[發明專利]大型直驅盤式開關磁阻風力發電機及其系統

無效

• 申請號: 201110223274.3
• 申請日: 2011-08-05
• 公開（公告）號: CN102280968A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 肖珊彩;秦明;郭靖
• 申請（專利權）人: 國電聯合動力技術有限公司
• 主分類號: H02K5/16
• 分類號: H02K5/16;H02K16/02;H02K16/04;H02K16/00
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所 11303
• 代理人: 遆俊臣

技術領域

本發明涉及大型直驅開關磁阻風力發電機，特別是涉及一種大型直驅盤式開關磁阻風力發電機及其系統。

背景技術

隨著風電產業的不斷發展，風電技術也在不斷地升級、換代，主要表現為：提高單機容量、發展新技術改善風電機組性能、提高風能利用率、降低風電成本，更加重視風電機組安全性和系統可靠性控制。風電場運行控制、預測調度技術也在不斷完善。同時，利用海上風能資源，發展海上風電場建設技術、研制大型海上風電機組成為技術發展重點。

目前功率在兆瓦級及以上的大型風電機組主要以雙饋型風力發電機組和直驅全功率變換型風力發電機組為主。雙饋型風力發電機組有最好的性價比，但對電網故障的穿越能力和支撐能力較弱。雙饋型風力發電機組的傳動鏈必須要有大功率齒輪箱，這對機組的可靠性和可維護性提出了更苛刻的要求。直驅全功率變換型風力發電機組通過變頻器并網，對電網故障的穿越能力較強，有一定的支撐電網能力，避免了大功率齒輪箱的維護工作量，可靠性有所提高。但由于其轉速很低，隨著功率的增大，多極數永磁同步發電機的制造工藝復雜，技術難度大，電機體積大，造價高，同時隨著機組容量的不斷增大，大功率變頻器價格昂貴增加了其使用成本。

開關磁阻式風力發電系統是以開關磁阻發電機為機電能量轉換核心。開關磁阻發電機為雙凸極電機。定子、轉子均為凸極齒槽結構，定子上設有集中繞組，轉子上既無繞組也無永磁體。開關磁阻發電機沒有獨立的勵磁繞組，與集中嵌放的定子電樞合二為一。定子接驅動器將電能輸出到直流側，然后通過網側逆變器將能量饋入電網。開關磁阻電機能量密度大，結構簡單，可靠性高，沒有去磁效應。系統在并網時沒有電流沖擊，對系統幾乎沒有影響；可調節無功功率。

開關磁阻發電機結構簡單，轉子上無刷、無繞組、無永久磁體。其運行時相當于一個電流源，這樣在一定轉速范圍內，輸出端電壓不會隨著轉速的變化而變化，顯然，開關磁阻發電機這樣的變速發電機可以提高風能的利用效率。由于有上面的特性，加以合理的設計，開關磁阻發電機可以在風力直接驅動下實現較高的發電效率，從而省去了齒輪箱，使整個發電系統結構更加簡潔、可靠，這也正是風力發電系統的發展趨勢。運行過程中，開關磁阻發電機可控參數多，如開通角、關斷角等，可方便的實現比較復雜的控制策略，靈活的控制輸出直流電壓和電流。從風力發電的特點考慮，風力發電系統首先要將不斷變化的風能轉換為頻率、電壓恒定的交流電或電壓恒定的直流電，而且要高效率的實現上述能量轉換，以降低成本。以此標準來看，開關磁阻電機風力發電系統在風力發電方面是非常有應用前景的。隨著大功率電力電子器件性價比的提高以及控制策略的發展，開關磁阻風力發電系統的優勢將會逐漸得以體現。

隨著電機功率的增大，電機的體積將會越來越大。特別對于低速電機，例如開關磁阻風力發電機，當功率大于兆瓦或數兆瓦以上時，其體積將會變得相當龐大，且重量重，給運輸帶來極大困難，同時單位體積的輸出功率相對變小，增大了發電機及其系統的成本。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種能大幅降低兆瓦級及以上的直驅開關磁阻風力發電機成本且方便運輸的直驅盤式開關磁阻風力發電機。

實現上述目的的技術方案如下：

大型直驅盤式開關磁阻風力發電機，包括輪轂、主軸、前法蘭、定子鐵芯、機殼、定子繞組、轉子鐵芯、后法蘭、機架、前軸承外軸套、前軸承外端蓋、前軸承、前軸承內軸套、前軸承內端蓋、后軸承內軸套、后軸承內端蓋、后軸承、后軸承外端蓋、后軸承外軸套及鎖緊螺母；所述輪轂與主軸經螺栓緊固在一起；所述前軸承安裝在主軸上，前軸承外軸套與前軸承內軸套安裝于主軸上并位于前軸承兩端，前軸承外端蓋套在前軸承外軸套上，前軸承內端蓋套在前軸承內軸套上，前法蘭位于前軸承外端蓋與前軸承內端蓋之間，并裝配于前軸承上面，經過螺栓與前軸承外端蓋、前軸承內端蓋緊固在一起；前法蘭與機殼經螺栓緊固在一起；所述后軸承安裝在主軸上，后軸承外軸套與后軸承內軸套安裝于主軸上并位于后軸承兩端，后軸承外端蓋套在后軸承外軸套上，后軸承內端蓋套在后軸承內軸套上，后法蘭位于后軸承外端蓋與后軸承內端蓋之間，并裝配于后軸承上面，經過螺栓與后軸承外端蓋、后軸承內端蓋緊固在一起；后法蘭經螺栓與機殼、機架緊固在一起；鎖緊螺母安裝在主軸之上的后軸承外軸套外側；所述前法蘭、機殼、后法蘭共同構成了盤式外殼；所述定子鐵芯固定在盤式外殼內，定子繞組固定于定子鐵芯的槽內；轉子鐵芯安裝在前軸承內軸套與后軸承內軸套之間的主軸上，且轉子鐵芯與定子鐵芯之間形成氣隙。