專利名稱：改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種發(fā)電機(jī)，尤其涉及一種由變速風(fēng)輪驅(qū)動的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)輪捕獲的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能并輸送到恒壓、恒頻電網(wǎng)中去。在大功率電力電子技術(shù)不夠成熟時，改變發(fā)電機(jī)發(fā)出風(fēng)電的頻率、電壓是非常困難的。為了能把風(fēng)電直接輸送到電網(wǎng)中，只有選用與電網(wǎng)同頻率的交流異步發(fā)電機(jī)或交流同步發(fā)電機(jī)。異步發(fā)電機(jī)只能運(yùn)行在同步轉(zhuǎn)速以上1％～4％左右轉(zhuǎn)速差范圍內(nèi)，同步發(fā)電機(jī)只能運(yùn)行在同步轉(zhuǎn)速。為了使發(fā)電機(jī)頻率適合電網(wǎng)，必須用大變速比的齒輪箱與恒速風(fēng)輪連接，使風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、風(fēng)電與電網(wǎng)的頻率都相匹配。這兩種電機(jī)的優(yōu)點是不經(jīng)逆變而直接并網(wǎng)，但存在諸多不足1、電機(jī)的功率—轉(zhuǎn)速特性較硬，不易與風(fēng)輪的輸出特性曲線很好地匹配，也很難提高捕獲風(fēng)能效率以最大限度地吸收風(fēng)能；2、在并網(wǎng)時易對機(jī)組及電網(wǎng)造成沖擊；3、由于風(fēng)速的不穩(wěn)定性，易對齒輪箱產(chǎn)生沖擊而使齒輪箱損壞，維護(hù)成本高；4、發(fā)電機(jī)要經(jīng)常處于停機(jī)、低速發(fā)電、高速發(fā)電的頻繁投入、切出狀態(tài)，控制復(fù)雜，易出故障；5、發(fā)電機(jī)在低負(fù)載時空載損耗較大，難以提高輕載時效率，高效率區(qū)不大，而且只能由平均捕捉風(fēng)能效率較低的恒速風(fēng)輪驅(qū)動。對于同步發(fā)電機(jī)而言，還需有一套勵磁電源及其控制系統(tǒng)。因此這種發(fā)電方案既效率不夠高，極不經(jīng)濟(jì)；又結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了生產(chǎn)成本。
為了提高風(fēng)輪捕捉風(fēng)能的效率，從空氣動力學(xué)角度考慮，通過優(yōu)化，可以設(shè)計出幾乎在所有的風(fēng)況下都具有較高能量轉(zhuǎn)換效率的變速風(fēng)輪。試驗表明，在平均風(fēng)速6.7m/s時，變速風(fēng)輪要比恒速風(fēng)輪多捕捉15％的風(fēng)能。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率交流變頻技術(shù)已得到推廣應(yīng)用，大功率風(fēng)電的穩(wěn)壓和變頻并網(wǎng)已可以實現(xiàn)，因此風(fēng)輪轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速變化與電網(wǎng)的頻率沒有必然的直接關(guān)系。為此，世界上各生產(chǎn)廠家又開發(fā)出新型的由變速風(fēng)輪驅(qū)動的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，如Vestas公司生產(chǎn)的V66風(fēng)力機(jī)及Enercon公司生產(chǎn)的E-30及E-66/1.8風(fēng)力發(fā)電機(jī)等。V66風(fēng)力機(jī)可以按照風(fēng)況控制漿距角使其始終處于最佳狀態(tài)，從而提高了發(fā)電量，系統(tǒng)噪聲也得到控制。風(fēng)輪功率通過齒輪箱和聯(lián)軸節(jié)傳遞到雙饋異步發(fā)電機(jī)。該機(jī)組采用了稱為VCS(Vestas Converter System)的最佳轉(zhuǎn)速控制技術(shù)，能保證機(jī)組輸出穩(wěn)定的電功率。VCS是由具有繞組轉(zhuǎn)子和滑環(huán)的異步發(fā)電機(jī)，由一個采用IGBT(絕緣柵極晶體管)開關(guān)的功率逆變器、接觸器和保護(hù)裝置組成。VCS可以使運(yùn)行轉(zhuǎn)速變化范圍達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的60％。以VCS技術(shù)為代表的雙饋異步發(fā)電機(jī)能夠把變速風(fēng)輪捕捉的風(fēng)能盡可能多地轉(zhuǎn)化為電能，增加發(fā)電量，保持低噪音運(yùn)行，降低齒輪箱載荷，但其不足之處在于轉(zhuǎn)子有滑環(huán)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難省去齒輪箱直驅(qū)運(yùn)行。
