风涡轮传动系的制作方法

专利名称：风涡轮传动系的制作方法
技术领域：
本发明涉及风涡轮传动系。尤其是，本发明涉及结合磁性传动装置类型的风涡轮传动系。这种类型磁性传 动装置包括作为直接取代机械齿轮级的磁齿轮，使恒频发电机输出部和所谓永久磁铁或 绕线磁场(wound field) “伪直接驱动器”运作的可变磁齿轮，其提供整合有磁性传动装 置的发电机。这种类型磁性传动装置恰当时候可以结合电力电子设备一起使用。
背景技术：
磁齿轮比机械齿轮提供许多优点，例如减少磨损、运行无润滑油、减少维护成 本、内在超负荷保护，即当施加比最大扭矩更高的扭矩时，齿轮将无损害地滑动，以及 当扭矩减少到小于最大扭矩时，齿轮自动地重新啮合。而且，单级能现实的齿数比的范 围是宽泛地，范围在对于常规同心径向或轴向场齿轮是从1 1到50 1与对于摆线磁 齿轮是大约1000 1之间。这种摆线磁齿轮是从申请人共同未决UK申请GB0611965.5 中公知的，其内容在此以它们的整体并入。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种风涡轮传动系，包括涡轮转子级和驱动 轴，连接到所述涡轮转子级的发电机级以及连接到所述发电机级的电力电子变换器级， 其中所述发电机级包括具有完整磁性传动装置的电机，所述发电机级的输出是AC电力。根据本发明的第二方面，提供了一种风涡轮传动系，包括涡轮转子级和第一驱 动轴；连接到所述涡轮转子级的可变磁齿轮级和连接到所述可变磁齿轮级的发电机级， 其中所述可变磁齿轮级包括可变齿数比磁联结器，并且所述发电机级包括具有完整磁性 传动装置的电机，所述发电机级输出是AC电力。根据本发明的第三方面，提供了一种风涡轮传动系，包括涡轮转子级和驱动 轴；连接到所述涡轮转子级的第一齿轮级和连接到所述齿轮级的发电机级；连接到所述 发电机级的电力电子变换器级；其中所述发电机级输出是AC电力，并且所述齿轮级包括 磁齿轮。优选实施例限定在从属权利要求中。


现在将仅以实例的方式并且参考附图描述本发明的实施例，其中图1是根据本发明第一实施例的一种风涡轮传动系的示意图；图2是根据本发明第二实施例的一种风涡轮传动系的示意图；图3是根据本发明第三实施例的一种风涡轮传动系的示意图；图4是根据本发明第四实施例的一种风涡轮传动系的示意图；图5a和图5b是根据本发明第五实施例的一种风涡轮传动系的示意图5c是根据本发明另一个实施例的一种风涡轮传动系的示意图；图6是根据本发明第六实施例的一种风涡轮传动系的示意图；图7是根据本发明第七实施例的一种包括直接驱动伪直接驱动器的风涡轮传动 系的示意图；图8是根据本发明第八实施例的一种包括可变磁齿轮的风涡轮传动系的示意 图；图9是贯穿可应用到本发明实施例的公知旋转磁性传动装置系统的示意图；图10是贯穿图9的传动装置系统的纵向部分；以及图11是根据本发明实施例的绕线磁场组合式电机和磁齿轮的示意图。
具体实施例方式参考图1，根据本发明第一实施例的风涡轮传动系100包括连接到可选传动系 103的涡轮101。传动系103是可选的，因为它在根据本发明第七实施例描述的直接驱动 系统中是不存在的。传动系103可以是机械或磁性的或具有磁性和机械齿轮级的组合。 磁齿轮级可以是永久磁铁、绕线磁场、或其组合，并且本领域技术人员知晓各种合适的 机械齿轮级。根据本发明的图9和10描述了可应用到本发明的磁齿轮的更多细节。传动系103连接到伪直接驱动器(PDD)发电机105。伪直接驱动器发电机是整 合有磁性传动装置的电机，并且可以包括至少一个定子和两个可移动构件，例如内和外 转子，其经由第一和第二多个永久磁铁的异步谐波以磁性传动方式相互作用。这种装置 描述在GB2437568的各种实施例中。PDD105可以是分别如根据图7和11更详细描述的 永久磁铁或绕线磁场激励。在操作中，PDD 105的输出107是多相、可变频率和幅度的AC电力。输出107 通到包括整流器109、中间DC桥111和反相器113的电力电子变换器级。