[发明专利]双定子超导无刷双馈风力发电机

说明书

本发明是一种双定子超导无刷双馈风力发电机，该电机具有外定子(1)，转子(4)和内定子(7)，且外定子(1)需采用分段组装的结构。单体杜瓦磁体(11)环绕在外定子(1)的外定子轭(2)上，经外部连接后形成整距分布的控制绕组。每个单体杜瓦磁体(11)由一个外层杜瓦(12)和一个内层杜瓦(13)组成，内层杜瓦(13)内部放置着超导线圈(14)。内定子(7)上安放有短距分布的功率绕组(9)，可使用铜线或者超导线材制作。为使双馈电机的性能优良，控制绕组和功率绕组必须都采用分布绕组的形式。超导控制绕组的极对数p_sc，功率绕组的极对数p_cw，转子导磁铁心块(6)的个数n_r，必须满足关系n_r＝p_sc+p_cw。转子非导磁块(5)和转子导磁铁心块(6)的个数相等。

技术领域

本发明涉及一种双定子结构且应用了超导材料的无刷双馈风力发电机技术,属于电机技术领域。

背景技术

确保能源供应安全，是保证国家经济健康、快速发展的基础。为应对化石能源危机、环境污染等现实问题，国家出台了一系列相关政策，大力推动风能、太阳能、水能、先进核能等清洁能源发展，其中风能是发展最快的新能源之一。在《中国制造2025-能源装备实施方案》中，对风电装备的主要任务和实施方案做了详细描述：开发适用于轮毂中心高度100-200米大型陆上风力发电机组，开发10MW级海上大功率风力发电机组、海上漂浮式风力发电机组及各种基础结构，掌握自主知识产权的5-7MW大型风电机组、10MW级大型风电机组(双馈和直驱)及关键部件，重点突破超长低风速叶片、超大功率高温超导风力发电机、大功率直驱永磁同步风力发电机等。

海上风资源丰富、风速高、风速稳定，且不抢占陆上资源，运行噪声对陆上环境影响小，因此成为了风电发展的新方向。为降低度电成本，发展10MW及以上的海上风电机组成为业界公认的技术趋势。若采用普通的永磁直驱方案研发10MW的风电机组，其重量和体积将对风力发电机组的制造、运输、安装带来重大的困难。超导材料在其要求的条件下具有零电阻的特性，能承受很大的电流密度。若将超导材料应用于电机中，可使电机的磁负荷或者电负荷提高2-3倍，从而减小电机的重量和体积，而且为避免铁磁材料的饱和问题，超导电机多采用空气绕组，进一步减小了电机的重量和体积，这使超大功率海上风电机组的研发成为可能。已有研究表明，同为10MW的电机，超导电机的重量仅为150吨，直径低于5米，与常规电机相比降低了50％左右。

随着高温超导材料的快速发展，高温超导电机也得到了广泛研究，其中研究最广、最深入的是基于常规电机结构的超导励磁同步电机。将超导励磁安装在转子上，称为转磁式超导电机，它的励磁电流需经过电刷和滑环导入，冷却液也需要采用旋转密封输入，设计难度大。将超导励磁安装在定子上，称为转枢式超导电机，虽解决了旋转密封的问题，但电枢电流的输出仍需要电刷与滑环，也降低了电机的可靠性。近年来出现的超导励磁磁通切换电机、超导励磁游标电机是在定子励磁型电机的基础上发展来的，其工作原理决定了该电机必须由铁磁材料构成凸极式定子和转子，铁磁材料的饱和问题限制了超导材料性能的发挥。同时，励磁绕组和电枢绕组位于同一定子铁心中，空间安排困难，也限制了电机功率密度的进一步提高。不论是传统结构的超导同步电机还是定子励磁型的超导同步电机，都需要全功率的变流器进行控制，全功率变流器的使用进一步提高了超导电机系统的成本，不利于其推广使用。