Enercon公司生產(chǎn)的E-30及E-66/1.8等風(fēng)力發(fā)電機(jī)均采用直驅(qū)變速電勵磁同步發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)靠調(diào)整勵磁電流來達(dá)到變速穩(wěn)壓輸出的目的，靠大功率整流器、逆變器實現(xiàn)AC-DC-AC的整流、逆變并網(wǎng)，雖然發(fā)揮了變速風(fēng)輪的優(yōu)點，但其必須有滑環(huán)及勵磁系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)及運(yùn)行成本高。
此外，國家知識產(chǎn)權(quán)局2005年8月3日公開的CN1649239號發(fā)明專利申請，公開了一種“MW級直接驅(qū)動永磁外轉(zhuǎn)子同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)”，所述發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)為永磁體，且直接驅(qū)動外轉(zhuǎn)子，省去了電勵磁同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)和滑環(huán)等結(jié)構(gòu)。但該專利沒有公開變速永磁發(fā)電機(jī)在電能并網(wǎng)前的穩(wěn)壓方式。
為實現(xiàn)永磁發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓輸出，現(xiàn)有技術(shù)中已提出一些解決辦法。如國家知識產(chǎn)權(quán)局1996年10月30日公開的95111026.8號發(fā)明專利申請，公開了一種穩(wěn)壓永磁發(fā)電機(jī)及其穩(wěn)壓方法。所述發(fā)電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、執(zhí)行電機(jī)和取樣控制電路，轉(zhuǎn)子與發(fā)動機(jī)的輸出軸相連接，取樣控制電路與發(fā)電機(jī)電壓輸出端相連接，執(zhí)行電機(jī)與取樣控制電路相連接，執(zhí)行電機(jī)通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動一根絲杠作軸向運(yùn)動，該絲杠的一端與定子相固定。其穩(wěn)壓方法是通過控制電路和調(diào)壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)負(fù)載變化來調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子的相對位置，從而改變定、轉(zhuǎn)子間的磁場耦合狀態(tài)，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。這種方法的缺點是1、由于需增設(shè)取樣控制電路和調(diào)壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、執(zhí)行電機(jī)等諸多設(shè)備，控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，大大提高了生產(chǎn)成本；2、由于其具有復(fù)雜的調(diào)壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，很難在大型發(fā)電機(jī)(例如MW級風(fēng)力發(fā)電機(jī))上應(yīng)用(因為如果大型發(fā)電機(jī)采用這種方法調(diào)壓，調(diào)壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)將非常龐大、結(jié)構(gòu)異常笨重，難于實現(xiàn))。此外，1999年9月11日授權(quán)公告95239710.2實用新型專利也公開了一種穩(wěn)壓永磁發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)具有與前述專利類似的結(jié)構(gòu)，采用同樣的方法實現(xiàn)穩(wěn)壓；2000年8月9日公開的CN1262547號發(fā)明專利申請，公開了一種永磁發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定方法及穩(wěn)壓永磁發(fā)電機(jī)，其通過設(shè)置在同一軸線上的復(fù)位彈簧、平衡彈簧及彈簧調(diào)節(jié)螺母的共同作用，來調(diào)節(jié)定子與轉(zhuǎn)子之間的相對位移量從而實現(xiàn)穩(wěn)壓，其穩(wěn)壓方法的本質(zhì)與前述專利相同。因此這些專利所公開的穩(wěn)壓方法皆存在上述諸多不足。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是，克服上述現(xiàn)有技術(shù)的諸多不足，提供一種只需對發(fā)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化電磁設(shè)計，無需增加任何附加設(shè)備或控制電路即能實現(xiàn)恒壓輸出的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
