专利名称：一种外转子双馈交流无刷异步电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流旋转电机，特别是一种外转子双馈交流无刷异步电机。
普通的同步发电机，为了能向电网提供工频电能，运行中转速与电网频率同步，并采用直流电源对转子施加励磁。为了满足机械装置对转速的调节需求，随着电子技术的发展，已出现了采用交流励磁的异步发电机，这种异步发电机一般使用交交变频器作为励磁电源，通过调节励磁电源的频率和电压，就能使发电机在输出工频电能的前题下变速运行，由于它在定、转子两组电源上都能实现机械能与电能之间的转换，所以这种技术又叫双馈式异步发电机，它最初是在绕线式异步电机上实现的，近年来又出现了在无刷双定、转子上实现双馈电机功能的技术方案。然而在现有的这些技术方案中，均将转子内置，通过电机轴传递转矩，结构笨重，造价高，轴向尺寸大，极不利于风力发电装置和风机实现机电一体化。并且当它们作为风力发电装置的发电机时，转速仍不够低，不适宜由风轮直接拖动，同时每台发电机又均需配备一套相应的励磁装置，造成风力发电机组群的控制和输电设备繁多，成本增大。
本发明的目的是设计一种可克服上述技术缺陷的机电一体化的外转子双馈交流无刷异步电机，使风力发电装置的风轮或轴流风机的风叶直接固定在本电机的转子外壳之上，并使其具备多台发电机组共享一套输电、励磁系统的能力。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种外转子双馈交流无刷异步电机它是由机座，转子外壳，风轮或风叶和各分为A、B两部分的定、转子铁芯及绕组构成，A、B部的转子绕组之间反相序对接，固定于转子外壳上的A、B部的转子铁芯和设置在固定于机座上的A、B部定子铁芯的外部，风轮或风叶直接固定在转子外壳之上。
如上所述的电机，它机座的内部还设有空腔，空腔里布置有轴承支座和轴承，转子轴与转子外壳连为一体，并通过机座空腔内的轴承绕定子旋转。
如上所述的电机，还可以将两台电机串联使用，电机C的A部定子绕组接入励磁电源，B部定子绕组与电机D的A定子绕组对接，B定子绕组接入电网电源即可完成所有电气连接。
按照上述技术方案构成的外转子双馈交流无刷异步电机具有以下有益的效果(1)使风力发电机组或轴流风机实现了机电一体化，结构轻巧，成本低，电机本身没有电接触元件，可靠性高，功率因数高，制造简单，维护工作量小。同时可变速运行，能极大地提高风力发电机组的综合效率和发电能力。
(2)转速低，尤其是两台机组串联后转速进一步降低，适宜作为风轮直接拖动的风力发电机组，可使多台风力发电机组共享一套励磁、输电系统，有助于降低它们的整体成本。
(3)有利于改进现有风能发电机组和轴流风机的支架结构，增加单台风能机组的容量。当它作为调速轴流风机的动力源时，所需的变频电源容量小，可靠性高，整体成本低。
图1是发明的结构示意图。
图2是两台电机串联使用时的接线示意图。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明如图1所示，本发明外转子双馈交流异步电机是将电机的定子和转子各分为A、B两个部分，在机座1上固定有A、B部的定子铁芯6和7，其上嵌装有励磁绕组8和电源绕组9，它们的引线通过机座1的空腔部位引出，在转子外壳2上固定有A、B部转子铁芯4和5，其上嵌装有反相序对接的转子绕组10和11，固定于转子外壳2上的A、B部的转子铁芯4和5设置在固定于机座1上的A、B部定子铁芯6和7的外部，风轮或风叶12直接固定在转子外壳2之上。绕组10和11的形式可根据电机极对数的多少来具体确定，转速慢的电机极对数多，为了克服谐波磁势，一般宜采用绕线式绕组，此时只要将绕组10和11的引线按反相序的规律对接即可，转速快的电机极对数少，可采用鼠笼型绕组，此时要通过鼠条的换位来实现反相序对接的目的，为了减少风阻损失，转子外壳2宜作成流线型。
为了便于本电机与基础之间的固定及定，转子之间的机械配合，并减少它的重量，在本电机的基座1的内部还设有空腔，空腔里布置有轴承支座和轴承，转子轴3与转子外壳2连为一体，并通过机座1空腔内的轴承绕定子旋转，机座1的一端设有法兰，用于电机与基础之间的固定。
