专利名称：复合式风力永磁同步发电机的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到风力发电设备领域，特指一种复合式风力永磁同步发电机。
背景技术：
风力发电具有显著的环保效益，世界各国都越来越重视风力发电。风力发电系统的两个主要部件是风力机和发电机。风力机的转速通常取决于风速，风速是不断变化的，风速的改变会引起风力机速度变化，因此风力发电系统获得的风力机的输入功率随风速不断变化。目前并网运行的风力发电系统主要对风力机进行功率调节来调节发电机的输入功率，发电机经并网变流器和变压器与电网连接运行。目前用于风力发电系统的同步发电机+不可控整流+逆变电路在低风速时无法将能量馈入电网；同步发电机+可控整流+逆变电路功率因素低且在低风速时无法将能量馈入电网；同步发电机+不可控整流+升压电路+逆变电路虽然能将低风速时的电能馈入电网，但该电路控制比较复杂且增加了成本；多发电机方案在不同风速时，通过控制发电机切入运行的台数，能够将低风速时的电能馈入电网，但其结构复杂，成本较高，控制系统也比较复杂。直接驱动型风力发电系统的发电机功率大，体积也很大，这些发电机一般不能充分利用发电机内部的空间结构，空间利用率小。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、功率密度大、适用范围广、有利于风能捕捉的复合式风力永磁同步发电机。
为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为一种复合式风力永磁同步发电机，它包括机壳和装设于机壳内的转子和定子，其特征在于所述定子包括内定子和外定子，内定子和外定子分别装设于转子的内径侧和外径侧，内定子和转子的内径侧之间形成内气隙，外定子和转子的外径侧之间形成外气隙；内定子和外定子上分别装设有内定子电枢绕组和外定子电枢绕组。
所述内定子压装在内定子支架的外径侧，外定子压装在机壳的内径侧，转子由轴承支承，轴承安装在内定子支架上，转子上设有稀土永磁体。
所述机壳的前端设有环形密封挡板，环形密封挡板与转子之间设有密封圈。
所述内定子电枢绕组和外定子电枢绕组均为6相双Y移30°绕组，外定子双Y电枢绕组分别经三相不可控桥式整流电路后再并联输出，通过第一平衡电抗器Lp1来平衡外定子电枢绕组中两组整流器的电流；内定子双Y电枢绕组分别经三相不可控桥式整流电路后再并联输出，通过第二平衡电抗器Lp2来平衡内定子电枢绕组中两组整流器的电流；内定子电枢绕组的并联连接输出端与外定子电枢绕组的并联连接输出端再通过第三平衡电抗器Lp3并联连接输出直流电Ud，直流电Ud经逆变和升压后与电网相连。
与现有技术相比，本发明的优点就在于1、在低风速时，发电机的内定子电枢绕组单独发电，可减少发电机的功率损耗，有利于风能的捕捉，并且发电机能够输出较高的电压，将低风速时的电能馈入电网；2、风速变化时，发电机输出端电压和频率在相对小的范围内波动，对并网变流器起到很好的保护作用；3、电机功率密度大，充分利用了空间结构，结构紧凑；4、散热条件好，发电机具有较大的表面，定子能很好地通过外表面散热。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中主磁路的示意图；图3是本发明中定子绕组接线图。
