方面的解耦，实现前后风轮转速独立控制，实现两风轮转速协同控制，以机组整体出力最优为目标，达到机组整体效率最高的目的。
17.进一步的，本实用新型提供的风电机组设有前后两个风轮，前后风轮同时捕获风能，带动双转子发动机的前后风轮发电机同时发电，极大地提高了风能利用率，与同等容量的单风轮机组相比缩短了风轮半径，减轻了单个风轮载荷；并且本实用新型的风轮采用对转，即两风轮旋转方向相反，可以增加风轮输出功率，进一步提高风能的利用率。
18.进一步的，本实用新型采用低速永磁同步双转子发电机，发电机外/内转子与前/后风轮主轴直连，省去了齿轮箱，一方面减轻机舱重量，另一方面减少机组故障率，提高机组利用率。
19.进一步的，本实用新型的双转子发电机由外到内依次设置外转子、外定子，内定子、内转子，并且在内定子与外定子之间设置隔磁层，采用隔磁材料对外转子和内定子进行隔磁，实现内转子与外转子之间电磁和结构的完全解耦，使双转子电机的内外转子转速可以独立控制，进而实现两风轮的独立控制，使整机效率更高，有效提高了发电机功率密度，结构紧凑，减少了双转子发电机永磁材料、磁钢等的用量，发电机体积减小，对风电机组机舱等材料都会减小，进一步提高材料利用率。
20.采用了上述技术，能够有效地、大幅度地降低风力发电机组度电成本。
附图说明
21.图1为本实用新型的双风轮风电机组结构示意图；
22.图2为本实用新型的双风轮风电机组对转示意图。
23.附图中：1为前风轮、2为后风轮、3为前主轴、4为后主轴、5为前主轴承、6为后主轴承、7为前主轴承座、8为后主轴承座、9为机舱、10为外转子前轴承、11为外转子后轴承、 12为内转子前轴承、13为内转子后轴承、14为外转子、15为外定子、16为隔磁层、17为内定子、18为内转子、19为塔筒、20为风速仪
具体实施方式
24.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
25.如图1所示，一种直驱对转双风轮风电机组，双转子发电机设置在机舱9中，双转子发电机的前风轮发电机与前主轴3连接，前主轴3从机舱9的一端伸出连接前风轮1，双转子发电机的后风轮发电机与后主轴4连接，后主轴4从机舱9的另一端伸出连接后风轮2，前风轮1 旋转带动前风轮发电机转动发电，后风轮2旋转带动后风轮发电机18转动发电，为捕获更多风能，前风轮1和后风轮2旋转方向相反，即对转，如图2所示。
26.优选的，前风轮1和后风轮2串列布置，前风轮1的直径大于后风轮2的直径并且前风轮1布置在上风向，后风轮2布置在下风向，所述前风轮1和后风轮2内设置有变桨系统。
27.优选的，后风轮1的直径约为前风轮直径2的1/2。
28.双转子发电机单元由外到内依次设置外转子14、外定子15、隔磁层16、内定子17、内转子18，外转子14套设在外定子15上组成的前风轮发电机，内定子17套设在内转子18上组成的后风轮发电机，前风轮发电机套设在后风轮发电机上并且前风轮发电机和后风轮发电机之间设置隔磁层16，隔磁层16可以彻底消除外转子14和内转子18的电磁影响，实现内转子18和外转子14之间电磁和结构的完全解耦，使双转子电机的内外转子转速可以独立控制，进而实现两风轮的独立控制，使整机效率更高。
29.优选的，外转子14与外定子15对应设置并且之间留有气隙，内定子17与内转子18对应设置并且之间留有气隙。
30.优选的，外转子14为永磁体转子、内转子为永磁转子或励磁转子，外定子15和内定子17 为绕组定子。
31.优选的，外定子15和内定子17的前段和后段还分别设置有用于支撑外转子14和内转子 18的外转子前轴承10、外转子后轴承11、内转子前轴承12、内转子后轴承13。
32.优选的，双转子发电机采用低速永磁同步双转子发电机。
33.优选的，前主轴3与发电机外转子14连接，前主轴3旋转带动外转子14旋转发电；后主轴4与发电机内转子18连接，后主轴4旋转带动内转子18旋转发电；前主轴承座7和后轴承座8固定在机舱9内并且设置在双转子发电机的两侧，前主轴承5固定在前轴承底座7内，后主轴承6固定在后轴承座8内，前风轮主轴3由前主轴承5支撑，后风轮主轴4由后主轴承6 支撑。
34.优选的，前主轴3通过法兰连接外转子14，后主轴4通过联轴器连接内转子18的输出轴。
35.优选的，前主轴3还可通过螺栓连接外转子14。
36.优选的，机舱9内部设置有电气系统及控制系统，测风系统设置在机舱9外表面上部，机舱9通过偏航系统连接到塔筒19上，电气系统及控制系统电信号线穿过发电机主轴内
部后从滑环接入到偏航系统、测风系统及变桨系统中。
37.优选的，测风系统为风速仪20。
38.以上，为本实用新型技术方案的基础方案，本领域的技术人员在基础方案的基础上，可以选择或者组合以下技术手段：
39.在前风轮1与后风轮2的旋转方向上，可将前后风轮选择相同的旋转方向，或改变前后风轮的半径比；
40.在双转子发电机的设计上，可将外转子14和内转子18的永磁体设置为励磁方式。
41.在外定子15和内定子17之间上设置冷却层，冷却层采用水冷，冷却层设有冷却水管，冷却层对内定子15与外定子15进行冷却，进一步提高发电机输出效率。
42.最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。