永磁半直驱风力发电机1.65MW结构设计优化

1.65MW永磁半直驱风力发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司（简称哈电）进军风力发电设备市场的首台产品。该发电机是哈电拥有完全自主知识产权的发电机组，它性能稳定，运行可靠，是哈电产品进军大容量、直驱及海上风电等领域的奠基石。

下面着重介绍1.65MW永磁半直驱风力发电机总体结构布置和定子、转子、轴承等各个部分的结构特点。这种结构的风力发电机齿轮箱成本较低，效率较高。

6.5.3.1　发电机主要技术数据

发电机主要技术数据见表6-17。

表6-17　发电机主要技术数据

6.5.3.2　发电机结构设计

1.总体布置

发电机采用传统卧式结构，驱动端通过驱动轴与齿轮箱连接，非驱动端为引出线端。发电机采用主轴与管轴非同步旋转结构。空心主轴通过驱动轴与齿轮箱连接，转速为经过齿轮箱调整后的风力机转速；管轴则穿过主轴与风力机保持同步旋转，传递同步转速信号以便控制系统对风力发电机组进行控制。

发电机转子支架与主轴采用热套方式连接固定。转子支架由轮毂、环板、辐板及磁辘圈焊接而成，并与主轴进行热套配合。热套完成后，在磁辘圈上加工32个丁尾槽。转子共32极，为挂极式机构，磁极与磁辘圈采用丁尾加楔键结构固定。

发电机定子采用机座外叠片。铁芯叠片后用整圆不锈钢压指压紧，压紧后在铁芯背部焊接26根立筋，以保证铁芯的整体性。铁芯装焊完成后整体装入机座，铁芯背部与机座间留有轴向通风道。机座两端沿圆周均匀分布各开6个通风孔，机座外部焊接风罩，风罩为钢板焊接结构，顶部开进风口与出风口。

2.转子

转子支架采用圆盘式焊接结构，由轮毂、环板、辐板及磁辘圈焊接而成。转子支架焊接完成后与主轴进行热套，使转子支架与主轴形成一个整体。(www.xing528.com)

转子共32极，每个磁极由10个磁极单元构成。由于永磁材料抗拉强度较低，当发电机转子直径较大或高速运行时，转子表面所承受的离心力已接近甚至超过永磁体的抗拉强度，永磁体将出现损坏。所以磁极单元由磁极冲片采用扣铆方式叠压而成，每个磁极单元中放置一块永磁体，同一个磁极内的永磁体极性相同，相邻磁极内永磁体极性相反。这种磁极单元结构既可以保护永磁体，又可以使气隙磁场分布均匀，并有效防止永磁体退磁。

永磁体采用钕铁硼材料，其主要参数见表6-18。

表6-18　永磁体材料主要参数

3.定子

定子由机座、铁芯、线圈、引出线及测温装置组成。机座外径2306mm，内径2140mm，轴向长1355mm。机座采用4块厚100mm的钢板焊接成整圆，在驱动端和非驱动端各开6个通风孔，并均匀分布。开通风孔后对机座内、外壁进行加工，并在两端面各钻48个M24的螺孔，以便与驱动端及非驱动端端盖把合固定。定子机座具有一定的刚度，能够承受径向载荷和电磁扭矩，并将载荷与电磁扭矩传递给与机座用螺栓固定在一起的机舱。

定子铁芯共156槽，采用厚0.5mm的50DW310硅钢片叠压而成，铁芯长度645mm。整圆13张冲片，上下层间搭接1/2片。片间压力1.27MPa。为防止发电机运行时铁芯端部硅钢片发生窜动，铁芯叠片时驱动端和非驱动端两端各15mm范围内用硅钢片胶黏接成整体，片间黏接面积不小于每片面积的80%。定子铁芯两端各设置一个整圆的不锈钢压指，既保证铁芯整体性又减小端部漏磁场引起的附加损耗。铁芯背部设置26根立筋。整个铁芯叠片完成并压紧后，将铁芯、压指及立筋焊接成一体以提高整个铁芯的刚度。焊接完成后，将立筋外圆直径加工至2150mm，以便将铁芯整体压入机座内。机座与铁芯之间采用过渡配合，铁芯压入机座内后将立筋端部与机座内壁焊接牢固。

定子绕组采用双层叠绕组。绕组在整个圆周上相角、电压相序对称分布，共4条支路，Y形连接。线圈采用F级绝缘。由于永磁同步发电机电磁设计的特点，定子槽型槽宽较大，槽深较浅。如线圈采用普通两排并绕股线，则在鼻端及转角处线圈无法拉制张型。由此线圈采用3排线规为2.19mm×6.14mm的铜扁线并绕制而成。为了便于下线，在线棒引出线处，股线由三排并成两排引出。极间及相内连接线采用线棒引出线直接连接，接头均用银焊连接。

4.轴承

发电机轴承系统由主轴承和管轴轴承及管轴组成。发电机主轴承位于主轴两端，连接主轴与两端端盖。采用德国FAG公司生产的调心滚子轴承为轴承紧定套。调心滚子轴承可以承受径向载荷及两个方向的轴向载荷，承受径向载荷的能力较大，适用于有重载荷及冲击负荷的工况。轴承采用紧定套固定在主轴两端，整个轴承采用内外双轴承套固定。内轴承套外圆缠绕厚1mm的聚酞亚胺薄膜，以防止轴电流的产生。内轴承套包扎绝缘完成后，将外轴承套与其进行热套配合。内外轴承套用连接板固定。轴承采用外循环润滑系统，在连接板靠近内轴承套一侧设置注油结构，注油结构与外接油泵连接，为主轴承提供润滑油。

5.其他部件

其他部件还包括发电机的支撑悬挂系统、接地系统、辅助接线系统、定子引出线系统、两端端盖系统等。