專利名稱：一種內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機及其機組系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機及其機組系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，風(fēng)電技術(shù)的升級、換代，主要表現(xiàn)為:提高單機容量、發(fā)展新技術(shù)改善風(fēng)電機組性能、提高風(fēng)能利用率、降低風(fēng)電成本、提高風(fēng)電機組安全性和系統(tǒng)可靠性等，風(fēng)電場運行控制、預(yù)測調(diào)度技術(shù)不斷完善。利用海上風(fēng)能資源，發(fā)展海上風(fēng)電場建設(shè)技術(shù)、研制大型海上風(fēng)電機組成為技術(shù)發(fā)展重點。開關(guān)磁阻發(fā)電機應(yīng)用于風(fēng)電系統(tǒng)，是開關(guān)磁阻電機在新能源領(lǐng)域應(yīng)用的一重大突破。開關(guān)磁阻發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子上無刷、無繞組、無永久磁體。其運行時相當(dāng)于一個電流源，這樣在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，輸出端電壓不會隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，開關(guān)磁阻發(fā)電機可以提高風(fēng)能的利用效率。因此，開關(guān)磁阻發(fā)電機可以在風(fēng)力直接驅(qū)動下實現(xiàn)較高的發(fā)電效率，從而省去了齒輪箱，使整個發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡潔、可靠，正是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。電機運行過程中，開關(guān)磁阻發(fā)電機可控參數(shù)多，如開通角、關(guān)斷角等，可方便的實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制策略，靈活的控制輸出直流電壓和電流。從風(fēng)力發(fā)電的特點考慮,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)要將不斷變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)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(xiàn)上述能量轉(zhuǎn)換，以降低成本，開關(guān)磁阻電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電方面非常有應(yīng)用前
旦
-5^ O隨著電機功率的增大，開關(guān)磁`阻電機與永磁電機相比，還存在著系統(tǒng)的效率和材料的有效利用率低、振動與噪聲大，功率因數(shù)較低等問題，在一定程度上影響了其在直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的使用推廣。由此可見，傳統(tǒng)的發(fā)電機在結(jié)構(gòu)和使用過程中，存在明顯的不足和缺陷，亟待進(jìn)一步改進(jìn)，如何創(chuàng)設(shè)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(shù)，降低電機的重量與成本，降低電機振動與噪聲的內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機及其機組系統(tǒng)，實屬當(dāng)前重要的研發(fā)課題之一。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機及其機組系統(tǒng)，使其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(shù)，降低電機的重量與成本，降低電機振動與噪聲，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型一種內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，包括輪轂、外定子、內(nèi)定子、前軸承、后軸承、空心固定軸和外定子定心軸承，其中:輪轂通過前、后軸承可轉(zhuǎn)動的安裝在空心固定軸上，并與轉(zhuǎn)子以及外定子定心軸承的轉(zhuǎn)動體固定連接；外定子的外殼與外定子定心軸承的靜止體固定連接，并固定安裝在空心固定軸上。作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的輪轂包括輪轂前半和輪轂后半，所述的轉(zhuǎn)子以及外定子定心軸承的轉(zhuǎn)動體均與輪轂前半固定連接。所述輪轂前半和輪轂后半為垂直中分面對分而成，輪轂前半和輪轂后半之間通過止口和螺栓固定連接。所述的外定子定心軸承的靜止體和轉(zhuǎn)動體之間設(shè)有滾柱。所述開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機還包括轉(zhuǎn)子定心軸承。所述的空心固定軸上設(shè)置有凸起剎車盤，所述凸起剎車盤上安裝有制動裝置或鎖緊裝置。