專利名稱：一種永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是一種潔凈的可再生能源。大力發(fā)展包括風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)的可再生能源發(fā)電技術(shù)是解決全球能源和資源緊張的最佳選擇。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般采用同步或感應(yīng)發(fā)電機(jī)， 并網(wǎng)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求發(fā)電機(jī)輸出頻率與電網(wǎng)頻率一致，由于傳統(tǒng)的同步或感應(yīng)發(fā)電機(jī)不能變速恒頻運(yùn)行，風(fēng)能的利用率比較低。因而能克服上述缺點(diǎn)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)近年來發(fā)展迅速。國際上對(duì)變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究比較充分并已有機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行，但這種發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯由于存在主繞組和勵(lì)磁繞組，同容量電機(jī)的體積較大，效率也較低；發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)受體積限制不能過多，風(fēng)機(jī)與發(fā)電機(jī)之間必須要用增速裝置，增加了機(jī)組的機(jī)械損耗，噪音污染以及維護(hù)工作量。
為此，國內(nèi)外對(duì)能實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行的永磁發(fā)電機(jī)開展了較多研究，采用高性能稀土永磁材料的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)方式、保護(hù)以及風(fēng)一電能量轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式等方面均有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，永磁發(fā)電機(jī)是很適合于大中型風(fēng)電機(jī)組的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，但是目前存在著發(fā)電機(jī)本身體積和重量龐大、需要使用全功率的功率變換器、成本高等缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種效率高、功率密度高且能使發(fā)電系統(tǒng)降低成本和提高運(yùn)行可靠性的新型發(fā)電機(jī)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采用的技術(shù)方案是
一種永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子、內(nèi)轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸，所述定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的外周和內(nèi)周；所述轉(zhuǎn)子的兩端設(shè)有轉(zhuǎn)子端蓋，該轉(zhuǎn)子通過其兩端的轉(zhuǎn)子端蓋與所述轉(zhuǎn)軸連接，所述轉(zhuǎn)軸上固定有內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承，該內(nèi)轉(zhuǎn)子通過所述內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承與轉(zhuǎn)軸連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子同軸并可自由旋轉(zhuǎn)；所述定子和轉(zhuǎn)子上分別設(shè)置定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子為裝有永磁體的永磁式轉(zhuǎn)子，該永磁體所產(chǎn)生的永磁磁鏈分別通過內(nèi)外氣隙匝鏈定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。
根據(jù)本發(fā)明所述永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)方面所述轉(zhuǎn)子繞組通入的電流頻率需隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變化而變化，且所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的角頻率與所述內(nèi)轉(zhuǎn)子電流頻率之和等于電網(wǎng)頻率，或者，所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的角頻率與所述內(nèi)轉(zhuǎn)子電流頻率之差等于電網(wǎng)頻率。
根據(jù)本發(fā)明所述的永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)方面所述轉(zhuǎn)子繞組為三相繞組且通過電刷和滑環(huán)與PWM變換器連接。
根據(jù)本發(fā)明所述的永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)方面所述PWM變換器的功率為發(fā)電機(jī)容量的一部分并與發(fā)電機(jī)變速運(yùn)行范圍有關(guān)，該功率為下列兩個(gè)功率中的較大值PWM變換器功率=發(fā)電機(jī)容量X (額定速度一最低運(yùn)行速度)+額定速度；PWM變換器功率=發(fā)電機(jī)容量X (最高運(yùn)行速度一額定速度)+額定速度。3
根據(jù)本發(fā)明所述的永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)方面所述定子繞組為三相繞組且與電網(wǎng)連接。
本發(fā)明所述的永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有的優(yōu)點(diǎn)包括內(nèi)轉(zhuǎn)子上永磁體提供了發(fā)電機(jī)的主勵(lì)磁，提高了發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)和效率，同時(shí)可通過該磁路設(shè)計(jì)來獲得更高的發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子間氣隙磁密，從而大幅增加永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率密度，提高鐵心和銅導(dǎo)體材料的利用率；由于定子和轉(zhuǎn)子繞組的磁路徑上包含了磁阻很大的永磁體，使定子繞組電抗、轉(zhuǎn)子繞組電抗和定子轉(zhuǎn)子繞組間的互感都大大降低，減少了故障發(fā)生期間的暫態(tài)過電流沖擊，提高了發(fā)電機(jī)定子繞組直接并網(wǎng)運(yùn)行的抗低電壓故障性能；本發(fā)明的發(fā)電機(jī)采用雙饋發(fā)電運(yùn)行模式，轉(zhuǎn)子繞組僅輸入等于部分發(fā)電機(jī)容量的控制功率，降低了 PWM 變換器的成本和制造難度，如果采用相同容量的PWM變換器，永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以獲得數(shù)倍于永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明以上各方面中的特征可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)自由組合，而并不受其順序的限制——只要組合后的技術(shù)方案落在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神內(nèi)。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)作進(jìn)一步說明，附圖中
圖I是本發(fā)明永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的橫向截面圖2是本發(fā)明永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的縱向剖視圖3是本發(fā)明永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)示意圖。
其中各附圖標(biāo)記為定子I、轉(zhuǎn)子2、內(nèi)轉(zhuǎn)子3、轉(zhuǎn)子端蓋4、內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承5、轉(zhuǎn)軸6、永磁體7、定子繞組8、轉(zhuǎn)子繞組9、滑環(huán)10、電刷11、定子軸承12、風(fēng)力機(jī)13、PWM變換器14、 永磁磁鏈20。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀本發(fā)明之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)的權(quán)利要求所限定的范圍。
