风力发电机制造技术

一种风力发电机，包括定子、转子和用于磁化风力发电机的转子的固定的超导线圈结构，转子具有能够连接至风力涡轮机的轴，风力发电机的定子包括用于从风力发电机产生电力的多相绕组。风力发电机为同步发电机，并且超导线圈结构包括设置为通过超导线圈磁化成具有相反极性的端部，并且转子包括在转子的表面中沿发电机的轴的方向延伸的磁极，磁极布置成使用超导线圈结构进行磁化，其中，每个转子磁极布置成在磁极的一端处向内延伸使得磁极的向内延伸端布置在超导线圈结构的端部附近以便磁化转子磁极，并且其中，转子磁极包括极靴，极靴形成为在定子与转子之间的气隙中提供正弦变化的气隙磁通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种风力发电机，包括定子、转子和用于磁化风力发电机的转子的固定的超导线圈结构，转子具有能够连接至风力涡轮机的轴，风力发电机的定子包括用于从风力发电机产生电力的多相绕组。风力发电机为同步发电机，并且超导线圈结构包括设置为通过超导线圈磁化成具有相反极性的端部，并且转子包括在转子的表面中沿发电机的轴的方向延伸的磁极，磁极布置成使用超导线圈结构进行磁化，其中，每个转子磁极布置成在磁极的一端处向内延伸使得磁极的向内延伸端布置在超导线圈结构的端部附近以便磁化转子磁极，并且其中，转子磁极包括极靴，极靴形成为在定子与转子之间的气隙中提供正弦变化的气隙磁通。【专利说明】风力发电机
本专利技术涉及风力发电机，并且更具体地涉及采用超导体来提供转子磁化的风力发电机。
技术介绍
在旋转电机的领域中已知使用超导线材来在旋转电机上产生励磁。JP55005043 A中提出了采用超导线圈来磁化转子的结构的一个示例。在该文献中，超导线圈围绕形成转子结构的感应芯。当直流电供给至线圈时，感应芯被磁化使得在感应芯的两端形成凸极。电机的定子包括位于定子的内部结构的两端处的对应磁极。定子端部被通以交流电来获得驱动电机的力。替代性地，当转子通过外力旋转时，通过使被磁化的转子磁极旋转实现在定子的两端中产生电压。在文献US2004/0239201 Al中提出了使用超导线圈使电机旋转的另一示例，该文献公开了用于产生电力的方法和系统。此外，在该结构中，超导线圈保持固定并且转子在线圈内旋转。超导线圈在转子的端部产生磁极使得S极和N极位于转子的相反两端。在以上文献中，与转子结构的长度相比，转子与定子之间的磁耦合相对较短。短的磁耦合进一步意味着定子与转子之间的能量传递不是最优的。在这些文献中，转子磁极在转子的整个纵向方向上并未处于转子的表面中。转子的这种特别的结构需要使用机械上和电学上特别构造和定尺寸的定子。在以上示例中，超导线圈的固定和所需的低温工程的应用也是非常复杂的。由于能够获得高功率范围和高效率，使用具有超导线圈的风力发电机是非常有吸引力的。然而，由于超导线圈的冷却成问题，以上示例不适于风力发电用途。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种风力发电机以克服以上问题。本专利技术的目的通过以独立权利要求所述的结构为特征的风力发电机来实现。本专利技术的优选实施方式公开在从属权利要求中。本专利技术基于使用固定地位于旋转转子内的超导磁化结构的构思。超导线圈在固定芯的端部上产生相反的磁极。转子结构包括延伸穿过转子磁轭的转子磁极。每个转子磁极具有磁刷，磁刷靠近磁化芯端的端部绕行，使得磁极被磁化。转子的北极和南极在转子的相反两端径向向内地朝向固定芯延伸。由于磁极的磁化从转子内进行，磁极可以在转子磁轭的表面中沿转子的轴向方向纵向地延伸。该转子结构的优点在于转子与定子之间的能量传递比先前已知结构好得多。这导致结构的效率更佳。此外，由于磁极以常规方式中安置在转子磁轭的表面中，因此定子结构可以是常规的并且不需要重新设计。本专利技术的风力发电机的另一优点在于转子磁极可以更自由地构造从而允许从定子产生具有低谐波含量的输出电压。此外，可以通过转子磁极设计减轻成问题的齿槽转矩现象。超导线圈和线圈所缠绕的芯是可以容易地制造并且在使用时被冷却的单一体。当风力发电机定位于不易达的位置时，在可能的故障情形下，简单结构有助于维护。根据实施方式，风力发电机的转子仅在转子的一端配备有轴承。在轴承仅位于驱动端一一即具有风力涡轮机的一端一一的情况下，非驱动端可以容纳转子的电力所需的接线和用于冷却剂的管道系统。此外，由于非驱动端可以不设置轴承，使发电机尤其是转子的维护更容易。【附图说明】下面将参照附图通过优选实施方式更详细地描述本专利技术，在附图中:图1示出了本专利技术的发电机的截面图；图2示出了发电机的沿着图1的线A-a的截面图；图3示出了发电机的沿着图1的线B-b的截面图；以及图4a和图4b示出了本专利技术的发电机的磁极的俯视图和侧视图。