所述內(nèi)定子包括內(nèi)定子鐵芯和內(nèi)定子繞組；所述外定子包括外定子鐵芯和外定子繞組；所述內(nèi)、外定子鐵芯為凸極結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)、外定子繞組為整距繞組；所述內(nèi)、外定子設(shè)置在同一槽內(nèi)，僅有一相繞組。所述轉(zhuǎn)子包括鑄鋁結(jié)構(gòu)，以及設(shè)置在鑄鋁結(jié)構(gòu)兩側(cè)的外轉(zhuǎn)子磁極與內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極。此外，本實用新型還提供一種風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)，包括上述的內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機、功率變換器、控制系統(tǒng)、逆變器和負(fù)載,其中:所述的風(fēng)力發(fā)電機與功率變換器連接，功率變換器分別與控制系統(tǒng)、逆變器和負(fù)載連接。作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的控制系統(tǒng)包括驅(qū)動電路、過壓過流保護(hù)電路、電壓電流檢測電路、轉(zhuǎn)子位置檢測電路和單片機。采用以上設(shè)計后，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較有以下有益效果:1、本實用新型開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻發(fā)電機相比，使電機單位體積的輸出功率增大，極大地提高了電機功率密度及有效材料利用率，提高了電機的功率因數(shù)，降低了電機的重量與成本，降低了電機的振動與噪聲，很大程度上克服了開關(guān)磁阻電機在直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸；2、本實用新型開關(guān)磁阻發(fā)電機的直徑和體積比同容量單定子發(fā)電機要小，故可將其置于輪轂內(nèi)部，這樣把電機和輪轂合二為一，進(jìn)一步減小開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機的重量和成本；3、本實用新型風(fēng)力發(fā)電機機組采用了固定軸來承受和傳遞葉輪的載荷，不必使用承受輪轂載荷的尺寸大、重量重的機艙殼體，可采用輕型玻璃鋼結(jié)構(gòu)機艙罩，從而大幅減小了整機重量；4、本實用新型的結(jié)構(gòu)方案未采用重型鍛造主軸，而是采用了空心固定軸來承受和傳遞輪轂的載荷，這樣大幅減小了主軸的重量和成本；5、本實用新型在發(fā)電機轉(zhuǎn)子后端加設(shè)了一個常規(guī)深溝球軸承，該軸承可以保證發(fā)電機在任何運行狀態(tài)下轉(zhuǎn)子與定子的同心。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

上述僅是本實用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型，
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是本實用新型內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2是本實用新型外定子定心軸承安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型轉(zhuǎn)子定心軸承安裝結(jié)構(gòu)示意圖。[0028]圖4是本實用新型定子、轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實用新型風(fēng)電機組系統(tǒng)組成示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1所示，本實用新型開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，包括輪轂、前軸承6、外定子定心軸承7、外定子、轉(zhuǎn)子14、內(nèi)定子、后軸承23和空心固定軸27。其中，輪轂通過前、后軸承
6、23可轉(zhuǎn)動的安裝在空心固定軸27上，并與轉(zhuǎn)子14以及外定子定心軸承7的轉(zhuǎn)動體固定連接。外定子通過其外殼與外定子定心軸承7的靜止體固定連接，并固定在空心固定軸27上。較佳的，本實用新型的輪轂包括輪轂前半9和輪轂后半18，所述的轉(zhuǎn)子14以及外定子定心軸承7的轉(zhuǎn)動體均與輪轂前半9固定連接。并可設(shè)置轉(zhuǎn)子定心軸承17。進(jìn)一步來說，外定子包括外定子鐵芯12和外定子繞組13，內(nèi)定子包括內(nèi)定子鐵芯15和內(nèi)定子繞組16。本實用新型發(fā)電機還包括前機艙罩1、滑環(huán)2、碳刷裝配3、前軸承鎖緊螺母4、前軸承端蓋5、定子支架8、變漿軸承10、葉片11、后軸承鎖緊螺母19、制動裝置21、鎖定裝置26、后機艙罩29、后軸承前端蓋20、后軸承后端蓋24、軸套25、機架28以及后軸承絕緣22。開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機置于風(fēng)電機輪轂的內(nèi)部，輪轂采用垂直中分面對分結(jié)構(gòu)，兩半間用止口和螺栓固定連接，方便發(fā)電機的安裝。輪轂通過前軸承6、后軸承23支撐在空心固定軸27上。發(fā)電機轉(zhuǎn)子一端固定連接輪轂前半，葉片11與輪轂連接。