用于发电机组件的减振降噪结构及发电机组件、发电机的制作方法
用于发电机组件的减振降噪结构及发电机组件、发电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电机领域，尤其设及一种发电机组减振降噪控制技术，本发明特别提 供一种电机减振降噪结构及具有该减振降噪结构的发电机。
【背景技术】
[0002] 直驱风力发电机组由于其大尺寸且薄壁结构特点所限存在与电磁力相位相近的 模态特征，而由此产生的中高频段振动噪声的解决方法为两类，即改变结构特征和改变电 磁力的激励。通常来说改变电磁力激励的方法不会增加结构成本，但其会增大发电发热损 失W及对于中高频段不宜稳定控制等缺点。
[0003] 对于运类问题的处理方法上，现有技术一采用一种带阻尼装置的电机，是设及基 于结构阻尼技术的改进，但该方法存在对于阻尼层的材料参数的控制要求很高，工程设计 有一定难度W及阻尼特性随时间衰变等问题。现有技术二提到采用吸声材料W及弹性支承 等方法降低高频振动，对于直驱机组来说运两种方法实现都有一些难度，如吸声材料不易 施工，弹性支承对于结构布置困难等问题。
【发明内容】
[0004] 针对于发电机组的振动噪声问题，本发明旨在从结构上做出改进，提供一种用于 发电机组件的减振降噪结构及发电机组件、发电机，用W解决运一类问题。
[0005] 本发明提供一种用于发电机组件的减振降噪结构，所述发电机组件包括发电机的 转子或定子，所述转子或定子上包括薄壁圆筒，本发明所述减振降噪结构垂直设置于所述 薄壁圆筒的外壁上，所述减振降噪结构为减振降噪环，所述减振降噪环的轴向与所述薄壁 圆筒的轴向一致。
[0006] 进一步地，所述减振降噪环为圆环状。
[0007] 再进一步地，所述减振降噪环为分段结构，每段圆弧长2~3.5m，段与段之间紧密 相接。
[000引进一步地，所述减振降噪环包括主环和辅助环，平行设置于薄壁圆筒的外壁上。
[0009] 再进一步地，所述主环与所述辅助环的间距为160~200mm，且所述主环距离发电 机组的轮穀轴向外端为500~900mm，所述辅助环更靠近发电机组的轮穀。
[0010] 再进一步地，所述主环厚度为40~80mm，所述辅助环厚度为20~50mm，所述主环和 所述辅助环的高度都为110~140mm。
[0011] 进一步地，所述减振降噪环与所述薄壁圆筒在连接的根部为双面取点焊接，且双 面焊接点为错位布置。
[001^ 再进一步地，所述减振降噪环同一面相邻两焊接点之间的间距为90~150mm;且每 一处焊接点的长度在90~150mm，宽度在3~10mm。
[0013]再进一步地，所述主环和所述辅助环在与所述薄壁圆筒连接的根部均为双面取点 交错焊接，且所述主环和所述辅助环两者的焊接点之间也为交错布置。
[0014] 进一步地，所述减振降噪环上设有通风孔。
[0015] 本发明还提供一种发电机组件，所述发电机组件包括发电机的转子或定子，所述 转子或定子上包括薄壁圆筒，在所述薄壁圆筒上设置有上面所述的减振降噪结构。
[0016] 本发明还提供一种发电机，包括上面所述的发电机组件。
[0017] 进一步地，所述发电机包括:外转子内定子式风力发电机或者外定子内转子式风 力发电机。
[0018] 本发明通过上述技术方案，可获得具体的如下有益效果：
[0019] 1、本发明针对直驱风力发电机组的薄壁结构处易受振变形的缺陷，根据其花瓣形 振型模态，通过在其结构外缘上设置减振降噪环，可消除其花瓣形径向振态，有效抑制了径 向振动并降低了其结构噪声。
[0020] 2、在垂直于圆筒型薄壁轴线方向上设置减振降噪环，对于合理增强其局部刚度最 为有效。
[0021] 3、减振降噪环与筒壁的大圆方向一致，相对简单并可W作用于多个频段范围模态 振型。
[0022] 4、在仿真效果中发现，设置一个主环，花瓣形模态的筒壁振型最大位移的位置向 轮穀侧移动约150~210mm，故在距离主环160~200mm位置设置辅助环，可提高其高频抗振 能力。同时辅助环结构形式与主环除厚度外其它可一致，降低了加工成本和制造的复杂性。
[0023] 5、减振降噪环分段拼接而成，其圆度易于控制，通过分段可将圆度误差带来的焊 接与结构配合尺寸要求的施工难度降低。
[0024] 6、减振降噪环在两侧根部都与薄壁圆筒焊接，可降低一定的残余变形，且两侧取 点交错焊接，可W保证减振降噪环的连接强度，并达到所设计的减振降噪效果情况下，减小 焊接量，节省施工成本。
[0025] 7、在减振降噪环中部添加通风孔，可提高圆筒通风性能，减小噪声。
[0026] 总之，本发明通过合理修改局部结构，可W长期有效的改变直驱风力发电机组结 构在中高频段与电磁力相位相近而产生的振动噪声，同时增加发电机结构成本约为总成本 的1/300。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中可变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
【附图说明】
