一种双定子结构的高温超导永磁风力发电的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机。机壳内，转子为空心杯形转子，转子底部与转轴固定连接，转子内、外壁上沿圆周间隔均布贴有永磁体；转子内、外沿圆周分别设有内、外定子，内定子、外定子分别与转子内、外壁上的永磁体之间存在气隙；外定子内侧沿圆周方向间隔均布有外定子槽，相邻的两个外定子槽上绕有第一超导电枢绕组；内定子外侧沿圆周方向间隔均布有内定子槽，相邻的两个内定子槽上绕有第二超导电枢绕组，第一、二超导电枢绕组外分别通过第一、二冷却装置密封。本实用新型采用双定子结构，不存在冷却液的旋转密封问题，具有结构简单可靠、损耗小、功率密度高的优点，适用于直驱式低速风力发电机组。
【专利说明】—种双定子结构的高温超导永磁风力发电机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种双定子结构的高温超导永磁电机，尤其涉及一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机。
【背景技术】
[0002]风力发电机组的单机容量已经进入兆瓦级，发电机的体积、重量等也随之增大，这会使得电机的安装、维护成本提高，而超导技术的发展有望解决这些问题。超导电机具有功率密度大、损耗小、效率高等优点，可以有效地减小电机的体积与重量。虽然超导线材通入直流电后没有损耗，但是在通入交流电时是会产生损耗的，所以传统的超导电机的直流励磁绕组是超导体，而交流电枢则选用常导体。不过直流励磁绕组位于转子上，是旋转部件，会造成其冷却液在旋转情况下密封困难，是一种不可靠因素。这将成为兆瓦级直驱超导风力发电机组的薄弱环节。
【发明内容】
[0003]为克服现有技术的上述问题，本实用新型提供了一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机，采用永磁体励磁，定子电枢使用超导材料，不存在旋转密封问题而且交流损耗很小，适用于直驱式低速风力发电机组。
[0004]本实用新型采用的技术方案是:
[0005]本实用新型包括机壳、内定子、外定子和转子，转轴通过轴承贯穿安装在机壳上，其特征是:机壳内，转子为空心杯形转子，转子底部与转轴固定连接，转子内、外壁上沿圆周间隔均布贴有永磁体；转子内沿圆周设有内定子，转子外沿圆周设有外定子，内定子、外定子分别与转子内、外壁上的永磁体之间存在气隙；外定子内侧沿圆周方向间隔均布有沿转轴轴向的外定子槽，相邻的两个外定子槽上绕有第一超导电枢绕组，第一超导电枢绕组外通过第一冷却装置密封；内定子外侧沿圆周方向间隔均布有沿转轴轴向且与外定子内侧各个外定子槽对应的内定子槽，相邻的两个内定子槽上绕有第二超导电枢绕组，第二超导电枢绕组外通过第二冷却装置密封。
[0006]所述的第一冷却装置和第二冷却装置内充有冷却液。
[0007]所述的冷却液为液氮。
[0008]所述的永磁体为瓦片形的贴片式径向充磁永磁体。
[0009]所述的永磁体的材料为NdFeB。
[0010]所述的外定子的外定子槽和内定子的内定子槽的数量均为12个。
[0011]所述的转子内、外壁上的永磁体的数量各为10个。
[0012]所述的第一超导电枢绕组和第二超导电枢绕组采用高温超导线材。
[0013]所述的第一超导电枢绕组和第二超导电枢绕组均为跑道形，采用分数槽集中绕组结构。
[0014]本实用新型的有益效果是:[0015]1.不存在冷却液的旋转密封问题，可靠性高。
[0016]2.双定子结构，超导体中电流的幅值小，而且电机极对数少，超导体中电流的频率低，电流幅值与频率的减小使得电机的交流损耗减小。
[0017]3.空心杯形转子，质量小，转动惯量低，风能利用率高。
[0018]4.双气隙结构，进一步降低电机的体积与重量。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的轴向结构示意图。
[0020]图2是本实用新型的绕组局部放大图。
[0021]图3是本实用新型的A-A方向的剖视图。
[0022]图4是本实用新型的B-B方向的剖视图。
[0023]图5是第一超导电枢绕组和第一冷却装置的结构示意图。
[0024]图6是永磁体的结构图。
[0025]图中:1、外定子，2、内定子，3、转子，4、永磁体，5-1、第一超导电枢绕组，5-2、第二超导电枢绕组，6-1、第一冷却装置,6-2、第二冷却装置,7-1、第一气隙,7-2、第二气隙,8、机壳，9、转轴，10、轴承。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0027]如图1、图3、图4、图5、图6所示，包括机壳8、内定子2、外定子I和转子3，转轴9通过轴承10贯穿安装在机壳8上；机壳8内，转子3为空心杯形转子，转子3底部与转轴9固定连接，转子3内、外壁上沿圆周间隔均布贴有永磁体4 ;转子3内沿圆周设有内定子2，转子3外沿圆周设有外定子I,内定子2、外定子I分别与转子3内、外壁上的永磁体4之间存在气隙；外定子I内侧沿圆周方向间隔均布有沿转轴9轴向的外定子槽，如图2所示，相邻的两个外定子槽上绕有跑道形的第一超导电枢绕组5-1，第一超导电枢绕组5-1外通过第一冷却装置6-1密封；内定子2外侧沿圆周方向间隔均布有沿转轴9轴向且与外定子I内侧各个外定子槽对应的内定子槽，相邻的两个内定子槽上绕有跑道形的第二超导电枢绕组5-2，第二超导电枢绕组5-2外通过第二冷却装置6-2密封。第一超导电枢绕组和第二超导电枢绕组的结构均相同，第一冷却装置和第二冷却装置结构均相同。
[0028]第一冷却装置6-1和第二冷却装置6-2内充有冷却液，冷却液为液氮。
[0029]永磁体4为瓦片形的贴片式径向充磁永磁体。
[0030]永磁体4的材料为NdFeB。
