风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机。

背景技术

在目前的风力发电机中，对风力发电机主流的冷却方式是在发电机顶部安装冷却器。这其中，根据冷却介质的不同可以分为空冷和水冷。两种介质一般均需外部动力进行推动，风冷依赖冷却器前端的风机，水冷依赖水泵和外部散热器。

然而，无论是空冷冷却还是水冷冷却，都存在零部件较多、控制复杂、故障率高等缺点。因此，亟需设计新式的风力发电机冷却结构以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种风力发电机，用以解决现有技术中零部件较多、控制复杂、故障率高的缺陷，实现风力发电机无需依赖外部冷却器、冷却介质流动无需依赖外部电源且无需控制的效果。

本发明提供一种风力发电机，包括：机座，所述机座内安装有定转子组件，所述定转子组件包括转子轴，并且所述转子轴的两端延伸至所述机座之外；多个轴流风扇，所述轴流风扇位于所述机座内并安装在所述转子轴上，且能够随所述转子轴共同转动；导流装置，所述导流装置安装在所述机座的顶部，所述导流装置的侧壁上形成有与所述轴流风扇的进风侧相通的多个进风口，并且其中一个侧壁上还形成有与所述轴流风扇的排风侧相通的排风口。

根据本发明提供的风力发电机，所述转子轴包括本体及位于所述本体两端的驱动端和非驱动端，其中，所述驱动端位于所述机座之外并用于与外部部件连接，所述非驱动端位于所述机座之外并与集电环装配件连接，其中，所述定转子组件包括定子和转子，所述转子包括所述转子轴及套接在所述转子轴上的转子铁芯，所述定子包括套接在所述转子铁芯外部的定子铁芯及位于所述定子铁芯两端的定子嵌线，其中，所述轴流风扇安装在所述转子轴的本体上并位于所述转子铁芯的外侧。

根据本发明提供的风力发电机，所述机座的内部还安装有多个导流罩，其中，每个所述导流罩分别与所述机座的内表面共同形成导流通道，所述导流罩的底面位于所述轴流风扇的上方并与所述轴流风扇间隔设置，每个所述导流通道分别连通其中一个所述进风口及所述轴流风扇的进风侧。

根据本发明提供的风力发电机，所述导流罩具有与所述进风口相通的顶侧，并且所述导流罩的顶侧形成渐缩的敞口结构。

根据本发明提供的风力发电机，所述定子铁芯通过机座环板配合安装在所述机座上，并且所述机座环板上形成有多个通风孔。

根据本发明提供的风力发电机，所述导流装置的内部设置有隔板，所述隔板将所述导流装置的内部分隔成进风区域和排风区域，其中，所述进风口与所述进风区域连通并经由所述进风区域与所述轴流风扇的进风侧相通，所述排风口与所述排风区域连通并经由所述排风区域与所述轴流风扇的排风侧相通。

根据本发明提供的风力发电机，所述排风区域位于所述定转子组件中的定子和转子的上方，并且所述进风区域位于所述排风区域的外侧。

根据本发明提供的风力发电机，所述隔板将所述排风区域分隔成与所述轴流风扇的排风侧相接的竖直引风区域、以及连通所述竖直引风区域和所述排风口的横向引风区域。

根据本发明提供的风力发电机，在所述导流装置的侧壁上，在每个所述进风口的位置处还安装有过滤网。

根据本发明提供的风力发电机，在所述机座上的相对两侧还分别安装有端盖，所述转子轴的两端分别通过轴承单元安装在所述端盖上。

本发明提供的风力发电机中，在定转子组件的转子轴上安装有多个轴流风扇，轴流风扇能够随着转子轴的转动而同时进行旋转。进一步，导流装置上形成有与轴流风扇的进风侧相通的进风口及与轴流风扇的排风侧相通的排风口。这样，在风力发电机实际运行期间，当转子轴进行运转时就会带动轴流风扇同时进行旋转，由进风口进入的空气会在轴流风扇的作用下流动至定转子组件以对定转子组件进行冷却，然后再由排风口排出。由此，本发明提供的风力发电机结构简单、强度高、不需外接电源、故障率低、不需维护。并且轴流风扇安装在转子轴上解决了普通冷却风机转速范围小、低风速下效率低的问题且无需控制。此外本发明可以直接从外部吸入冷却空气，不需要冷却管热交换，节省材料，降低电机成本及重量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的风力发电机的示意性截面图之一；

图2是本发明提供的风力发电机的示意性截面图之二，其中示出了冷却风的流动路径；

附图标记：

100：风力发电机； 102：机座；

104：定转子组件； 106：轴流风扇；

108：导流装置； 110：转子轴；

112：进风口； 114：排风口；

116：定子； 118：转子；

120：转子铁芯； 122：定子铁芯；

124：定子嵌线； 126：集电环装配件；

128：导流罩； 130：隔板；

132：过滤网； 134：端盖；

136：轴承单元； S：导流通道；

P1：进风区域； P2：排风区域；

A～D：路径。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

现结合图1和图2，对本发明的实施例进行描述。具体来说，图1示出了本发明提供的风力发电机的示意性截面图之一。图2示出了本发明提供的风力发电机的示意性截面图之二，其中示出了冷却风的流动路径。然而应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成任何特殊限定。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种风力发电机100。该风力发电机100总的来说可以包括机座102、定转子组件104、多个轴流风扇106以及导流装置108。

