專利名稱：在風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中使用晶粒取向迭片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電，具體涉及風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
多種類型的發(fā)電機(jī)可以用于風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。 一種常用的發(fā)
電機(jī)是旋轉(zhuǎn)速度在1500轉(zhuǎn)/分-3000轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)的高速異步發(fā)電機(jī)。 由于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子通常以20轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)，因此有必要使用 變速箱將速度從20轉(zhuǎn)/分提高到1500轉(zhuǎn)/分。這樣的變速箱容易出現(xiàn) 故障而且使風(fēng)力渦輪機(jī)的成本很高。
風(fēng)力渦輪機(jī)使用的另一種發(fā)電機(jī)是低速直接驅(qū)動永磁發(fā)電機(jī)，其 運(yùn)行轉(zhuǎn)速對應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)速。因此，當(dāng)在風(fēng)力渦輪機(jī)中使用低速 直接驅(qū)動永磁發(fā)電機(jī)時(shí)不需要使用變速箱。用于風(fēng)力渦輪機(jī)的低速直 接驅(qū)動永磁發(fā)電機(jī)的額定輸出功率在2-3MW時(shí)，直徑為5-6米，重量
為5噸。這樣的發(fā)電機(jī)大小使其運(yùn)輸?shù)桨惭b位置很困難，特別是在離 岸風(fēng)力渦輪機(jī)的情況下。因此，如果出現(xiàn)故障，替換低速直接驅(qū)動永 磁發(fā)電機(jī)是耗時(shí)和成本高的過程。
風(fēng)力渦輪機(jī)的第一方面涉及發(fā)電機(jī)的效率。從而，因?yàn)楣β瘦敵?增大，所以提高的功率效率可以提高風(fēng)力渦輪機(jī)投資的收益率。
風(fēng)力渦輪機(jī)的第二方面涉及發(fā)電機(jī)的可靠性?？煽啃愿叩陌l(fā)電機(jī) 系統(tǒng)提高風(fēng)力渦輪機(jī)的可靠性，從而提高風(fēng)力渦輪機(jī)的平均無故障時(shí) 間(MTBF)。平均無故障時(shí)間的增長降低了維修成本并提高了單位時(shí) 間的功率輸出，這對風(fēng)力渦輪機(jī)投資的收益率很重要。
風(fēng)力渦輪機(jī)的第三方面涉及與將風(fēng)力渦輪機(jī)部件運(yùn)輸?shù)桨惭b地 點(diǎn)相關(guān)及與在故障時(shí)替換風(fēng)力渦輪機(jī)部件相關(guān)的難點(diǎn)。
WO 00/60719公開了直接連接到風(fēng)車的風(fēng)輪主軸的低速發(fā)電機(jī)。 發(fā)電機(jī)包括由多個(gè)定子模塊組成的定子，定子模塊具有多個(gè)單獨(dú)的晶
4粒取向定子薄片，其可以單獨(dú)地安裝、修理和拆卸且相互獨(dú)立。這表 明安裝風(fēng)車方便、廉價(jià)，特別是在海上安裝，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)可以分為幾 個(gè)較小的單元運(yùn)輸，也便于在塔頂組裝定子。通過發(fā)電機(jī)的后續(xù)修理 和其他維護(hù)，可以不必使用大型起重機(jī)，使用一或二人操作的小型起 重裝置已經(jīng)足夠了。

發(fā)明內(nèi)容
結(jié)合產(chǎn)生電功率的風(fēng)力渦輪機(jī)可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)目 的，風(fēng)力渦輪機(jī)包括發(fā)電機(jī)和驅(qū)動發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中發(fā) 電機(jī)包括
_包括至少兩個(gè)定子極的發(fā)電機(jī)定子，其中每一極具有導(dǎo)線繞 組，包括至少兩個(gè)磁部件的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中發(fā)電機(jī)定子的至少一部 分包含具有方向磁特性的金屬，及
_其中所述發(fā)電機(jī)通過變速箱連接到風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中在風(fēng) 力渦輪機(jī)運(yùn)行期間變速箱用于相對于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速提高發(fā) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明特別有利于但是不限于通過在風(fēng)力渦輪機(jī)的定子中應(yīng)用 具有方向磁特性的金屬如鐵來提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率效率。具有方向磁 特性的金屬可以是相當(dāng)于稱為晶粒取向定子薄片的晶粒取向鐵迭片。 具有方向磁特性的金屬，如晶粒取向定子薄片，可以同時(shí)提高磁導(dǎo)率 和降低鐵損，從而提高發(fā)電機(jī)的效率。然而，效率的提高對于整個(gè)渦