图例说明1、机壳 2、外定子3、内定子 4、转子5、轴承 6、内定子支架7、密封挡板 8、外定子电枢绕组9、外气隙 11、橡胶密封圈12、稀土永磁体 13、内定子电枢绕组14、内气隙具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，本发明复合式风力永磁同步发电机，它包括机壳1和装设于机壳1内的转子4和定子，定子包括内定子3和外定子2，内定子3和外定子2分别装设于转子4的内径侧和外径侧，内定子3和转子4的内径侧之间形成内气隙14，外定子2和转子4的外径侧之间形成外气隙9，使整个发电机形成双气隙结构，内定子3和外定子2上分别装设有内定子电枢绕组13和外定子电枢绕组8。本实施例中，内定子3压装在内定子支架6的外径侧，内定子支架6固定于机壳1上，外定子2压装在机壳1的内径侧，转子4由轴承5支承，轴承5安装在内定子支架6上，转子4上设有稀土永磁体12，产生气隙磁通。转子4的外表面套设一个非磁性紧圈，用来防止离心力将稀土永磁体12甩出。机壳1的前端设有环形密封挡板7，环形密封挡板7与转子4之间设有密封圈11，密封圈11采用橡胶密封圈，可以起到防风、防尘的效果，延长整机的使用寿命。内定子电枢绕组13和外定子电枢绕组8均为6相双Y移30°绕组，外定子双Y电枢绕组8分别经三相不可控桥式整流电路后再并联输出，通过第一平衡电抗器Lp1来平衡外定子电枢绕组8中两组整流器的电流；内定子双Y电枢绕组13分别经三相不可控桥式整流电路后再并联输出，通过第二平衡电抗器Lp2来平衡内定子电枢绕组13中两组整流器的电流；内定子电枢绕组13的并联连接输出端与外定子电枢绕组8的并联连接输出端再通过第三平衡电抗器Lp3并联连接输出直流电Ud，直流电Ud经逆变和升压后与电网相连。发电机的外定子电枢绕组8通过外气隙9的磁场进行机电能量转换，输出电能；内定子电枢绕组13通过内气隙14的磁场进行机电能量转换，输出电能；气隙磁场由稀土永磁体12产生，气隙磁场的主磁路如图2所示，主磁路经过转子稀土永磁体12的N极、外气隙9、外定子2的铁心、外气隙9、相邻稀土永磁体12的S极-N极、内气隙14、内定子3的铁心、内气隙14、稀土永磁体12的S极形成一个闭合回路。
本发明复合式风力永磁同步发电机有三种不同的工作形式，即可运行在三个不同的状态，具体如下(1)风速较低时，该发电机的内定子电枢绕组13通过内气隙14的磁场、单独运行发电，外定子电枢绕组8输出端断开。内定子电枢绕组13输出的最大电压为电机额定电压，最大功率为电机额定功率的1/3。
(2)风速为中速时，该发电机的外定子电枢绕组8通过外气隙9的磁场、单独运行发电，内定子电枢绕组13输出端断开。外定子电枢绕组8输出的最大电压为电机额定电压，最大功率为电机额定功率的2/3。
(3)风速达到额定风速及以上时，该发电机内的定子电枢绕组13和外定子电枢绕组8同时运行，并联输出，输出的最大电压为电机额定电压，最大功率为电机额定功率。
本发明复合式风力永磁同步发电机三个工作状态的最大输出电压相等，最大输出功率三级递增。这样，该发电机在较低功率输出时也能输出较高电压，大大降低了输电压的波动，发电机可在更宽的风速范围内运行，有利于风能的捕捉，并且电机在低功率输出时，功率损耗小。本发明发电机额定运行时，2/3的功率分配在外定子2上，外定子2通过电机的外表面散热，该电机的散热性能良好。
具体工作原理参见图3所示，风速较低时，开关组Q2合闸，开关组Q1断开，发电机内定子3的6相电枢绕组通过内气隙14的磁场发电，此时电机转速很低，输出电压和功率也较低，随着风速增加，电机转速增加，输出电压升高，当输出电压高于额定电压时，开关组Q1合闸，同时开关组Q2断开，发电机外定子2的6相绕组通过外气隙9的磁场发电，发电机电磁转矩增大，输出电压下降；当风速继续增加时，电机输出电压上升，当输出电压高于额定电压时，开关组Q2合闸，同时保持开关组Q1合闸，发电机的外定子6相电枢绕组和内定子6相电枢绕组同时并联发电，电机电磁转矩增加，使电机输出电压下降；当风速超过额定风速时，通过调节风力机的浆距来调节风力机的输入功率，保持发电机输出电压的稳定。下面通过一个样机运行数据对该发电机的工作原理进一步说明下表1为在不同风速下，一台额定功率为1.5MW的该发电机的输出功率值表1 额定功率为1.5MW的发电机在不同风速时的功率值