進(jìn)一步的，請參閱圖2所示，本實用新型外定子定心軸承安裝結(jié)構(gòu)，外定子定心軸承7包括靜止體安裝螺釘73，靜止體74，轉(zhuǎn)動體安裝螺釘75，轉(zhuǎn)動體76，滾柱77。靜止體74通過滾柱與轉(zhuǎn)動體76連接，靜止體74與外定子外殼71固定連接，轉(zhuǎn)動體76與輪轂前半9固定連接。靜止體74和轉(zhuǎn)動體76分別與外定子外殼71和輪轂前半9間加工有止口，用以保證該電機定子端部與主軸前軸承的同心。進(jìn)一步的，請參閱圖3所示，轉(zhuǎn)子定心軸承安裝放大結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子定心軸承17包括轉(zhuǎn)動體173、轉(zhuǎn)動體安裝螺釘174、滾柱176、靜止體177和靜止體安裝螺釘178。轉(zhuǎn)動體173由安裝螺釘174經(jīng)止口與轉(zhuǎn)子端部緊固，靜止體177由安裝螺釘178經(jīng)止口緊固在定子支架8上，這樣就可保證轉(zhuǎn)子端部始終與發(fā)電機定子同心。轉(zhuǎn)子和定子在運行期間由于應(yīng)力狀態(tài)的改變而變形，這種變形會影響發(fā)電機氣隙的均勻和穩(wěn)定。為此，在設(shè)計中加入了外定子定心軸承7和轉(zhuǎn)子定心軸承17，用以保證機組在整個使用壽命期間發(fā)電機的氣隙穩(wěn)定不變。前機艙罩I設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機組的前端，滑環(huán)2安裝在空心固定軸27的前端面，碳刷裝配3安裝于前軸承端蓋5與空心固定軸27上。前軸承端蓋5安裝于前軸承6兩側(cè)，前軸承6安裝于空心固定軸27外圈與輪轂前半9之間,前軸承端蓋5安裝于軸套25的外圈。后軸承前端蓋20與后軸承后端蓋24安裝于后軸承23兩側(cè),后軸承23安裝于空心固定軸27與輪轂后半18之間；后軸承前端蓋20與后軸承后端蓋24安裝于軸套25的外圈。前軸承鎖緊螺母4安裝在前軸承端蓋5的前端，后軸承鎖緊螺母18設(shè)置于后軸承前端蓋20的前端。[0041]此外，制動裝置21安裝于空心固定軸27的凸起剎車盤上；鎖緊裝置26安裝于空心固定軸27的凸起剎車盤上及機架28上；后機艙罩29安裝于整個風(fēng)力電機組的后端。請參閱圖4所示，本實用新型開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機的定子、轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)，包括外定子鐵芯12、外定子繞組13、轉(zhuǎn)子14及內(nèi)定子鐵芯15、內(nèi)定子繞組16。發(fā)電機內(nèi)、外定子鐵芯15、12與定子支架8固定連接，定子支架8通過法蘭和止口與空心固定軸27連接，外定子繞組13設(shè)置于外定子鐵芯12的槽內(nèi)，內(nèi)定子繞組設(shè)置于內(nèi)定子鐵芯15的槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子14位于內(nèi)定子鐵芯15、外定子鐵芯12之間。其中，內(nèi)、外定子鐵芯為凸極結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外定子繞組為整距繞組。內(nèi)、外定子鐵芯設(shè)置在同一槽內(nèi)，僅有一相繞組。圖中“X”、“0”表示電流流進(jìn)方向:“X”表示流進(jìn)紙面，“O”表示流出紙面。進(jìn)一步的，轉(zhuǎn)子14包括外轉(zhuǎn)子磁極141、鑄鋁結(jié)構(gòu)142、內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極143。外轉(zhuǎn)子磁極141與內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極143為導(dǎo)磁性材料,鑄招結(jié)構(gòu)142為非導(dǎo)磁性材料。外定子與轉(zhuǎn)子形成第一氣隙，轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子形成第二氣隙。請參閱圖5所示，本實用新型開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)，包括上述的開關(guān)磁阻發(fā)電機、功率變換器、直流電池、逆變器和負(fù)載、控制系統(tǒng)、輔助電源，其中，控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動電路、過壓過流保護(hù)電路、電壓電流檢測電路、轉(zhuǎn)子位置檢測電路、單片機或DSP最小系統(tǒng)電路等。其中，開關(guān)磁阻發(fā)電機與功率變換器連接，功率變換器與逆變器和負(fù)載之間并聯(lián)有直流電池；直流電池與控制系統(tǒng)連接；控制系統(tǒng)與功率變換器連接；輔助電源與控制系統(tǒng)連接。開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機的鑄鋁轉(zhuǎn)子由輪轂拖動旋轉(zhuǎn)，是風(fēng)能/機械能轉(zhuǎn)換裝置；功率變換器接收控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令，將雙定子開關(guān)磁阻發(fā)電機發(fā)出的直流電輸出給系統(tǒng)的儲能裝置-直流電池；控制系統(tǒng)綜合處理轉(zhuǎn)子位置檢測器、電壓電流檢測器提供的電機轉(zhuǎn)子位置、速度和電流等反饋信息及外部輸入的指令，實現(xiàn)對開關(guān)磁阻發(fā)電機運行狀態(tài)的控制，控制內(nèi)、外定子各相繞組輪流工作，實現(xiàn)機械能到電能的轉(zhuǎn)化。