整流器109可 以是有源的或无源的整流器，并且在操作中将AC电力转换为DC电压和电流。反相器 113调节DC电压和电流，并且将DC电压和电流转换回恒定频率AC电力给公用电网连 接部115。参考图2，根据本发明第二实施例的风涡轮传动系200包括连接到可选传动系 203的涡轮201。传动系203是可选的，因为它在根据本发明第七实施例描述的直接驱动 系统中是不存在的。传动系203可以是机械或磁性的或具有磁性和机械齿轮级的组合。 磁齿轮级可以是永久磁铁、绕线磁场、或其组合，并且本领域技术人员知晓各种合适的 机械齿轮级。根据本发明的图9和10描述了可应用到本发明的磁齿轮的更多细节。传动系203连接到伪直接驱动器(PDD)发电机205。伪直接驱动器发电机是整 合有磁性传动装置的电机，并且可以包括至少一个定子和两个可移动构件，例如内和外 转子，其经由第一和第二多个永久磁铁的异步谐波以磁性传动方式相互作用。这种装置 描述在GB2437568的各种实施例中。PDD205可以是分别如根据图7和11更详细描述的 永久磁铁或绕线磁场激励。在操作中，PDD205的输出207是多相、可变频率和幅度的AC电力。输出207 通到电力电子变换器级，该电力电子变换器级包括具有可适于公用电网连接部211的固 定频率输出的AC到AC矩阵变换器209。
参考图3，根据本发明第三实施例的风涡轮传动系300包括连接到可选传动系 303的涡轮301。传动系303是可选的，因为它在根据本发明第七实施例描述的直接驱动 系统中是不存在的。传动系303可以是机械或磁性的或具有磁性和机械齿轮级的组合。 磁齿轮级可以是永久磁铁、绕线磁场、或其组合，并且本领域技术人员知晓各种合适的 机械齿轮级。根据本发明的图9和10描述了可应用到本发明的磁齿轮的更多细节。传动系303连接到伪直接驱动器(PDD)发电机305。伪直接驱动器发电机是整 合有磁性传动装置的电机，并且可以包括至少一个定子和两个可移动构件，例如内和外 转子，其经由第一和第二多个永久磁铁的异步谐波以磁性传动方式相互作用。这种装置 描述在GB2437568的各种实施例中。PDD305可以是分别如根据图7和11更详细描述的 永久磁铁或绕线磁场激励。在操作中，PDD305的输出307是多相、可变频率和幅度的AC电力。输出207 通到包括递升变压器309、整流器313的电力电子变换器级。在操作中，递升变压器309 经由多相总线313输出高电压到整流器313。整流器313可以是有源的或无源的整流器， 并且在操作中将AC电力转换为适于高压直流电(HVDC)变速器315的DC电压和电流， 该变速器315连接到HVDC电网系统。可替代地，HVDC变速器315可以连接到设置在 靠近风涡轮周围的反相器。参考图4，根据本发明第四实施例的风涡轮传动系400包括连接到可选传动系 403的涡轮401。传动系403可以是机械或磁性的。磁齿轮级可以是永久磁铁、绕线磁 场、或组合，并且本领域技术人员知晓各种合适的机械齿轮级。根据本发明的图9和10 描述了可应用到本发明的磁齿轮的更多细节。在存在传动系时的操作中，传动系403提供连接到可变磁齿轮级407的增速可变 速度驱动器。在操作中，可变磁齿轮级407提供具有可变输入速度的固定输出速度。可 变磁齿轮级407在图8中被更详细描述。在操作中，磁齿轮级407的输出是连接到绕线磁场伪直接驱动器(PDD)发电机 411的恒速驱动器409。根据图11更详细地描述了绕线磁场PDD发电机411。PDD发 电机在操作中输出适于公用电网连接部211的固定频率输出AC电力。虽然风场PDD发电机是优选的，但是在此也可以使用永久磁铁PDD发电机。参考图5a、5b和5c，根据本发明第五实施例的风涡轮传动系500a和500b包括 连接到磁性传动系503的涡轮501。磁性传动系503可以是永久磁铁、绕线磁场、或其组 合，或摆线齿轮。根据本发明的图9和10描述了可应用到本发明的磁齿轮的更多细节。磁齿轮可 以被提供作为独立齿轮，或者被包括作为包括机械齿轮级的传动系的一部分，机械齿轮 级在多个磁齿轮级之后或者之前。磁性传动系503连接到发电机505。合适的发电机是本领域公知的，并且可以包 括绕线场或永久磁铁激励发电机。在操作中，发电机505的输出507是多相、可变频率 和幅度的AC电力。发电机505的输出507通到包括如图5a所示的整流器509、中间DC桥511和反 相器513的电力电子变换器级。整流器509可以是有源的或无源的整流器，并且在操作 中将AC电力转换为DC电压和电流。反相器513调节DC电压和电流，并且将DC电压
