大型直驱盘式开关磁阻风力发电机及其系统技术方案

本实用新型专利技术公开了大型直驱盘式开关磁阻风力发电机，在轮毂带动的主轴上安装转子铁芯、在盘式外壳内安装带定子绕组的定子铁芯，转子铁芯和定子铁芯之间形成气隙，主要包括四种结构形式：单定子、单转子式，双转子、中间定子式，双定子、中间转子式，多定子、多转子式；本实用新型专利技术还公开了包含上述结构的直驱盘式开关磁阻风力发电机系统；本实用新型专利技术由于采用了结构简单可靠的盘式开关磁阻发电机，大幅降低了兆瓦级及以上直驱开关磁阻风力发电机的重量与成本，提高了开关磁阻风力发电机在风电行业的竞争优势。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及大型直驱开关磁阻风力发电机，特别是涉及一种大型直驱盘式开关磁阻风力发电机及其系统。
技术介绍
随着风电产业的不断发展，风电技术也在不断地升级、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，更加重视风电机组安全性和系统可靠性控制。风电场运行控制、预测调度技术也在不断完善。同时，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。目前功率在兆瓦级及以上的大型风电机组主要以双馈型风力发电机组和直驱全功率变换型风力发电机组为主。双馈型风力发电机组有最好的性价比，但对电网故障的穿越能力和支撑能力较弱。双馈型风力发电机组的传动链必须要有大功率齿轮箱，这对机组的可靠性和可维护性提出了更苛刻的要求。直驱全功率变换型风力发电机组通过变频器并网，对电网故障的穿越能力较强，有一定的支撑电网能力，避免了大功率齿轮箱的维护工作量，可靠性有所提高。但由于其转速很低，随着功率的增大，多极数永磁同步发电机的制造工艺复杂，技术难度大，电机体积大，造价高，同时随着机组容量的不断增大，大功率变频器价格昂贵增加了其使用成本。开关磁阻式风力发电系统是以开关磁阻发电机为机电能量转换核心。开关磁阻发电机为双凸极电机。定子、转子均为凸极齿槽结构，定子上设有集中绕组，转子上既无绕组也无永磁体。开关磁阻发电机没有独立的励磁绕组，与集中嵌放的定子电枢合二为一。定子接驱动器将电能输出到直流侧，然后通过网侧逆变器将能量馈入电网。开关磁阻电机能量密度大，结构简单，可靠性高，没有去磁效应。系统在并网时没有电流冲击，对系统几乎没有影响；可调节无功功率。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，输出端电压不会随着转速的变化而变化，显然，开关磁阻发电机这样的变速发电机可以提高风能的利用效率。由于有上面的特性，加以合理的设计，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，这也正是风力发电系统的发展趋势。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，风力发电系统首先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。以此标准来看，开关磁阻电机风力发电系统在风力发电方面是非常有应用前景的。随着大功率电力电子器件性价比的提高以及控制策略的发展，开关磁阻风力发电系统的优势将会逐渐得以体现。随着电机功率的增大，电机的体积将会越来越大。特别对于低速电机，例如开关磁阻风力发电机，当功率大于兆瓦或数兆瓦以上时，其体积将会变得相当庞大，且重量重，给运输带来极大困难，同时单位体积的输出功率相对变小，增大了发电机及其系统的成本。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种能大幅降低兆瓦级及以上的直驱开关磁阻风力发电机成本且方便运输的直驱盘式开关磁阻风力发电机。实现上述目的的技术方案如下大型直驱盘式开关磁阻风力发电机，包括轮毂、主轴、前法兰、定子铁芯、机壳、定子绕组、转子铁芯、后法兰、机架、前轴承外轴套、前轴承外端盖、前轴承、前轴承内轴套、前轴承内端盖、后轴承内轴套、后轴承内端盖、后轴承、后轴承外端盖、后轴承外轴套及锁紧螺母；所述轮毂与主轴经螺栓紧固在一起；所述前轴承安装在主轴上，前轴承外轴套与前轴承内轴套安装于主轴上并位于前轴承两端，前轴承外端盖套在前轴承外轴套上，前轴承内端盖套在前轴承内轴套上，前法兰位于前轴承外端盖与前轴承内端盖之间，并装配于前轴承上面，经过螺栓与前轴承外端盖、前轴承内端盖紧固在一起；前法兰与机壳经螺栓紧固在一起；所述后轴承安装在主轴上，后轴承外轴套与后轴承内轴套安装于主轴上并位于后轴承两端，后轴承外端盖套在后轴承外轴套上，后轴承内端盖套在后轴承内轴套上，后法兰位于后轴承外端盖与后轴承内端盖之间，并装配于后轴承上面，经过螺栓与后轴承外端盖、后轴承内端盖紧固在一起；后法兰经螺栓与机壳、机架紧固在一起；锁紧螺母安装在主轴之上的后轴承外轴套外侧；所述前法兰、机壳、后法兰共同构成了盘式外壳；所述定子铁芯固定在盘式外壳内，定子绕组固定于定子铁芯的槽内；转子铁芯安装在前轴承内轴套与后轴承内轴套之间的主轴上，且转子铁芯与定子铁芯之间形成气隙。