双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机及其机组系统技术方案

本发明专利技术是有关于一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机及其机组系统，该发电机包括主轴承、内定子、外定子、转子，所述的内定子采用定心轴承定心。该机组系统包括叶片轮毂、功率变换器、直流电池、逆变器和负载、控制系统、辅助电源以及上述风力发电机，所述的叶片轮毂与双气隙混合励磁开关磁阻风力发电机的主轴承、转子转盘以及转子连接，双气隙混合励磁开关磁阻风力发电机与功率变换器连接，功率变换器与逆变器和负载之间并联有直流电池，直流电池、功率变换器以及辅助电源分别与控制系统连接。本发明专利技术极大地提高了电机功率密度、有效材料利用率和电机的功率因数，大幅降低了电机的重量、成本、振动与噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关磁阻风力发电机领域，特别是涉及一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机及其机组系统。
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等方面，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。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，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。然而上述的开关磁阻风力发电机，在实际使用时却发现其结构中还存在有若干缺点，未能达到最佳的使用效果，而其缺点可归纳如下1.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。2.传统开关磁阻电机定子电枢绕组电流同时承担励磁和产生电磁转矩的双重作用，影响了其在直驱风力发电领域的使用推广。3.双气隙电励磁开关磁阻发电机的内、外定子电枢电流同时承担励磁和产生电磁转矩的双重作用，绕组和逆变器容量要求较大，系统的效率和材料利用率较低。由此可见，上述现有的开关磁阻风力发电机在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种电机功率密度高、材料利用率高的新的双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机及其机组系统，成为当前业界极需改进的目标。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，使其提高电机功率密度及材料利用率、运输方便，从而克服现有的系统的效率和材料的有效利用率低的不足。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，包括主轴承、内定子、外定子、转子，所述的内定子采用定心轴承定心。作为本专利技术的一种改进，本专利技术可通过如下方式实现一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，其中，所述的转子的浮动端采用定心轴承定心。一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，其中，所述的转子前端通过转子转盘与主轴承联动，所述的定心轴承固定安装在转子转盘上。一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，其中，所述的定心轴承通过轴承支撑、轴承前轴套、轴承密封板、轴承密封圈隔板、轴承密封圈、轴承前端盖、内定子定心轴承、轴承后轴套、轴承后端盖固定安装；轴承支撑与转子转盘固定连接，轴承前轴套与轴承后轴套固定在轴承支撑上，定心轴承安装在轴承前、后轴套之间；轴承前端盖与轴承前轴套之间、轴承后端盖与轴承后轴套之间均设置有轴承密封圈，轴承前、后端盖外侧设置有轴承密封板，轴承密封板与轴承密封圈之间设置有轴承密封圈隔板。一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，其中，所述的定心轴承为深沟球轴承。一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，其中，所述的所述转子包括非导磁材料层，以及设置在非导磁材料层两侧的外转子磁极和内转子磁极。一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，其中，所述的非导磁材料层为铸招结构。一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，其中，所述的内定子和/或外定子绕组为整距绕组。此外，本专利技术还提供了一种风力发电机发电机组系统，使其能提高风力发电机组系统的效率。为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种风力发电机发电机组系统，包括叶片轮毂、功率变换器、直流电池、逆变器和负载、控制系统、辅助电源以及上述的双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，所述的叶片轮毂与双气隙混合励磁开关磁阻风力发电机的主轴承、转子转盘以及转子连接，双气隙混合励磁开关磁阻风力发电机与功率变换器连接，功率变换器与逆变器和负载之间并联有直流电池，直流电池、功率变换器以及辅助电源分别与控制系统连接。作为进一步改进，本专利技术的风力发电机组系统中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、单片机或DSP最小系统电路。采用这样的设计后，本专利技术至少具有以下优点1、本专利技术中的双气隙混合励磁直驱开关磁阻发电机的转子采用铸铝结构，缩短了电机磁力线分布，进一步提高了双定子开关磁阻电机的功率输出密度及有效材料利用率，提高了双定子开关磁阻电机的功率因数，由于采用了与异步鼠笼电机类似的铸铝转子，进一步极大地降低了电机的重量与成本，降低了开关磁阻发电机的振动与噪声。2、直驱双气隙开关磁阻发电机相对于单气隙开关磁阻发电机，电机单位体积的输出功率增大，从而减小电机体积和重量，既降低了成本，又方便了运输。3、直驱双气隙混合励磁开关磁阻发电机与双气隙电励磁开关磁阻发电机相比，既保留了开关磁阻发电机的特点，又将高性能稀土永磁材料应用发电机之中，使发电机的气隙磁通密度由电枢电流和永磁体共同产生，使其具有电磁转矩大、用铜量少、降低铜耗、材料利用率高、机组效率高等优点。4、本专利技术中的双气隙混合励磁直驱开关磁阻发电机转子开放端、内定子开放端采用了定心轴承结构，可保证任何时候定子与转子的同心。5、本专利技术中的直驱风电机组的传动方式采用单轴承支撑方式，使空心主轴较短，大为简化了传动结构，同时大幅减小了整机长度和重量。6、本专利技术直驱风电机组采用单轴承支撑结构在减小整机长度的同时，减小了风轮中心至塔筒中心的距离，从而减小了偏航轴承的倾翻力矩和偏航驱动的功率。7、简化了风力发电机组的传动系统，省去了大功率机械变速齿箱。附图说明上述仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。图1是本专利技术一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机的结构示意图。图2是图1中转子定心机构的局部放大图。图3是图1中内定子定心机构的局部放大图。图4是本专利技术一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机的定、转子剖面图。图5是图4中A处局部放大图。图6是图4中B处局部放大图。图7是本专利技术一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机组控制系统的组成示意图。具体实施例方式请参阅图1所示，图中一些短小的中心线表示各种规格的螺栓和螺母。本专利技术一种大型双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机的内定子采用定心轴承定心，更可进一步在转子的浮动端采用定心轴承定心，从而采用三轴承的支撑结构。具体来说，本专利技术的发电机主要包括轮毂1、空心短轴2、主轴承3、前法兰4、转子转盘5、发电机外壳6、转子左端环7、外定子8、转子9、内定子10、内定子支架11、转子右端环12、转子右支撑13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，包括主轴承、内定子、外定子、转子，其特征在于：所述的内定子采用定心轴承定心。

【技术特征摘要】
1.一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，包括主轴承、内定子、外定子、转子， 其特征在于所述的内定子采用定心轴承定心。2.根据权利要求1所述的一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，其特征在于所述的转子的浮动端采用定心轴承定心。3.根据权利要求1所述的一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，其特征在于所述的转子前端通过转子转盘与主轴承联动，所述的定心轴承固定安装在转子转盘上。4.根据权利要求3所述的一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，其特征在于所述的定心轴承通过轴承支撑、轴承前轴套、轴承密封板、轴承密封圈隔板、轴承密封圈、轴承前端盖、内定子定心轴承、轴承后轴套、轴承后端盖固定安装；轴承支撑与转子转盘固定连接，轴承前轴套与轴承后轴套固定在轴承支撑上，定心轴承安装在轴承前、后轴套之间；轴承前端盖与轴承前轴套之间、轴承后端盖与轴承后轴套之间均设置有轴承密封圈， 轴承前、后端盖外侧设置有轴承密封板，轴承密封板与轴承密封圈之间设置有轴承密封圈隔板。5.根据权利要求1所述的一种双气隙混合励磁直驱开关磁阻风力发电机，其特征在于所述的定心轴承为深...

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