一种大功率风力发电机用磁齿轮箱制造技术

本实用新型专利技术涉及一种大功率风力发电机用磁齿轮箱，属于风电领域。该磁齿轮箱包括第一级同轴磁齿轮、第二级同轴磁齿轮、第三级同轴磁齿轮、第一联轴器、第二联轴器；所有同轴磁齿轮均包括主动轴、主动轴轴承、从动轴、从动轴轴承、左端板、右端板、若干支架以及外转子磁齿轮、内转子磁齿轮和调磁环；第一级同轴磁齿轮的主动轴与风轮主轴连接；第一级同轴磁齿轮的从动轴通过第一联轴器与第二级同轴磁齿轮的主动轴相连；第二级同轴磁齿轮的从动轴通过第二联轴器与第三级同轴磁齿轮的主动轴相连，第三级同轴磁齿轮的从动轴通过联轴器与风力发电机的转轴固定。本实用新型专利技术无需润滑，体积小、重量轻、传输转矩大，可大大降低运维成本、提高可靠性。可靠性。可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率风力发电机用磁齿轮箱


[0001]本技术涉及一种风电齿轮箱，尤其是一种大功率风力发电机用磁齿轮箱，属于风力发电


技术介绍

[0002]双馈型风力发电系统主要由风轮、齿轮箱、双馈型发电机(DFIG)、变流器系统等构成。DFIG是一个高速、体积小的发电机，由于风轮低转速运行，因此通常采用高增速比的齿轮箱把较低的风轮转速提升到高速的发电机转子转速。
[0003]半直驱型风力发电系统采用低增速比的齿轮箱，以提高发电机的转速，从而使得半直驱型风力发电机的体积缩小。
[0004]鉴于目前风电齿轮箱存在上述缺陷，直驱型永磁风力发电系统不采用齿轮箱，但这导致直驱型永磁风力发电机体积大、笨重，且随着海上风电的发展，这种风力发电机的容量越来越大，其体积和重量必然越来越大，不能满足海上风电轻量化、小型化的要求。如果新型齿轮箱克服了上述缺陷，则风力发电系统即可选用新型齿轮箱+高速永磁风力发电机，从而实现海上风电机组轻量化、小型化的目标。
[0005]但现有齿轮箱采用机械齿轮啮合，需要复杂的注油润滑系统，体积大、笨重、成本高、噪声大、故障率高，需要定期维护；一旦发生故障，则维修费用高昂、停机时间长，带来巨大经济损失。此外，双馈型风力发电系统和半直驱型风力发电系统的主要损耗来源于齿轮箱和变流器系统，其中有65％左右的系统损耗来源于齿轮箱。因此，迫切需要研发新型齿轮箱，以期降低系统的成本、损耗以及运维费用，提高系统运行性能及其可靠性。
[0006]磁齿轮具有物理隔离的特性，无机械接触，因而具有无磨损、免维护、无噪声、无需润滑、能够过载保护等优势，近年来得到越来越多的重视和应用。但现有磁齿轮传输转矩较小，不能适用于兆瓦级(MW级)大功率风电机组，影响其在风力发电系统中推广应用。

