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電機定子的吸振裝置、電機定子及電機.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510958075.5

申請日:

2015.12.18

公開號:

CN105471124A

公開日:

2016.04.06

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02K 1/12申請日:20151218|||公開
IPC分類號: H02K1/12; F16F15/067 主分類號: H02K1/12
申請人: 北京金風科創風電設備有限公司
發明人: 張志弘; 楊炯明; 徐志良
地址: 100176北京市大興區北京亦莊經濟技術開發區博興一路8號
優先權:
專利代理機構: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙)11386 代理人: 路傳亮; 彭霜
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510958075.5

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.08.24|||2016.05.04|||2016.04.06

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種電機定子的吸振裝置,其包括:支撐裝置,其與電機定子支架固定連接;吸振頻率調整裝置,用于根據電機定子的振動頻率調節吸振裝置的固有頻率;導向裝置,用于引導吸振頻率調整裝置沿與電機定子振動方向相反的方向振動;所述吸振頻率調整裝置包括質量調節裝置和彈性調節裝置,所述質量調節裝置調整吸振裝置的固有頻率,以與電機定子的振動頻率相適應;所述彈性調節裝置控制所述質量調節裝置在平衡位置前后振動。本發明通過設計動力吸振裝置,安裝在電機定子的不同位置,達到抑制電機的振動和整機振動,從而減少電機因振動引起的運行故障,提高機組運行的可靠性。本發明還提供具有上述吸振裝置的電機定子和電機。

權利要求書

1.一種電機定子的吸振裝置,其特征在于,其包括:
一支撐裝置,其與電機定子支架固定連接;
一吸振頻率調整裝置,安裝在所述支撐裝置上,用于根據電機定子
的振動頻率調節吸振裝置的固有頻率;
一導向裝置,用于引導所述吸振頻率調整裝置沿與所述電機定子的
振動方向相反的方向振動;
其中,所述吸振頻率調整裝置包括質量調節裝置和彈性調節裝置,
所述質量調節裝置調整吸振裝置的固有頻率,以與電機定子的振動頻率
相適應;所述彈性調節裝置控制所述質量調節裝置在平衡位置前后振動。
2.根據權利要求1所述的吸振裝置,其特征在于:所述支撐裝置包
括底座(3)和主支撐桿(4),所述主支撐桿(4)可拆卸地連接在所述
底座(3)上,所述支撐裝置通過所述底座(3)可拆卸地連接在所述電
機定子支架(1)上。
3.根據權利要求2所述的吸振裝置,其特征在于:所述底座(3)
安裝在電機定子振動最大的位置,且安裝在電機定子振動的主方向上。
4.根據權利要求1所述的吸振裝置,其特征在于:所述質量調節裝
置包括主質量調節塊(5)和微質量調節塊(6),所述主質量調節塊(5)
的質量大于微質量調節塊(6)的質量,所述主質量調節塊(5)由多塊
主質量塊(11)層疊而成,所述微質量調節塊(6)由多塊微質量塊(12)
層疊而成,所述主質量調節塊(5)與所述主支撐桿(4)通過直線軸承
(17)裝配連接,所述微質量調節塊(6)設置在所述主質量調節塊(5)
上。
5.根據權利要求4所述的吸振裝置,其特征在于:所述導向裝置包
括至少一個第一導向桿(7),所述第一導向桿(7)可拆卸地連接在所述
底座(3)上,所述第一導向桿(7)與所述主質量調節塊(5)通過直線
軸承(17)裝配連接。
6.根據權利要求4所述的吸振裝置,其特征在于:所述主質量調節
塊(5)上可拆卸地連接有第二導向桿(18),所述第二導向桿(18)以
所述主支撐桿(4)為中心對稱設置,所述微質量調節塊(6)裝配在所
述第二導向桿(18)上。
7.根據權利要求5所述的吸振裝置,其特征在于:所述彈性調節裝
置包括第一壓縮彈簧(9)、第二壓縮彈簧(10)、彈簧支架及彈簧預緊力
調節機構,所述第一、第二壓縮彈簧(9,10)分別安裝在所述主質量調
節塊(5)的兩側,支撐所述主質量調節塊(5)在平衡位置沿所述主支
撐桿(4)和所述第一導向桿(7)往復振動。
8.根據權利要求7所述的吸振裝置,其特征在于:所述彈簧預緊力
調節機構根據所述主質量調節塊(5)和所述微質量調節塊(6)的總質
量調節所述第一、第二壓縮彈簧(9,10)的預緊力。
9.根據權利要求8所述的吸振裝置,其特征在于:所述彈簧預緊力
調節機構為鎖定螺母(15)。
10.根據權利要求9所述的吸振裝置,其特征在于:所述彈簧支架
為墊環(13,16),所述墊環(13,16)分別設置在所述第一壓縮彈簧(9)、
所述第二壓縮彈簧(10)的兩端,所述墊環(16)可拆卸地連接在所述
主質量調節塊(5)兩側的所述主質量塊(11)上。
11.根據權利要求10所述的吸振裝置,其特征在于:所述主支撐桿
(4)端部銷孔內設置有鎖銷(14)。
12.一種電機定子,其特征在于,其定子支架上裝配有如權利要求
1-11中任一項所述的吸振裝置。
13.一種電機,其特征在于,其定子支架上裝配有如權利要求1-11
中任一項所述的吸振裝置。
14.一種風力發電機,其特征在于,其定子支架上裝配有如權利要
求1-11中任一項所述的吸振裝置。

