[發明專利]一種三電氣端口的雙定子磁阻無刷風力發電機

有效

• 申請號: 201710006870.3
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106787545B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 程明;朱新凱;韓鵬;魏新遲
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04;H02K1/14;H02K1/16;H02K3/28;H02K1/22
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發明公開了一種三電氣端口的雙定子磁阻無刷風力發電機，包括由外向內同心設置的外定子、杯型磁阻轉子和內定子；所述外定子包括外定子軛、外定子齒和外功率繞組，外定子齒間的空隙形成外定子槽，外功率繞組嵌入在外定子槽內，外定子齒設置在外定子軛內側；所述內定子包括內定子軛、內定子齒和內功率繞組，內定子齒間的空隙形成內定子槽，內功率繞組嵌入在內定子槽內，內定子軛設置在內定子齒內側；所述杯型磁阻轉子包括沿圓周均勻交錯布置的導磁塊和非導磁塊；在外定子槽內或內定子槽內還嵌入有控制繞組。該發電機具有三個電氣端口，與當前的具有兩個電氣端口的磁場調制類無刷雙饋發電機相比，具有功率密度高、可靠性高的優勢。

技術領域

本發明涉及一種三電氣端口的雙定子磁阻無刷風力發電機，可應用于風力發電。

背景技術

當今，能源危機、環境污染等一系列問題日益突出，發展持續的可再生能源以轉變傳統的能源結構勢在必行。風能取之不盡、用之不竭，是最有潛力的新能源之一，因此受到了世界范圍的關注。隨著海上風電的發展，為降低發電成本，風力發電機的單機容量越來越大，導致其體積和重量變得巨大，給制造、安裝和維護均帶來了困難，而且復雜的海上環境對風力發電系統提出了更高的要求。現在最流行的風力發電機有兩種：雙饋異步發電機和永磁同步發電機。雙饋異步發電機的優勢在于僅需使用占發電機總容量30％左右的變頻器，便可實現變速恒壓恒頻運行，直接向電網供電；但是它需要電刷和滑環向轉子繞組供電，這不但降低了可靠性、增大了維護成本，而且對其在大容量的海上風電中的應用極其不利。近年來，永磁直驅發電機受到了廣泛關注，發展迅速；永磁直驅發電機省去了機械傳動裝置，可直接與風力渦輪機相連，簡化了機械結構，提高了系統可靠性，而且使用永磁體勵磁，無勵磁損耗，效率高。但是直驅永磁發電機的體積和重量巨大，這既增加了海上風電的建設成本，又不便于海上的安裝、維護作業。為實現變速恒壓恒頻運行，永磁同步發電機需要使用全功率變頻器，而且需要額外的無功功率調節裝備調節無功，所以直驅式永磁同步風力發電機系統成本很高。

為克服雙饋感應發電機和永磁同步發電機的缺點，無刷雙饋發電機得到了廣泛的研究。無刷雙饋電機源于兩臺感應電機的級聯，根據電刷消去方式的不同，可以分為級聯式和磁場調制式兩類。磁場調制類無刷雙饋電機是依靠特殊的轉子結構，將位于同一定子上的兩套不同極數的繞組間接耦合，實現能量的傳遞。這種特殊的轉子結構有兩種形式，一種是類鼠籠式的感應轉子，另一種是磁阻轉子。常見的磁阻轉子結構有簡單凸極結構、軸向疊片各向異性結構和多層磁障結構。

磁場調制分為“和調制”和“差調制”，大部分無刷雙饋電機采用“和調制”。另外，在結構上多采用單定轉子結構，兩套繞組位于一個定子上，導致轉子體積較大，造成了內部空間的浪費。目前的研究成果表明，現有的無刷雙饋電機比傳統的雙饋感應電機和鼠籠式感應電機功率密度低。

發明內容

發明目的：為了提高無刷雙饋電機的功率密度，本發明提出了一種三電氣端口的雙定子磁阻無刷發電機，采用了雙定子和杯型磁阻轉子的結構以充分利用內部空間，并且能夠同時實現“和調制”和“差調制”；因該發電機具有三個電氣端口，與當前的具有兩個電氣端口的磁場調制類無刷雙饋發電機相比，具有功率密度高、可靠性高的優勢。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種三電氣端口的雙定子磁阻無刷風力發電機，包括由外向內同心設置的外定子、杯型磁阻轉子和內定子，外定子和杯型磁阻轉子之間形成外氣隙，杯型磁阻轉子和內定子之間形成內氣隙；

所述外定子包括外定子軛、外定子齒和外功率繞組，外定子齒間的空隙形成外定子槽，外功率繞組嵌入在外定子槽內，外定子齒設置在外定子軛內側；

所述內定子包括內定子軛、內定子齒和內功率繞組，內定子齒間的空隙形成內定子槽，內功率繞組嵌入在內定子槽內，內定子軛設置在內定子齒內側；

所述杯型磁阻轉子包括沿圓周均勻交錯布置的導磁塊和非導磁塊；