[发明专利]一种结合磁悬浮的可控磁场调制轴向磁通发电机

说明书

本发明公开了一种结合磁悬浮的可控磁场调制轴向磁通发电机，属于海上漂浮式垂直轴风力发电技术领域，通过采用双定子结构，由上定子、下定子、转子、永磁悬浮和电磁悬浮组成。其中转子为调制齿、实现磁场调制，并降低减少转子质量以悬浮控制惯量和转动惯量。上定子为发电机电枢绕组和铁芯，下定子为永磁和励磁结合，磁场通过上下定子并穿过转子形成磁路，气隙和转子磁阻基本不发生变化，以实现悬浮控制调节对发电机无影响。混合励磁可实现在海上风电系统完全处于黑启动状态时，下定子的永磁可在风力驱动下经磁场调制后对上定子电枢励磁，待逐渐聚集电能后，再施加电励磁、实现功率输出，电磁悬浮可实现随风速变化和电机调制运行时的动态悬浮控制。

技术领域

本发明属于海上漂浮式垂直轴风力发电技术领域，具体涉及一种结合磁悬浮的可控磁场调制轴向磁通发电机。

背景技术

随着深海水域风力发电的开拓，浮式风电将成为一个非常具有竞争力的海上解决方案，即采用漂浮平台(或称浮式基础)将风电机组安置于深海区域。

在对于漂浮式海上风力发电机，垂直轴风力发电机可转换360°方位中任何方向风能为电能，无需迎风调节系统，不存在对风损失。漂浮式海上垂直轴风电系统比较适合采用轴向磁通发电机。与径向磁通电机相比，轴向磁通电机扁平结构缩短了电机的轴向长度，同时具有绕组设计方便、冷却简单、可进行模块化结构设计的特点。

垂直轴风力发电的优势-风机直驱，造成电机运行速度低，从而使得垂直轴风力发电系统功率提高困难。采用大功率永磁同步发电机直接耦合，造成风机本身就存在的启动困难变得更加严重。对于浮式风电，在海洋中经常会遇到天气变化造成的随波浪等外力形成的水中摆动，也会造成转子偏置。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种结合磁悬浮的可控磁场调制轴向磁通发电机，

减少悬浮控制和浮体波动形成转子偏置对电机的影响。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种结合磁悬浮的可控磁场调制轴向磁通发电机，包括可控磁场调制轴向磁通电机、永磁斥力悬浮机构和电励磁悬浮机构；所述的可控磁场调制轴向磁通电机包括电机上定子、定子背铁、电机下定子、下定子背铁、电机转子和悬浮转子，永磁斥力悬浮机构包括上端斥浮结构上部磁体环、上端斥浮结构下部磁体环、下端斥浮结构上部磁体环、下端斥浮结构下部磁体环、下端斥浮结构背铁和上端斥浮结构背铁；所述的电励磁悬浮机构包括电励磁上部悬浮绕组、电励磁下部悬浮绕组和电励磁上部悬浮定子铁芯、电励磁下部悬浮定子铁芯；所述的电机转子和悬浮转子共同组成了电机转子部分，电机转子为扇形转子调制齿组成的圆环，且该圆环覆盖电机上定子和电机下定子，悬浮转子为导磁铁组成的圆环，圆环覆盖电励磁上部悬浮绕组和电励磁下部悬浮绕组。

进一步地，所述的电机上定子包括电机下定子齿、下定子励磁绕组和下定子轭。

进一步地，所述的电机转子由若干个扇形转子调制齿组成；每个转子所对应的调制齿数为P_r，上定子电枢的沿圆周方向极对数为P_s以及下定子沿圆周方向磁极数P_n满足：P_r＝P_n±P_s。

进一步地，所述的上端斥浮结构上部磁体环、上端斥浮结构下部磁体环、下端斥浮结构上部磁体环、下端斥浮结构下部磁体环均为四个环形磁体组成，磁体沿轴向充磁；四个环形磁体中内外两个环磁体充磁方向相反，上下两个环磁体充磁方向相反。

进一步地，所述的上端斥浮结构上部磁体环和下端斥浮结构下部磁体环与中心轴连接，并与中心轴同步旋转，上端斥浮结构下部磁体环、下端斥浮结构上部磁体环分别安装于上定子背铁和下定子背铁上。