[实用新型]一种轴向无刷双馈电机

说明书

技术领域

本实用新型属于电机及其控制技术领域，涉及一种双馈变速恒频发电机/电动机。 

背景技术

随着全社会对能源和环境问题的持续关注，可再生能源的开发利用正呈现出加速发展的趋势。风能在地球上广泛存在并且是目前为人们所掌握的最为成熟的可再生能源之一。风力发电机是风力发电系统中将机械能转化为电能的装置，其性能直接影响着输出电能的质量和转换效率。 

目前，世界上流行的大功率风力发电系统使用的发电机主要有以下几种类型： 

一、双馈异步风力发电机

双馈异步风力发电系统中使用齿轮箱将较低的风机转速变换到较高的发电机运行速度，可连续变速运行，风能转换率高。功率变换器为部分功率变换器（约为全部功率的三分之一），因而变换器成本相对较低。其缺点是电机带有电刷和滑环，使得可靠性下降，制造和维护成本增加。另外，齿轮箱的存在增大了系统体积，也使系统可靠性进一步降低。

二、直驱式同步发电机 

直驱式同步发电机由风机直接驱动，因而不需要齿轮箱，一定程度上提高了整个系统的可靠性。直驱式同步发电机包括电磁式和永磁式。直驱式电励磁同步发电机由外部励磁电源供电，因而仍然带有电刷和滑环。直驱式永磁同步发电机由永久磁钢励磁，取消了电刷和滑环。两种电机均运行于较低转速，使电机极数增多，体积变大。同时，直驱式同步发电系统均使用全功率变换器，因而变换器成本较高。另外，可能的永磁体退磁也是直驱式永磁同步发电机面临的一个问题。

三、无刷双馈电机 

无刷双馈电机定子侧有两套极对数不同的独立绕组，转子采用自行闭合的环路结构，两套定子绕组在电路和磁路上完全解耦，取消了电刷和滑环，可靠性提高。使用部分功率变换器，变换器成本较低。无刷双馈电机按照是否共用定子铁芯可分为轴向级联式和共用定子铁芯式。轴向级联式无刷双馈电机由两台异步电机轴向级联而成，一台为功率机，另一台为控制机，由于绕组端部的存在使得轴向级联的两个定子之间必须留有一定的间距，公共转子利用率低，系统占用空间大，功率密度偏低。共用定子铁芯式无刷双馈电机只有一个定子铁芯，上面安放两套极对数不同的绕组，一套为功率绕组，另一套为控制绕组，绕组结构复杂，槽利用率偏低，而且两套绕组间存在直接的磁耦合。同时，使用的鼠笼转子结构特殊，需专门设计。

实用新型内容

技术问题：本实用新型的目的在于提供一种可提高系统可靠性和空间利用率的轴向无刷双馈电机。 

技术方案：本实用新型的轴向无刷双馈电机，包括双向整流逆变器、端盖、转轴、设置在转轴上的转子、在转子的轴向两侧对称设置的左定子和右定子，转轴与端盖之间通过轴承连接，两个定子与转子之间均设置有气隙； 

左定子包括左定子铁芯和设置在左定子铁芯上极数为2p的左定子绕组，右定子包括右定子铁芯和设置在右定子铁芯上极数为2q的右定子绕组，p和q分别为正整数，且p和q不相等；左定子绕组的三相引出线与电网或主电源相连；右定子绕组的三相引出线与双向整流逆变器连接；

转子包括垂直于转轴轴向的圆盘状的机械支撑，机械支撑的两侧对称设置有圆环状的左铁芯和右铁芯，左铁芯和右铁芯的内环上分别设置有左铁芯端环和右铁芯端环，左铁芯和右铁芯的圆环上分别设置有周向均匀排列的径向的左铁芯导条和右铁芯导条，左铁芯导条的一端与左铁芯端环连接，右铁芯导条的一端与右铁芯端环连接，左铁芯导条与右铁芯导条在左铁芯和右铁芯的外环一侧连接。

本实用新型中，左定子绕组和右定子绕组均为多相对称定子绕组。 

本实用新型的电磁结构可由多个基本单元组成，基本单元沿轴向级联。 

有益效果：本实用新型和现有技术相比，具有以下优点： 

该无刷双馈电机保留了直驱式同步发电机、双馈异步风力发电机的优点，取消了电刷和滑环，提高了系统可靠性，降低了维护成本。流经功率变换器的电功率为控制绕组功率，类比普通双馈异步发电机可知，功率变换器容量较小，约为电机全部功率的1/3，因而功率变换器成本低。

传统级联式无刷双馈电机采用轴向磁通结构时，沿半径方向有4个绕组端部，而本实用新型的轴向磁通结构轴向无刷双馈电机，由于可以将两个定子同轴布置在转子的两侧，沿半径方向仅有2个绕组端部，减少了无效长度，因此空间利用率高，相同功率等级下，电机的轴向长度缩短，结构更加紧凑。此外，还可以沿轴向布置多个电机基本单元，提高电机容量，具有更大的灵活性。