[0027] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图 中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0028] 图1为本发明实施例的发电机转子结构侧视示意图；
[0029] 图2为本发明实施例的发电机转子结构正面示意图；
[0030] 图3为本发明实施例的圆筒壁高阶花瓣形模态振型示意图；
[0031] 图4为本发明实施例的图2中的A向视图，主要展现焊点布置；
[0032] 图5为本发明实施例的减振降噪环上的通风孔的布置图。
[0033] 各附图中的标号说明：1-主环，2-辅助环，3-转子连接轴，4-转子法兰，5-转子支 架，6-侧立板，7-薄壁圆筒。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并 与本发明的实施例一起用于阐释本发明。
[0035] 对于直驱风力发电机组来说，其发电机结构特性存在与发电机电磁力相近频率与 相位特征。本发明从结构设计与仿真分析的角度出发，设计一种新型结构固定于发电机转 子薄壁结构外壁上W使发电机转子结构特性避开其电磁力相近中高频段与相位特征，进而 降低发电机在中高频段的结构噪声。
[0036] 本发明根据发电机定子、转子结构仿真，分析其结构模态与发电机电磁力相位相 近的阶次，进而在可实现的部件上添加特殊结构改变其局部结构模态，使其避开其与发电 机电磁力相位相近。
[0037] 具体措施如下：
[0038] 在发电机组的薄壁结构的最外壁上添加垂直于外缘的减振降噪结构。
[0039] -般情况下考虑最大限度提高机械能转化为电能，发电机转子部分或定子部分都 设计有薄壁结构，W减小重量降低机械消耗。但是薄壁部分也是最易受振动的部分，所W针 对直驱风力发电机组的发电机结构为大尺寸薄壁结构的特点，在发电机转子薄壁结构的最 外壁添加垂直于外壁的减振降噪结构。
[0040] 对于发电机尤其是风力发电机，其薄壁结构多设计为转子或定子上的薄壁圆筒。 W转子为例，如图1、图2所示，对于风力发电机组的发电机，其转子的结构件包括转子连接 轴3、转子法兰4、转子支架5、侧立板6、薄壁圆筒7,转子最外围大圆为薄壁圆筒7。所W设置 于薄壁圆筒7上是减振降噪结构为减振降噪环(实施例中包括主环1和辅助环2)。减振降噪 环垂直于薄壁圆筒7的外壁，且与薄壁圆筒7有相同的径向走向和轴向走向，即减振降噪环 的轴向与转子或定子的轴向一致。
[0041] 由于圆筒型薄壁结构(如薄壁圆筒7)中间局部刚度相对较小，故更容易变形，而又 受轴线方向尺寸较小的影响W及端部结构刚度增强，故容易出现中部凸凹的花瓣形阵型， 图3所示为圆筒型薄壁结构轴线方向视图，其中花瓣形振型为实线部分，虚线为原始不变形 形状。由于圆筒型薄壁结构存在花瓣形模态振型，而该振型位移最大幅值为圆筒薄壁结构 的径向方向，该径向方向与发电机电磁力的径向激励力方向一致，且径向电磁激励存在与 圆筒型结构的花瓣形模态振型的频率接近时，根据机械结构振动理论，对于单自由度，即只 考虑径向方向的强迫振动系统方程为：
[0042]
[0043] 公式中，m是质量，C是结构阻尼，k是结构刚度，X是结构位移，F是激励力幅值，ω是 激励力频率，t是激励力作用时间。
[0044] 振动响应幅值为：
[0045]
份 P
[0046] 其中/'=----为激励频率与结构频率之比，= 一为等效静位移，ξ为阻尼比。 树" k
[0047] 提供运个方程是想说明机械结构振动原理与本发明结构设计的关系，说明本设计 原理上是符合基本机械结构振动规律的，而并非来源于主观臆想。当结构阻尼一定的情况 下，结构模态与外激励的频率和振型接近，即上式频率比r=l时，振动响应幅值为随时间发 散无限增大，对圆筒型薄壁结构来说其径向将发生较大振动。
[0048] 为此对于直驱风力发电机组的发电机薄壁结构，改变该类型花瓣形径向模态振 型，则可W有效抑制其径向振动并降低其结构噪声。根据花瓣形模态的振型形态，对其设置 垂直于圆筒型结构轴线方向的减振降噪环合理增强其局部刚度最为有效。
[0049] 虽然可W设置平行于圆筒型结构轴线的加强结构，但其方法会导致结构的花瓣形 振型模态频率漂移进而出现其它频率段的振动噪声问题。另外对于花瓣形模态也可W采用 施加多个垂直外壁的结构阻尼调整器，但其结构设计较复杂，阻尼调整范围要求较高。故本 发明采用减振降噪环，方向与筒壁的大圆方向一致结构(环的径向方向与圆筒径向一致)相 对简单并可W作用于多个频段范围模态振型。
[0050] 将减振降噪环分为两组，分别称为主环和辅助环，其结构形式除厚度外其它可W 完全一致。
[0051] 目前采用减振降噪环方向与薄壁圆筒的大圆方向一致的结构可W作用于多个频 段范围，但对于直驱发电机转速范围内仍然需要设置辅助环的方式来提高其结构在高频段 的抗振能力，如图1中所示的两组减振降噪环，就是一个为主环1，一个为辅助环2,平行设 置。同时为降低加工制造的复杂性，辅助环结构形式与主环除厚度外其它可一致，辅助环的 厚度比主环小；且考虑运输条件边部可去除超宽尺寸，图1所示的减振降噪环两侧的切除 区。
[0052] 主环与辅助环自身的相关尺寸：
[0053] 主环厚度:40~80mm，最佳为50mm;辅助环厚度:20~50mm，最佳为30mm。厚度是指 环沿轴向的尺寸。