直流電池，是系統(tǒng)的儲能裝置；逆變器和負(fù)載，將雙定子開關(guān)磁阻發(fā)電機發(fā)出的直流電逆變成交流電，直接供給交流負(fù)載；輔助電源，用來給控制系統(tǒng)提供±15V、±5V等多路電源。本實用新型在開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機及其機組系統(tǒng)采用了雙定子、鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，同時在傳動鏈中采用了內(nèi)置式固定軸支撐的技術(shù)方案。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于包括輪轂、外定子、內(nèi)定子、前軸承、后軸承、空心固定軸和外定子定心軸承，其中: 輪轂通過前、后軸承可轉(zhuǎn)動的安裝在空心固定軸上，并與轉(zhuǎn)子以及外定子定心軸承的轉(zhuǎn)動體固定連接； 外定子的外殼與外定子定心軸承的靜止體固定連接，并固定安裝在空心固定軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于: 所述的輪轂包括輪轂前半和輪轂后半，所述的轉(zhuǎn)子以及外定子定心軸承的轉(zhuǎn)動體均與輪轂前半固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于: 所述輪轂前半和輪轂后半為垂直中分面對分而成，輪轂前半和輪轂后半之間通過止口和螺栓固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于: 所述的外定子定心軸承的靜止體和轉(zhuǎn)動體之間設(shè)有滾柱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于: 所述開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機還包括轉(zhuǎn)子定心軸承。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于: 所述的空心固定軸上設(shè)置有凸起剎車盤，所述凸起剎車盤上安裝有制動裝置或鎖緊裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于: 所述內(nèi)定子包括內(nèi)定子鐵芯和內(nèi)定子繞組； 所述外定子包括外定子鐵芯和外定子繞組； 所述內(nèi)、外定子鐵芯為凸極結(jié)構(gòu)； 所述內(nèi)、外定子繞組為整距繞組； 所述內(nèi)、夕卜定子設(shè)置在同一槽內(nèi)，僅有一相繞組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于: 所述轉(zhuǎn)子包括鑄鋁結(jié)構(gòu)，以及設(shè)置在鑄鋁結(jié)構(gòu)兩側(cè)的外轉(zhuǎn)子磁極與內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極。
9.一種風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)，其特征在于包括權(quán)利要求1-8中任一項所述的內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機、功率變換器、控制系統(tǒng)、逆變器和負(fù)載，其中: 所述的風(fēng)力發(fā)電機與功率變換器連接，功率變換器分別與控制系統(tǒng)、逆變器和負(fù)載連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)，其特征在于: 所述的控制系統(tǒng)包括驅(qū)動電路、過壓過流保護(hù)電路、電壓電流檢測電路、轉(zhuǎn)子位置檢測電路和單片機。
專利摘要本實用新型是關(guān)于一種內(nèi)置式雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機及其機組系統(tǒng)，該開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機包括輪轂、外定子、內(nèi)定子、前軸承、后軸承、空心固定軸和外定子定心軸承，其中輪轂通過前、后軸承可轉(zhuǎn)動的安裝在空心固定軸上，并與轉(zhuǎn)子以及外定子定心軸承的轉(zhuǎn)動體固定連接；外定子的外殼與外定子定心軸承的靜止體固定連接，并固定安裝在空心固定軸上。該系統(tǒng)包括開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機、功率變換器、控制系統(tǒng)、逆變器和負(fù)載。本實用新型開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻發(fā)電機相比，使電機單位體積的輸出功率增大，極大地提高了電機功率密度及有效材料利用率，提高了電機的功率因數(shù)，降低了電機的重量與成本，降低了電機的振動與噪聲。
文檔編號H02K7/10GK202997877SQ201220730799
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者肖珊彩, 秦明 申請人:國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司