說明書

電機定子的吸振裝置、電機定子及電機

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域,特別涉及一種用于減小風電機組的
發電機振動的吸振裝置、具有該吸振裝置的電機定子及電機。

背景技術

可再生的能源中,風能是一種非常清潔的、有前途的能源。我國地
面的風能儲量為32.26億kw,可開發的資源達2.53億kw。大力發展風
力發電具有一定的經濟和社會效益。但是風力發電機在運轉時的振動和
噪聲越來越不容忽視,成為風電行業發展亟需解決的問題。

現有技術中已有對降低風力發電機振動的相關研究,主要是通過改
進塔架系統的振動、對定轉子進行軸向限位或者通過控制系統調整發電
機組槳距角、轉矩、發電機轉速等參數來實現對發電機振動的抑制。發
明人通過反復的研究發現,現有的發電機的減振系統中上存在著不能從
根本上抑制發電機大幅度振動,抑制振動時容易引起發電機失速、減振
效果差的問題,而采用主動控制的方法,讓機組在發生振動的轉速區間
內快速通過,會在一定程度損失機組的發電量;且機組在達到一定的振
動幅度時才會觸發主動控制,發電機仍存在振動的風險。因此減小發電
機組的振動和噪音,從而減少發電機組因振動引起的運行故障,提高機
組運行的可靠性是本領域的技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種電機定子的吸振裝置、具有該吸振裝置的
定子及電機,其通過設計動力吸振裝置,安裝在電機定子的不同位置,
達到抑制電機的振動和整機振動,從而減少機組因振動引起的運行故障,
提高機組運行的可靠性。

為達上述目的,本發明提供一種電機定子的吸振裝置,包括:一與
電機定子支架固定連接的支撐裝置;一安裝在所述支撐裝置上的吸振頻
率調整裝置,用于根據電機定子的振動頻率調節吸振裝置的固有頻率;
一用于引導所述吸振頻率調整裝置沿與所述電機定子的振動方向相反的
方向振動的導向裝置;其中,吸振頻率調整裝置包括質量調節裝置和彈
性調節裝置,質量調節裝置調整吸振裝置的固有頻率,以與電機定子的
振動頻率相適應;彈性調節裝置控制質量調節裝置在平衡位置前后振動,
抑制電機定子的振動。

進一步地,支撐裝置包括底座和主支撐桿,主支撐桿可拆卸地連接
在底座,支撐裝置通過底座可拆卸地連接在所述電機定子支架上,優選
地,底座上設置有凸臺,主支撐桿裝配在凸臺上。

