[發明專利]固定軸支撐雙氣隙直驅開關磁阻風力發電機及其機組系統

無效

• 申請號: 201210576122.6
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103078460A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 肖珊彩;秦明
• 申請（專利權）人: 國電聯合動力技術有限公司
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04;H02K5/173
• 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

本發明涉及風電技術領域，特別是涉及一種固定軸支撐雙氣隙直驅開關磁阻風力發電機及其機組系統。

背景技術

隨著風電產業的不斷發展，風電技術不斷地升級、換代，主要表現為：單機容量提高、風電機組性能改善、風能利用率提高、風電成本降低、風電機組安全性和系統可靠性提高等，同時，電場運行控制、預測調度技術也在不斷完善。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的重點。

開關磁阻發電機應用于風電系統，是開關磁阻電機在新能源領域應用的一重大突破。開關磁阻發電機結構簡單，轉子上無刷、無繞組、無永久磁體，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。由于開關磁阻發電機具有以上特性，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。

然而，隨著電機功率的增大，開關磁阻電機與永磁電機相比，還存在著系統的效率和材料的有效利用率低、振動與噪聲大，功率因數較低等問題，在一定程度上影響了其在直驅風力發電領域的使用推廣。

由此可見，傳統開關磁阻發電機在結構和使用上還存在明顯的不足與缺陷，亟待進一步改進，因此如何創設一種提高電機功率密度及有效材料利用率，提高電機的功率因數，降低電機的重量與成本，降低振動與噪聲的固定軸支撐雙氣隙直驅開關磁阻風力發電機及其機組系統，實屬當前研發的重要課題之一。

發明內容

本發明的目的是提供一種固定軸支撐雙氣隙直驅開關磁阻風力發電機及其機組系統，使其能夠提高電機功率密度，提高電機的功率因數，降低電機的重量與成本，降低電機振動與噪音，從而克服現有技術的不足。

為解決上述技術問題，本發明一種固定軸支撐雙氣隙直驅開關磁阻風力發電機，包括電機外殼、輪轂、固定軸、空心轉動軸、轉子轉盤、轉子、外定子、內定子和內定子定心軸承，其中：轉子通過轉子轉盤與空心轉動軸固定連接，空心轉動軸與輪轂聯動；內定子定心軸承的內環與轉子轉盤連接，外環與內定子連接。

作為本發明的進一步改進，還包括前軸承、內定子支架、后軸承；空心轉動軸通過前軸承、后軸承套裝在固定軸上；外定子與電機外殼內側固定連接，內定子支架與電機外殼固定連接，內定子通過內定子支架與內定子定心軸承的內環固定連接；轉子設置在內定子和外定子之間，轉子的前端與轉子轉盤固定連接，后端通過轉子后支架與內定子支架可轉動連接。

所述轉子后支架通過轉子定心軸承與內定子支架可轉動連接。

所述前軸承和后軸承均為調心軸承。

所述固定軸為空心固定軸。

所述的后軸承外側還設有后軸承定位件；所述后軸承定位件為軸螺母或后軸承端蓋。

所述內定子和外定子均包括定子鐵心和定子繞組；所述內、外定子的定子鐵芯均為凸極結構；所述內、外定子的定子繞組均為整矩繞組。

所述轉子包括鑄鋁結構，以及安裝在鑄鋁結構兩側的內、外轉子磁極。

此外，本發明還提供一種風力發電機組系統，包括上述的固定軸支撐雙氣隙直驅開關磁阻風力發電機、功率變換器、控制系統、逆變器和負載，其中：所述的風力發電機與功率變換器連接，功率變換器分別與控制系統、逆變器和負載連接。

作為本發明的進一步改進，所述的控制系統包括驅動電路、過壓過流保護電路、電壓電流檢測電路、轉子位置檢測電路和單片機。

采用以上設計后，本發明與現有技術比較有以下有益技術效果：

1、本發明相對于單定子開關磁阻發電機，電機單位體積的輸出功率增大，從而減小了電機體積和重量，既降低了成本，又方便了運輸；

2、本發明在傳動中采用了固定軸支撐的結構方式，使其不必使用價格昂貴的雙列圓錐滾子軸承（鸚鵡螺軸承），而采用風電機組中常用的調心軸承。這兩種傳動鏈設計的軸承總成本的比較結果是：鸚鵡螺軸承方案約為調心軸承方案的兩倍，因此，較大幅度降低了軸承成本；