輪機(jī)只有0. 3%-0. 4%。使用晶粒取向迭片的額外投資約為5000歐元。
進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于通過使用具有方向磁特性的金屬減少鐵損，減 少定子和轉(zhuǎn)子部件的發(fā)熱，如作為轉(zhuǎn)子的一部分的永磁體。通過降低 永磁體的發(fā)熱，可以避免磁體的磁場強(qiáng)度降低。磁體退化導(dǎo)致效率降 低并最終要求替換退化的磁體，且有可能替換整個(gè)發(fā)電機(jī)。
此外，本發(fā)明特別有利于但不限于降低與以下問題相關(guān)的難度 將風(fēng)力渦輪機(jī)的部件運(yùn)輸?shù)桨惭b位置，由于發(fā)電機(jī)尺寸減小在故障情 況下替換風(fēng)力渦輪機(jī)的部件。
5在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行期間發(fā)電機(jī)的預(yù)期轉(zhuǎn)速是對應(yīng)的風(fēng)力渦輪機(jī) 的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的至少兩倍，優(yōu)選是風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的至少五倍， 有可能是風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的至少十倍，甚至可能是風(fēng)力渦輪機(jī) 的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的至少十五倍。
本發(fā)明的發(fā)電機(jī)可以是運(yùn)行期間轉(zhuǎn)速在30-1000轉(zhuǎn)/的中速發(fā)電 機(jī)，優(yōu)選轉(zhuǎn)速在45-750轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)，更優(yōu)選轉(zhuǎn)速在60-500轉(zhuǎn)/ 分的范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在30-1000轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)時(shí)，優(yōu)點(diǎn)在 于由于鐵損低磁部件的發(fā)熱保持較低。本發(fā)明的發(fā)電機(jī)可以是同歩或 異步發(fā)電機(jī)。
風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)包括具有多個(gè)定子環(huán)組件的定子環(huán)。定子環(huán) 組件可以由具有方向磁特性的金屬制成，如晶粒取向定子薄片。定子 環(huán)由各個(gè)定子環(huán)組件構(gòu)成有優(yōu)點(diǎn)，這樣可以利用具有方向磁特性的高 磁導(dǎo)率金屬。定子環(huán)可以通過堆疊多層定子環(huán)組件構(gòu)成。
風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子可以包括至少兩個(gè)永磁體磁部件，在未 向風(fēng)力渦輪機(jī)提供電功率期間磁體己經(jīng)充分磁化。使用永磁體特殊的 優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電機(jī)的輸出功率能力獨(dú)立于外部的電源。
可選地，風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子可以包括至少兩個(gè)磁體磁部 件，在向風(fēng)力渦輪機(jī)提供電功率期間磁化磁體，并在不向風(fēng)力渦輪機(jī) 提供電功率的期間磁體逐漸消磁。
在另一可選實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子可以包括至少兩 個(gè)電磁體磁部件，在向風(fēng)力渦輪機(jī)提供電功率期間磁化電磁體。
可以使用各種類型的磁部件，即初步充分磁化磁部件，且在風(fēng)力 渦輪機(jī)連接到公共電網(wǎng)期間磁化磁部件。每一類型的磁部件在成本、 效率和可靠性等方面優(yōu)于其他類型的磁部件。
風(fēng)力渦輪機(jī)可以包括變速箱，如兩級變速箱。變速箱是兩級變速 箱有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閮杉壸兯傧渑c多級變速箱相比不復(fù)雜，因此更可靠。
風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)可以是同步發(fā)電機(jī)。在可選實(shí)施例中，風(fēng)力 渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)可以是異步發(fā)電機(jī)。
風(fēng)力渦輪機(jī)可以包括至少兩個(gè)頻率變換器，其中至少兩個(gè)定子極的每一個(gè)一對一地連接到對應(yīng)的至少兩個(gè)頻率變換器。
可選地，風(fēng)力渦輪機(jī)可以包括至少一個(gè)頻率變換器，其中至少兩 個(gè)定子極連接到一個(gè)公共的頻率變換器。
因此，定子極可以一對一地連接到對應(yīng)的頻率變換器或定子極連 接到單一的頻率變換器，其中每一種連接方法在成本、效率和可靠性 方面優(yōu)于其他方法。而且，定子極總數(shù)的一小部分，如兩個(gè)、三個(gè)或 更多，可以連接到一個(gè)頻率變換器。