進一步地,底座安裝在電機定子振動最大的位置,且安裝在電機定
子振動的主方向上,其中,電機定子振動最大的位置可以根據振動檢測
儀顯示的監測數據確定。

進一步地,質量調節裝置包括主質量調節塊和微質量調節塊,主質
量調節塊的質量大于微質量調節塊的質量,主質量調節塊由多塊主質量
塊層疊而成,微質量調節塊由多塊微質量塊層疊而成,主質量調節塊與
主支撐桿通過直線軸承裝配連接,微質量調節塊設置在主質量調節塊上。
多塊主質量塊和微質量塊的層疊設置便于吸振裝置頻率的調整、安裝以
及后續的維護,主質量調節塊與主支撐桿通過直線軸承裝配連接。主質
量調節塊和微質量調節塊可以為長方形、圓形、正方形等各種形狀。

進一步地,導向裝置包括至少一個第一導向桿,第一導向桿可拆卸
地連接在底座上,第一導向桿與所述主質量調節塊通過直線軸承裝配連
接,質量調節裝置能夠在主支撐桿和第一導向桿上往復運動。通過所述
直線軸承和潤滑降低主質量調節塊與主支撐桿及第一導向桿之間的摩
擦,降低系統的阻尼。

進一步地,主質量調節塊上可拆卸地連接有第二導向桿,第二導向
桿以主支撐桿為中心對稱設置,以保持質量調節裝置的重心平衡,微質
量調節塊固定裝配在第二導向桿上。

進一步地,彈性調節裝置包括第一壓縮彈簧、第二壓縮彈簧、彈簧
支架及彈簧預緊力調節機構,第一、第二壓縮彈簧分別安裝在主質量調
節塊的兩側,支撐主質量調節塊在平衡位置沿主支撐桿和第一導向桿往
復振動。彈簧預緊力調節機構根據主質量調節塊和微質量調節塊的總質
量調節第一、第二壓縮彈簧的預緊力,保持主質量調節塊和微質量調節
塊沿主支撐桿和第一導向桿平穩運動,降低疲勞強度,延長彈簧的使用
壽命;主質量調節塊和微質量調節塊拉伸或壓縮第一、第二彈簧,慣性
力作用于電機定子機構,抑制電機定子的振動。

進一步地,彈簧預緊力調節機構為鎖定螺母,彈簧支架為墊環,墊
環分別設置在第一壓縮彈簧、第二壓縮彈簧的兩端,墊環可拆卸地連接
在主質量調節塊兩側的主質量塊上。主支撐桿端部銷孔內設置有鎖銷,
防止鎖定螺母脫落,彈簧預緊力調節裝置無法支撐質量調節裝置在平衡
位置運動,導致吸振裝置失效。

在本發明的不同實施例中,可以根據電機定子的振動方向和振幅大
小調整動力吸振裝置在電機定子上的安裝位置,根據電機定子振動需要
抑制的量級水平,確定本發明主質量調節塊的配置以及吸振裝置安裝組
數,優選是成對安裝;針對不同的振動方向,本發明動力吸振裝置可以
水平軸向安裝,也可以豎直安裝,也可以根據振動的主方向調整吸振裝
置的安裝方向,只要保證吸振裝置的安裝方向與電機定子振動方向相反
即能實現本發明減振的目的。

進一步地,本發明還提供一種電機定子,其定子支架上固定安裝有
至少一個上文所述吸振裝置。

進一步地,本發明還提供一種電機,其電機定子支架上固定安裝有
至少一個上文所述吸振裝置,所述吸振裝置改變電機的振動特性,抑制
電機的振動,降低電機組整機的振動,減少機組因振動引起的運行故障,
提高機組的整體運行可靠性。

進一步地,本發明還提供一種風力發電機,其電機定子支架上固定
安裝有至少一個上文所述吸振裝置。

上述技術方案具有如下有益技術效果:

本發明的吸振裝置通過在電機定子上安裝動力吸振裝置,來改變電
機的振動特征,從而抑制機組整機的振動。

傳統上采用主動控制的方法,讓機組在發生振動的轉速區間內快速
通過,在一定程度損失機組的發電量,且機組在達到一定的振動幅度時
才會觸發主動控制,本發明改變了傳統的主動控制的方法,采用無阻尼
吸振器的原理來降低電機本體的振動,即通過吸振裝置中質量塊的振動
來吸收電機的振動能量,改變電機發生最大振動的頻率,可以從源頭上
改變電機系統的振動特征。

本發明通過吸振裝置安裝在電機定子上,有效降低電機定子的振動,
抑制電機整體振動和機組的振動,從而解決電機振動引起的疲勞失效,
提高整機的可靠性。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的,而并不認為是對本發明的限制,
在整個附圖中,相同的參考符號表示相同的部件。

圖1是電機定子上吸振裝置的安裝示意圖;

圖2是吸振裝置的立體圖;

圖3是吸振裝置的主視圖。

其中,1-定子支架,2-吸振裝置,3-底座,4-主支撐桿,5-主質量調
節塊,6-微質量調節塊,7-第一導向桿,8-凸臺,9-第一彈簧,10-第二彈
簧,11-主質量塊,12-微質量塊,13-墊環,14-鎖銷,15-鎖定螺母,16-
墊環,17-直線軸承,18-第二導向桿。

具體實施方式

下面結合附圖和優選實施方式對本發明的技術方案作進一步的詳細
描述。應當理解,以下實施例僅用于解釋和說明本發明,但不構成對本
發明技術方案的限制。

如圖1所示,本發明的實施例的電機定子的吸振裝置2裝配在電機
定子支架1上。該電機定子的吸振裝置2包括:與電機定子支架1螺栓
連接的支撐裝置,實現吸振裝置2與定子支架1的固定連接;根據電機
定子的振動頻率調節自身固有頻率的吸振頻率調整裝置;以及用于引導
吸振頻率調整裝置沿與發動機振動方向相反的方向振動的導向裝置。吸
振頻率調整裝置包括質量調節裝置和彈性調節裝置,質量調節裝置調整
吸振裝置的固有頻率,以與電機定子的振動頻率相適應;彈性調節裝置
控制質量調節裝置在平衡位置前后振動。本發明的平衡位置是指吸振裝
置在靜止狀態下,質量調節裝置在第一彈簧和第二彈簧彈力作用下所處
的位置。

更加詳細地,如圖2、圖3所示,本發明實施例的支撐裝置包括底座
3和主支撐桿4,底座3水平軸向安裝在電機定子支架1上振動最大的位
置,電機定子振動最大的位置可以根據振動檢測儀顯示的監測數據確定,
底座3與電機定子支架1的連接可以采用螺紋連接,也可以采用焊接等
其他能夠實現將兩者固定連接在一起的方式連接。主支撐桿4以螺紋連
接的方式可拆卸地連接在底座3上,底座3上設置有凸臺8,凸臺8內部
設有螺紋孔(圖中未示出),主支撐桿4螺紋連接在凸臺8上,實現主支
撐桿4和底座3之間可拆卸的連接,便于主支撐桿4的更換。主支撐桿4
上部設置有供鎖定螺母15旋緊的螺紋和供鎖銷14插入的孔,鎖定螺母
15用于調節第一、第二彈簧9,10的預緊力,鎖銷14的設置可以防止吸
振裝置在運行的過程中質量調節裝置的脫落,保證運行的平穩性。

導向裝置至少包括第一導向桿7,第一導向桿7可拆卸地連接在底座
3上,質量調節裝置的質量較小時,可以設置一個第一導向桿7,第一導
向桿7與主支撐桿4對質量調節裝置的運動進行約束,根據質量調節裝
置的質量情況也可設置多個第一導向桿7,便于實現質量調節裝置的平穩
滑動,提高系統的穩定性,優選地,設置兩個第一導向桿7用以引導質
量調節裝置在主支撐桿4上往復振動。