8和电流转换回恒定频率AC电力给公用电网连接部515。可替代地，发电机505的输出507通到如图5b所示的电力电子变换器级，该电 力电子变换器级包括具有可适于公用电网连接部211的固定频率输出的AC到AC矩阵变 换器209。可替代地，如图5c所示的，发电机505的输出507通到包括递升变压器519和 整流器523的电力电子变换器级。在操作中，递升变压器519经由多相总线513输出高 电压到整流器523。整流器523可以是有源的或无源的整流器，并且在操作中将AC电源 转换为适于高压直流电(HVDC)变速器525的DC电压和电流，变速器525连接到HVDC 电网系统。可替代地，HVDC变速器525可以连接到设置在靠近风涡轮周围的反相器。参考图6，根据本发明第六实施例的风涡轮传动系600包括连接到磁性传动系 603的涡轮601。磁性传动系603可以是永久磁铁、绕线磁场、或其组合。根据本发明 的图9和10描述了可应用到本发明的磁齿轮的更多细节。在操作中，磁性传动系603提供可变速度输入到双馈感应发电机(DFIG)605。 合适的DFIG605是本领域公知的。电力电子变换器609连接在DFIG605的输出607与 DFIG605的输入611之间的反馈中，以给DFIG605的感应发电机转子绕组提供可变频率驱动。DFIG605的输出607是适于连接到公用电网613的多相、固定频率和幅度的AC 电力。参考图7，根据本发明第七实施例的风涡轮传动系700包括直接驱动的伪直接驱 动器701。本领域的技术人员将理解，第七实施例可应用到在此描述的任何使用PDD的实 施例。尤其是，各种磁性或机械齿轮级(或两者的组合)可以提供在PDD与涡轮之间， 并且各种电力电子设备可以提供在传动系中的PDD之后。风涡轮传动系700包括涡轮转子702，其具有许多设置来被风以各种速度旋转的 叶片703。涡轮转子702的旋转导致安装在极片转子706上的极片704的旋转。由于外组 静态磁铁714的存在，极片转子704、706的旋转导致内PM转子712/704的旋转，内PM 转子712/704具有一组安装在承载部712上的永久磁铁704。极片706作用来调制永久 磁铁阵列710和714的磁场以使一个磁场能够耦合到另一个磁场，通过产生具有正确极图 案的异步谐波来允许扭矩的耦合和产生。虽然极片由于内转子磁铁710而调制磁场，但 是具有与磁铁阵列710相同极数的主磁场也是存在于定子716内的，并且当极片转子706 旋转时，随着内转子712/704以齿轮传动方式旋转，这个磁场与绕组718耦合来感应产生 ac电压。PDD装置701的输出因此不与输入转子704同步。参考图8，根据本发明第八实施例包括可变磁齿轮802的风涡轮传动系800还包 括涡轮转子804，其具有设置来由风以可变速度旋转的许多叶片805。涡轮转子804经由机械或磁性变换器806连接到可变齿数比磁性联结器802的内 转子808，其是极片转子。虽然存在于第八实施例中，但是机械或磁性变换器806是可选 的，并且在可变磁齿轮802直接连接到涡轮转子804的直接驱动装置中是不需要的。可变磁齿轮的输出转子810连接到恒速发电机812，其可以直接连接到三相电网814。受控电压/电流通过包括连接到电网814的电力电子变换器的控制系统818供应给 电机定子816的绕组。控制系统818设置来控制输出转子820的速度，为了改变可变齿 轮802的齿数比以便输入转子808的可变速度导致输出转子810的恒定速度或接近恒定速 度。