至少風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的一部分可以包含具有方向磁特 性的金屬，如晶粒取向迭片。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中使用晶粒取向迭片有優(yōu) 點(diǎn)，從而降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中的磁損。
風(fēng)力渦輪機(jī)可以是包括己經(jīng)充分磁化的磁體的類型，磁體結(jié)構(gòu)上 與同步或異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)形成一體，磁體的磁性獨(dú)立于同步或異歩感 應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子繞組。
可選地，風(fēng)力渦輪機(jī)可以是包括由發(fā)電機(jī)磁化的磁體的類型。磁 體結(jié)構(gòu)上與同步或異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)形成一體，磁體的磁性依賴于同歩 或異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子繞組。
風(fēng)力渦輪機(jī)中可以使用不同類型的發(fā)電機(jī)，每一種發(fā)電機(jī)優(yōu)于其 他的發(fā)電機(jī)，如包括結(jié)構(gòu)上與同歩或異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)形成一體的磁體 的發(fā)電機(jī)。
風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)定子的外直徑可以在3-4米之間，優(yōu)選在 2-3米之間，更優(yōu)選在l-2米之間。因?yàn)檫\(yùn)輸直徑在l-2米之間的發(fā) 電機(jī)比運(yùn)輸直徑在5-6米之間的發(fā)電機(jī)的要求低，所以發(fā)電機(jī)定子的 直徑小如1-2米有優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)電機(jī)包括具有至少兩個(gè)定子極的發(fā)電機(jī)定子，其中每一極具有 導(dǎo)線繞組，還包括具有至少兩個(gè)磁部件的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中發(fā)電機(jī)定 子的至少一部包含具有方向磁特性的金屬，所述發(fā)電機(jī)有利地用于包 括變速箱的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行期間變速箱用于相對 于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速提高發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。


圖1是包括風(fēng)力渦輪機(jī)、變速箱102和發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙 的原理圖。
圖2是包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)定子的發(fā)電機(jī)原理圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)艙100的原理圖。風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)一步包括
通過低速主軸102連接到變速箱如兩級變速箱103的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子 101。變速箱103將低速主軸102的低旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)換為中速主軸104 的中旋轉(zhuǎn)速度。
中速主軸104連接到發(fā)電機(jī)105，用于將中速主軸104的轉(zhuǎn)矩傳 遞到發(fā)電機(jī)105。可以是同步發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)105產(chǎn)生電功率，電功 率輸入到頻率變換單元106，頻率變換單元將電功率輸出到公用電網(wǎng) 107。機(jī)艙100的部件由外殼108包圍。
在運(yùn)行期間低速主軸102的旋轉(zhuǎn)速度可以在0-40轉(zhuǎn)/分的范圍 內(nèi)，具體取決于風(fēng)速、風(fēng)力渦輪機(jī)的大小和風(fēng)力渦輪機(jī)是處于啟動階 段還是正常運(yùn)行狀態(tài)。低速主軸102的典型轉(zhuǎn)速是在8-22轉(zhuǎn)/分的范 圍內(nèi)。變速箱103轉(zhuǎn)換低速主軸102的旋轉(zhuǎn)速度，從而中速主軸104 在運(yùn)行期間的旋轉(zhuǎn)速度在50-600轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)。因此，發(fā)電機(jī)105 的旋轉(zhuǎn)速度也在50-600轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知在風(fēng) 力渦輪機(jī)中使用的轉(zhuǎn)速工作在50-600轉(zhuǎn)/分的發(fā)電機(jī)是中速發(fā)電機(jī)， 而不應(yīng)與用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速在1500-3000轉(zhuǎn)/分的高速發(fā)電機(jī)混 淆。
