[实用新型]一种大型直驱超导开关磁阻风力发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及风电技术领域，特别是涉及一种大型直驱超导开关磁阻风力发电机。

背景技术

在直驱风力发电机技术领域，随着直驱发电机的容量越来越大，其体积与重量也随之增大，传统的直驱发电机如直驱永磁发电机、直驱电励磁发电机以及直驱开关磁阻风力发电机等体积大、重量大、造价高，已经不能满足大型直驱风力发电机组特别是超大型直驱风力发电机组的技术需求。

针对上述问题，国内外一些风机制造商都在探索大型直驱风力发电机特别是超大型直驱风力发电机的新技术路线。普遍地，超导发电机被认为是未来应用于大型直驱风电的一种趋势。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，超导开关磁阻电机在直驱风力发电领域的优势将会逐渐得以体现。

超导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，定子上设有超导集中绕组，转子上既无绕组也无永磁体，与传统的电机相比，超导开关磁阻电机具有容错能力强、组合起动与发电容易、容量大、体积小、重量轻、效率高、可高功率密度运行等优点。

直驱超导开关磁阻风力发电机的定子的超导线圈是由脆性超导材料制成的，而且必须冷却到临界温度或以下以实现和维持超导性。由硅钢片叠成或铁加工成的定子铁芯由于在低温下变脆而不能用于定子磁路中。

超导开关磁阻发电机定子铁芯的气隙磁场大约为2特斯拉时饱和，若超导定子采用空气芯设计，在定子中，没有导磁的定子铁芯，可以达到3特斯拉或更高的气隙磁场。高气隙磁场提高了电机的能量密度，使电机的重量和尺寸大大减小。空气芯超导体定子需要大量的超导线材，从而增加了所需的线圈匝数、线圈支撑的复杂程度以及超导线圈和定子的生产成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种大型直驱超导开关磁阻风力发电机，可简化直驱风机的整机结构，降低风机整机重量与成本，同时使定子铁芯临界温度下能够正常工作且线圈支撑能保护超导定子线圈，从而克服现有的超导定子铁芯临界温度下易开裂疲劳的不足。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种大型直驱超导开关磁阻风力发电机，包括轮毂、转子、定子、固定轴、机架，所述机架与固定轴连接，轮毂与转子联动，转子与定子之间形成气隙，所述轮毂与固定轴之间采用一个主轴承的单轴承传动形式，所述主轴承的内环固定在固定轴上，所述主轴承的外环与轮毂及转子联动；所述定子包括定子铁芯、线圈支撑、超导定子线圈和低温容器，其中，超导定子线圈固定在线圈支撑上，超导定子线圈和线圈支撑安装在低温容器的封闭空间内，低温容器和线圈支撑通过绝热螺钉与定子铁芯固定连接。

进一步地，所述定子有两个，分别为内定子及外定子，所述转子位于内、外定子中间，形成双气隙结构。

进一步地，所述的低温容器在连接绝热螺钉的通孔处装有密封垫，并在所述的绝热螺钉上套有绝热套管。

进一步地，所述的低温容器由低温容器Ⅰ及低温容器Ⅱ两部分拼接组成，分别安装在线圈支撑的外侧和内侧。

进一步地，所述线圈支撑、低温容器均由耐低温的非磁性材料制成。

进一步地，所述固定轴为空心固定轴。

进一步地，所述主轴承为双列圆锥滚子轴承。

进一步地，所述主轴承的外环通过转子转盘与轮毂及转子联动，其中，所述转子转盘一端与轮毂固定连接，另一端与转子前端固定连接，且所述主轴承的外环与转子转盘固定连接。

进一步地，所述定子有两个，分别为内定子及外定子，所述转子位于内、外定子中间，所述风力发电机还包括发电机外壳，前法兰、后法兰和内定子支架，所述发电机外壳两端分别与前法兰、后法兰紧固连接；所述外定子安装于发电机外壳的内环上；所述内定子套装于内定子支架上；所述内定子支架与后法兰连接，所述后法兰与固定轴连接。

进一步地，所述转子采用扁平型结构，所述转子的后端无定心轴承机构。

由于采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下优点：

（1）由于在整机的传动方式上采用单轴承固定轴支撑结构，简化了直驱风电机组整机的结构，降低了整机装配难度和工艺要求。同时，由于采用绝热套管及绝热螺钉将定子铁芯与超导定子线圈绝热隔离，避免了定子铁芯在低温下不能导磁的现象。

（2）由于采用特殊的内、外超导线圈定子结构，既可克服超导定子空气芯的缺点，又保证超导线圈支撑在超导定子中、工作在临界温度下，并保护超导线圈不会裂开、疲劳或断裂。

（3）由于采用双气隙结构的直驱超导开关磁阻发电机，进一步降低了直驱超导开关磁阻发电机的体积与重量。