必须由电机816施加在外转子820上的扭矩由在叶片805上的扭矩控制，并且总是 处于不依赖于风速的同一风向。外转子820由电机816旋转的速度和方向作为风速的函 数而变化。控制系统818因此设置成当它以与扭矩相同方向驱动外齿数比控制转子820 时，从电网814获取电力使电机816操作作为马达，或当它以与扭矩相反方向驱动外转子 820时，提供电力给电网以使电机816操作作为发电机。电机816因此在控制系统818控 制下，起马达/发电机作用。控制系统包括设置来感应每个转子808和820速度的速度 传感器，以使得它能够提供需要的速度控制。在风涡轮的名义风速，在叶片805的速度与主发电机812的速度之间需要的齿数 比等于驱动传动系的名义齿数比，其从固定齿轮和具有静止的外转子820的可变齿轮的 组合获得。在这个风速，电机816受到控制来施加扭矩在外转子820上并且以保持外转 子820静止，并且在电机816和可变齿轮802之间没有电力流动。在较低风速，在叶片805的速度与主发电机812的恒定速度之间需要的齿数比大 于驱动传动系的名义齿数比，因此，当马达/发电机施加在外转子820上的扭矩的方向保 持不改变时，电机816操作来旋转可变齿轮802的外转子820以调节总的齿数比。因此， 电力从电网814获取进入电机816，即在可变齿轮802内的电机816操作为马达。这个 电力随后流过主发电机812回到电网814。通过主发电机812的电力大于总的发电量。 在较高风速，在叶片805的速度与主发电机812的速度之间需要的齿数比小于驱动传动系 的名义齿数比。当马达/发电机施加在外转子820上的扭矩的方向保持不改变时，电机 816操作来旋转可变齿轮802的外转子820以沿着与在较低速度时的旋转方向相反的方向 调节总的齿数比。电机816工作作为发电机。可用风电力中的一部分流过可变齿轮802 以及它的电机进入电网，并且可用电力的剩余部分流过主发电机812。流过主发电机812 的电力因此小于总的发电量。因为在尖峰电力(高风速)，电机816工作作为发电机，并且因此辅助主发电 机，因此，主发电机812可以更小并且更便宜。这种布局允许恒速发电机812直接连接到电网814，与此同时叶片805可以最大 能量获取的速度来操作。因此在发电机812与电网814之间无需要电力电子设备。控 制可变齿轮802需要的电力依赖于风速，但是一般不超过由整个涡轮800产生的电力的 25%。在整个系统中的电力电子设备818因此比如果不使用可变齿轮时所需要的电力电 子设备小得多。同时，因为大多数电力不流过电力电子设备，因此效率是较高的。本领域的技术人员应该理解，电机816不需要通过控制器818连接到电网，但可 以连接到独立外部电源。这种布局例如使用在岛屿工作运行中的发电机系统中，在那里 电网在操作开始是不存在的，因此例如需要附加电池组或独立电源来在启动时操作电机 816。对于更小的发电机系统，电机816可以以连续操作方式连接到独立电源。本领域的技术人员还应该理解，由控制器818和机械定子816所起的作用可以由 例如离合器或液压反馈机构的机械变换器执行，以控制施加到转子820的速度和扭矩。更详细地，可变磁齿轮802包括具有与之关联一组磁铁830的外转子810、内转子、承载极片832的极片转子808，并且外转子820形成为齿数比控制转子。这样外转 子820由永久磁铁电机驱动。这样，外转子820包括与在输出转子810上的极片832和 磁铁配合以提供齿轮传动的内磁铁阵列834，以及形成为永久磁铁电机一部分的外磁铁阵 列836。定子838径向地设置在外转子820外侧，并且包括卷绕在磁铁芯842上的一系列 绕组840。在这些绕组中流动的电流可以被控制来控制经由外磁铁阵列836施加在到外转 子820的驱动扭矩。这使得可以控制外转子820的旋转速度，并且因此可以改变和控制 齿轮的齿数比。参考图9和10，可应用到本发明实施例的公知旋转磁齿轮900包括第一或内转 子902、具有与第一转子902相同旋转轴的第二或外转子904、以及支撑在转子902、904 之间铁磁材料的许多极片906。