[0054] 主环、辅助环高度:110~140mm，最佳为130mm。高度是指环沿径向的尺寸。
[0055] 从发电机筒壁结构的模态特征来说，主环位置的振型位移最大，也就是该位置的 径向刚度最小。设置主环后花瓣形模态振型位移变小并沿轴线移动，故设置主环较辅助环 厚度更大一些。考虑焊接工艺的可行性和加工的制造性，W及减振效果的性能指标，要求设 置主环厚度为40~80mm，辅助环厚度为20~50mm，并且保证焊接后结构局部刚度更具有均 匀性，焊接时主环与辅助环的焊接位置交错。
[0化6] 主环和辅助环高度一样，两个环在薄壁圆筒外壁上的高度为110~140mm，130mm最 为经济且有效，高度也是经过仿真计算得到的，高度一致一是好加工，二是保持结构的一致 性，=是具有同样的减振效果。
[0化7] 辅助环与主环间距为160~200mm，最佳间距为180mm，且辅助环更靠近发电机轮穀 侧。
[0058] 如图1下端180mm尺寸所示，由于发电机转子薄壁筒壁部分的结构厚度沿轴线方向 不一致和两端部结构形式的变化，在其仿真结果分析中若设置一个主环，花瓣形模态的筒 壁振型最大位移的位置向轮穀侧移动约150~210mm，故在距离主环160~200mm位置设置辅 助环，W提高其高频抗振能力。
[0059] 主环与发电机轮穀侧轴向外端面距离约500~900mm，最佳值为700mm。
[0060] 从结构模态仿真结果可W看出，发电机结构的花瓣形模态振型位移最大处位于距 轮穀侧发电机外缘约700mm处，故在该位置附近设置减振降噪的主环最为重要。如图1所示 的（180巧30)尺寸，主环在距离发电机轮穀轴向外端面约500~900mm位置焊接后，可有效抑 制薄壁结构外缘的局部高频振动，进而降低由此产生的中高频段的结构噪声。
[0061] 减振降噪环为分段结构，主环和辅助环每组均可分4~8段(最佳为6段），每段圆弧 长约为2~3.5m(最佳值2.7m)，段与段之间并紧连接。
[0062] 所谓分段结构的减振降噪环，是指减振降噪环整体看来虽然是一个环状结构，但 是是由几段弧形环段拼接而成，组合起来后形成为一整环。独立看来，单段减振降噪环是一 个弧形结构。
[0063] 由于减振降噪结构为大尺寸圆环结构，且需要与发电机原筒壁尺寸配合，其圆度 不易控制，通过分段则可将圆度误差带来的焊接与结构配合尺寸要求的施工难度降低。同 时焊接过程中每个分段的重量和长度也会影响到焊接工艺性，lOOkgW下的重量对于焊接 加工工装和吊装方式更具有可操作性。故减振降噪环分为4~8段，每段圆弧长约2~3.5米， 重量控制在lOOkgW下，如图2所示分为6段结构。
[0064] 减振降噪环在薄壁圆筒壁上的连接方式为双面焊接，且较佳的是双面交错焊接。
[0065] 如图4所示，减振降噪环焊接在与磁钢相连的薄壁圆筒壁上，W减振降噪环（主环 和辅助环)的两个侧面与筒壁相接触的根部作为焊接位置。并且较佳的是，两面焊接都是取 点焊接，相互交错的若干处焊接点8,遍布于环的两侧。特别是因为减振降噪环为分段结构， 所W应该在每一段结构上都做双面焊接，运样保证每一段减振降噪环的焊接强度。每一处 焊接点8的长度控制在90~150mm，宽度控制在3~10mm，高度控制在5mm左右，最佳长X宽X 高：130mm X 5mm X 5mm。同一侧面相邻两焊接点之间的间距为90~150mm，最佳130mm左右，保 持与焊缝长度一致。更为优选的是，对于分段减振降噪环而言，在每一段环的端部设计焊接 点，将更加保护每一段环的焊接强度。
[0066] 且进一步地，不仅主环和辅助环自身是双面交错焊接，而且主环和辅助环两组环 之间也是呈现为焊缝相互交错，运样可有效避免焊接应变，如图4所示。
[0067] 减振降噪环的焊接施工过程对于发电机的筒壁结构会产生一定残余变形，其位置 也是磁钢所在之处，因此残余变形将影响发电机定、转子之间的气隙，进而影响发电机电磁 性能，故在保证减振降噪环的连接强度足够，并达到所设计的减振降噪效果情况下，应尽量 减小焊接量，所W沿环的弧线方向，取若干处焊接点焊接，而不是全程焊接。同时也降低焊 接工作量，节省施工成本。因此，减振降噪环焊接方式为分段减振降噪环两个侧表面交错 焊，并且取局部焊点焊接，每个焊接点的尺寸为长X宽：90~150mmX 3~10mm，最佳值是 130mmX 5mm。
[0068] 将减振降噪环中部添加通风孔。
[0069] 为了提高筒壁外缘通风性，将减振降噪环中部添加通风孔9作为通风之用，为了迎 合减振降噪环的环形形状，通风孔9设计为腰型孔形式，且所述腰型孔为多个，遍布整个减 振降噪环环周方向。其设计尺寸为长(80~110mm) X宽（20~30)mm，最佳值为90mmX 26mm， 孔与孔之间间隔约90mm，孔顶距减振降噪环顶大约52mm，如图5所示。
[0070] 本发明设计的两组减振降噪环（主环和辅助环）总重约为1吨，占发电机总重的1/ 50,成本约占总成本的1/300。经仿真与试验验证，添加两组分段减振降噪环后，发电机外表 面中部的振动加速度可降低50%，实测振动加速度约减小0.3g。