为了适应风力发电机组超低转速的要求，同时简化机组群的控制输电系统，本电机还可以串联使用，使两台或更多台电机共享一套励磁、输电系统。图2所示的是两台电机串联使用的电气接线示意图，图中由A1和B1构成的电机C的定子绕组C8的引线接入励磁电源13，其定子绕组C9则接入由A2和B2构成的电机D的定子绕组D8，电机D的定子绕组D9接入电网电源15。按此技术方案连接的发电机组，电机的转速是单台电机的一半，两台电机的电能完全由电机D馈向电网。为了减少励磁装置的负担，本技术方案还在绕组C9和D8之间并有电力电容组14，其作用是提供容性激磁电流，减少励磁装置的容量。本发明所指的励磁电源是广义的，它可以是频率，电压和相位都可调节的变频电源，也可以是直流电源，甚至于可以是一根短接线。
下面说明本发明的基本原理由电机学的理论可知只要旋转电机的定、转子之间的旋转磁场在空间保持相对静止就可以使电机产生合成转矩。普通双馈异步电机就是利用这一原理来实现异步运行的，它的定、转子通有不同频率的交流电源，转子的转速则是则是定、转子旋转磁场转速向量之差，转子的旋转磁场的转速和旋转方向取决于励磁电源的频率和相序，因此调节励磁电源的频率和相序即可达到改变电机转速的目的。与同步电机不同，双馈电机的励磁电源除了励磁的功用，还有能量转换的功用，当双馈电机处于发电机状态并超同步运行时，它的定、转子同时输出电能，当它处于同步转速以下运行时，只有定子输出电能，而转子则通过励磁电源输入电能。本实用新型将电机分为A、B两个部分，B部电机就是一台双馈电机，它的转子的励磁机电流是由A部电机的转子绕组提供，而A部电机则是一台电枢旋转式双馈电机，它由定子施加励磁电源，它的转子产生感应电势后，通过两转子绕组形成闭合回路向B部电机的转子提供励磁电流，因此B部电机的定子绕组就相当于普通绕线式异步电机的定子绕组，A部电机的定子绕组就相当于绕线异步电机的转子绕组。这就是本电机能实现双馈电机功能的内在原因。进一步的分析还可知只要使A、B部转子绕组反相序对接，就能使它们始终产生同方向的电磁转矩。本电机在运行中，为了保持定、转子之间旋转磁场相对静止，它的转速是同等普通的一半，即它的最高转速是1500转/分。当本电机两台串联使用时，电机C即相当于单台电机的A部，电机D即相当于单台电机的B部，显然，只要选择合适的相序将它们的定子绕组对接，同时保证两台电机具有大致相同的负荷，就能使它们共享一套励磁、输电系统，它们的转速将是单台机的一半，普通同极对数电机的四分之一。这十分有利于低转速电机，尤其是由风轮直接拖动的风力发电机组群。
电机都是可逆的，即电机既可作为发电机使用，亦可作为电动机来使用，因此本电机也可作为交流调速电动机来拖动机电一体化的轴流风机，它所需要的变频电源的容量比一般鼠笼电机小的多，其功率因数和可靠性也更高。
权利要求
1.一种外转子双馈交流无刷异步电机它是由机座(1)，转子外壳(2)，风轮或风叶(12)和各分为A、B两部分的定、转子铁芯及绕组构成，A、B部的转子绕组(10)和(11)反相序对接，它的特征在于固定于转子外壳(2)上的A、B部的转子铁芯(4)和(5)设置在固定于机座(1)上的A、B部定子铁芯(6)和(7)的外部，风轮或风叶(12)直接固定在转子外壳(2)之上。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于机座(1)的内部设有空腔，空腔里布置有轴承支座和轴承，转子轴(3)与转子外壳(2)连为一体，并通过机座(1)空腔内的轴承绕定子旋转。
3.根据权利要1所述的电机，其特征在于它可还将两台电机串联使用，电机C的定子绕组C8接入励磁电源(13)，绕组C9与电机D的定子绕组D8对接，电机D的定子绕组D9接入电网电源(15)。
全文摘要
本发明涉及一种外转子双馈交流无刷异步电机，它是由机座1，转子外壳2，直接固定在转子外壳2上的风轮或风叶12和各分为A，B两部分的定，转子铁芯及相应的绕组构成，当配有交流变频电源后，它即具备调速运行的能力。它适宜作为极低转速的风力机直接拖动的发电机，也可作为机电一体化的轴流风机的动力源，具有制造简单，结构轻巧，无任何电接触元件，功率因数高，所需变频电源容量小的优点。
文档编号H02K17/42GK1674415SQ20041003989
公开日2005年9月28日 申请日期2004年3月25日 优先权日2004年3月25日
发明者裴建生 申请人:新疆金风科技股份有限公司