第一转子902包括承载第一组永久磁铁910的支撑部 908，永久磁铁910设置为它们的北极和南极在它们的径向内端部和外端部，并且定向为 具有交替的极性，以便每个磁铁910的极相对于在它的每一侧上的磁铁来说处于相反的 方向。在这个实施例中，第一转子910包括八个永久磁铁、或四对极对，设置来产生空 间变化的磁场。第二转子904包括承载第二组永久磁铁914的支撑部912，永久磁铁910 仍然设置为它们极径向向内和向外，并且具有交替的极性。第二转子904包括46个永久 磁铁或23对极对，设置来产生空间变化的磁场。第一和第二组永久磁铁因此包括不同数 量的磁铁。因而，不需要对它们产生的磁场作任何调制，在两组永久磁铁910和914之 间几乎没有或没有可使用的磁性耦合或相互作用，以便一个转子的旋转不会导致另一个 转子旋转。可以支撑在圆柱形非磁性支撑部916内的极片906用来控制永久磁铁910和914 的磁场相互作用的路径。极片906调制永久磁铁910和914的磁场以便它们相互作用到 一个转子的旋转将引起另一个转子以齿轮传动方式旋转的程度。极片的数量选择为等于 两组永久磁铁的极对数量的总和。第一转子902以速度(O1的旋转将引起第二转子904以 速度《2的旋转，其中ωι>ω2。旋转速度(O1 >和ω2之间的比，即联结器的齿数比， 等于在第一和第二转子902和904上的磁铁910和914的极对数量的比。齿轮可以相反 地操作，以便第二转子904的旋转将导致第一转子以更高速度旋转。另外，优选设置包 括旋转极片906，同时保持第二转子904静止。参考图11，可应用到本发明的风场组合电机和磁齿轮在申请人的共同未决UK 专利申请GB0810096.8中示出，其在此以它的整体并入作为参考。图11示出了根据本发明第一优选实施例的电机1100。电机1100包括支撑形成 电磁铁的许多电绕组1104的内转子1102。绕组1104被固定或缠绕在内转子1102的突起 齿1102a，以便当给各个绕组1104供应电流时，每个齿1102a形成磁极。由于被安装在可旋转内转子1102上，绕组1104设置成经由一个或以上的滑动 环、旋转电源、或变压器来电激励。当用电流激励，绕组1104产生具有所需极数的磁 场。在示出的实施例中，绕组1104设置成形成具有四个磁极的磁场，虽然会意识到可提 供其他数量和布局的绕组来形成其他数量的极对。电机1100包括承载许多铁磁极片1108的外转子1106。在示出的实施例中，外 转子1106承载27个极片1108，其使得磁性联结器能够利用在由内转子1102的绕组1104 和安装到固定定子1112的许多永久磁铁1110产生的磁场之间的异步谐波。定子1112具有6个齿，6个绕组1114同心地绕着这6个齿以形成3相绕组，虽然也可以使用一个宽范 围的可能绕组布局。定子绕组1114磁性地与由内转子绕组1104产生的磁场的基本谐波耦合，以便扭 矩被施加到内转子1102上。在最佳实施例中，定子绕组1114是三相的，并且设置在6个 槽中，但也可以很好地等于某些其他类型绕组，例如在更高数量的槽内的分布式绕组， 如在常规同步电机中普遍的结构。示出的实施例包括设置在定子1112内圆周上的50个永 久磁铁1110的极。外转子1106的极片1108设置来提供在内转子1102和外转子1106之 间的齿轮传动。在最佳实施例中，齿轮传动是这样的，内转子1102是相对高速的转子， 而外转子1106是相对低速的转子。示出的实施例具有13.5 1的齿数比。极片1108用来允许永久磁铁1110和内转子绕组1114的磁场相互作用。极片 1108调制永久磁铁1110的磁场和内转子绕组1114的磁场，所以它们相互作用到一个转子 旋转将引起另一个转子以齿轮传动方式旋转的程度。第一转子1102以速度(O1的旋转将 引起第二转子1104以速度《2的旋转，其中ωι>ω2，，并且反之亦然。