[发明专利]风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电设备，具体涉及一种发电机内部结构改进。

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。风能作为目前人类所掌握的开发应用技术最为成熟的可再生能源之一，凭借其可开发量大、分布区域广、安全环保等优点，在社会经济可持续发展中发挥着重要的作用。中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会发布数据显示，2011年中国已投入运营的装机总容量高达41800MW，超过美国成为全球风力发电装机容量最大的国家。而同年的日本福岛核泄漏事件，再一次引发了全球性的对新能源安全问题的深刻反省与思考，使得风能的开发利用在国家新能源战略中的地位日趋凸显。

风力发电系统是将机械能转化为电能的装置，同时也是将原动力与输出电能相连接的工具，它不仅直接影响到输出电能的质量和效率，也影响到整个风电转换系统的性能和结构。因此，国内外学者对风力发电系统及其部件进行了广泛深入的研究，先后提出了失速型异步发电系统、双馈型变速恒频发电系统、高速永磁发电系统、低速直驱永磁发电系统、中速半直驱永磁发电系统等多种类型风力发电系统及其相应控制策略，使风力发电系统的容量和性能都得到了显著提升，并获得了日益广泛的应用。综观目前国内外己投运和正在研发的风力发电系统，基本可归为两大类，第一类是以机械式增速齿轮箱为中间环节的高速发电系统，由于风能是能量密度较低的一种能源，由风能驱动的风力机工作在较低的转速（几十转/分），传统的同步或异步发电机由于极数限制，转速通常都较高，因此该类型系统必须采用多级齿轮箱对风力机转速进行增速，使之接近异步电机的额定转速。但增速齿轮箱不仅体积大、笨重，而且故障率高，需要经常维护，是风力发电系统中最薄弱的环节；第二类是近年出现的直驱风力发电系统，取消了增速齿轮，因此具有效率高、动态响应快、维护费用低等优点。然而，由于直驱发电机在每分钟几十转的低速下工作，为保证其输出电压和频率在正常的范围内，发电机需要采用较大的定转子直径和较多的极对数，体积大，质量重，给发电机的设计、制造、运输和安装等增加了很大难度。

发明内容

本发明之基本目的在于提供一种风力发电机，其具有励磁调节结构，当风速变化时，实时调节励磁电流，可使电枢绕组输出电压保持不变，构成直驱式风电系统。并进一步提供了其控制原理。

进一步的提供了具有励磁功能的模块化定子。

进一步的，在提供通过励磁调节结构的同时，提供了一种在励磁调节电流一定的情况下，改变励磁磁场强度的机械装置。

进一步的，提供了与风电发电机工作环境相适应的高温抗退磁转子磁极材料及其制备方法。

进一步的，提供了增强励磁调节结构的软磁体，使得励磁磁场得以加强，并进一步提供了与风电发电机工作环境相适应的软磁体材料，并进一步提供了其制备方法。

为了解决本发明最基本的问题，本发明提供了一种电励磁磁通切换发电机，其内部由发电机壳体、定子、转子组成，定子上嵌放电枢绕组和励磁绕组两套绕组， 励磁绕组位于电枢绕组外侧，电枢绕组接入工频电网用作电能输出，励磁绕组连接控制器，通过升压变压器与电网连接用作交流励磁，电励磁磁通切换发电机一方面连接至控制器，另一方面通过不可控整流桥及三相逆变器连接至升压变压器，三相逆变器输出反馈信号到控制器中；控制器再通过励磁控制电励磁磁通切换发电机。

进一步的，风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机，其定子内部设有含励磁绕组与电枢绕组的子定子模块，该励磁绕组位置可移动，同时含有控制励磁绕组移动的运动控制机构。

风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机含有定子组件和转子组件，定子组件和转子组件同心设置，所述定子组件是固定的，转子组件被配置在定子组件中心，驱动轴延伸连接转子组件到风机的中央轮毂，驱动轴机械地通过一个齿轮箱与发电机的转子组件通过机械耦合连接。

该定子组件包括有一定子组件环形外壳，多个子定子模块从定子组件环形外壳向转子组件的径向内侧突出，定子组件保持在发电机的操作期间保持静止，为发电机结构的非旋转部件。多个子定子模块镶嵌于定子组件环形外壳内，子定子模块和定子组件环形外壳由铁磁材料构成。

转子组件包括框架和转子磁极，具有多个转子磁极沿周向分布在框架上，驱动轴被支承在轴承中，从而使得转子组件在圆筒形的定子组件中稳定的运行，使得定子组件中的子定子模块与转子磁极之间形成径向空气间隙。