技术实现思路

[0007]本技术的主要目的在于：针对现有技术的不足和空白，提供一种大功率风力发电机用磁齿轮箱，无机械接触，无需润滑，体积小、重量轻、能耗低，传输转矩大，从而可大大降低大型风电机组，尤其是双馈型风电机组的运行维护成本，提高系统运行性能和可靠性。
[0008]为了达到以上目的，本技术一种大功率风力发电机用磁齿轮箱，包括：第一级同轴磁齿轮、第二级同轴磁齿轮、第三级同轴磁齿轮、第一联轴器、第二联轴器、机座等。
[0009]所述同轴磁齿轮包括：主动轴、主动轴轴承、从动轴、从动轴轴承、左端板、右端板、若干支架，以及外转子磁齿轮、内转子磁齿轮和调磁环；所述外转子磁齿轮包括外转子铁芯及外转子永磁体，所述外转子永磁体粘贴在所述外转子铁芯的内侧，所述外转子永磁体采用每极由一块径向磁化的永磁体和一块切向磁化的永磁体组成的Halbach永磁阵列；所述内转子磁齿轮包括内转子铁芯及内转子永磁体，所述内转子永磁体粘贴在所述内转子铁芯
外侧，所述内转子永磁体采用每极由一块径向磁化的永磁体和分布在此径向磁化永磁体两边的两块磁化角度分别为α和
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α的永磁体组成的Halbach永磁阵列；所述调磁环包括调磁铁块和非导磁材料。
[0010]所述外转子磁齿轮与所述主动轴固定，所述内转子磁齿轮与所述从动轴固定；所述调磁环位于所述外转子磁齿轮和所述内转子磁齿轮之间，且通过绝缘垫片(或绝缘板)用螺栓固定安装在所述右端板上；所述支架的两端分别与所述左端板与所述右端板连接，所述左端板、所述右端板均为非导磁材料。所述主动轴轴承套装在所述主动轴外侧，并与所述左端板固定；所述从动轴轴承套装在所述从动轴外侧，并与所述右端板固定；所述左端板、右端板均与所述机座固定。
[0011]所述外转子磁齿轮、内转子磁齿轮、调磁环和所述主动轴、主动轴轴承、从动轴、从动轴轴承以及所述第一联轴器、第二联轴器均保持同轴；
[0012]所述第一级同轴磁齿轮的主动轴与风轮主轴用收缩套连接；所述第一级同轴磁齿轮的从动轴通过第一联轴器与所述第二级同轴磁齿轮的主动轴相连；所述第二级同轴磁齿轮的从动轴通过第二联轴器与所述第三级同轴磁齿轮的主动轴相连，所述第三级同轴磁齿轮的从动轴通过发电机联轴器与风力发电机的转轴固定。
[0013]进一步地，去掉所述第三级同轴磁齿轮、第二联轴器，则本技术磁齿轮箱为两级增速箱，称为两级增速半直驱型磁齿轮箱，用于驱动半直驱型永磁同步风力发电机，它包括第一级同轴磁齿轮、第一联轴器、第二级同轴磁齿轮、机座等；所述第一级同轴磁齿轮的主动轴与风轮主轴用收缩套连接；所述第一级同轴磁齿轮的从动轴通过所述第一联轴器与所述第二级同轴磁齿轮的主动轴相连；所述第二级同轴磁齿轮的从动轴通过发电机联轴器与半直驱型永磁同步风力发电机的转轴固定。
[0014]进一步地，去掉所述第二级同轴磁齿轮、第三级同轴磁齿轮、第一联轴器、第二联轴器，则本技术磁齿轮箱为单级增速箱，称为单级增速半直驱型磁齿轮箱，用于驱动转速较低的半直驱型永磁同步风力发电机，它包括第一级同轴磁齿轮、机座等；所述第一级同轴磁齿轮的主动轴与风轮主轴用收缩套连接；所述第一级同轴磁齿轮的从动轴通过发电机联轴器与风力发电机的转轴固定。
[0015]本技术的有益效果是：
[0016]1)无机械接触，实现机械隔离，风轮的机械振动不会传输到风力发电机，可有效解决共振问题；
[0017]2)无需润滑，省却复杂笨重的注油润滑冷却系统，从而使齿轮箱体积大大缩小、重量轻、能耗低、传输转矩大，可大大降低MW级双馈型风力发电机组和半直驱型风力发电机的运维成本，提高系统运行性能和可靠性。
附图说明
[0018]图1为本技术采用的双馈型风力发电系统拓扑结构示意图。
[0019]图2为本技术磁齿轮箱结构示意图。
[0020]图3为本技术同轴磁齿轮示意图。
[0021]图4为本技术同轴磁齿轮中的外转子磁齿轮、内转子磁齿轮和调磁环示意图。
[0022]图5为本技术采用的永磁同步风力发电系统拓扑结构示意图。
[0023]图6为本技术两级增速半直驱磁齿轮箱示意图。
[0024]图7为本技术采用的半直驱永磁风力发电系统拓扑结构示意图。
[0025]图8为本技术单级增速半直驱磁齿轮箱示意图。
[0026]图9为本技术采用的转速较低的半直驱永磁风力发电系统拓扑结构示意图。
[0027]其中，1
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第一级同轴磁齿轮；2
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第二级同轴磁齿轮；3
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第三级同轴磁齿轮；4
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第一联轴器；5
‑
第二联轴器；6
‑
机座；7
‑
风轮，71
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风轮主轴；8
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发电机联轴器；9
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双馈型风力发电机；10
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永磁同步风力发电机；11
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主动轴；12
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主动轴轴承；13
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从动轴；14
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从动轴轴承；1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率风力发电机用磁齿轮箱，其特征在于：包括：第一级同轴磁齿轮、第二级同轴磁齿轮、第三级同轴磁齿轮、第一联轴器、第二联轴器、机座；所述同轴磁齿轮包括：主动轴、主动轴轴承、从动轴、从动轴轴承、左端板、右端板、若干支架，以及外转子磁齿轮、内转子磁齿轮和调磁环；所述外转子磁齿轮包括外转子铁芯及外转子永磁体，所述外转子永磁体粘贴在所述外转子铁芯的内侧，所述外转子永磁体采用每极由一块径向磁化的永磁体和一块切向磁化的永磁体组成的Halbach永磁阵列；所述内转子磁齿轮包括内转子铁芯及内转子永磁体，所述内转子永磁体粘贴在所述内转子铁芯外侧，所述内转子永磁体采用每极由一块径向磁化的永磁体和分布在此径向磁化永磁体两边的两块磁化角度分别为α和
‑
α的永磁体组成的Halbach永磁阵列；所述调磁环包括调磁铁块和非导磁材料；所述外转子磁齿轮与所述主动轴固定，所述内转子磁齿轮与所述从动轴固定；所述调磁环位于所述外转子磁齿轮和所述内转子磁齿轮之间，且通过绝缘垫片用螺栓固定安装在所述右端板上；所述支架的两端分别与所述左端板与所述右端板连接，所述左端板、所述右端板均为非导磁材料；所述主动轴轴承套装在所述主动轴外侧，并与所述左端板固定；所述从动轴轴承套装在所述从动轴外侧，并与所述右端板固定；所述左端板、右端板均与所述机座固定；所述外转子磁齿轮、内转子磁齿轮、调磁环和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦清海，蔡彬，汲柏良，褚晓广，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：新型
国别省市：