具体来说，定转子组件104可以安装在机座102内。定转子组件104包括转子轴110，转子轴110的两端可以延伸至机座102之外。轴流风扇106同样可以位于机座102内并安装在转子轴110上。在实际运行期间，轴流风扇106能够随转子轴110的旋转而共同转动。换句话说，转子轴110的旋转会带动安装在其上的轴流风扇106一起旋转。在本发明的一个实施例中，轴流风扇106可以通过例如热套配合的方式安装在转子轴110上。

进一步地，在本发明的实施例中，导流装置108可以安装在机座102的顶部。具体来说，如图1所示，导流装置108的侧壁上可以形成有与轴流风扇106的进风侧相通的多个进风口112。此外，导流装置108的其中一个侧壁上还可以形成有与轴流风扇106的排风侧相通的排风口114。

在实际运行期间，冷却风会经由进风口112进入导流装置108，然后被运转的轴流风扇106抽吸进入机座102内，从而对定转子组件104的部件进行冷却。冷却后的排风会再次进入导流装置108并进一步由排风口114排出。

这样，在风力发电机100的实际运行期间，当转子轴110进行运转时就会带动轴流风扇106同时进行旋转。由进风口112进入的空气会在轴流风扇106的作用下流动至定转子组件104以对定转子组件104进行冷却，然后再由排风口114排出。由此，本发明提供的风力发电机100，结构简单、强度高、不需外接电源、故障率低、不需维护。并且轴流风扇106安装在转子轴110上，解决了普通冷却风机转速范围小、低风速下效率低的问题且无需控制。此外本发明可以直接从外部吸入冷却空气，不需要冷却管热交换，节省材料，降低电机成本及重量。

在本发明的一个可选实施例中，在导流装置108的侧壁上，在每个进风口112的位置处还可以安装有过滤网132。这样，使得外部气流在进入进风口112时可以经过过滤网132过滤。

进一步如图1所示，在本发明的实施例中，定转子组件104可以包括定子116和转子118。具体来说，转子118包括如上所述的转子轴110以及套接在转子轴110上的转子铁芯120。定子116包括套接在转子铁芯120外部的定子铁芯122以及位于定子铁芯122两端的定子嵌线124。

对于转子轴110而言，其可以包括本体以及位于本体两端的驱动端(例如图1中的左端)和非驱动端(例如图1中的右端)。在实际装配时，驱动端位于机座102之外并且用于与外部部件连接。而非驱动端同样位于机座102之外并且与集电环装配件126连接。

在具体安装时，轴流风扇106可以安装在转子轴110的本体上，并且轴流风扇106可以位于转子铁芯120的外侧。例如，在如图1所示的实施例中可以包括两个轴流风扇106，分别称为驱动端轴流风扇和非驱动端轴流风扇。驱动端轴流风扇设置在转子轴110的本体上并与转子轴110的驱动端相邻，例如图1中左侧的轴流风扇106；非驱动端轴流风扇设置在转子轴110的本体上并与转子轴110的非驱动端相邻，例如图1中右侧的轴流风扇106。

在装配时，各个轴流风扇106位于转子铁芯120的外侧。换句话说，在如图1所示的实施例中，转子铁芯120位于驱动端轴流风扇和非驱动端轴流风扇之间。这样，使得轴流风扇106可以由驱动端和非驱动端分别引导气流对定转子组件104的部件进行冷却，使得冷却效果更佳。

此外，在本发明的一个实施例中，在机座102上的相对两侧还可以分别安装有端盖134。具体来说，转子轴110的两端可以分别通过轴承单元136安装在相应的端盖134上。在如图1所示的实施例中，端盖134可以类似地包括驱动端端盖(例如图1中左端)和非驱动端端盖(例如图1中右端)。相对应地，轴承单元136可以类似地包括驱动端轴承单元(例如图1中左端)和非驱动端轴承单元(例如图1中右端)。

继续参见图1，在本发明的一个实施例中，机座102的内部还可以安装有多个导流罩128。在该实施例中，导流罩128的数量和位置可以与进风口112的数量和位置相对应和匹配，从而对进风口112进入的气流进行引导。具体来说，导流罩128的底面可以位于轴流风扇106的上方并与轴流风扇106间隔设置，这样，使得导流罩128的形状与轴流风扇106的外形相匹配并且不会影响轴流风扇106的正常旋转。进一步地，在本发明的实施例中，每个导流罩128可以分别与机座102的内表面共同形成导流通道S。每个导流通道S可以分别连通其中一个对应的进风口112以及轴流风扇106的进风侧，从而使得气流进入进风口112之后可以沿导流通道S进入轴流风扇106的进风侧用于进行冷却。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，导流罩128的顶侧与进风口112相通，并且导流罩128的顶侧可以形成渐缩的敞口结构。这样的渐缩式敞口结构设计更加有利于对气流进行汇聚和引导。当然应当理解的是，如上所述的形状仅是示意性的，并不对本发明构成任何特殊限定。