本领域的技术人员理解怎么选择和设计极片1108、预定永久磁铁1110和绕 组1104来实现需要的磁线路或耦合以便在第一转子1102和第二转子1106之间实现齿 轮传动，如可以从例如以下认识到K.Atallah，D.Howe, "A novel high-performance magnetic gear”， IEEE Transactions on Magnetics,第 37 卷，第 4 其月，第 2844—2846 页， 2001 年；K.Atallah, S.D.Calverley，，D.Howe, "Design, analysis and realisation of a high performance magnetic gear ‘‘， IEEEProceedings-Electric Power Applications,第 151 卷，第135-143页，2004年；和GB2437568，其在此为了所有目的通过参考被并入。毫无疑问许多其他有效可选方案将被本领域技术人员发现。应该理解本发明不 限制为描述的实施例，而是包含在附属权利要求的精神和范围内、对本领域技术人员显 而易见的修改。
权利要求
1.一种风涡轮传动系，包括涡轮转子级和驱动轴，连接到所述涡轮转子级的发电机 级以及连接到所述发电机级的电力电子变换器级；其中所述发电机级包括具有完整磁性 传动装置的电机，所述发电机级的输出是AC电力。
2.如权利要求1所述的风涡轮传动系，其中所述涡轮转子级直接连接到所述发电机 级，以便于提供直接驱动的发电机级。
3.如权利要求1所述的风涡轮传动系，其中齿轮级连接在所述涡轮转子级与所述发电 机级之间。
4.如权利要求3所述的风涡轮传动系，其中所述齿轮级包括机械齿轮或磁齿轮。
5.根据前述权利要求任意一项所述的风涡轮传动系，其中所述电力电子变换器级包 括连接到所述发电机级输出的整流器，以及连接到所述整流器输出的反相器，所述整流 器输出是DC电力，所述反相器输出是AC电力。
6.根据权利要求1到4任意一项所述的风涡轮传动系，其中所述电力电子变换器级包 括AC到AC矩阵变换器，该变换器连接到具有固定频率AC电力输出的发电机输出。
7.根据权利要求1到4任意一项所述的风涡轮传动系，其中所述电力电子变换器级包 括连接到所述发电机级输出的递升变压器，所述变压器输出是递升AC电力；连接到所述 变压器输出的整流器，所述整流器输出是DC电力；以及连接到所述整流器输出的高压 DC输电电网。
8.根据权利要求5或7所述的风涡轮传动系，其中所述整流器是有源的或无源的。
9.根据前述权利要求任意一项所述的风涡轮传动系，其中具有完整磁性传动装置的 电机包括第一转子，其具有包括第一数量极对的第一组永久磁铁，具有各自第二数量极 对的第二组永久磁铁，使得所述第一数量和第二数量的极对是不同的；安装在第二转子 上的多个极片；以及设置成与所述第一转子的第一组永久磁铁的基本空间谐波相互作用 的绕组。
10.如权利要求9所述的风涡轮传动系，其中所述第一和第二转子设置成在使用时经 由所述第一和第二组永久磁铁的异步谐波以磁性传动方式相互作用，使得所述第二转子 的旋转引起所述第一转子的传动旋转。
11.根据权利要求9或10所述的风涡轮传动系，其中安装在所述第二转子上的多个极 对向外地设置到所述第一转子，并且所述第二组永久磁铁和绕组安装在向外地设置到所 述第二转子的静止电枢上。
12.根据权利要求9或10所述的风涡轮传动系，其中安装在所述第二转子上的多个极 对向内地设置到所述第一转子，并且所述第二组永久磁铁和所述绕组安装在向内地设置 到所述第二转子的静止电枢上。
13.根据权利要求9或10所述的风涡轮传动系，其中所述第二组永久磁铁包括内 定子，所述第二转子向外地设置到所述内定子，所述第一转子向外地设置到所述第一转 子，并且所述绕组安装在向外地设置到所述第一转子的静止电枢上。
14.根据权利要求9或10所述的风涡轮传动系，其中所述绕组安装在向内地设置到所 述第一转子的内静止电枢上，所述第二转子向外设置到所述第一转子，并且所述第二组 永久磁铁向外设置到所述第二转子。