用于風(fēng)力渦輪機(jī)的其他類型的發(fā)電機(jī)，如低速直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)， 轉(zhuǎn)速在運(yùn)行期間工作在10-40轉(zhuǎn)/分，且通常直接連接到風(fēng)力渦輪機(jī) 轉(zhuǎn)子IOI，不需要通過變速箱。低速直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)具有的定子直徑 比中速發(fā)電機(jī)大許多。例如，2-3匿和3-4MW的低速直接驅(qū)動發(fā)電機(jī) 的定子直徑分別在3-4米和5-6米的范圍內(nèi)，而2-3MW的中速發(fā)電機(jī) 的定子直徑只有l(wèi)-2米。直徑在5-6米的范圍內(nèi)、重量為20噸的低速直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)使 將發(fā)電機(jī)送到安裝地點(diǎn)的運(yùn)輸非常復(fù)雜，使替換發(fā)電機(jī)非常復(fù)雜，尤 其在離岸風(fēng)力渦輪機(jī)的情況下，因?yàn)樾枰哂邢喈?dāng)載重能力的起重機(jī) 用于吊裝發(fā)電機(jī)。
圖2是發(fā)電機(jī)105的原理圖。中速主軸104連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 210，用于將中速主軸104的旋轉(zhuǎn)傳送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子210。轉(zhuǎn)子包括 多個(gè)磁部件211。每一個(gè)磁部件211可能與其他部件相結(jié)合，如轉(zhuǎn)子 薄片金屬或晶粒取向轉(zhuǎn)子薄片金屬，組成轉(zhuǎn)子極212。磁部件211可 以結(jié)合或安放在金屬結(jié)構(gòu)之中或之上，如轉(zhuǎn)子薄片金屬，金屬結(jié)構(gòu)與 磁部件211結(jié)合組成轉(zhuǎn)子極212。磁部件211或者轉(zhuǎn)子極212可以通 過安裝在盤形轉(zhuǎn)子支持環(huán)上得到支撐，支撐環(huán)優(yōu)選由金屬制成。優(yōu)選 轉(zhuǎn)子薄片金屬具有方向磁特性，如晶粒取向迭片，但是轉(zhuǎn)子薄片金屬 也可以由不具有方向磁特性的轉(zhuǎn)子薄片金屬制成。磁部件的數(shù)量可以 在8-80之間，優(yōu)選在10-40之間，更優(yōu)選在10-24之間。
磁部件211可以是永磁體或半永磁體，半永磁體在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn) 行期間磁化，即發(fā)電機(jī)105或公用電網(wǎng)107產(chǎn)生的電功率用于磁化半 永磁體。此外，磁體211可以由超導(dǎo)線圈制造，或者由電磁鐵構(gòu)成， 如通過來自公用電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)105產(chǎn)生的電功率磁化的線圈。
發(fā)電機(jī)105的發(fā)電機(jī)定子201包括由定子環(huán)組件221構(gòu)成的定子 環(huán)220，定子環(huán)組件221由定子薄片構(gòu)成，如晶粒取向迭片。單獨(dú)的 定子環(huán)組件221由邊楞222表示。定子環(huán)220通過堆疊定子環(huán)組件 221構(gòu)成，如側(cè)視圖230所示。因此，定子環(huán)組件211的第一層231 相對于定子環(huán)組件的第二層232有偏移。
發(fā)電機(jī)105的發(fā)電機(jī)定子201進(jìn)一步包括至少兩個(gè)定子極203， 其中每一個(gè)定子極203具有繞組204。繞組204可以在定子環(huán)組件221 的凹槽205中制造。每一定子極203包括至少兩個(gè)凹槽205和至少一 個(gè)凸齒206。發(fā)電機(jī)定子201的凸齒206建立到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子210的磁 部件211的磁連接。
每一個(gè)單獨(dú)的定子環(huán)組件221包括一個(gè)或多個(gè)定子極203。為了說明的目的，圖2表示包括一個(gè)定子極203的定子環(huán)組件221和包括 兩個(gè)定子極203b和203c的定子環(huán)組件221a。對于實(shí)際應(yīng)用，最常 見的是所有定子環(huán)組件221具有相同數(shù)量的定子極，例如圖2所示的 發(fā)電機(jī)定子201具有四個(gè)定子環(huán)組件221a，每一個(gè)定子環(huán)組件包括 兩個(gè)定子極203b和203c?？蛇x地，圖2所示的發(fā)電機(jī)定子201具有 8個(gè)定子環(huán)組件，每一個(gè)定子環(huán)組件包括一個(gè)定子極203。邊棱222a 表示在發(fā)電機(jī)定子201包括八個(gè)定子環(huán)組件221的示意性情況下的額 外邊棱222a。
當(dāng)定子201具有少量的凹槽繞組或不對稱的凹槽繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子極 212的數(shù)目可以不同于定子極203的數(shù)目。轉(zhuǎn)子極的數(shù)量也可以等于 定子極203的數(shù)量。
定子極203中的晶粒取向迭片的晶粒方向由箭頭208指示。因此， 箭頭208表示定子極203a中磁損最小的方向。當(dāng)磁部件221a的磁場 方向231平行于晶粒方向208，且角230等于零時(shí)，定子極203a的 凸齒206中的磁損最小。因此，當(dāng)磁場方向231平行于晶粒方向208 時(shí)，在具有晶粒方向208的凸齒206中的磁損最小。很明顯，應(yīng)當(dāng)理 解在凸齒206中磁場是在徑向方向，而在定子環(huán)組件221的外圍磁場 發(fā)生彎曲。但是，由于在定子環(huán)組件221的外圍的磁場密度低于凸齒 206中的磁場密度，定子環(huán)組件221的外圍中的磁損仍然很低。
當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子210旋轉(zhuǎn)小角度230時(shí)，如5度，凸齒206中的磁 部件211a的磁場方向231偏離晶粒方向208小角度230，如5度， 導(dǎo)致了相比磁場方向231平行于晶粒方向208的情況，定子極203a 中的晶粒取向迭片呈現(xiàn)磁損增加。但是，由于角230比較小(例如5 度)，磁損增加不顯著。
通過將發(fā)電機(jī)定子201的第一層分割為至少四個(gè)定子環(huán)組件 221，實(shí)現(xiàn)了磁部件211a或另一磁部件211的磁場方向231與任何定 子環(huán)組件221的晶粒方向208之間的偏離不超過最大角度230，從而 磁損不會很大。為了更具體，最大角度230可以不大于20度，優(yōu)選 不大于15度，更優(yōu)選不大于10度。
10例如，通過將發(fā)電機(jī)定子201的每一層231分割為十五個(gè)定子環(huán)
組件221，磁部件211a或任何其他磁部件211的磁場方向231與任 何定子模塊220的晶粒方向208之間的偏差不超過12度的最大角 230。
在發(fā)電機(jī)105中使用晶粒取向定子薄片的優(yōu)點(diǎn)在于比其他類型 的發(fā)電機(jī)效率高，其他類型的發(fā)電機(jī)除了使用不具有方向磁特性的定 子薄片其他均相同，其中發(fā)電機(jī)定子201分割為由具有方向磁特性的 定子薄片制成的定子環(huán)組件211。因此，相對于不使用晶粒取向定子 薄片提高磁導(dǎo)率的發(fā)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)功率輸出提高0.3%-0.4%。這樣 的功率輸出提高可以補(bǔ)償使用晶粒取向定子薄片帶來的成本提高。
定子環(huán)組件221中的磁損取決于中速主軸的旋轉(zhuǎn)速度。在中速主 軸104的轉(zhuǎn)速低于50轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)，由于定子薄片中的渦流小磁損 也小，而在轉(zhuǎn)速高于600轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)時(shí)，由于渦流增加磁損也有 所增大。
由于定子薄片中的鐵損，磁損不可避免地導(dǎo)致發(fā)熱。在中速主軸 在低于50轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)，由于鐵損小發(fā)熱也小，而在轉(zhuǎn)速高于600 轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)，由于鐵損增大發(fā)熱也相應(yīng)的變大。
發(fā)電機(jī)定子201中產(chǎn)生的熱量引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子210和磁體211發(fā) 熱。實(shí)際上，當(dāng)使用永磁體211時(shí)，保持永磁體211的溫度低于190 攝氏度很重要，優(yōu)選低于150攝氏度，更優(yōu)選低于110攝氏度。溫度 高于特定的最大溫度極限時(shí)，如300攝氏度的居里溫度，永磁體的磁 場將退化。但是，由于發(fā)電機(jī)運(yùn)行在50轉(zhuǎn)/分-600轉(zhuǎn)/分的中速范圍 內(nèi)，溫度通常不會超過引起永磁體退化的溫度，如超過190攝氏度。 這種情況不同于旋轉(zhuǎn)速度在1500轉(zhuǎn)/分-3000轉(zhuǎn)/分的高速發(fā)電機(jī)， 其中高旋轉(zhuǎn)速度可以在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子210中產(chǎn)生高于190度的溫度，這 將破壞永磁體211的性能。
如果定子沒有分割或僅分割為兩個(gè)大小相等的定子環(huán)組件221， 將不能實(shí)現(xiàn)使用具有方向磁特性的定子薄片金屬獲得的優(yōu)點(diǎn)。因此， 如果定子環(huán)220沒有分割或只分割為兩個(gè)大小相等的定子環(huán)組件221，磁部件211a或任何其他磁部件211的磁場方向與任意--- 個(gè)或兩 個(gè)定子模塊220之間的最大偏移將達(dá)到90度。
通常，在磁場與定子薄片金屬中的晶粒方向之間的90度的偏移 將導(dǎo)致磁飽和度降低30%。因此，例如當(dāng)角230等于零時(shí)，1.7特斯 拉的磁場傳遞到定子極203上，當(dāng)角230等于90度時(shí)，由于磁飽和 只有1.2特斯拉的磁場傳遞到定子極203上。所以，如果定子模塊不 分割或僅分割為一分為二，當(dāng)磁體211的磁場方向231平行于晶粒方 向208時(shí)的理想磁特性的優(yōu)點(diǎn)大于當(dāng)磁體211的磁場方向231垂直于 晶粒方向208時(shí)的非理想磁特性的偏移。
定子環(huán)組件211a包括在同一定子薄片金屬中放置的兩個(gè)定子極 203b和203c，該金屬的特征在于相同的晶粒取向208a。凸齒206中 的磁部件211的磁場方向231與定子模塊220的晶粒方向208a之間 的偏離，在靠近定子環(huán)組件221a中心處小于靠近定子環(huán)組件221a邊 緣處。因此在凸齒206中靠近定子環(huán)組件221a邊緣處的平均磁損大 于在凸齒206中靠近定子環(huán)組件221a中心處的平均磁損。
各個(gè)定子極203的電輸出，如三相輸出，可以輸入到各個(gè)頻率變 換器，用于將發(fā)電機(jī)105產(chǎn)生的電功率的頻率和/或電壓轉(zhuǎn)換為適用 于公共電網(wǎng)107的頻率和電壓?？蛇x地，各個(gè)定子極203的電輸出可 以組合，例如在中心接線盒，且來自中心接線盒的組合電輸出可以輸 入到用于轉(zhuǎn)換頻率和/或電壓的中心頻率變換器106 。
權(quán)利要求
1、產(chǎn)生電功率的風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括發(fā)電機(jī)(105)和用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)(105)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(101)，其中發(fā)電機(jī)(105)包括-包括至少兩個(gè)定子極(203)的發(fā)電機(jī)定子(201)，其中每一個(gè)定子極(203)具有導(dǎo)線繞組(204)；和包括至少兩個(gè)磁部件(211)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(210)，其中發(fā)電機(jī)定子(201)的至少一部分包含具有方向磁特性的金屬，及-其中，所述發(fā)電機(jī)(105)通過變速箱(103)連接到風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(101)，其中變速箱(103)在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行期間用于相對于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(101)的轉(zhuǎn)速提高發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)速。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)(105)的預(yù) 計(jì)轉(zhuǎn)速在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行期間是對應(yīng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(101)轉(zhuǎn)速 的至少2倍，優(yōu)選是風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(101)轉(zhuǎn)速的至少5倍，可能 是風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(101)轉(zhuǎn)速的至少10倍，甚至可能是風(fēng)力渦輪機(jī) 轉(zhuǎn)子(101)轉(zhuǎn)速的至少15倍。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)(105) 是在運(yùn)行期間轉(zhuǎn)速在30-1000轉(zhuǎn)/分的中速發(fā)電機(jī)，優(yōu)選在45-750轉(zhuǎn) /分內(nèi)，或更優(yōu)選在60-500轉(zhuǎn)/分內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)(105) 包括具有多個(gè)定子環(huán)組件(221)的定子環(huán)(220)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中至少兩個(gè)磁 部件(211)是永磁體，所述磁體在未向風(fēng)力渦輪機(jī)提供電功率的期 間已經(jīng)充分磁化。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中至少兩個(gè)磁 部件(211)是在向風(fēng)力渦輪機(jī)提供電功率的期間進(jìn)行磁化的磁體， 所述磁體在不向風(fēng)力渦輪機(jī)提供電功率的期間逐漸消磁。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中至少兩個(gè)磁 部件(211)是在向風(fēng)力渦輪機(jī)提供電功率的期間進(jìn)行磁化的電磁體。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中變速箱(103)是兩級變速箱。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)(105) 是同步發(fā)電機(jī)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)一步包括至少兩個(gè)頻率變換器(106)，其中至少兩個(gè)定子極(203) 中的每一個(gè)一對一地連接到對應(yīng)的至少兩個(gè)頻率變換器。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l-9任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中風(fēng)力渦輪機(jī) 進(jìn)一步包括至少一個(gè)頻率變換器(106)，其中至少兩個(gè)定子極(203) 中的每一個(gè)連接到一個(gè)公共頻率變換器(106)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1-11任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子(210)的至少一部分包含具有方向磁特性的金屬。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1-12任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī) (105)是包括已經(jīng)充分磁化的磁體(211)的類型，所述磁體結(jié)構(gòu)上與同步或異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)(105)形成一體，所述磁體磁性上獨(dú)立于 同步或異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子繞組(204)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1-12任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī) (105)是包括由發(fā)電機(jī)磁化的磁體(211)的類型，所述磁體結(jié)構(gòu)上與同步或異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)(105)形成一體，所述磁體磁性上依賴于 同步或異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)的任何定子繞組(204)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1-14任一所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中發(fā)電機(jī)定 子(201)的外直徑在3-4米之間，優(yōu)選在2-3米之間，更優(yōu)選在1-2 米之間。
16、 發(fā)電機(jī)的用途，其中所述發(fā)電機(jī)包括具有至少兩個(gè)定子極 (203)的發(fā)電機(jī)定子(201)，其中每一個(gè)定子極(203)具有導(dǎo)線繞組(204)，還包括具有至少兩個(gè)磁部件(211)的發(fā)電機(jī)定子(201)， 其中在包含變速箱(105)的風(fēng)力渦輪機(jī)中發(fā)電機(jī)定子(201)的至少 一部分包含具有方向磁特性的金屬，其中變速箱(105)在風(fēng)力渦輪 機(jī)運(yùn)行期間用于相對于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(101)的轉(zhuǎn)速提高發(fā)電機(jī)的 轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于發(fā)電的風(fēng)力渦輪機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)包括發(fā)電機(jī)(105)和用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)(105)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(101)。發(fā)電機(jī)包括具有至少兩個(gè)定子極(203)的發(fā)電機(jī)定子(201)和具有至少兩個(gè)磁部件(211)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(210)。發(fā)電機(jī)定子(201)的至少一部分包含具有方向磁特性的金屬。為了相對于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(101)的轉(zhuǎn)速提高發(fā)電機(jī)(105)的轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)(105)通過變速箱(103)連接到風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(101)。
文檔編號H02K1/16GK101473510SQ200780018544
公開日2009年7月1日 申請日期2007年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月30日
發(fā)明者P·拉斯穆森 申請人:歌美颯創(chuàng)新技術(shù)公司