[发明专利]一种内置式双定子开关磁阻风力发电机及其机组系统

说明书

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种内置式双定子开关磁阻风力发电机及其机组系统。

背景技术随着风电产业的不断发展，风电技术的升级、换代，主要表现为：提高单机容量、发展新技术改善风电机组性能、提高风能利用率、降低风电成本、提高风电机组安全性和系统可靠性等，风电场运行控制、预测调度技术不断完善。利用海上风能资源，发展海上风电场建设技术、研制大型海上风电机组成为技术发展重点。

开关磁阻发电机应用于风电系统，是开关磁阻电机在新能源领域应用的一重大突破。开关磁阻发电机结构简单，转子上无刷、无绕组、无永久磁体。其运行时相当于一个电流源，这样在一定转速范围内，输出端电压不会随转速的变化而变化，开关磁阻发电机可以提高风能的利用效率。因此，开关磁阻发电机可以在风力直接驱动下实现较高的发电效率，从而省去了齿轮箱，使整个发电系统结构更加简洁、可靠，正是风力发电系统的发展趋势。电机运行过程中，开关磁阻发电机可控参数多，如开通角、关断角等，可方便的实现比较复杂的控制策略，灵活的控制输出直流电压和电流。从风力发电的特点考虑，风力发电系统要将不断变化的风能转换为频率、电压恒定的交流电或电压恒定的直流电，而且要高效率的实现上述能量转换，以降低成本，开关磁阻电机风力发电系统在风力发电方面非常有应用前景。

随着电机功率的增大，开关磁阻电机与永磁电机相比，还存在着系统的效率和材料的有效利用率低、振动与噪声大，功率因数较低等问题，在一定程度上影响了其在直驱风力发电领域的使用推广。

由此可见，传统的发电机在结构和使用过程中，存在明显的不足和缺陷，亟待进一步改进，如何创设一种提高电机功率密度及有效材料利用率，提高电机的功率因数，降低电机的重量与成本，降低电机振动与噪声的内置式双定子开关磁阻风力发电机及其机组系统，实属当前重要的研发课题之一。

发明内容本发明的目的是提供一种内置式双定子开关磁阻风力发电机及其机组系统，使其提高电机功率密度及有效材料利用率，提高电机的功率因数，降低电机的重量与成本，降低电机振动与噪声，从而克服现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种内置式双定子开关磁阻风力发电机，包括轮毂、外定子、内定子、前轴承、后轴承、空心固定轴和外定子定心轴承，其中：轮毂通过前、后轴承可转动的安装在空心固定轴上，并与转子以及外定子定心轴承的转动体固定连接；外定子的外壳与外定子定心轴承的静止体固定连接，并固定安装在空心固定轴上。

作为本发明的进一步改进，所述的轮毂包括轮毂前半和轮毂后半，所述的转子以及外定子定心轴承的转动体均与轮毂前半固定连接。

所述轮毂前半和轮毂后半为垂直中分面对分而成，轮毂前半和轮毂后半之间通过止口和螺栓固定连接。

所述的外定子定心轴承的静止体和转动体之间设有滚柱。

所述开关磁阻风力发电机还包括转子定心轴承。

所述的空心固定轴上设置有凸起刹车盘，所述凸起刹车盘上安装有制动装置或锁紧装置。

所述内定子包括内定子铁芯和内定子绕组；所述外定子包括外定子铁芯和外定子绕组；所述内、外定子铁芯为凸极结构；所述内、外定子绕组为整距绕组；所述内、外定子设置在同一槽内，仅有一相绕组。

所述转子包括铸铝结构，以及设置在铸铝结构两侧的外转子磁极与内转子磁极。

此外，本发明还提供一种风力发电机组系统，包括上述的内置式双定子开关磁阻风力发电机、功率变换器、控制系统、逆变器和负载，其中：所述的风力发电机与功率变换器连接，功率变换器分别与控制系统、逆变器和负载连接。

作为本发明的进一步改进，所述的控制系统包括驱动电路、过压过流保护电路、电压电流检测电路、转子位置检测电路和单片机。

采用以上设计后，本发明与现有技术比较有以下有益效果：

1、本发明开关磁阻风力发电机，与传统结构开关磁阻发电机相比，使电机单位体积的输出功率增大，极大地提高了电机功率密度及有效材料利用率，提高了电机的功率因数，降低了电机的重量与成本，降低了电机的振动与噪声，很大程度上克服了开关磁阻电机在直驱风力发电领域应用的瓶颈；

2、本发明开关磁阻发电机的直径和体积比同容量单定子发电机要小，故可将其置于轮毂内部，这样把电机和轮毂合二为一，进一步减小开关磁阻风力发电机的重量和成本；

3、本发明风力发电机机组采用了固定轴来承受和传递叶轮的载荷，不必使用承受轮毂载荷的尺寸大、重量重的机舱壳体，可采用轻型玻璃钢结构机舱罩，从而大幅减小了整机重量；