[實用新型]一種永磁無刷變速恒壓發電機

有效

• 申請號: 200920001277.0
• 申請日: 2009-01-20
• 公開（公告）號: CN201352752Y
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 劉長安;張繼鵬;劉慧博;徐英振
• 申請（專利權）人: 包頭長安永磁電機研發有限公司
• 主分類號: H02K21/12
• 分類號: H02K21/12;H02K3/48;H02K1/12;H02K1/16
• 代理公司: 北京金之橋知識產權代理有限公司
• 代理人: 耿慕白

技術領域

本實用新型涉及一種發電機，尤其涉及一種永磁無刷變速恒壓發電機。

背景技術

并網型風力發電機是將風輪捕獲的機械能轉化為電能并輸送到恒壓、恒頻電網中去。在大功率電力電子技術不夠成熟時，改變發電機發出風電的頻率、電壓是非常困難的。為了能把風電直接輸送到電網中，只有選用與電網同頻率的交流異步發電機或交流同步發電機。異步發電機只能運行在同步轉速以上1％～4％左右轉速差范圍內，同步發電機只能運行在同步轉速。為了使發電機頻率適合電網，必須用大變速比的齒輪箱與恒速風輪連接，使風輪與發電機的轉速、風電與電網的頻率都相匹配。這兩種電機的優點是不經逆變而直接并網，但存在諸多不足：1、電機的功率-轉速特性較硬，不易與風輪的輸出特性曲線很好地匹配，也很難提高捕獲風能效率以最大限度地吸收風能；2、在并網時易對機組及電網造成沖擊；3、由于風速的不穩定性，易對齒輪箱產生沖擊而使齒輪箱損壞，維護成本高；4、發電機要經常處于停機、低速發電、高速發電的頻繁投入、切出狀態，控制復雜，易出故障；5、發電機在低負載時空載損耗較大，難以提高輕載時效率，高效率區不大，而且只能由平均捕捉風能效率較低的恒速風輪驅動。對于同步發電機而言，還需有一套勵磁電源及其控制系統。因此這種發電方案既效率不夠高，極不經濟；又結構復雜，增加了生產成本。

為了提高風輪捕捉風能的效率，從空氣動力學角度考慮，通過優化，可以設計出幾乎在所有的風況下都具有較高能量轉換效率的變速風輪。試驗表明，在平均風速6.7m/s時，變速風輪要比恒速風輪多捕捉15％的風能。隨著電力電子技術的發展，大功率交流變頻技術已得到推廣應用，大功率風電的穩壓和變頻并網已可以實現，因此風輪轉速及轉速變化與電網的頻率沒有必然的直接關系。為此，世界上各生產廠家又開發出新型的由變速風輪驅動的風力發電機，但該類發電機仍存在穩壓輸出的問題。為實現永磁發電機的穩壓輸出，現有技術中也已提出一些解決辦法，如國家知識產權局1996年10月30日公開的95111026.8號實用新型專利申請，公開了一種穩壓永磁發電機及其穩壓方法。所述發電機包括定子、轉子、蝸輪蝸桿機構、執行電機和取樣控制電路，轉子與發動機的輸出軸相連接，取樣控制電路與發電機電壓輸出端相連接，執行電機與取樣控制電路相連接，執行電機通過蝸輪蝸桿機構驅動一根絲杠作軸向運動，該絲杠的一端與定子相固定。其穩壓方法是通過控制電路和調壓執行機構根據負載變化來調整發電機轉子、定子的相對位置，從而改變定、轉子間的磁場耦合狀態，實現穩壓輸出。這種方法的缺點是：1、由于需增設取樣控制電路和調壓執行機構、執行電機等諸多設備，控制系統和機械結構都較為復雜，大大提高了生產成本；2、由于其具有復雜的調壓執行機構，很難在大型發電機(例如MW級風力發電機)上應用(因為如果大型發電機采用這種方法調壓，調壓執行機構將非常龐大、結構異常笨重，難于實現)。此外，1999年9月11日授權公告95239710.2實用新型專利也公開了一種穩壓永磁發電機，所述發電機具有與前述專利類似的結構，采用同樣的方法實現穩壓；2000年8月9日公開的CN1262547號實用新型專利申請，公開了一種永磁發電機輸出電壓穩定方法及穩壓永磁發電機，其通過設置在同一軸線上的復位彈簧、平衡彈簧及彈簧調節螺母的共同作用，來調節定子與轉子之間的相對位移量從而實現穩壓，其穩壓方法的本質與前述專利相同。因此這些專利所公開的穩壓方法皆存在上述諸多不足。

上述該類發電機中，電樞鐵芯中的磁軛還沿用傳統技術即：采用多層硅鋼片疊加而成。該傳統技術方案存在諸多的缺點，如生產成本高、制作工藝復雜、整體磁軛的重量大，重量過大會進一步導致整個風力發電系統的大型化，給安裝使用帶來不便且無法實現設備的小型化發展。另外還存在一個因其自身結構而無法實現的技術方案，即在磁軛上無法軸向排列磁極，也就無法進一步實現軸向排列的磁極之間周向偏移、錯開。

另外，在現有永磁直流發電機中，磁極產生的方波會產生大量的諧波，致使電機鐵損較大，發電效率較低。

實用新型內容

為了解決上述現有技術中的問題，本實用新型提供一種只需對發電機進行優化電磁設計，確定特定的電樞繞組漏電感值，無需增加任何附加設備或控制電路即能由電機自然特性實現恒壓輸出的永磁無刷變速恒壓發電機。