额定功率为1.5MW的该复合式风力永磁同步发电机，其外定子电枢绕组8额定功率为1MW，内定子电枢绕组13额定功率为0.5MW。表1中风速低于7.4m/s时，内定子电枢绕组13单独运行发电；风速为7.4m/s～9.6m/s时，外定子电枢绕组8单独运行发电；风速大于9.6m/s时，外定子电枢绕组8和内定子电枢绕组13并联运行发电；风速超过额定风速15m/s时，通过对风力机浆距的调节，发电机恒功率输出，输出功率为额定功率1.5MW。
权利要求
1.一种复合式风力永磁同步发电机，它包括机壳(1)和装设于机壳(1)内的转子(4)和定子，其特征在于所述定子包括内定子(3)和外定子(2)，内定子(3)和外定子(2)分别装设于转子(4)的内径侧和外径侧，内定子(3)和转子(4)的内径侧之间形成内气隙(14)，外定子(2)和转子(4)的外径侧之间形成外气隙(9)；内定子(3)和外定子(2)上分别装设有内定子电枢绕组(13)和外定子电枢绕组(8)。
2.根据权利要求1所述的复合式风力永磁同步发电机，其特征在于所述内定子(3)压装在内定子支架(6)的外径侧，内定子支架(6)固定于机壳(1)上，外定子(2)压装在机壳(1)的内径侧，转子(4)由轴承(5)支承，轴承(5)安装在内定子支架(6)上，转子(4)上设有稀土永磁体(12)。
3.根据权利要求1或2所述的复合式风力永磁同步发电机，其特征在于所述机壳(1)的前端设有环形密封挡板(7)，环形密封挡板(7)与转子(4)之间设有密封圈(11)。
4.根据权利要求1或2所述的复合式风力永磁同步发电机，其特征在于所述内定子电枢绕组(13)和外定子电枢绕组(8)均为6相双Y移30°绕组，外定子双Y电枢绕组(8)分别经三相不可控桥式整流电路后再并联输出，通过第一平衡电抗器(Lp1)来平衡外定子电枢绕组(8)中两组整流器的电流；内定子双Y电枢绕组(13)分别经三相不可控桥式整流电路后再并联输出，通过第二平衡电抗器(Lp2)来平衡内定子电枢绕组(13)中两组整流器的电流；内定子电枢绕组(13)的并联连接输出端与外定子电枢绕组(8)的并联连接输出端再通过第三平衡电抗器(Lp3)并联连接输出直流电(Ud)，直流电(Ud)经逆变和升压后与电网相连。
5.根据权利要求3所述的复合式风力永磁同步发电机，其特征在于所述内定子电枢绕组(13)和外定子电枢绕组(8)均为6相双Y移30°绕组，外定子双Y电枢绕组(8)分别经三相不可控桥式整流电路后再并联输出，通过第一平衡电抗器(Lp1)来平衡外定子电枢绕组(8)中两组整流器的电流；内定子双Y电枢绕组(13)分别经三相不可控桥式整流电路后再并联输出，通过第二平衡电抗器(Lp2)来平衡内定子电枢绕组(13)中两组整流器的电流；内定子电枢绕组(13)的并联连接输出端与外定子电枢绕组(8)的并联连接输出端再通过第三平衡电抗器(Lp3)并联连接输出直流电(Ud)，直流电(Ud)经逆变和升压后与电网相连。
全文摘要
本发明公开了一种复合式风力永磁同步发电机，它包括机壳和装设于机壳内的转子和定子，所述定子包括内定子和外定子，内定子和外定子分别装设于转子的内径侧和外径侧，内定子和转子的内径侧之间形成内气隙，外定子和转子的外径侧之间形成外气隙；内定子和外定子上分别装设有内定子电枢绕组和外定子电枢绕组。本发明是一种结构简单紧凑、功率密度大、适用范围广、有利于风能捕捉的复合式风力永磁同步发电机。
文档编号H02K21/12GK1929263SQ20061003224
公开日2007年3月14日 申请日期2006年9月14日 优先权日2006年9月14日
发明者黄守道, 王辉, 罗德荣, 欧阳红林, 高剑, 欧金生, 肖慧慧 申请人:湖南大学