15.如权利要求9到14任意一项所述的风涡轮传动系，其中所述第二转子连接成被所述驱动轴驱动。
16.如权利要求9到15任意一项所述的风涡轮传动系，其中所述第一和第二转子和所 述静止电枢是环形或盘形形状中的至少一种，并且沿着旋转轴轴向设置从而形成轴向场 旋转电机。
17.如权利要求1到8任意一项所述的风涡轮传动系，其中具有完整磁性传动装置的 所述电机包括带有第一电绕组的第一转子，一组具有各自数量极对的永久磁铁，以及包 括多个极片的第二转子；以及第二电绕组装置，该第二电绕组装置设置成与关联于所述 第一转子的第一电绕组装置产生的磁场的基本谐波相互磁性作用。
18.如权利要求17所述的风涡轮传动系，其中所述多个极片设置成，在使用时，调制 至少部分由所述第一电绕组和该组永久磁铁以磁性传动方式经由所述第一电绕组和一组 永久磁铁的异步谐波产生的磁场，使得所述第二转子的旋转引起所述第一转子的传动旋 转。
19.如权利要求17或18所述的风涡轮传动系，其中安装在所述第二转子上的多个极 片向外地设置到所述第一转子，并且该组永久磁铁和所述第二电绕组安装在向外地设置 到所述第二转子的静止电枢上。
20.如权利要求17或18所述的风涡轮传动系，其中安装在所述第二转子上的多个极 片向内地设置到所述第一转子，并且该组永久磁铁和所述第二电绕组安装在向内地设置 到第二转子的静止电枢上。
21.如权利要求17或18所述的风涡轮传动系，其中该组永久磁铁包括内定子，所述 第二转子向外地设置到所述内定子，第一转子向外地设置到所述第一转子，并且所述第 二电绕组安装在向外地设置到所述第一转子的静止电枢上。
22.如权利要求17或18所述的风涡轮传动系，其中所述第二电绕组安装在向内地设 置到所述第一转子的内静止电枢上，所述第二转子向外设置到第一转子，并且所述第二 组永久磁铁向外设置到所述第二转子。
23.如权利要求17到22任意一项所述的风涡轮传动系，其中第二转子连接成被所述 驱动轴驱动。
24.如权利要求17到23任意一项所述的风涡轮传动系，其中所述第一和第二转子和 所述静止电枢是环形或盘形形状中的至少一种，并且沿着旋转轴轴向设置从而形成轴向 场旋转电机。
25.—种风涡轮传动系，包括涡轮转子级和第一驱动轴；连接到所述涡轮转子级的可 变磁齿轮级和连接到所述可变磁齿轮级的发电机级，其中所述可变磁齿轮级包括可变齿 数比磁联结器，并且所述发电机级包括具有完整磁性传动装置的电机，所述发电机级输 出是AC电力。
26.如权利要求25所述的风涡轮传动系，其中第一齿轮级连接在所述涡轮转子级和所 述可变磁齿轮级之间。
27.如权利要求26所述的风涡轮传动系，其中所述第一齿轮级包括机械齿轮或磁齿轮。
28.如权利要求25到27任意一项所述的风涡轮传动系，其中所述可变磁齿轮包括具 有第一组磁极的第一可移动构件、具有第二组磁极的第二可移动构件、以及具有一组极片的第三可移动构件，其中所述第一和第二可移动构件具有处于不同间隔的磁极，并且 所述极片设置用来调节在所述磁极之间产生的磁场，以及控制部，其设置来控制所述构 件其中一个的旋转，从而改变在其他两个构件之间的齿轮齿数比。
29.如权利要求28所述的风涡轮传动系，所述控制部包括电机。
30.如权利要求29所述的风涡轮传动系，其中所述电机起到马达和发电机的作用。
31.如权利要求30所述的风涡轮传动系，其中所述控制部设置用来控制电机以便于当 所述电机起发电机作用时通过施加制动扭矩、以及当所述电机起马达作用时通过施加驱 动扭矩，来控制所述构件其中一个的速度。
32.如权利要求31所述的风涡轮传动系，其中所述控制部设置用来控制所述齿轮的齿 数比以便于将所述构件其中一个的速度控制为目标值。
33.如权利要求32所述的风涡轮传动系，其中所述目标值是恒定值。
34.如权利要求28所述的风涡轮传动系，其中所述控制部包括机械传动装置。
35.如权利要求34所述的风涡轮传动系，其中所述机械传动装置是离合器。
36.如权利要求29到35任意一项所述的风涡轮传动系，其中所述控制部控制所述第 三可移动构件的旋转速度。