[0071] 本发明基于结构振动控制技术，通过修改发电机转动结构局部模态的方法，避开 结构振动产生的结构模态本身与激励频率接近，进而有效控制发电机的局部振动，从而减 小由结构局部振动引起的中高频段的结构噪声。由于本发明是基于发电机结构本身的模态 特征而设计，需要通过仿真或测试手段获得结构模态信息，故对于不同发电机的结构模态 不同，其设计需要改变局部模态也不一致。本发明设计了更适宜于直驱风力发电机组的发 电机结构的降噪结构形式。
[0072] 本发明主要通过W下几方面的创新展示出了其有益效果：
[0073] 1、通过修改结构局部模态的方法减小结构振动峰值，进而降低对应频段内的噪 声；
[0074] 2、减振降噪环的分段方式，及其各段之间的连接形式，可保证其圆度W及降低其 加工难度，同时减轻重量；
[0075] 3、通过分段减振降噪环的布置位置，W及两组间的相对位置，使其保证在中高频 段的降噪效果；
[0076] 4、通过分段减振降噪环结构和尺寸控制，包括开孔形式、各段环长宽高尺寸及焊 接形式，保证减振降噪效果。
[0077] 本发明实施例和附图仅是W发电机转子结构为例进行了说明。由于发电机薄壁易 振结构存在于定子、转子上W及其他部件上都有可能，所W本发明同样适用于发电机的定 子和其他易振结构上，本发明实施例同样保护一种具有上述减振降噪结构特性的定子及发 电机。
[0078] W上所述实施例，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内，可轻易想到的变化 或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于发电机组件的减振降噪结构，所述发电机组件包括发电机的转子或定子， 所述转子或定子上包括薄壁圆筒(7 )，其特征在于： 所述减振降噪结构垂直设置于所述薄壁圆筒（7)的外壁上，所述减振降噪结构为减振 降噪环，所述减振降噪环的轴向与所述薄壁圆筒(7)的轴向一致。2. 根据权利要求1所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环为圆环状。3. 根据权利要求1所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环为分段结构，每 段圆弧长2~3.5m，段与段之间紧密相接。4. 根据权利要求1或2或3所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环包括主环 (1) 和辅助环(2)，平行设置于薄壁圆筒(7)的外壁上。5. 根据权利要求4所述的减振降噪结构，其特征在于:所述主环（1)与所述辅助环(2)的 间距为160~200mm，且所述主环（1)距离发电机组的轮毂轴向外端为500~900mm，所述辅助 环(2)更靠近发电机组的轮毂。6. 根据权利要求4所述的减振降噪结构，其特征在于:所述主环（1)厚度为40~80mm，所 述辅助环(2)厚度为20~50_，所述主环(1)和所述辅助环(2)的高度都为110~140_。7. 根据权利要求1或2或3所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环与所述薄 壁圆筒(7)在连接的根部为双面取点焊接，且双面焊接点为错位布置。8. 根据权利要求7所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环同一面相邻两焊 接点之间的间距为90~150mm;且每一处焊接点的长度在90~150mm，宽度在3~10mm。9. 根据权利要求5或6所述的减振降噪结构，其特征在于:所述主环（1)和所述辅助环 (2) 在与所述薄壁圆筒(7)连接的根部均为双面取点交错焊接，且所述主环（1)和所述辅助 环(2)两者的焊接点之间也为交错布置。10. 根据权利要求1所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环上设有通风孔 (9)〇11. 一种发电机组件，所述发电机组件包括发电机的转子或定子，所述转子或定子上包 括薄壁圆筒(7)，其特征在于:在所述薄壁圆筒(7)上设置有如权利要求1-10之一所述的减 振降噪结构。12. -种发电机，其特征在于:包括权利要求11所述的发电机组件。13. 根据权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述发电机包括:外转子内定子式风 力发电机或者外定子内转子式风力发电机。
【专利摘要】本发明公开一种用于发电机组件的减振降噪结构及发电机组件、发电机，在发电机转子或定子上的薄壁圆筒外壁上设置垂直于外壁的减振降噪环，减振降噪环的轴向与薄壁圆筒的轴向一致。所述减振降噪环可包括主环和辅助环，并排设置可抑制高频振动。本发明根据直驱风力发电机组的薄壁结构花瓣形振型模态，在其结构外壁上设置减振降噪环，消除其花瓣形径向振态，有效抑制了径向振动并降低了其结构噪声，适用于风力发电机组。
【IPC分类】H02K5/24
【公开号】CN105490443
【申请号】CN201510958118
【发明人】杨振兴, 张志弘, 李双虎
【申请人】北京金风科创风电设备有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月18日
