專利名稱：一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特別是涉及一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，風(fēng)電技術(shù)也在不斷地升級(jí)、換代，主要表現(xiàn)為提高單機(jī)容量、發(fā)展新技術(shù)改善風(fēng)電機(jī)組性能、提高風(fēng)能利用率、降低風(fēng)電成本、更加重視風(fēng)電機(jī)組安全性和系統(tǒng)可靠性控制等方面，風(fēng)電場運(yùn)行控制、預(yù)測調(diào)度技術(shù)也在不斷完善。同時(shí)， 利用海上風(fēng)能資源，發(fā)展海上風(fēng)電場建設(shè)技術(shù)、研制大型海上風(fēng)電機(jī)組成為技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)。目前功率在兆瓦級(jí)及以上的大型風(fēng)電機(jī)組主要以雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和直驅(qū)全功率變換型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為主。雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有最好的性價(jià)比，但對(duì)電網(wǎng)故障的穿越能力和支撐能力較弱。雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動(dòng)鏈必須要有大功率齒輪箱，這對(duì)機(jī)組的可靠性和可維護(hù)性提出了更苛刻的要求。直驅(qū)全功率變換型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過變頻器并網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)故障的穿越能力較強(qiáng)，有一定的支撐電網(wǎng)能力，避免了大功率齒輪箱的維護(hù)工作量，可靠性有所提高，但由于其轉(zhuǎn)速很低，隨著功率的增大，多極數(shù)永磁同步發(fā)電機(jī)的制造工藝復(fù)雜，技術(shù)難度大，電機(jī)體積大，造價(jià)高，同時(shí)隨著機(jī)組容量的不斷增大，大功率變頻器價(jià)格昂貴增加了其使用成本。開關(guān)磁阻式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是以開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換核心的，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)為雙凸極電機(jī)，定子、轉(zhuǎn)子均為凸極齒槽結(jié)構(gòu)，定子上設(shè)有集中繞組，轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，由此帶來變頻器及控制、驅(qū)動(dòng)的簡潔性。開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)本身具有可控參數(shù)多、非線性、缺少明確的數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的有刷直流發(fā)電機(jī)及旋轉(zhuǎn)整流無刷同步發(fā)電機(jī)相比，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)具有明顯的容錯(cuò)能力強(qiáng)、組合起動(dòng)與發(fā)電容易、適合高溫環(huán)境運(yùn)行和大容量、高效率及高功率密度運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。該發(fā)電機(jī)氣隙磁場和相磁鏈隨轉(zhuǎn)子位置和繞組相電流而持續(xù)、周期性變化，沒有傳統(tǒng)電機(jī)的穩(wěn)定磁路工作點(diǎn)，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)三維磁空間。開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)沒有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組，而是與集中嵌放的定子電樞合二為一，并通過控制器分時(shí)控制實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁與發(fā)電，因而簡化了結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。同時(shí)，該發(fā)電機(jī)相繞組間無電藕合，其容錯(cuò)能力大大增強(qiáng)。另外，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固可靠。隨著大功率電力電子器件性價(jià)比的提高以及控制策略的發(fā)展，開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢將會(huì)逐漸得以體現(xiàn)。但是，隨著電機(jī)功率的增大，電機(jī)的體積將會(huì)越來越大，特別對(duì)于低速電機(jī)，例如開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)功率大于兆瓦或數(shù)兆瓦以上時(shí)，其體積將會(huì)變得相當(dāng)龐大，以至于會(huì)對(duì)運(yùn)輸帶來極大困難。如何能創(chuàng)設(shè)一種能大幅降低兆瓦級(jí)及以上的直驅(qū)開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本，且體積小、重量輕、便于運(yùn)輸?shù)男碌碾p軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，實(shí)屬當(dāng)前本領(lǐng)域的重要研究課題之一。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，使其能大幅降低兆瓦級(jí)及以上的直驅(qū)開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本，且體積小、重量輕、便于運(yùn)輸，從而克服現(xiàn)有的開關(guān)磁阻式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的不足。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要包括輪轂、主軸、機(jī)殼、機(jī)架、定子、轉(zhuǎn)子，所述的定子包括內(nèi)定子和外定子， 內(nèi)定子和外定子均由定子鐵芯和定子繞組組成；轉(zhuǎn)子位于內(nèi)定子和外定子之間，外定子與轉(zhuǎn)子之間形成第一工作氣隙，內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子之間形成第二工作氣隙；外定子繞組與內(nèi)定子繞組對(duì)應(yīng)同相繞組反相串聯(lián)，第一工作氣隙與第二工作氣隙磁路串聯(lián)。作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述的轉(zhuǎn)子采用雙凸極結(jié)構(gòu)。所述的轉(zhuǎn)子通過固定在轉(zhuǎn)子前端的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)子支架與主軸、輪轂同步連接，外定子安裝在機(jī)殼內(nèi)壁，內(nèi)定子通過內(nèi)定子支架固定在機(jī)殼內(nèi)部。所述的轉(zhuǎn)子后端連接有轉(zhuǎn)子后支架，轉(zhuǎn)子后支架連接有轉(zhuǎn)子定心軸承，轉(zhuǎn)子定心軸承還與內(nèi)定子支架連接。 所述的轉(zhuǎn)子支架上套有鎖緊套。所述的機(jī)殼與主軸之間固定有前、后軸承。所述的前、后軸承采用調(diào)心軸承，轉(zhuǎn)子定心軸承采用深溝球軸承。所述的前、后軸承的內(nèi)外側(cè)均設(shè)置有軸套，軸套上均設(shè)有端蓋，機(jī)殼上設(shè)置有前、 后法蘭，前、后法蘭分別位于前、后軸承的內(nèi)、外側(cè)端蓋之間，并分別與前、后軸承的端蓋緊固連接。所述的后法蘭還與機(jī)架固定連接，且轉(zhuǎn)子后支架與轉(zhuǎn)子定心軸承通過后法蘭固定安裝于后法蘭內(nèi)側(cè)。所述的主軸上還設(shè)有轉(zhuǎn)子軸向調(diào)節(jié)螺母。采用這樣的設(shè)計(jì)后，本實(shí)用新型至少具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型的傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)采用雙軸承支撐的傳動(dòng)方式，大為簡化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)， 同時(shí)大幅減小了整機(jī)重量；2、本實(shí)用新型的電機(jī)采用雙定子開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，使電機(jī)單位體積的輸出功率增大，從而減小電機(jī)體積和重量，既降低了成本，又方便了運(yùn)輸；3、本實(shí)用新型在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子后端加設(shè)了一個(gè)常規(guī)深溝球軸承，該軸承可以保證發(fā)電機(jī)在任何運(yùn)行狀態(tài)下轉(zhuǎn)子與定子的同心；4、本實(shí)用新型可以大幅減輕直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重量和成本，可廣泛應(yīng)用于直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。
上述僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是本實(shí)用新型雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要部件裝配示意圖。圖2是本實(shí)用新型雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)組成示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)用新型一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要包括輪轂1、主軸2、機(jī)殼3、機(jī)架4、定子和轉(zhuǎn)子7。其中，請(qǐng)配合參閱圖2所示，所述的定子為包括內(nèi)定子5和外定子6的雙定子結(jié)構(gòu)，內(nèi)定子5和外定子6均由定子鐵芯和定子繞組組成。外定子6由外定子鐵芯61與外定子繞組62組成，安裝在電機(jī)機(jī)殼3的內(nèi)壁。內(nèi)定子5由內(nèi)定子鐵芯51與內(nèi)定子繞組52組成，安裝在內(nèi)定子支架53上。外定子繞組62與內(nèi)定子繞組52對(duì)應(yīng)同相繞組反相串聯(lián)。轉(zhuǎn)子7采用雙凸極結(jié)構(gòu)，位于內(nèi)定子5和外定子6之間，外定子6與轉(zhuǎn)子7之間形成第一工作氣隙，內(nèi)定子5與轉(zhuǎn)子7之間形成第二工作氣隙，第一工作氣隙與第二工作氣隙磁路串聯(lián)。轉(zhuǎn)子7通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤71、轉(zhuǎn)子支架72與主軸2、輪轂1同步連接。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤71緊固連接在轉(zhuǎn)子7的前端，并經(jīng)螺栓與轉(zhuǎn)子支架72緊固一起，鎖緊套73套在轉(zhuǎn)子支架72上面。轉(zhuǎn)子7的后端經(jīng)螺栓、轉(zhuǎn)子壓板76緊固連接有轉(zhuǎn)子后支架74，轉(zhuǎn)子后支架74安裝于轉(zhuǎn)子定心軸承75上，轉(zhuǎn)子定心軸承75還與內(nèi)定子支架53連接，用于保證轉(zhuǎn)子7后端與定子同心。輪轂1與主軸2經(jīng)螺栓緊固在一起，機(jī)殼3與主軸2之間固定有前軸承8、后軸承 9，機(jī)殼3上設(shè)置有前法蘭31、后法蘭32。前軸承8安裝在主軸2上，前軸承外軸套81與前軸承內(nèi)軸套82安裝于主軸2上并位于主軸2與前軸承8之間，前軸承內(nèi)軸套8位于前軸承8與轉(zhuǎn)子支架72之間。電機(jī)前軸承外端蓋83套在前軸承外軸套81上，電機(jī)前軸承內(nèi)端蓋84套在前軸承內(nèi)軸套82上。前法蘭31位于電機(jī)前軸承外端蓋83與電機(jī)前軸承內(nèi)端蓋84之間，并經(jīng)過螺栓與電機(jī)前軸承外端蓋83與電機(jī)前軸承內(nèi)端蓋84緊固在一起。前法蘭31同時(shí)與機(jī)殼3經(jīng)螺栓緊固在一起。后軸承9安裝在主軸2上，后軸承外軸套91與后軸承內(nèi)軸套92安裝于主軸2上并位于主軸2與后軸承9之間，后軸承內(nèi)軸套92位于轉(zhuǎn)子支架72與后軸承9之間。電機(jī)后軸承外端蓋93套在后軸承外軸套91上，電機(jī)后軸承內(nèi)端蓋94套在后軸承內(nèi)軸套92上，后法蘭32位于電機(jī)后軸承外端蓋93與電機(jī)后軸承內(nèi)端蓋94之間，并裝配于后軸承9上面， 經(jīng)過螺栓與電機(jī)后軸承外端蓋93與電機(jī)后軸承內(nèi)端蓋94緊固在一起。后法蘭32還與機(jī)殼3、機(jī)架4固定在一起，轉(zhuǎn)子后支架74與轉(zhuǎn)子定心軸承75裝配后一起固定與后法蘭32的內(nèi)側(cè)。上述前軸承8、后軸承9可采用調(diào)心軸承，轉(zhuǎn)子定心軸承75可選用常規(guī)的深溝球軸承，主軸2上還可以固定有轉(zhuǎn)子軸向調(diào)節(jié)螺母21以及滑環(huán)22。其中，轉(zhuǎn)子軸向調(diào)節(jié)螺母21 位于后軸承外軸套91右側(cè)，用于轉(zhuǎn)子7的軸向定位；滑環(huán)22固定于主軸2的后端。主軸2依次穿過前軸承外軸套81、前軸承8、前軸承內(nèi)軸套82、轉(zhuǎn)子支架82、后軸承內(nèi)軸套92、后軸承外軸套91、轉(zhuǎn)子軸向調(diào)節(jié)螺母21，并貫穿于前法蘭31與后法蘭32之外。請(qǐng)參閱圖3所示，本實(shí)用新型構(gòu)成的直驅(qū)開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)包括上述的雙定子開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)、功率變換器、直流電池、逆變器和負(fù)載、控制器以及輔助電源，其中雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)與功率變換器連接，功率變換器與逆變器和負(fù)載之間并聯(lián)有直流電池；直流電池與控制器連接；控制器與功率變換器相連；輔助電源與控制器連接。雙定子開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的雙凸極轉(zhuǎn)子由輪轂拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，是風(fēng)能/機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置；功率變換器接收控制器發(fā)出的控制指令，將雙定子開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)發(fā)出的直流電輸出給系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置-直流電池；控制器包括驅(qū)動(dòng)電路、過壓過流保護(hù)電路、電壓電流檢測電路、轉(zhuǎn)子位置檢測電路、單片機(jī)或DSP最小系統(tǒng)電路等，控制器綜合處理轉(zhuǎn)子位置檢測器、 電壓電流檢測器提供的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置、速度和電流等反饋信息及外部輸入的指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙定子開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制，控制內(nèi)、外定子各相繞組輪流工作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化。直流電池是系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置；逆變器和負(fù)載，將雙定子開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)發(fā)出的直流電逆變成交流電，直接供給交流負(fù)載；輔助電源用來給控制器提供士 15V、士5V等多路電源。本實(shí)用新型在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)中采用了結(jié)構(gòu)簡單可靠的雙定子開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，在傳動(dòng)鏈中采用了雙軸承支撐的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子浮動(dòng)端采用了轉(zhuǎn)子定心軸承，大幅降低了兆瓦級(jí)及以上直驅(qū)開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重量與成本，提高了開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在風(fēng)電行業(yè)的競爭優(yōu)勢。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等， 均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要包括輪轂、主軸、機(jī)殼、機(jī)架、定子、轉(zhuǎn)子，其特征在于所述的定子包括內(nèi)定子和外定子，內(nèi)定子和外定子均由定子鐵芯和定子繞組組成；轉(zhuǎn)子位于內(nèi)定子和外定子之間，外定子與轉(zhuǎn)子之間形成第一工作氣隙，內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子之間形成第二工作氣隙；外定子繞組與內(nèi)定子繞組對(duì)應(yīng)同相繞組反相串聯(lián)，第一工作氣隙與第二工作氣隙磁路串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子采用雙凸極結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子通過固定在轉(zhuǎn)子前端的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)子支架與主軸、輪轂同步連接，外定子安裝在機(jī)殼內(nèi)壁，內(nèi)定子通過內(nèi)定子支架固定在機(jī)殼內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子后端連接有轉(zhuǎn)子后支架，轉(zhuǎn)子后支架連接有轉(zhuǎn)子定心軸承，轉(zhuǎn)子定心軸承還與內(nèi)定子支架連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子支架上套有鎖緊套。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的機(jī)殼與主軸之間固定有前、后軸承。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的前、后軸承采用調(diào)心軸承，轉(zhuǎn)子定心軸承采用深溝球軸承。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的前、后軸承的內(nèi)外側(cè)均設(shè)置有軸套，軸套上均設(shè)有端蓋，機(jī)殼上設(shè)置有前、 后法蘭，前、后法蘭分別位于前、后軸承的內(nèi)、外側(cè)端蓋之間，并分別與前、后軸承的端蓋緊固連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的后法蘭還與機(jī)架固定連接，且轉(zhuǎn)子后支架與轉(zhuǎn)子定心軸承通過后法蘭固定安裝于后法蘭內(nèi)側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的主軸上還設(shè)有轉(zhuǎn)子軸向調(diào)節(jié)螺母。
專利摘要本實(shí)用新型是有關(guān)于一種雙軸承支撐的大型直驅(qū)雙定子開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要包括輪轂、主軸、機(jī)殼、機(jī)架、定子、轉(zhuǎn)子，所述的定子包括內(nèi)定子和外定子，內(nèi)定子和外定子均由定子鐵芯和定子繞組組成；轉(zhuǎn)子位于內(nèi)定子和外定子之間，外定子與轉(zhuǎn)子之間形成第一工作氣隙，內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子之間形成第二工作氣隙；外定子繞組與內(nèi)定子繞組對(duì)應(yīng)同相繞組反相串聯(lián)，第一工作氣隙與第二工作氣隙磁路串聯(lián)。本實(shí)用新型能大幅降低兆瓦級(jí)及以上的直驅(qū)開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本，且體積小、重量輕、便于運(yùn)輸，從而克服現(xiàn)有的開關(guān)磁阻式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的不足。
文檔編號(hào)H02K16/04GK202145609SQ201120284330
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者施文江, 秦明, 肖珊彩 申請(qǐng)人:國電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司