进一步地，所述发电机为单定子、单转子直驱盘式开关磁阻风力发电机，所述定子铁芯固定于前法兰或后法兰上，且所述转子铁芯与主轴之间还安装有转子支架。 进一步地，所述发电机为双转子、中间定子直驱盘式开关磁阻风力发电机，所述定子铁芯固定在机壳上，所述转子铁芯位于定子铁芯两侧，并固定于主轴上。进一步地，所述发电机为双定子、中间转子直驱盘式开关磁阻风力发电机，所述定子铁芯位于转子铁芯两侧，分别固定于前法兰、后法兰上；所述转子铁芯位于定子铁芯中间，且所述转子铁芯与主轴之间还安装有转子支架。进一步地，所述发电机为多定子、多转子直驱开关磁阻风力发电机，所述多个定子铁芯中的两个分别固定于前法兰、后法兰上，其余定子铁芯固定于机壳上，所述各个转子铁芯位于各定子铁芯中间，并固定于主轴上。本技术还提供了一种大型直驱盘式开关磁阻风力发电机系统，包括上述的盘式开关磁阻风力发电机，还包括功率变换器、直流电池、逆变器和负载、控制器及辅助电源； 所述盘式开关磁阻风力发电机与功率变换器连接，功率变换器同逆变器和负载之间并联有所述直流电池；直流电池与控制器连接，控制器与功率变换器连接，辅助电源与控制器连接。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果1、本技术传动方式采用轮毂直接驱动方式，大为简化了传动结构，同时大幅减小了整机重量。2、本技术的电机采用盘式开关磁阻发电机结构，属于轴向磁场电机，具有重量轻、体积小、结构紧凑、转子无损耗、转矩/重量比大、低速运行平稳的特点，电机单位体积的输出功率变大，既降低了成本，又方便了运输。3、本技术可以采用单气隙、双气隙及多气隙等多种组合式结构，进一步提高电机单位体积的输出功率，从而进一步减小电机体积和重量。4、本技术可以大幅减轻直驱风力发电机的重量和成本，可广泛应用于直驱型风力发电系统中。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1是本技术的单定子、单转子直驱盘式开关磁阻风力发电机结构图；图2是本技术的双转子、中间定子直驱盘式开关磁阻风力发电机结构图；图3是本技术的双定子、中间转子直驱盘式开关磁阻风力发电机结构图；图4是本技术的多定子、多转子直驱盘式开关磁阻风力发电机结构图；图5是本技术的直驱盘式开关磁阻风力发电机系统的组成。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。实施例1如图1所示，为单定子、单转子直驱盘式开关磁阻风力发电机结构图。图中一些短小的中心线表示各种规格的螺栓和螺母。本结构的其它主要零部件中包括轮毂1、主轴2、 前法兰3、定子铁芯4、机壳5、定子绕组6、转子铁芯7、后法兰8、机架9、转子支架10、前轴承外轴套U、前轴承外端盖12、前轴承13、前轴承内轴套本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．大型直驱盘式开关磁阻风力发电机，其特征在于，包括轮毂、主轴、前法兰、定子铁芯、机壳、定子绕组、转子铁芯、后法兰、机架、前轴承外轴套、前轴承外端盖、前轴承、前轴承内轴套、前轴承内端盖、后轴承内轴套、后轴承内端盖、后轴承、后轴承外端盖、后轴承外轴套及锁紧螺母；所述轮毂与主轴经螺栓紧固在一起；所述前轴承安装在主轴上，前轴承外轴套与前轴承内轴套安装于主轴上并位于前轴承两端，前轴承外端盖套在前轴承外轴套上，前轴承内端盖套在前轴承内轴套上，前法兰位于前轴承外端盖与前轴承内端盖之间，并装配于前轴承上面，经过螺栓与前轴承外端盖、前轴承内端盖紧固在一起；前法兰与机壳经螺栓紧固在一起；所述后轴承安装在主轴上，后轴承外轴套与后轴承内轴套安装于主轴上并位于后轴承两端，后轴承外端盖套在后轴承外轴套上，后轴承内端盖套在后轴承内轴套上，后法兰位于后轴承外端盖与后轴承内端盖之间，并装配于后轴承上面，经过螺栓与后轴承外端盖、后轴承内端盖紧固在一起；后法兰经螺栓与机壳、机架紧固在一起；锁紧螺母安装在主轴之上的后轴承外轴套外侧；所述前法兰、机壳、后法兰共同构成了盘式外壳；所述定子铁芯固定在盘式外壳内，定子绕组固定于定子铁芯的槽内；转子铁芯安装在前轴承内轴套与后轴承内轴套之间的主轴上，且转子铁芯与定子铁芯之间形成气隙。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖珊彩，秦明，郭靖，
申请(专利权)人：国电联合动力技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11