【技术领域】
[0001] 本发明设及电机领域，尤其设及一种发电机组减振降噪控制技术，本发明特别提 供一种电机减振降噪结构及具有该减振降噪结构的发电机。
【背景技术】
[0002] 直驱风力发电机组由于其大尺寸且薄壁结构特点所限存在与电磁力相位相近的 模态特征，而由此产生的中高频段振动噪声的解决方法为两类，即改变结构特征和改变电 磁力的激励。通常来说改变电磁力激励的方法不会增加结构成本，但其会增大发电发热损 失W及对于中高频段不宜稳定控制等缺点。
[0003] 对于运类问题的处理方法上，现有技术一采用一种带阻尼装置的电机，是设及基 于结构阻尼技术的改进，但该方法存在对于阻尼层的材料参数的控制要求很高，工程设计 有一定难度W及阻尼特性随时间衰变等问题。现有技术二提到采用吸声材料W及弹性支承 等方法降低高频振动，对于直驱机组来说运两种方法实现都有一些难度，如吸声材料不易 施工，弹性支承对于结构布置困难等问题。
【发明内容】
[0004] 针对于发电机组的振动噪声问题，本发明旨在从结构上做出改进，提供一种用于 发电机组件的减振降噪结构及发电机组件、发电机，用W解决运一类问题。
[0005] 本发明提供一种用于发电机组件的减振降噪结构，所述发电机组件包括发电机的 转子或定子，所述转子或定子上包括薄壁圆筒，本发明所述减振降噪结构垂直设置于所述 薄壁圆筒的外壁上，所述减振降噪结构为减振降噪环，所述减振降噪环的轴向与所述薄壁 圆筒的轴向一致。
[0006] 进一步地，所述减振降噪环为圆环状。
[0007] 再进一步地，所述减振降噪环为分段结构，每段圆弧长2~3.5m，段与段之间紧密 相接。
[000引进一步地，所述减振降噪环包括主环和辅助环，平行设置于薄壁圆筒的外壁上。
[0009] 再进一步地，所述主环与所述辅助环的间距为160~200mm，且所述主环距离发电 机组的轮穀轴向外端为500~900mm，所述辅助环更靠近发电机组的轮穀。
[0010] 再进一步地，所述主环厚度为40~80mm，所述辅助环厚度为20~50mm，所述主环和 所述辅助环的高度都为110~140mm。
[0011] 进一步地，所述减振降噪环与所述薄壁圆筒在连接的根部为双面取点焊接，且双 面焊接点为错位布置。
[001^ 再进一步地，所述减振降噪环同一面相邻两焊接点之间的间距为90~150mm;且每 一处焊接点的长度在90~150mm，宽度在3~10mm。
[0013]再进一步地，所述主环和所述辅助环在与所述薄壁圆筒连接的根部均为双面取点 交错焊接，且所述主环和所述辅助环两者的焊接点之间也为交错布置。
[0014] 进一步地，所述减振降噪环上设有通风孔。
[0015] 本发明还提供一种发电机组件，所述发电机组件包括发电机的转子或定子，所述 转子或定子上包括薄壁圆筒，在所述薄壁圆筒上设置有上面所述的减振降噪结构。
[0016] 本发明还提供一种发电机，包括上面所述的发电机组件。
[0017] 进一步地，所述发电机包括:外转子内定子式风力发电机或者外定子内转子式风 力发电机。
[0018] 本发明通过上述技术方案，可获得具体的如下有益效果：
[0019] 1、本发明针对直驱风力发电机组的薄壁结构处易受振变形的缺陷，根据其花瓣形 振型模态，通过在其结构外缘上设置减振降噪环，可消除其花瓣形径向振态，有效抑制了径 向振动并降低了其结构噪声。
[0020] 2、在垂直于圆筒型薄壁轴线方向上设置减振降噪环，对于合理增强其局部刚度最 为有效。
[0021] 3、减振降噪环与筒壁的大圆方向一致，相对简单并可W作用于多个频段范围模态 振型。
[0022] 4、在仿真效果中发现，设置一个主环，花瓣形模态的筒壁振型最大位移的位置向 轮穀侧移动约150~210mm，故在距离主环160~200mm位置设置辅助环，可提高其高频抗振 能力。同时辅助环结构形式与主环除厚度外其它可一致，降低了加工成本和制造的复杂性。
[0023] 5、减振降噪环分段拼接而成，其圆度易于控制，通过分段可将圆度误差带来的焊 接与结构配合尺寸要求的施工难度降低。
[0024] 6、减振降噪环在两侧根部都与薄壁圆筒焊接，可降低一定的残余变形，且两侧取 点交错焊接，可W保证减振降噪环的连接强度，并达到所设计的减振降噪效果情况下，减小 焊接量，节省施工成本。
[0025] 7、在减振降噪环中部添加通风孔，可提高圆筒通风性能，减小噪声。
[0026] 总之，本发明通过合理修改局部结构，可W长期有效的改变直驱风力发电机组结 构在中高频段与电磁力相位相近而产生的振动噪声，同时增加发电机结构成本约为总成本 的1/300。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中可变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
【附图说明】
[0027] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图 中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0028] 图1为本发明实施例的发电机转子结构侧视示意图；