【具体实施方式】图1示出了本专利技术的实施方式的风力发电机的截面图。沿为发电机的轴的方向的纵向方向将发电机切成两半。图1示出了发电机的定子11，其为发电机的最靠外部分。定子配备有定子绕组。本公开的发电机的定子绕组可以是任何已知类型的绕组。通常，定子绕组是多相绕组，优选地是三相绕组。由于本专利技术的风力发电机的转子结构形成可与永久磁化的磁极相比的磁极，定子绕组可以具有通常结合同步发电机使用的设计。更具体地，定子绕组在定子芯中形成为使得定子绕组的轴向长度与定子芯的长度相对应。因而定子绕组沿芯的轴向方向延伸定子芯的整个长度。此外，图1示出了固定的磁化线圈15，该固定的磁化线圈15为超导线圈。线圈形成在具有端部13、14的芯结构上。芯结构为基本上柱形的结构，其中，端部13、14的直径较大。超导线圈15缠绕在两个端部之间的区域中。众所周知，超导线圈需要低温来产生超导效应。缠绕在芯结构中的线圈围绕以冷却装置16并且冷却介质通过发电机的非驱动端NDE供给至固定芯。超导线圈也通过发电机的非驱动端提供电力。在本公开的发电机中，转子17在发电机的径向方向上定位于固定的定子结构11与固定的磁化卷筒12之间。由于磁化线圈位于转子结构内，转子是大体上中空的。大体上中空的转子结构包括使用超导线圈15磁化的磁极18。图1仅示出了具有相同极性一一即，磁极以类似方式被磁化一一的两个磁极。示出了图1的沿着线A-a的截面图的图2也示出了磁化为具有相反极性的另外两个磁极19。对于使磁极磁化而言，每个磁极在发电机的一端处在转子结构内朝向芯结构的端部13、14延伸。如图1中可见的，磁极18在非驱动端中向内朝向芯结构的端部延伸。这些延伸形成磁刷20，利用超导线圈产生的磁化作用通过磁刷20引导至转子磁极使得转子磁极获得磁极性。图3示出了图1的沿着线B-b的另一截面图。线B-b在发电机的驱动端DE中并且穿过芯结构的端部14。在图2中，示出了磁极18在非驱动端中具有延伸部，而在图3中，显示了磁极19的磁刷。因而，具有不同极性的磁极在发电机的不同端具有磁刷并且由于图1的发电机包括两个磁极对，即，四个磁极，具有与所示磁极的极性相反的极性的磁极是不可见的。转子磁极的数量不限于示例。磁极的数量根据所需结构可以是八个或更多个。延伸到转子结构内的磁刷大体靠近芯结构的端部。在端部与磁刷之间形成有气隙。为了保持小的气隙阻抗和高的磁路效率，气隙应尽可能小。根据发电机的尺寸，每个气隙的长度在Imm至3mm的范围内。向内延伸的磁刷20在转子旋转期间保持始终靠近磁化卷筒的端部，并且因此转子的磁极为永久被磁化的。磁刷在端部的整个长度上都很靠近磁化线圈的端部。如图1中所示，距离从端部的内侧开始逐渐增大。图2和图3进一步示出了发电机的磁极在磁极的具有磁刷的端部处更厚或更宽。图4a和图4b示出了不带极靴的磁极的俯视图和侧视图。可以看出，磁极朝向磁极的一端渐缩。磁极朝向其渐缩的端部为不具有磁刷一一即，朝向卷筒的端部延伸的延伸部一一的端部。渐缩形式确保磁通密度在磁极的整个长度上相等。本公开的磁极比已知的具有永磁体磁极或被磁化的磁极的发电机轻得多。这提供了磁极安装容易得多并且转子容许更高的旋转速度的优点。如图2和图3中进一步可见的，磁刷优选地形成为具有弯曲形状使得芯结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机，包括具有定子芯的定子绕组、具有芯结构和轴的转子以及用于磁化所述风力发电机的所述转子的固定的超导线圈结构，所述轴能够连接至风力涡轮机，所述风力发电机的所述定子包括用于从所述风力发电机产生电力的多相绕组，所述多相定子绕组在所述定子芯中沿所述芯的轴向方向延伸达所述芯的整个轴向长度，其特征在于，所述风力发电机是同步发电机，并且所述超导线圈结构包括设置为被超导线圈磁化成具有相反极性的端部，并且所述转子包括沿所述发电机的所述轴的方向在所述转子芯结构的表面中延伸的磁极，所述磁极设置成使用所述超导线圈结构进行磁化，其中，每个转子磁极设置成在所述磁极的一端向内延伸而使得所述磁极的向内延伸端设置在所述超导线圈结构的端部附近以便磁化所述转子磁极，并且其中，所述转子磁极包括极靴，所述极靴形成为在所述定子与所述转子之间的气隙中提供正弦变化的气隙磁通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：埃诺·西兰德，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH