[发明专利]大型直驱盘式开关磁阻风力发电机及其系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。