[0029] 图2为本发明实施例的发电机转子结构正面示意图；
[0030] 图3为本发明实施例的圆筒壁高阶花瓣形模态振型示意图；
[0031] 图4为本发明实施例的图2中的A向视图，主要展现焊点布置；
[0032] 图5为本发明实施例的减振降噪环上的通风孔的布置图。
[0033] 各附图中的标号说明：1-主环，2-辅助环，3-转子连接轴，4-转子法兰，5-转子支 架，6-侧立板，7-薄壁圆筒。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并 与本发明的实施例一起用于阐释本发明。
[0035] 对于直驱风力发电机组来说，其发电机结构特性存在与发电机电磁力相近频率与 相位特征。本发明从结构设计与仿真分析的角度出发，设计一种新型结构固定于发电机转 子薄壁结构外壁上W使发电机转子结构特性避开其电磁力相近中高频段与相位特征，进而 降低发电机在中高频段的结构噪声。
[0036] 本发明根据发电机定子、转子结构仿真，分析其结构模态与发电机电磁力相位相 近的阶次，进而在可实现的部件上添加特殊结构改变其局部结构模态，使其避开其与发电 机电磁力相位相近。
[0037] 具体措施如下：
[0038] 在发电机组的薄壁结构的最外壁上添加垂直于外缘的减振降噪结构。
[0039] -般情况下考虑最大限度提高机械能转化为电能，发电机转子部分或定子部分都 设计有薄壁结构，W减小重量降低机械消耗。但是薄壁部分也是最易受振动的部分，所W针 对直驱风力发电机组的发电机结构为大尺寸薄壁结构的特点，在发电机转子薄壁结构的最 外壁添加垂直于外壁的减振降噪结构。
[0040] 对于发电机尤其是风力发电机，其薄壁结构多设计为转子或定子上的薄壁圆筒。 W转子为例，如图1、图2所示，对于风力发电机组的发电机，其转子的结构件包括转子连接 轴3、转子法兰4、转子支架5、侧立板6、薄壁圆筒7,转子最外围大圆为薄壁圆筒7。所W设置 于薄壁圆筒7上是减振降噪结构为减振降噪环(实施例中包括主环1和辅助环2)。减振降噪 环垂直于薄壁圆筒7的外壁，且与薄壁圆筒7有相同的径向走向和轴向走向，即减振降噪环 的轴向与转子或定子的轴向一致。
[0041] 由于圆筒型薄壁结构(如薄壁圆筒7)中间局部刚度相对较小，故更容易变形，而又 受轴线方向尺寸较小的影响W及端部结构刚度增强，故容易出现中部凸凹的花瓣形阵型， 图3所示为圆筒型薄壁结构轴线方向视图，其中花瓣形振型为实线部分，虚线为原始不变形 形状。由于圆筒型薄壁结构存在花瓣形模态振型，而该振型位移最大幅值为圆筒薄壁结构 的径向方向，该径向方向与发电机电磁力的径向激励力方向一致，且径向电磁激励存在与 圆筒型结构的花瓣形模态振型的频率接近时，根据机械结构振动理论，对于单自由度，即只 考虑径向方向的强迫振动系统方程为：
[0042]
[0043] 公式中，m是质量，C是结构阻尼，k是结构刚度，X是结构位移，F是激励力幅值，ω是 激励力频率，t是激励力作用时间。
[0044] 振动响应幅值为：
[0045]
份 P
[0046] 其中/'=----为激励频率与结构频率之比，= 一为等效静位移，ξ为阻尼比。 树" k
[0047] 提供运个方程是想说明机械结构振动原理与本发明结构设计的关系，说明本设计 原理上是符合基本机械结构振动规律的，而并非来源于主观臆想。当结构阻尼一定的情况 下，结构模态与外激励的频率和振型接近，即上式频率比r=l时，振动响应幅值为随时间发 散无限增大，对圆筒型薄壁结构来说其径向将发生较大振动。
[0048] 为此对于直驱风力发电机组的发电机薄壁结构，改变该类型花瓣形径向模态振 型，则可W有效抑制其径向振动并降低其结构噪声。根据花瓣形模态的振型形态，对其设置 垂直于圆筒型结构轴线方向的减振降噪环合理增强其局部刚度最为有效。
[0049] 虽然可W设置平行于圆筒型结构轴线的加强结构，但其方法会导致结构的花瓣形 振型模态频率漂移进而出现其它频率段的振动噪声问题。另外对于花瓣形模态也可W采用 施加多个垂直外壁的结构阻尼调整器，但其结构设计较复杂，阻尼调整范围要求较高。故本 发明采用减振降噪环，方向与筒壁的大圆方向一致结构(环的径向方向与圆筒径向一致)相 对简单并可W作用于多个频段范围模态振型。
[0050] 将减振降噪环分为两组，分别称为主环和辅助环，其结构形式除厚度外其它可W 完全一致。
[0051] 目前采用减振降噪环方向与薄壁圆筒的大圆方向一致的结构可W作用于多个频 段范围，但对于直驱发电机转速范围内仍然需要设置辅助环的方式来提高其结构在高频段 的抗振能力，如图1中所示的两组减振降噪环，就是一个为主环1，一个为辅助环2,平行设 置。同时为降低加工制造的复杂性，辅助环结构形式与主环除厚度外其它可一致，辅助环的 厚度比主环小；且考虑运输条件边部可去除超宽尺寸，图1所示的减振降噪环两侧的切除 区。
[0052] 主环与辅助环自身的相关尺寸：
[0053] 主环厚度:40~80mm，最佳为50mm;辅助环厚度:20~50mm，最佳为30mm。厚度是指 环沿轴向的尺寸。
[0054] 主环、辅助环高度:110~140mm，最佳为130mm。高度是指环沿径向的尺寸。