按照本實用新型提供的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由變速風(fēng)輪驅(qū)動，發(fā)出的恒壓直流電經(jīng)逆變器變頻后輸向電網(wǎng)，所述發(fā)電機(jī)包括一定子，包括電樞鐵芯、安裝于所述電樞鐵芯內(nèi)的繞組及用于安裝所述電樞鐵芯的鐵芯安裝架一轉(zhuǎn)子，可轉(zhuǎn)動地安裝于所述定子上，由所述變速風(fēng)輪驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其包括永磁磁極和用于安裝所述永磁磁極的磁極固定架；一多相全波整流器，接所述繞組的輸出端，其將電流整流后再輸出至所述逆變器；所述電樞鐵心上成形有多道容置槽，所述繞組安裝于所述容置槽內(nèi)，所述容置槽的深度與寬度之比大于6∶1按照本實用新型提供的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)還具有如下附屬技術(shù)特征在本實用新型給出的一種優(yōu)選實施方案中，所述容置槽內(nèi)安裝的槽楔為導(dǎo)磁體，其將所述繞組封閉于所述容置槽內(nèi)；所述容置槽的深度與寬度之比大于8∶1，一種更優(yōu)選的方案是，所述容置槽的深度與寬度之比為10∶1至16∶1。
作為上述優(yōu)選實施方案的一種實施例方式，所述發(fā)電機(jī)為外轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)，所述定子還包括一固定軸，所述鐵芯安裝架固定于所述固定軸上；所述磁極固定架由機(jī)殼和安裝于機(jī)殼兩端的端蓋組成，所述永磁磁極固定于所述機(jī)殼的內(nèi)側(cè)，所述兩端蓋借助兩滾動軸承安裝于所述固定軸上。所述兩端蓋的中部成形有兩向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣，所述滾動軸承設(shè)于所述環(huán)形凸緣和所述固定軸之間。所述永磁磁極借助膠粘劑粘固于所述機(jī)殼的內(nèi)表面。
作為上述優(yōu)選實施方案的另一種實施例方式，所述發(fā)電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子還包括一旋轉(zhuǎn)軸，所述磁極固定架固定于所述旋轉(zhuǎn)軸上；所述鐵芯安裝架由機(jī)殼和安裝于所述機(jī)殼兩端的端蓋組成，所述電樞鐵芯固定于所述機(jī)殼的內(nèi)側(cè)；所述兩端蓋借助兩滾動軸承安裝于所述旋轉(zhuǎn)軸上。所述兩端蓋的中部成形有兩向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣，所述滾動軸承設(shè)于所述環(huán)形凸緣與所述旋轉(zhuǎn)軸之間。所述永磁磁極借助膠粘劑粘固于所述磁極固定架的外周。
按照本實用新型提供的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由于僅通過增大電樞鐵心上繞組容置槽的深、寬比來增加繞組的漏感電抗，并合理利用了電樞反應(yīng)的去磁特性，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓，且保證了其穩(wěn)壓效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，一方面，這種完全靠優(yōu)化電磁設(shè)計參數(shù)來實現(xiàn)穩(wěn)壓的發(fā)電機(jī)，不需要增加任何檢測、控制環(huán)節(jié)及執(zhí)行電機(jī)等，不僅結(jié)構(gòu)大為簡化，成本大大降低，而且非常適用于其他穩(wěn)壓方法無法適用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)；另一方面，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)偏見?，F(xiàn)有技術(shù)中，設(shè)計發(fā)電機(jī)時，為了提高發(fā)電機(jī)的效率和功率因數(shù)，提高發(fā)電機(jī)在負(fù)載變化時輸出電壓的穩(wěn)定性，一般要努力減小繞組的漏感電抗。而本實用新型的發(fā)明思路剛好與其相反——通過增大漏感電抗來實現(xiàn)穩(wěn)壓。因此不僅在大功率永磁直流無刷發(fā)電機(jī)變速恒壓輸出方面實現(xiàn)了飛躍性的技術(shù)突破，用電機(jī)自然輸出特性達(dá)到了永磁變速恒壓輸出的目的；而且這種新穎獨特的設(shè)計思想也給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對永磁發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓研發(fā)提供了更廣闊的思路。
按照本實用新型提供的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可與變速風(fēng)輪的輸出特性實現(xiàn)直接耦合匹配，運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍寬，最大、最小工作轉(zhuǎn)速的變化范圍可達(dá)到最大轉(zhuǎn)速的70％。既保持了永磁發(fā)電機(jī)的高效率、輕便、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，又能在變速變負(fù)載情況下自動實現(xiàn)穩(wěn)壓，其發(fā)出的恒壓直流電只需經(jīng)逆變即可并網(wǎng)。系統(tǒng)中減少了大量的機(jī)電檢測及調(diào)控設(shè)備，不僅結(jié)構(gòu)簡單，降低造價，也提高了運(yùn)行可靠性。