此外在本发明的一个可选实施例中，定子铁芯122可以通过机座环板(未示出)配合安装在机座102上。进一步地，在机座环板上形成有多个通风孔。在实际运行期间，冷却风可以经过转子118的端部、定子嵌线124的端部并通过通风孔形成端部冷却风路径，进而进入导流装置108的中部出风通道，将热风排出电机外部。该过程将在以下结合图2进行具体描述。

继续参见图1，在本发明的实施例中，导流装置108的内部可以设置有隔板130。具体来说，隔板130可以将导流装置108的内部分隔成进风区域P1和排风区域P2。隔板130对导流装置108的内部进行划分，从而使得导流装置108的内部能够同时实现进风和排风的功能，并且进风功能和排风功能所经过的区域之间互不影响，不存在干涉。

具体来说，在如图1所示的实施例中，进风口112可以与进风区域P1连通并经由进风区域P1与轴流风扇106的进风侧相通。与其相对应地，排风口114可以与排风区域P2连通并经由排风区域P2与轴流风扇106的排风侧相通。由此，形成如图1所示的布局结构，并且进风与排风过程互不干涉。

在本发明的一个可选实施例中，排风区域P2可以位于定转子组件104中的定子116和转子118的上方，并且进风区域P1可以位于排风区域P2的外侧。这样，使得对定子116和转子118冷却后的气流可以直接进入上方的排风区域P2中并由排风口114导出，使得冷却效果更佳且空间布局更合理。在如图1所示的实施例中，由于设置有多个进风口112，因此可以理解为进风区域P1是环绕在排风区域P2的外周的。

进一步如图1所示，在本发明一个可选的实施例中，隔板130可以将排风区域P2分隔成竖直引风区域和横向引风区域。具体来说，竖直引风区域可以与轴流风扇106的排风侧相接，从而向上引导轴流风扇106的排风侧排出的气流。而横向引风区域可以连通竖直引风区域和排风口114，从而横向引导排出的气流经由排风口114排出至风力发电机100的外部。当然应当理解的是，如图1所示的结构仅是示意性的实施方式，并不对本发明构成任何特殊的限定。

现参见图1并结合图2，在本发明的一个具体实施例中，在实际组装期间，转子118可以水平设置在机座102内。驱动端处的端盖134和非驱动端处的端盖134对应安装在机座102的前后端。驱动端处的轴承单元136和非驱动端处的轴承单元136分别安装在两端的端盖134上。

进一步地，过滤网132可以安装于导流装置108的两侧面和前部端面上。驱动端处的导流罩128和非驱动端处的导流罩128安装于机座102上的环板对应止口处。驱动端处的轴流风扇106和非驱动端处的轴流风扇106热套在转子轴110上。

此外，导流装置108放置在机座102的顶部。具体来说，导流装置108内由隔板130(例如，钢板)焊接形成进风和排风两个隔离区域(即进风区域P1和排风区域P2)，从而将进风与出风密闭空间隔开，以形成冷却风路隔离通道。在本发明的实施例中，定子铁芯122与转子铁芯120可以例如均采用分段式铁芯。

在如图1和图2所示的实施例中，风力发电机100的风路结构可以两端对称分布，并且包括进风路结构和出风路结构。

具体来说，如图2所示，冷却风路采用对称双风路冷却结构，且两端均包括轴向通风的风压元件，即驱动端处的轴流风扇106和非驱动端处的轴流风扇106，二者可以随转子轴110一起旋转产生风压，从而驱动空气流动。

实际运行期间，风力发电机100可以从周围环境中直接吸入冷却空气。风力发电机100内部的冷却风流动路径可以包括：

路径A：转子轴110的轴向冷却风流动路径；

路径B：相邻的两段转子铁芯120的侧面之间的冷却风转子径向流动路径；

路径C：相邻的两段定子铁芯122的侧面之间的冷却风定子径向流动路径，其中，路径B和路径C一一对应地沿转子铁芯120和定子铁芯122的径向设置，并且相应的路径B和路径C相互贯通；

路径D：在机座102与定子铁芯122配合的机座环板上设有若干通风孔，使冷却风经过转子118的端部、定子嵌线124的端部，通过通风孔形成端部冷却风路径。进而使得冷却风进入导流装置108中部出风通道，将热风排出电机外部。

综上所述，本发明提供的风力发电机100中，内风路采用对称双风路冷却流道，自带轴流风扇的冷却介质推动方式，大幅度降低电机绕组温度，并达到提高风力发电机冷却系统的可靠性的目的。换句话说，本发明提供的风力发电机100具备如下优势：

“可靠”：自冷却结构简单、强度高、无电器件、无需维护；

“高效”：与发电机转速匹配的低负载损耗，提高电机效率；

“优质”：直接从外部吸入冷却介质，不需要热交换，热风直接排出电机外部；使得电机绕组充分冷却，避免热风循环进入电机内部，提高产品质量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。