37.如权利要求25到36任意一项所述的风涡轮传动系，其中具有完整磁性传动装置 的所述电机包括第一转子，其包括第一电绕组、一组具有各自数量极对的永久磁铁，以 及包括多个极片的第二转子；以及设置成与关联于第一转子的第一电绕组装置产生的磁 场的基本谐波相互磁性作用的第二电绕组装置。
38.如权利要求37所述的风涡轮传动系，其中所述多个极片设置成，在使用时，调制 至少部分由所述第一电绕组和该组永久磁铁以磁性传动方式经由所述第一电绕组和该组 永久磁铁产生的场的异步谐波产生的磁场，使得所述第二转子的旋转引起所述第一转子 的传动旋转。
39.根据权利要求37或38所述的风涡轮传动系，其中所述可变磁齿轮级和所述发电 机级由恒速驱动轴连接。
40.如权利要求39所述的风涡轮传动系，其中包括多个极片的所述第二转子连接成由 所述恒速驱动轴来驱动。
41.如权利要求37到40任意一项所述的风涡轮传动系，其中安装在所述第二转子上 的多个极片向外地设置到第一转子，并且该组永久磁铁和所述第二电绕组安装在向外地 设置到第二转子的静止电枢上。
42.如权利要求37到40任意一项所述的风涡轮传动系，其中安装在所述第二转子上 的多个极片向内地设置到第一转子，并且该组永久磁铁和所述第二电绕组安装在向内地 设置到第二转子的静态电枢上。
43.如权利要求37到40任意一项所述的风涡轮传动系，其中该组永久磁铁包括内定 子，第二转子向外地设置到所述内定子，第一转子向外地设置到所述第一转子，并且所 述第二电绕组安装在向外地设置到第一转子的静止电枢上。
44.如权利要求37到40任意一项所述的风涡轮传动系，其中所述第二电绕组安装在 向内地设置到第一转子的内静止电枢上，第二转子向外设置到第一转子，并且所述第二 组永久磁铁向外设置到第二转子。
45.如权利要求37到44任意一项所述的风涡轮传动系，其中所述第一和第二转子和 所述静止电枢是环形或盘形形状中的至少一种，并且沿着旋转轴轴向设置从而形成轴向 场旋转电机。
46.—种风涡轮传动系，包括涡轮转子级和驱动轴；连接到所述涡轮转子级的第一齿 轮级和连接到所述齿轮级的发电机级；连接到所述发电机级的电力电子变换器级；其中 所述发电机级输出是AC电力，并且所述齿轮级包括磁齿轮。
47.如权利要求46所述的风涡轮传动系，其中所述齿轮级除了包括所述磁齿轮还包括 机械齿轮。
48.根据权利要求46或47所述的风涡轮传动系，其中所述发电机级包括永磁发电机。
49.根据权利要求46或47所述的风涡轮传动系，其中所述发电机级包括绕线磁场发 电机。
50.根据权利要求46或47所述的风涡轮传动系，其中所述发电机级包括双馈感应发 电机。
51.根据权利要求48或49所述的风涡轮传动系，包括连接到所述发电机级输出的整 流器，所述整流器输出是DC电力，以及连接到所述整流器输出的反相器，所述反相器输 出是AC电力。
52.根据权利要求48或49所述的风涡轮传动系，其中所述电力电子变换器级包括AC 到AC矩阵变换器，该变换器连接到具有固定频率AC电力输出的发电机级的输出部。
53.如权利要求51所述的风涡轮传动系，其中所述整流器是有源的或无源的。
54.如权利要求46到49任意一项所述的风涡轮传动系，其中所述电力电子变换器级 包括连接到所述发电机级输出的递升变压器，所述变压器输出是递升AC电力；连接到所 述变压器输出的整流器，所述整流器输出是DC电力；以及连接到所述整流器输出的高 压DC输电电网。
全文摘要
一种风涡轮传动系，包括涡轮转子级和驱动轴，连接到涡轮转子级的发电机级以及连接到发电机级的电力电子变换器级，其中所述发电机级包括具有完整磁传动装置的电机，发电机级的输出是AC电力。
文档编号H02K51/00GK102017370SQ200980114723
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月21日
发明者凯斯·阿塔拉, 吉安·杰夫·雷恩斯, 理查德·爱德华·克拉克 申请人:马格诺麦克斯有限公司