[0055] 从发电机筒壁结构的模态特征来说，主环位置的振型位移最大，也就是该位置的 径向刚度最小。设置主环后花瓣形模态振型位移变小并沿轴线移动，故设置主环较辅助环 厚度更大一些。考虑焊接工艺的可行性和加工的制造性，W及减振效果的性能指标，要求设 置主环厚度为40~80mm，辅助环厚度为20~50mm，并且保证焊接后结构局部刚度更具有均 匀性，焊接时主环与辅助环的焊接位置交错。
[0化6] 主环和辅助环高度一样，两个环在薄壁圆筒外壁上的高度为110~140mm，130mm最 为经济且有效，高度也是经过仿真计算得到的，高度一致一是好加工，二是保持结构的一致 性，=是具有同样的减振效果。
[0化7] 辅助环与主环间距为160~200mm，最佳间距为180mm，且辅助环更靠近发电机轮穀 侧。
[0058] 如图1下端180mm尺寸所示，由于发电机转子薄壁筒壁部分的结构厚度沿轴线方向 不一致和两端部结构形式的变化，在其仿真结果分析中若设置一个主环，花瓣形模态的筒 壁振型最大位移的位置向轮穀侧移动约150~210mm，故在距离主环160~200mm位置设置辅 助环，W提高其高频抗振能力。
[0059] 主环与发电机轮穀侧轴向外端面距离约500~900mm，最佳值为700mm。
[0060] 从结构模态仿真结果可W看出，发电机结构的花瓣形模态振型位移最大处位于距 轮穀侧发电机外缘约700mm处，故在该位置附近设置减振降噪的主环最为重要。如图1所示 的（180巧30)尺寸，主环在距离发电机轮穀轴向外端面约500~900mm位置焊接后，可有效抑 制薄壁结构外缘的局部高频振动，进而降低由此产生的中高频段的结构噪声。
[0061] 减振降噪环为分段结构，主环和辅助环每组均可分4~8段(最佳为6段），每段圆弧 长约为2~3.5m(最佳值2.7m)，段与段之间并紧连接。
[0062] 所谓分段结构的减振降噪环，是指减振降噪环整体看来虽然是一个环状结构，但 是是由几段弧形环段拼接而成，组合起来后形成为一整环。独立看来，单段减振降噪环是一 个弧形结构。
[0063] 由于减振降噪结构为大尺寸圆环结构，且需要与发电机原筒壁尺寸配合，其圆度 不易控制，通过分段则可将圆度误差带来的焊接与结构配合尺寸要求的施工难度降低。同 时焊接过程中每个分段的重量和长度也会影响到焊接工艺性，lOOkgW下的重量对于焊接 加工工装和吊装方式更具有可操作性。故减振降噪环分为4~8段，每段圆弧长约2~3.5米， 重量控制在lOOkgW下，如图2所示分为6段结构。
[0064] 减振降噪环在薄壁圆筒壁上的连接方式为双面焊接，且较佳的是双面交错焊接。
[0065] 如图4所示，减振降噪环焊接在与磁钢相连的薄壁圆筒壁上，W减振降噪环（主环 和辅助环)的两个侧面与筒壁相接触的根部作为焊接位置。并且较佳的是，两面焊接都是取 点焊接，相互交错的若干处焊接点8,遍布于环的两侧。特别是因为减振降噪环为分段结构， 所W应该在每一段结构上都做双面焊接，运样保证每一段减振降噪环的焊接强度。每一处 焊接点8的长度控制在90~150mm，宽度控制在3~10mm，高度控制在5mm左右，最佳长X宽X 高：130mm X 5mm X 5mm。同一侧面相邻两焊接点之间的间距为90~150mm，最佳130mm左右，保 持与焊缝长度一致。更为优选的是，对于分段减振降噪环而言，在每一段环的端部设计焊接 点，将更加保护每一段环的焊接强度。
[0066] 且进一步地，不仅主环和辅助环自身是双面交错焊接，而且主环和辅助环两组环 之间也是呈现为焊缝相互交错，运样可有效避免焊接应变，如图4所示。
[0067] 减振降噪环的焊接施工过程对于发电机的筒壁结构会产生一定残余变形，其位置 也是磁钢所在之处，因此残余变形将影响发电机定、转子之间的气隙，进而影响发电机电磁 性能，故在保证减振降噪环的连接强度足够，并达到所设计的减振降噪效果情况下，应尽量 减小焊接量，所W沿环的弧线方向，取若干处焊接点焊接，而不是全程焊接。同时也降低焊 接工作量，节省施工成本。因此，减振降噪环焊接方式为分段减振降噪环两个侧表面交错 焊，并且取局部焊点焊接，每个焊接点的尺寸为长X宽：90~150mmX 3~10mm，最佳值是 130mmX 5mm。
[0068] 将减振降噪环中部添加通风孔。
[0069] 为了提高筒壁外缘通风性，将减振降噪环中部添加通风孔9作为通风之用，为了迎 合减振降噪环的环形形状，通风孔9设计为腰型孔形式，且所述腰型孔为多个，遍布整个减 振降噪环环周方向。其设计尺寸为长(80~110mm) X宽（20~30)mm，最佳值为90mmX 26mm， 孔与孔之间间隔约90mm，孔顶距减振降噪环顶大约52mm，如图5所示。
[0070] 本发明设计的两组减振降噪环（主环和辅助环）总重约为1吨，占发电机总重的1/ 50,成本约占总成本的1/300。经仿真与试验验证，添加两组分段减振降噪环后，发电机外表 面中部的振动加速度可降低50%，实测振动加速度约减小0.3g。