結(jié)合圖I至圖3描述本發(fā)明永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。從該發(fā)電機(jī)的橫向截面圖、縱向剖面圖和并網(wǎng)示意圖中可以看出發(fā)電機(jī)主要由三部分組成定子I、外轉(zhuǎn)子2 和內(nèi)轉(zhuǎn)子3,其中內(nèi)轉(zhuǎn)子3上裝有永磁體7。轉(zhuǎn)子2通過其兩端的轉(zhuǎn)子端蓋4固定于在轉(zhuǎn)軸 6上并可與之一起旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子2上設(shè)置三相對(duì)稱的轉(zhuǎn)子繞組9，經(jīng)滑環(huán)10和電刷11連接到 PWM變換器14 ;定子I上也設(shè)置三相對(duì)稱的定子繞組8，與電網(wǎng)連接；內(nèi)轉(zhuǎn)子3上永磁體所產(chǎn)生的永磁磁鏈20分別通過內(nèi)外氣隙匝鏈定子繞組8和轉(zhuǎn)子繞組9。風(fēng)力機(jī)把風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，通過轉(zhuǎn)軸6傳遞給固定在轉(zhuǎn)軸6上的轉(zhuǎn)子2，內(nèi)轉(zhuǎn)子經(jīng)軸承5安裝在轉(zhuǎn)軸6上，在內(nèi)轉(zhuǎn)子的外表面貼裝平行充磁的永磁體。通過PWM變換器14控制轉(zhuǎn)子繞組的電流，使得該電流在定子氣隙產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子機(jī)械轉(zhuǎn)速相疊加后的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)保持恒定，實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。
本發(fā)明的永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)本質(zhì)上是在傳統(tǒng)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部增加一個(gè)與繞線轉(zhuǎn)子同心布置的永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子，該永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子可為定子氣隙提供強(qiáng)勵(lì)磁，從而提高功率因數(shù)和功率密度。該發(fā)電機(jī)的工作原理如下風(fēng)力機(jī)把風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，通過轉(zhuǎn)軸傳遞 給轉(zhuǎn)子，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子繞組電流將在轉(zhuǎn)子中將會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為ω’的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子機(jī)械轉(zhuǎn)速相疊加，形成了一個(gè)轉(zhuǎn)速為的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),欲讓內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于同步速，只需通過PWM變換器調(diào)整內(nèi)轉(zhuǎn)子電流，使得COg=G^土 ω’;若內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于恒定的同步速，則內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)在定子繞組上感應(yīng)出與電網(wǎng)頻率相等的反電勢(shì)，并入電網(wǎng)后發(fā)電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。
權(quán)利要求
1.一種永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于該風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括定子(I)、轉(zhuǎn)子(2)、內(nèi)轉(zhuǎn)子(3 )和轉(zhuǎn)軸(6 )，所述定子(I)和內(nèi)轉(zhuǎn)子(3 )分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(2 )的外周和內(nèi)周；所述轉(zhuǎn)子(2)的兩端設(shè)有轉(zhuǎn)子端蓋(4)，該轉(zhuǎn)子(2)通過其兩端的轉(zhuǎn)子端蓋(4)與所述轉(zhuǎn)軸(6)連接，所述轉(zhuǎn)軸(6)上固定有內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承(5)，該內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)通過所述內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承(5)與轉(zhuǎn)軸(6)連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)與轉(zhuǎn)子(2)同軸并可自由旋轉(zhuǎn)；所述定子(I)和轉(zhuǎn)子(2)上分別設(shè)置定子繞組(8)和轉(zhuǎn)子繞組(9)，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)為裝有永磁體(7)的永磁式轉(zhuǎn)子，該永磁體(7)所產(chǎn)生的永磁磁鏈分別通過內(nèi)外氣隙匝鏈定子繞組(8)和轉(zhuǎn)子繞組(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子繞組(9)通入的電流頻率需隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變化而變化，且所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的角頻率與所述內(nèi)轉(zhuǎn)子電流頻率之和等于電網(wǎng)頻率，或者，所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的角頻率與所述內(nèi)轉(zhuǎn)子電流頻率之差等于電網(wǎng)頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子繞組(9)為三相繞組且通過電刷(11)和滑環(huán)(10)與PWM變換器(14)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述PWM變換器(14)的功率為發(fā)電機(jī)容量的一部分并與發(fā)電機(jī)變速運(yùn)行范圍有關(guān)，該功率為下列兩個(gè)功率中的較大值=PWM變換器功率=發(fā)電機(jī)容量X (額定速度一最低運(yùn)行速度)+額定速度；PWM變換器功率=發(fā)電機(jī)容量X (最高運(yùn)行速度一額定速度)+額定速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述定子繞組(8)為三相繞組且與電網(wǎng)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它包括定子(1)、轉(zhuǎn)子(2)、內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)和轉(zhuǎn)軸(6)，所述定子(1)和內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(2)的外周和內(nèi)周；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)與轉(zhuǎn)子(2)同軸并可自由旋轉(zhuǎn)；所述定子(1)和轉(zhuǎn)子(2)上分別設(shè)置定子繞組(8)和轉(zhuǎn)子繞組(9)，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子(3)為裝有永磁體(7)的永磁式轉(zhuǎn)子，該永磁體(7)所產(chǎn)生的永磁磁鏈分別通過內(nèi)外氣隙匝鏈定子繞組(8)和轉(zhuǎn)子繞組(9)。本發(fā)明的永磁勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠提高發(fā)電機(jī)的功率密度、有利于發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和降低風(fēng)電系統(tǒng)的成本。
文檔編號(hào)H02K11/00GK102983695SQ201210500100
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者張建忠, 程明 申請(qǐng)人:東南大學(xué)