按照本實用新型提供的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在變速風(fēng)輪和逆變器之間能實現(xiàn)自身的輸入輸出特性分別與變速風(fēng)輪輸出特性及逆變器的輸入特性自動優(yōu)化匹配，靠其自然輸出特性自動選取最優(yōu)工作點，消除了系統(tǒng)中的機(jī)械沖擊和電氣沖擊過程，延長了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行壽命，節(jié)省了運(yùn)行成本。
按照本實用新型提供的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由于是由其自然輸出特性自動實現(xiàn)變速恒壓輸出的，不需要斬波調(diào)壓，所以諧波分量小，僅存在整流諧波，逆變前無斬波諧波。如果風(fēng)電場內(nèi)若干臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直流電能匯集后再逆變輸往電網(wǎng)，不僅直流電源匯集方便，而且整流諧波互補(bǔ)后可以消除大部分諧波，減小對電網(wǎng)的諧波污染。


以下結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1為按照本實用新型提供的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用原理示意圖；圖2為按照本實用新型提供的外轉(zhuǎn)式永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)的半剖示意圖；圖3為圖2所示外轉(zhuǎn)式永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電樞沖片的平面示意圖；圖4為按照本實用新型提供的內(nèi)轉(zhuǎn)式永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)的半剖示意圖；圖5為圖4所示內(nèi)轉(zhuǎn)式永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電樞沖片的平面示意圖。
具體實施方式
參見圖1，按照本實用新型提供的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)10，由變速風(fēng)輪驅(qū)動，發(fā)出的恒壓直流電經(jīng)逆變器20變頻后輸向電網(wǎng)30。變速風(fēng)輪和逆變器的具體結(jié)構(gòu)及其與發(fā)電機(jī)10的連接、安裝方式及結(jié)構(gòu)等皆為公知技術(shù)，此處不再贅述。
參見圖2，所述發(fā)電機(jī)10包括
一定子1，包括電樞鐵芯11、安裝于所述電樞鐵芯11內(nèi)的繞組12及用于安裝所述電樞鐵芯11的鐵芯安裝架13；一轉(zhuǎn)子2，可轉(zhuǎn)動地安裝于所述定子1上，由所述變速風(fēng)輪驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其包括永磁磁極21和用于安裝所述永磁磁極21的磁極固定架22；一多相全波整流器3，接所述繞組12的輸出端，其將電流整流后再輸出至所述逆變器20；所述電樞鐵芯11由多片電樞沖片疊壓而成，參見圖3，圖中示出了每片電樞沖片的平面示意圖，所述電樞鐵心11上成形有多道容置槽111，所述繞組12安裝于所述容置槽111內(nèi)，本實用新型的特征在于所述容置槽111的深度與寬度之比大于6∶1(圖3中的h比b)，因此電樞繞組12的漏感電抗大大增加，并利用該原理(詳見下述)實現(xiàn)穩(wěn)壓。
參見圖3，作為對上述結(jié)構(gòu)的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述容置槽111內(nèi)安裝的槽楔14為導(dǎo)磁體，其將所述繞組12封閉于所述容置槽111內(nèi)。選擇導(dǎo)磁體作為槽楔能進(jìn)一步增大繞組12的漏感電抗，從而更好地實現(xiàn)穩(wěn)壓。
在本實用新型給出的一種優(yōu)選實施方案中，所述容置槽111的深度與寬度之比大于8∶1。容置槽的深寬比位于該范圍內(nèi)的電樞鐵芯的發(fā)電機(jī)能更好地實現(xiàn)穩(wěn)壓。
作為上述優(yōu)選實施方案的一種實施方式，所述容置槽111的深度與寬度之比為10∶1至16∶1。容置槽的深寬比位于該范圍內(nèi)的電樞鐵芯更適用于變速范圍較大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