[0071] 本发明基于结构振动控制技术，通过修改发电机转动结构局部模态的方法，避开 结构振动产生的结构模态本身与激励频率接近，进而有效控制发电机的局部振动，从而减 小由结构局部振动引起的中高频段的结构噪声。由于本发明是基于发电机结构本身的模态 特征而设计，需要通过仿真或测试手段获得结构模态信息，故对于不同发电机的结构模态 不同，其设计需要改变局部模态也不一致。本发明设计了更适宜于直驱风力发电机组的发 电机结构的降噪结构形式。
[0072] 本发明主要通过W下几方面的创新展示出了其有益效果：
[0073] 1、通过修改结构局部模态的方法减小结构振动峰值，进而降低对应频段内的噪 声；
[0074] 2、减振降噪环的分段方式，及其各段之间的连接形式，可保证其圆度W及降低其 加工难度，同时减轻重量；
[0075] 3、通过分段减振降噪环的布置位置，W及两组间的相对位置，使其保证在中高频 段的降噪效果；
[0076] 4、通过分段减振降噪环结构和尺寸控制，包括开孔形式、各段环长宽高尺寸及焊 接形式，保证减振降噪效果。
[0077] 本发明实施例和附图仅是W发电机转子结构为例进行了说明。由于发电机薄壁易 振结构存在于定子、转子上W及其他部件上都有可能，所W本发明同样适用于发电机的定 子和其他易振结构上，本发明实施例同样保护一种具有上述减振降噪结构特性的定子及发 电机。
[0078] W上所述实施例，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内，可轻易想到的变化 或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于发电机组件的减振降噪结构，所述发电机组件包括发电机的转子或定子， 所述转子或定子上包括薄壁圆筒(7 )，其特征在于： 所述减振降噪结构垂直设置于所述薄壁圆筒（7)的外壁上，所述减振降噪结构为减振 降噪环，所述减振降噪环的轴向与所述薄壁圆筒(7)的轴向一致。2. 根据权利要求1所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环为圆环状。3. 根据权利要求1所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环为分段结构，每 段圆弧长2~3.5m，段与段之间紧密相接。4. 根据权利要求1或2或3所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环包括主环 (1) 和辅助环(2)，平行设置于薄壁圆筒(7)的外壁上。5. 根据权利要求4所述的减振降噪结构，其特征在于:所述主环（1)与所述辅助环(2)的 间距为160~200mm，且所述主环（1)距离发电机组的轮毂轴向外端为500~900mm，所述辅助 环(2)更靠近发电机组的轮毂。6. 根据权利要求4所述的减振降噪结构，其特征在于:所述主环（1)厚度为40~80mm，所 述辅助环(2)厚度为20~50_，所述主环(1)和所述辅助环(2)的高度都为110~140_。7. 根据权利要求1或2或3所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环与所述薄 壁圆筒(7)在连接的根部为双面取点焊接，且双面焊接点为错位布置。8. 根据权利要求7所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环同一面相邻两焊 接点之间的间距为90~150mm;且每一处焊接点的长度在90~150mm，宽度在3~10mm。9. 根据权利要求5或6所述的减振降噪结构，其特征在于:所述主环（1)和所述辅助环 (2) 在与所述薄壁圆筒(7)连接的根部均为双面取点交错焊接，且所述主环（1)和所述辅助 环(2)两者的焊接点之间也为交错布置。10. 根据权利要求1所述的减振降噪结构，其特征在于:所述减振降噪环上设有通风孔 (9)〇11. 一种发电机组件，所述发电机组件包括发电机的转子或定子，所述转子或定子上包 括薄壁圆筒(7)，其特征在于:在所述薄壁圆筒(7)上设置有如权利要求1-10之一所述的减 振降噪结构。12. -种发电机，其特征在于:包括权利要求11所述的发电机组件。13. 根据权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述发电机包括:外转子内定子式风 力发电机或者外定子内转子式风力发电机。
【专利摘要】本发明公开一种用于发电机组件的减振降噪结构及发电机组件、发电机，在发电机转子或定子上的薄壁圆筒外壁上设置垂直于外壁的减振降噪环，减振降噪环的轴向与薄壁圆筒的轴向一致。所述减振降噪环可包括主环和辅助环，并排设置可抑制高频振动。本发明根据直驱风力发电机组的薄壁结构花瓣形振型模态，在其结构外壁上设置减振降噪环，消除其花瓣形径向振态，有效抑制了径向振动并降低了其结构噪声，适用于风力发电机组。
【IPC分类】H02K5/24
【公开号】CN105490443
【申请号】CN201510958118
【发明人】杨振兴, 张志弘, 李双虎
【申请人】北京金风科创风电设备有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月18日
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