較佳地,吸振頻率調整裝置包括質量調節裝置和彈性調節裝置,通
過質量調節裝置和彈性調節裝置調整吸振裝置的固有頻率,以與電機定
子的振動頻率相適應。質量調節裝置包括主質量調節塊5和微質量調節
塊6,主質量調節塊5由多個依次層疊的主質量塊11構成,微質量調節
塊6由多個依次層疊的微質量塊12構成,主質量調節塊5的質量大于微
質量調節塊6的質量,吸振裝置的固定頻率與電機定子的振動頻率差較
大時調整主質量塊11的個數,吸振裝置的固定頻率與電機定子的振動頻
率差較小時調整微質量塊12的個數,如同調整天平的砝碼一般,直至吸
振裝置的固定頻率與電機定子的振動頻率相適應。主質量塊11和微質量
塊12的外形可以為長方形、圓形,也可以為正方形或環形,只要其質量
能夠滿足減振的要求即可。

主質量調節塊5設有供主支撐桿4穿過的第一通孔和供第一導向桿7
穿過的第二通孔,第一通孔設置在主質量調節塊5的中部位置,第二通
孔設置在靠近主質量調節塊5邊緣的位置,其中第一通孔和第二通孔內
均安裝有直線軸承17,質量調節裝置可以在主支撐桿4和第一導向桿7
上滑動,由于滾動摩擦系數相對較小,系統阻尼較小,使得質量調節裝
置對振動的響應較為靈敏,能夠及時有效地抵消電機定子支架的振動。

遠離底座3一側的主質量塊11上可拆卸地固定連接至少一個第二導
向桿18,該多個第二導向桿18以主支撐桿4為中心對稱設置,以保持質
量調節裝置的重心平衡,微質量調節塊6通過鎖緊螺母固定裝配在第二
導向桿18上,實現質量調節裝置總質量的微調。

彈性調節裝置包括第一壓縮彈簧9、第二壓縮彈簧10、彈簧支架及
彈簧預緊力調節機構,彈簧支架分別設置在第一、第二壓縮彈簧9、10
的兩端,彈簧支架上同樣設置有供主支撐桿4穿過的通孔,優選地彈簧
支架為墊環13、16,墊環13、16分別設置在第一壓縮彈簧9、第二壓縮
彈簧10的兩端,墊環16可拆卸地連接在主質量調節塊5兩側的主質量
塊11上,第一、第二壓縮彈簧9、10通過墊環13、16壓緊在主質量調
節塊5的兩側,墊環13、16的設置可以固定第一、第二壓縮彈簧9、10
的端部位置,減少彈簧與主支撐桿4和主質量調節塊5的摩擦,降低系
統阻尼,延長彈簧使用壽命。第一、第二壓縮彈簧9、10支撐主質量調
節塊5在平衡位置沿主支撐桿4和第一導向桿7往復振動。

彈簧預緊力調節機構優選為鎖定螺母15,也可以為其他能夠調節彈
簧預緊力的部件,第一、第二壓縮彈簧9、10的預緊力根據主質量調節
塊5和微質量調節塊6的總質量進行調節,第一、第二壓縮彈簧9、10
的端部連接有墊環13、16,鎖緊螺母15通過墊環13、16壓緊第一、第
二壓縮彈簧9、10,調整壓縮彈簧的預緊力,預緊力的調整能夠保持主質
量調節塊5和微質量調節塊6沿主支撐桿4和第一導向桿7平穩運動,
降低疲勞強度,延長彈簧的使用壽命;主質量調節塊5和微質量調節塊6
拉伸或壓縮第一、第二彈簧9、10,慣性力作用于電機的定子機構,從而
抑制電機定子的振動。

該動力吸振裝置的固有頻率可以根據電機定子的振動頻率進行調
整,其主要調節方法為更換第一、第二壓縮彈簧9、10和主質量調節塊5,
微調方式為調節微質量調節塊6。例如當電機定子振動為9Hz左右時,
動力吸振裝置的頻率為9Hz,主質量調節塊和微質量調節塊會產生和定
子反相位的振動。即電機沿順風方向振動,吸振裝置沿逆風方向振動。

