[發(fā)明專利]海上型超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110396563.3
• 申請(qǐng)日: 2011-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN102412640A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊燁;蔣煜東;宋曉衛(wèi);馮玲;王立聞;況明偉;吳建東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): H02K1/18
• 分類號(hào): H02K1/18;H02K1/28;H02K3/02;H02K9/10
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 方強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及適用于近海的超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，具體涉及的是一種轉(zhuǎn)子由高溫超導(dǎo)磁體組成、定子由常規(guī)銅線圈組成的海上型超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，都會(huì)因?yàn)槭芷錂C(jī)電性能的限制，在其單機(jī)容量擴(kuò)容的過程中會(huì)受到諸多技術(shù)上的障礙。海上風(fēng)電又因?yàn)榄h(huán)境惡劣，維護(hù)困難且成本極高，因此對(duì)風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性提出了極高的要求。

對(duì)于風(fēng)機(jī)而言，故障率最高的是齒輪箱。齒輪箱中的零部件隨著風(fēng)機(jī)長(zhǎng)年累月地高速旋轉(zhuǎn)，極易磨損；同時(shí)，它增加了整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械負(fù)載和磨擦損耗，從而極大增加了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的維護(hù)成本且減小風(fēng)機(jī)的使用壽命。不僅如此，齒輪箱的故障率還隨著風(fēng)機(jī)容量的增大而成指數(shù)倍增長(zhǎng)。因此，開發(fā)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成為了世界風(fēng)電技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。

現(xiàn)有的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般采用永磁發(fā)電機(jī)，但由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)同額定轉(zhuǎn)速低，輸出扭矩大，對(duì)電機(jī)的設(shè)計(jì)提出了較高的要求。傳統(tǒng)直驅(qū)機(jī)組的極數(shù)很多，通常在80極以上，體積和重量很大，而且永磁直驅(qū)機(jī)組的永磁部件存在長(zhǎng)期沖擊振動(dòng)和大范圍溫度變化條件下的磁穩(wěn)定性問題。同時(shí)，永磁體受到現(xiàn)有材料技術(shù)的限制，表面磁場(chǎng)難以進(jìn)一步提高，從而制約了單機(jī)容量的增加。

超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展使現(xiàn)有超導(dǎo)帶材的載流性能有極大的提高，相比銅導(dǎo)線單位面積載流能力是銅線的150倍。因而，出現(xiàn)了利用超導(dǎo)帶材繞制的勵(lì)磁線圈，這種結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生更高的勵(lì)磁磁場(chǎng)，從而提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量密度和功率密度，減小了整機(jī)的體積和重量。例如，公開日為2009-09-09，公開號(hào)為CN?101527498的中國(guó)專利文獻(xiàn)，公開了一種用于發(fā)電的系統(tǒng)包括超導(dǎo)直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它包括由第一超導(dǎo)材料構(gòu)成的電樞線圈以及由第二超導(dǎo)材料構(gòu)成的勵(lì)磁線圈，其中，在發(fā)電機(jī)的運(yùn)行期間，電樞線圈和勵(lì)磁線圈進(jìn)行電磁通信，并且勵(lì)磁線圈響應(yīng)通過其的勵(lì)磁電流而產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)在生成電力輸出的電樞線圈中感應(yīng)輸出電流。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供了一種直驅(qū)式的海上型超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，取締了齒輪箱的設(shè)計(jì)，完全避免了因?yàn)辇X輪箱帶來的各種隱患，降低了機(jī)械故障率和定期維護(hù)的成本，同時(shí)提高了風(fēng)機(jī)的效率和可靠性，解決了傳統(tǒng)永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)在單機(jī)容量增大時(shí)引起的體積和重量大幅增加的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

海上型超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)位于定子系統(tǒng)的中心軸位置，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)繞電機(jī)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)工作，中心軸連接風(fēng)輪；所述定子系統(tǒng)包括定子繞組組件和固定于定子繞組組件外部的定子鐵軛，定子繞組組件包括銅線繞組、定子齒槽以及繞線槽楔，銅線繞組通過繞線槽楔固定在定子齒槽內(nèi)；所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子線圈組件、轉(zhuǎn)子支承組件、轉(zhuǎn)子背鐵，轉(zhuǎn)子線圈組件固定于轉(zhuǎn)子支撐組件上，轉(zhuǎn)子支撐組件固定于轉(zhuǎn)子背鐵上，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子線圈組件包括磁體骨架、高溫超導(dǎo)線圈以及線圈緊固件；所述磁體骨架呈環(huán)形跑道狀，中空部分為制冷介質(zhì)流道，位于磁體骨架的側(cè)面設(shè)置有環(huán)形凹槽，通過凹槽纏繞雙層高溫超導(dǎo)線圈，高溫超導(dǎo)線圈外部設(shè)置有防止高溫超導(dǎo)線圈向外松開的線圈緊固件，同時(shí)線圈緊固件的一端設(shè)置有電流引線接口，以便于穿過高溫超導(dǎo)電流引線。

所述磁體骨架還在垂直于骨架的環(huán)形方向上設(shè)置有用于防止熱脹冷縮使磁體骨架變形受損的骨架收縮縫，無論磁體骨架如何膨脹和收縮，都可以正常工作，使用壽命較長(zhǎng)。

所述磁體骨架采用由黃銅加工而成；所述高溫超導(dǎo)線圈采用釔鋇銅氧化物高溫超導(dǎo)材料（YBCO）。

為了減少高溫超導(dǎo)磁體所承受的熱負(fù)荷，所述高溫超導(dǎo)線圈的外部為高真空環(huán)境，在高溫超導(dǎo)線圈的外部設(shè)置有若干層絕熱層。

所述轉(zhuǎn)子支承組件包括轉(zhuǎn)子支承、拉桿和轉(zhuǎn)子支承箱體，轉(zhuǎn)子支承箱體安裝在轉(zhuǎn)子背鐵外圍的凹槽內(nèi)，拉桿采用導(dǎo)熱系數(shù)低且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的非磁性材料制成，轉(zhuǎn)子支承通過拉桿固定于轉(zhuǎn)子線圈組件下端，用于支撐轉(zhuǎn)子線圈組件。

所述轉(zhuǎn)子背鐵的外圍均勻設(shè)置有24個(gè)凹槽，即轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)置有12對(duì)極。

所述銅線繞組由兩個(gè)電角度相差30°的三相繞組構(gòu)成。

所述定子齒槽采用非導(dǎo)磁材料制成，如低導(dǎo)磁率的不銹鋼材料，如鉻-鎳奧氏體304在強(qiáng)度和導(dǎo)磁性能方面既可滿足要求；所述定子鐵軛采用疊片結(jié)構(gòu)；所述定子的額定電壓3.5kV，額定電流840A，每極每相數(shù)為1，具體參數(shù)見下表。

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