參見圖2和3，在本實用新型的一種具體實施方案中，所述發(fā)電機(jī)10為外轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)，所述定子1還包括一固定軸15，所述鐵芯安裝架13固定于所述固定軸15上；所述磁極固定架22由機(jī)殼221和安裝于機(jī)殼221兩端的端蓋222組成，所述永磁磁極21固定于所述機(jī)殼221的內(nèi)側(cè)，所述兩端蓋222借助兩滾動軸承4安裝于所述固定軸15上。所述兩端蓋222的中部成形有兩向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣223，所述滾動軸承4設(shè)于所述環(huán)形凸緣223和所述固定軸15之間。所述環(huán)形凸緣223的結(jié)構(gòu)能大大方便所述滾動軸承4的安裝。所述永磁磁極21借助膠粘劑粘固于所述機(jī)殼221的內(nèi)表面，因此安裝方便，降低了生產(chǎn)成本。這種結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)，變速風(fēng)輪(圖中未示)直接或借助另一固定件安裝于所述機(jī)殼221上，從而驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動。
參見圖4和5，在本實用新型的另一種具體實施方案中，所述發(fā)電機(jī)10為內(nèi)轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子2還包括一旋轉(zhuǎn)軸23，所述磁極固定架22固定于所述旋轉(zhuǎn)軸23上；所述鐵芯安裝架13由機(jī)殼131和安裝于所述機(jī)殼131兩端的端蓋132組成，所述電樞鐵芯11固定于所述機(jī)殼131的內(nèi)側(cè)；所述兩端蓋132借助兩滾動軸承4安裝于所述旋轉(zhuǎn)軸23上。所述兩端蓋132的中部成形有兩向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣133，所述滾動軸承4設(shè)于所述環(huán)形凸緣133與所述旋轉(zhuǎn)軸23之間。所述環(huán)形凸緣133的結(jié)構(gòu)能大大方便所述滾動軸承4的安裝。所述永磁磁極21借助膠粘劑粘固于所述磁極固定架22的外周，因此安裝方便，降低了生產(chǎn)成本。這種結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)，變速風(fēng)輪(圖中未示)直接或借助另一固定件安裝于所述旋轉(zhuǎn)軸23上，從而驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動。
本實用新型具體的設(shè)計思路及實現(xiàn)原理如下設(shè)永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)速變化范圍為最小工作轉(zhuǎn)速n0至最大工作轉(zhuǎn)速ne的變速風(fēng)輪驅(qū)動，發(fā)出電壓為Ue的直流電經(jīng)逆變器變頻輸向電網(wǎng)。當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速n變化時，電勢E＝ke·n、電樞繞組漏電抗X＝f(n)都正比于n變化，輸出電流也會隨著n的增加而增加；當(dāng)電樞電阻R足夠小(在計算內(nèi)阻壓降時可以略去電阻值)，如果能使電樞繞組漏電抗壓降X·I與電勢E＝ke·n等量、同步變化，即可利用電抗壓降穩(wěn)壓，實現(xiàn)恒壓輸出。
為實現(xiàn)上述目標(biāo)，由最小工作轉(zhuǎn)速n0、最大工作轉(zhuǎn)速ne、額定電壓Ue、額定電流Ie等給定條件確定電勢系數(shù)ke=Ueno,X=nne·ne-n0n0·UeIe,]]>電磁設(shè)計時使電樞電阻標(biāo)幺值R*＝0.02～0.04，電樞電勢E=Uen0·n]]>輸出電流I=E-UeX,]]>即I=n-n0ne-n0·nen·Ie,]]>則發(fā)電機(jī)輸出電壓U＝f(n)＝E-X·I，代入相關(guān)參數(shù)后即得U＝f(n)＝Ue，實現(xiàn)了利用電抗壓降穩(wěn)壓，達(dá)到恒壓輸出的目的。由此可見，本實用新型利用電抗壓降達(dá)到了自動穩(wěn)壓的目的，實現(xiàn)了恒壓輸出。例如按照本實用新型提供的一永磁直流發(fā)電機(jī)，其額定功率為1500kW，額定電壓1000V，起始工作轉(zhuǎn)速n0＝8.8rpm，最高工作轉(zhuǎn)速ne＝22rpm。電樞繞組為六相交流繞組，整流器為六相全波整流器，機(jī)殼外徑為4.8m，定子電樞鐵芯的外徑為4.5m，電機(jī)極數(shù)為2p＝96極，鐵芯長度l＝750mm，電樞容置槽的深、寬之比為h∶b＝11.7∶1，電勢系數(shù)ke＝113.64v/rpm，在最高工作轉(zhuǎn)速時繞組漏抗標(biāo)幺值X*＝1.5。該發(fā)電機(jī)能很好地實現(xiàn)恒壓輸出。