[0031]外定子I的外定子槽和内定子2的内定子槽的数量相等，均为12个。
[0032]转子3内、外壁上的永磁体4的数量相等，均为10个。
[0033]第一超导电枢绕组5-1和第二超导电枢绕组5-2米用高温超导线材。
[0034]所述的第一超导电枢绕组5-1和第二超导电枢绕组5-2为均跑道形，采用分数槽集中绕组结构。
[0035]外定子I固定于机壳8上,在外定子I与转子3之间的气隙为第一气隙7-1。内定子2固定于机壳8上,在内定子2与转子3之间的气隙为第二气隙7-2。[0036]如图1、图3、图4所示，外定子I上设有12个外定子槽，内定子2上设有12个内定子槽，高温超导线材的第一超导电枢绕组5-1和第二超导电枢绕组5-2绕成跑道形，其中第一超导电枢绕组5-1密封于充有液氮的第一冷却装置6-1中，安装在外定子I上，其一个跑道形线圈上的两条有效边分别放置于空间上相邻的两个外定子槽中。第二超导电枢绕组5-2密封于充有液氮的第二冷却装置6-2中，安装在内定子2上，其一个跑道形线圈上的两条有效边分别放置在空间上相邻的两个内定子槽中，并与外定子线圈对应放置。两组电枢绕组最后进行反相并联，经超导变压器以及功率开关器件和电网相连。
[0037]考虑到风力发电机一般体积巨大、重量极高，其安装和维护十分困难，故应尽量简化电机的结构，并取消可靠性低的部分。超导材料因其电流密度巨大而可以有效地减小电机的体积与重量，但在传统的兆瓦级直驱超导风力发电机组中，超导体位于转子上，需要在旋转的情况下进行密封冷却，这是薄弱环节。如果将超导的部分转移到定子电枢上，就可以将原本的旋转密封改为静止密封，既能充分利用超导材料电流密度大的优势又能有效地提高电机的可靠性，减小维护成本。不过交流超导电枢存在交流损耗的问题，因此本实用新型采用双定子结构，两套定子电枢各自分担一半的定子电流，使超导体中的电流减半，再配合电机的低速与低频，就能够有效降低交流损耗。此外，双定子结构使转子呈空心杯形，转动惯量很低，可以提高风能利用率，双气隙的结构还可以进一步减小电机的体积与重量。
[0038]本实用新型的具体实施工作过程:
[0039]机组的风轮叶片旋转拖动转轴9以一定的速度顺时针或逆时针旋转，转轴9带动转子3及其表面的永磁体4在外定子I以及内定子2之间旋转，使得气隙7-1和7-2中分别出现旋转磁场，它们的旋转速率及方向相同，但极性相反。这两个旋转磁场分别导致外定子I和内定子2上的线圈内部磁通发生变化，由电磁感应而产生感应电势。再经过超导变压器和功率开关器件和电网相连，向外输送三相交流电能。
[0040]上述【具体实施方式】用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机，包括机壳(8)、内定子(2)、外定子(I)和转子(3)，转轴(9)通过轴承(10)贯穿安装在机壳(8)上，其特征是:机壳(8)内，转子(3)为空心杯形转子，转子(3)底部与转轴(9)固定连接，转子(3)内、外壁上沿圆周间隔均布贴有永磁体(4);转子(3)内沿圆周设有内定子(2)，转子(3)外沿圆周设有外定子(1)，内定子(2)、外定子(I)分别与转子(3)内、外壁上的永磁体(4)之间存在气隙；外定子(I)内侧沿圆周方向间隔均布有沿转轴(9)轴向的外定子槽，相邻的两个外定子槽上绕有第一超导电枢绕组(5-1),第一超导电枢绕组(5-1)外通过第一冷却装置(6-1)密封；内定子(2)外侧沿圆周方向间隔均布有沿转轴(9)轴向且与外定子(I)内侧各个外定子槽对应的内定子槽，相邻的两个内定子槽上绕有第二超导电枢绕组(5-2)，第二超导电枢绕组(5-2)外通过第二冷却装置(6-2)密封。
2.根据权利要求1所述的一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机，其特征在于:所述的第一冷却装置(6-1)和第二冷却装置(6-2)内充有冷却液。
3.根据权利要求2所述的一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机，其特征在于:所述的冷却液为液氮。
4.根据权利要求1所述的一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机，其特征在于:所述的永磁体(4 )为瓦片形的贴片式径向充磁永磁体。
5.根据权利要求1所述的一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机，其特征在于:所述的永磁体(4)的材料为NdFeB。
6.根据权利要求1所述的一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机，其特征在于:所述的外定子(I)的外定子槽和内定子(2)的内定子槽的数量均为12个。
7.根据权利要求1所述的一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机，其特征在于:所述的转子(3)内、外壁上的永磁体(4)的数量各为10个。
8.根据权利要求1所述的一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机，其特征在于:所述的第一超导电枢绕组(5-1)和第二超导电枢绕组(5-2)采用高温超导线材。
9.根据权利要求1所述的一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机，其特征在于:所述的第一超导电枢绕组(5-1)和第二超导电枢绕组(5-2)均为跑道形，采用分数槽集中绕组结构。
【文档编号】H02K9/19GK203734486SQ201420029314
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】张凯贺, 黄晓艳, 方攸同 申请人:浙江大学