在本發明的不同實施例中,可以根據電機定子的振動方向調整動力
吸振裝置在電機定子上的安裝位置,根據電機定子振動需要抑制的量級
水平,確定本發明主質量調節塊的配置以及吸振裝置安裝組數,優選是
成對安裝;針對不同的振動方向,本發明動力吸振裝置可以水平軸向安
裝,也可以豎直安裝,也可以根據振動的主方向調整吸振裝置的安裝方
向,只要保證該吸振裝置的安裝方向與電機定子振動方向相反即能實現
本發明減振的目的。

在另一實施例中,本發明提供了一種電機定子,其定子支架上固定
安裝有至少一個上述吸振裝置。

在又一實施例中,本發明提供一種電機,該電機包括發電機和電動
機,其中發電機可以是風力發電機,其電機定子支架上固定安裝有至少
一個上述吸振裝置,該吸振裝置改變發電機的振動特性,抑制發動機的
振動,降低機組整機的振動,減少機組因振動引起的運行故障,提高發
電機組的整體運行可靠性。

本發明實施例的電機定子的吸振裝置的安裝過程如下:

使用振動檢測儀監測的數據確定電機定子振動較大的位置、振動的
強度和主方向,將電機定子振動較大的位置作為本發明實施例的吸振裝
置的安裝位置,將電機定子振動主方向的反方向作為本發明實施例的吸
振裝置安裝的方向;根據電機定子的振動強度經計算確定電機振動需要
抑制的量級水平,確定主質量調節塊5和微質量調節塊6的總質量以及
需要安裝的吸振裝置2的組數。

將底座3沿著電機定子振動的主方向螺栓固定連接在電機定子支架1
上;將主支撐桿4螺紋擰緊在底座的凸臺8上,同時將第一導向桿7螺
紋擰緊在底座3上;在主支撐桿4上順序安裝墊環13、第一壓縮彈簧9、
墊環16、主質量調節塊5、墊環16、第二壓縮彈簧10、墊環13、鎖定螺
母15,其中墊環16分別用螺釘固定在主質量調節塊5兩側的主質量塊
11上,最后將鎖銷14插入主支撐桿4的端部銷孔內;主質量調節塊5同
時安裝在兩個第一導向桿7上;主質量調節塊5和主支撐桿4及第一導
向桿7通過直線軸承17裝配;微質量調節塊6裝配在第二導向桿18上,
通過螺母旋緊在主質量塊11上。按照相同的方法完成所需其它組吸振裝
置的安裝。主質量調節塊5和微質量調節塊6分為多塊結構層疊在一起,
便于頻率調整、安裝及維護;電機定子振動頻率與動力吸振裝置調節頻
率適應,主質量調節塊5和微質量調節塊6沿主支撐桿4和第一導向桿7
在平衡位置前后振動,彈簧被拉伸或壓縮,質量塊振動的慣性力作用于
定子結構,抑制電機定子的振動。安裝完畢后,對機組進行葉輪解鎖和
啟機。

本發明實施例的吸振裝置采用無阻尼吸振器的原理來降低電機本體
的振動,即通過吸振裝置中質量塊的振動來吸收電機的振動能量,改變
電機發生最大振動的頻率,可以從源頭上改變電機系統的振動特征。通
過在電機定子上安裝動力吸振裝置,來改變電機的振動特征,從而抑制
電機組整機的振動。

風力發電機通常為回轉結構,與支撐軸之間通過法蘭連接,其抵抗
軸向變形能力較弱。本發明實施例通過動力吸振裝置安裝在發電機定子
上,有效降低發電機定子的軸向振動,抑制發電機整體振動和機組的振
動,從而解決電機振動引起的疲勞失效,提高整機的可靠性。

從仿真計算分析,在電機定子支架上安裝6組60kg的動力吸振裝置,
其減振效果可以達到72%。

以上所述,僅為本發明較佳的具體實施方式,但如前所述,本發明
并非局限于本文所披露的形式,不應看做是對其他實施例的排除,任何
熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內,可輕易想到的
變化或替換,都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。

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電機 定子 裝置
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