上述優(yōu)選實施例僅供說明本實用新型之用，而并非對本實用新型的限制。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)指引下，還可做出各種變形和變換，因此所有等同技術(shù)方案皆屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由變速風(fēng)輪驅(qū)動，發(fā)出的恒壓直流電經(jīng)逆變器(20)變頻后輸向電網(wǎng)(30)，所述發(fā)電機(jī)(10)包括一定子(1)，包括電樞鐵芯(11)、安裝于所述電樞鐵芯(11)內(nèi)的繞組(12)及用于安裝所述電樞鐵芯(11)的鐵芯安裝架(13)；一轉(zhuǎn)子(2)，可轉(zhuǎn)動地安裝于所述定子(1)上，由所述變速風(fēng)輪驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其包括永磁磁極(21)和用于安裝所述永磁磁極(21)的磁極固定架(22)；一多相全波整流器(3)，接所述繞組(12)的輸出端，其將電流整流后再輸出至所述逆變器(20)；其特征在于所述電樞鐵心(11)上成形有多道容置槽(111)，所述繞組(12)安裝于所述容置槽(111)內(nèi)，所述容置槽(111)的深度與寬度之比大于6∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述容置槽(111)內(nèi)安裝的槽楔(14)為導(dǎo)磁體，其將所述繞組(12)封閉于所述容置槽(111)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述容置槽(111)的深度與寬度之比大于8∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述容置槽(111)的深度與寬度之比為10∶1至16∶1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)為外轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)，所述定子(1)還包括一固定軸(15)，所述鐵芯安裝架(13)固定于所述固定軸(15)上；所述磁極固定架(22)由機(jī)殼(221)和安裝于機(jī)殼(221)兩端的端蓋(222)組成，所述永磁磁極(21)固定于所述機(jī)殼(221)的內(nèi)側(cè)，所述兩端蓋(222)借助兩滾動軸承(4)安裝于所述固定軸(15)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述兩端蓋(222)的中部成形有兩向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣(223)，所述滾動軸承(4)設(shè)于所述環(huán)形凸緣(223)和所述固定軸(15)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述永磁磁極(21)借助膠粘劑粘固于所述機(jī)殼(221)的內(nèi)表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)(10)為內(nèi)轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子(2)還包括一旋轉(zhuǎn)軸(23)，所述磁極固定架(22)固定于所述旋轉(zhuǎn)軸(23)上；所述鐵芯安裝架(13)由機(jī)殼(131)和安裝于所述機(jī)殼(131)兩端的端蓋(132)組成，所述電樞鐵芯(11)固定于所述機(jī)殼(131)的內(nèi)側(cè)；所述兩端蓋(132)借助兩滾動軸承(4)安裝于所述旋轉(zhuǎn)軸(23)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述兩端蓋(132)的中部成形有兩向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣(133)，所述滾動軸承(4)設(shè)于所述環(huán)形凸緣(133)與所述旋轉(zhuǎn)軸(23)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述永磁磁極(21)借助膠粘劑粘固于所述磁極固定架(22)的外周。
專利摘要一種改進(jìn)的永磁直流無刷變速恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由變速風(fēng)輪驅(qū)動，發(fā)出的恒壓直流電經(jīng)逆變器變頻后輸向電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)包括一定子，包括電樞鐵芯、安裝于電樞鐵芯內(nèi)的繞組及用于安裝電樞鐵芯的鐵芯安裝架；一轉(zhuǎn)子，可轉(zhuǎn)動地安裝于定子上，由變速風(fēng)輪驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其包括永磁磁極和用于安裝永磁磁極的磁極固定架；一多相全波整流器，接繞組的輸出端，其將電流整流后再輸出至逆變器；電樞鐵心上成形有多道容置槽，繞組安裝于容置槽內(nèi)，容置槽的深度與寬度之比大于6∶1。該發(fā)電機(jī)無需增加任何附加設(shè)備或控制電路即能實現(xiàn)恒壓輸出，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，轉(zhuǎn)換效率高，諧波分量小，尤其適用于大型變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
文檔編號H02K3/487GK2850124SQ200620004649
公開日2006年12月20日 申請日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月25日
發(fā)明者劉長安, 張繼鵬, 劉慧博 申請人:包頭長安永磁電機(jī)研發(fā)有限公司