[實用新型]磁通可調式風力發電機

無效

• 申請號: 200720035048.1
• 申請日: 2007-03-12
• 公開（公告）號: CN201038949Y
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發明（設計）人: 林鶴云;劉細平;楊成峰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K16/00
• 分類號: H02K16/00;H02K1/27;H02K1/12;H02K3/28;H02K21/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本實用新型涉及一種直驅式混合勵磁雙定子風力發電機，屬于發電機制造的技術領域。

背景技術

風能作為一種潔凈的可再生能源，隨著技術逐步成熟，今后的運行成本會低于水電和火電，發展前景非常廣闊。風力發電機是風能開發中至關重要的核心環節。大型風輪機的轉速低至幾十轉甚至十幾轉，所以不得不借助于升速齒輪箱，才能通過普通轉速的發電機發出工頻的交流電。由于風機安裝在野外高空幾十米處，經受酷暑嚴冬，環境條件苛刻，升速齒輪箱工況嚴酷、造價高昂、維護保養工作量大，是目前MW級風力發電機組中過載和過早損壞率較高的部件，成為制約風力發電經濟性的瓶頸。為此，各國瞄準直驅式永磁風力發電機加以開發研究，直驅式永磁風力發電機成為當今發電領域的首選最新尖端技術。

風力發電機的低速運行特性，要求發電機組采取多極的特殊結構，極組需要在發電機的圓周展開，發電機直徑增大。而盤式永磁發電機由于定子空間大，定子利用率低，限制了其在低速大型風力發電機中的應用。因此，對于直驅式風力發電機還需要研究新的電機結構以獲得較高的輸出電壓，較低的輸出電流，提高發電機運行效率。

由于風速變化的隨機性，為捕獲最大風能，要求風力機實時追蹤風能變化，輸出最大功率，為此風力發電機需變速運行，并且保持最佳葉尖速比。因此，對于直驅式風力發電機還需要研究新的電機結構以實現發電機變速運行，捕獲最大風能，提高發電機的輸出功率。

混合勵磁發電機勵磁部分由永磁體勵磁和電勵磁組成。永磁體產生的氣隙磁場是恒定的，難以進行調節；電勵磁部分產生的氣隙磁場可通過改變勵磁電流大小和方向進行調節，從而改變合成氣隙磁場的大小。根據這個原理，在一般混合勵磁發電機系統中，電勵磁部分主要是穩定發電機輸出電壓的作用；而在風力發電系統中，風速經常變化，當風速在起動風速與額定風速之間變化時，為捕獲最大風能，使風力機實時輸出最大功率，發電機輸出電壓和輸出功率需實時變化，發電機轉速與風速才能保持最佳葉尖速比，因此，通過引入混合勵磁，可使風力發電機通過勵磁電流的調節，改變氣隙磁場的大小，達到改變輸出功率，調節發電機轉速進而實現捕獲最大風能的目的；而當風速超過額定轉速時，可通過調節風力機槳距角的大小使發電機在額定轉速下運行。

發明內容

技術問題：本實用新型所要解決的技術問題是提供一種定子空間大、低速高輸出電壓、實時捕獲最大風能的磁通可調式風力發電機。

技術方案：為了在低速運行時獲得較高的輸出電壓，本實用新型采用了特殊的電機結構，即在較大的發電機機體空間內根據實際應用需要設置雙定子，內外定子和普通電機定子結構類似，定子繞組串聯供電；為了使發電機實時輸出最大功率，捕獲最大風能，本發明引入了電勵磁部分。

外定子同時作為永磁磁路及電勵磁磁路的一部分，永磁磁路和電勵磁磁路相互獨立，兩者之間互不影響，無電磁關系，磁路并聯。

本實用新型的磁通可調式風力發電機，由定子、轉子和電勵磁繞組部分構成，該發電機的定子為雙定子，雙定子部分包括內定子、外定子和內定子支架；電勵磁繞組部分包括電勵磁繞組和勵磁繞組支架；轉子包括杯形轉子、內永磁體、外永磁體、轉子背軛和轉軸；其中，外定子固定于電機外殼內，內定子固定于內定子支架上，內定子支架固定在電機端蓋上；極性相異的外永磁體交錯排列分布在杯形轉子的外壁，極性相異的內永磁體交錯排列分布在杯形轉子的內壁，并位于內定子和外定子之間，外永磁體和內永磁體互相串聯，杯形轉子和轉子背軛固定于轉軸上；電勵磁繞組套在電勵磁繞組支架中，電勵磁繞組支架固定于端蓋上；懸臂爪極固定在爪極上，爪極固定在轉子背軛上。內定子、外定子電樞繞組互相串聯。所述的懸臂爪極和爪極為瓦片形狀。所述的杯形轉子外壁內永磁體和外永磁體采用釹鐵硼永磁材料制成，轉軸采用非導磁鋼。

有益效果：由于內外定子電樞繞組串聯連接，可獲得比普通單定子發電機更高的輸出電壓，從而提高功率密度。此外，由于電機定子槽深減小，可減少電機定子漏抗，提高氣隙磁密，從而提高電機的功率密度。由于電勵磁部分可以調節氣隙磁場，捕獲最大風能，因此發電機能夠實時輸出最大功率。

有益效果：本實用新型與普通單定子電機相比，由于采用此特殊電機結構，在相同直徑情況下，電機可獲得較高的輸出電壓；而與無電勵磁的情況相比，通過適當調節勵磁電流的大小，能夠使發電機轉速實時追蹤風速變化，輸出最大功率，捕獲最大風能。