專利名稱：同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用風(fēng)力產(chǎn)生能量的同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，更具體地，本發(fā)明涉及的同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)只包括一個具有雙繞組的中心定子。
背景技術(shù)：
眾所周知，目前，風(fēng)能主要用于通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)(aerogenerator)來產(chǎn)生電能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種由通過風(fēng)力運(yùn)行的渦輪機(jī)(風(fēng)力渦輪機(jī))驅(qū)動的發(fā)電機(jī)。傳統(tǒng)的永磁鐵同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)包括定子，該定子包括鋼結(jié)構(gòu)，在該鋼結(jié)構(gòu)上，開槽的定片(statorplate)堆疊以形成環(huán)狀件。在定片的槽的內(nèi)部設(shè)置有定子繞組，該定子繞組包括與之相關(guān)的絕緣銅線繞組，其中繞組形成為星型三相繞組。風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的第二個部件是轉(zhuǎn)子，其包括具有軸線和環(huán)狀物的鋼結(jié)構(gòu)，在環(huán)狀物上設(shè)置有形成北極和南極的磁鐵。當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)時，使得磁場的磁力線被定子繞組切割，并在這些繞組內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生電壓和電流， 以向發(fā)電機(jī)提供確定的電力。在現(xiàn)有技術(shù)中，存在大量基于上述原理的或大或小的改進(jìn)。例如，美國專利6974045描述了一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其中，一對軸向間隔的潤輪分別連接到發(fā)電機(jī)的外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，并且該一對渦輪設(shè)置有規(guī)格相同但節(jié)距角(Pitch angle)相反的葉片，從而使得內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子沿相反方向以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。因?yàn)閮?nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子之間的相對轉(zhuǎn)速是內(nèi)轉(zhuǎn)子或外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的兩倍，所以即使風(fēng)速很低，該發(fā)電系統(tǒng)也能夠產(chǎn)生相當(dāng)大的電力。如果需要，可以取消(do away with)潤輪葉片的變節(jié)距機(jī)構(gòu)(pitch varying mechanism),以降低生產(chǎn)和維護(hù)成本。另外，韓國專利20090123903(A)公開了一種風(fēng)車發(fā)電裝置，與容易受到風(fēng)車的捕風(fēng)(captured wind)影響的大容量發(fā)電機(jī)不同，該裝置因?yàn)椴皇懿讹L(fēng)影響而在應(yīng)激誘發(fā)電位(generated potential)方面具有改進(jìn)。永磁鐵發(fā)電機(jī)具有旋轉(zhuǎn)軸；至少三級轉(zhuǎn)子(three stage rotor),該轉(zhuǎn)子為多盤結(jié)構(gòu)(multiple disc construction),該至少三級轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)軸的長度方向串聯(lián)地連接到旋轉(zhuǎn)軸，并具有安裝在轉(zhuǎn)子上的永磁鐵；以及多個定子，該定子為具有銅線定子繞組的盤狀結(jié)構(gòu)，多個定子與旋轉(zhuǎn)軸絕緣并設(shè)置為具有至少兩個間隙，每個間隙位于任意兩個相鄰的轉(zhuǎn)子之間。轉(zhuǎn)子和定子沿旋轉(zhuǎn)軸的長度方向彼此交替設(shè)置，并穿過五級(five stage)或更多級。另外，在所提供的風(fēng)車發(fā)電機(jī)中，螺漿(propeller)連接于上述結(jié)構(gòu)的永磁體發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸。另夕卜，美國專利7579702B2公開了一種電力轉(zhuǎn)換裝置和用于控制雙饋(doubly-fed)感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電力轉(zhuǎn)換方法，其設(shè)置有同步發(fā)電機(jī)，該同步發(fā)電機(jī)用于產(chǎn)生獨(dú)立于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輔助電力，從而甚至能夠在具有無電環(huán)境(power-free)的系統(tǒng)中發(fā)電；電網(wǎng)側(cè)變換器(grid-side converter),該電網(wǎng)側(cè)變換器包括三相四線轉(zhuǎn)換器，從而即使在不平衡負(fù)載情況下也能夠產(chǎn)生平衡電壓(balanced voltage),并自動使雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子電壓和系統(tǒng)電壓彼此同步。另外，日本專利2010207052(A)提供了一種使用水力或風(fēng)力的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)也能夠產(chǎn)生具有預(yù)定的電壓和預(yù)定的電流的電力。在發(fā)電過程中，即使外部能量非常弱或非常強(qiáng)，該發(fā)電機(jī)也能夠產(chǎn)生具有預(yù)定的電壓和預(yù)定的電流的電力。其方案為發(fā)電機(jī)包括磁轉(zhuǎn)子24，該磁轉(zhuǎn)子24在驅(qū)動源的旋轉(zhuǎn)力作用下旋轉(zhuǎn)；以及定子線圈25，該定子線圈25與磁轉(zhuǎn)子的磁極相對設(shè)置。磁轉(zhuǎn)子24包括旋轉(zhuǎn)軸13，該旋轉(zhuǎn)軸13可旋轉(zhuǎn)地樞接在殼體21上；和多個永磁鐵，該多個永磁鐵在圍繞旋轉(zhuǎn)軸的同心圓上形成多個磁極。定子線圈25包括多個無芯繞組和三相輸出端，該三相輸出端設(shè)置為與形成在轉(zhuǎn)子24上的磁極相對。無芯繞組包括三個或多于三個有效輸出繞組，并通過開關(guān)部件連接于輸出端，從而能夠使總阻數(shù)(number of turns)變大或變小。當(dāng)來自驅(qū)動源的旋轉(zhuǎn)力較大時使總阻數(shù)變小，當(dāng)旋轉(zhuǎn)力較小時使總匝數(shù)變大。需要指出的是，美國專利2010/0270808描述了一種風(fēng)能設(shè)備，該風(fēng)能設(shè)備由多個模塊化的風(fēng)能裝置或單元構(gòu)成。每個單元具有殼體和安裝在殼體上的至少兩個渦輪。每個渦輪具有從殼體向上延伸的葉片組。每個葉片組具有相對于殼體向上延伸的垂直軸線。每個渦輪具有與其連接的發(fā)電機(jī)，每個發(fā)電機(jī)設(shè)置在殼體中并具有轉(zhuǎn)子和定子。每個渦輪可相對于殼體旋轉(zhuǎn)地安裝，并且安裝于轉(zhuǎn)子，以使渦輪和轉(zhuǎn)子能夠一起旋轉(zhuǎn)。每個殼體具有位 于各單元的兩側(cè)上的正連接件和負(fù)連接件。當(dāng)各單元設(shè)置在一起時，各單元的相應(yīng)極連接，正極連接負(fù)極，并一起形成回路。因此，可以將多個單元連接在一起。另外，美國專利7154191公開了用于風(fēng)力渦輪機(jī)和艦船推進(jìn)目的的機(jī)器，該機(jī)器包括具有兩個同心的空氣間隙的雙側(cè)發(fā)電機(jī)(double-sided generator)或電機(jī)。在一種實(shí)施方式中，該機(jī)器包括雙側(cè)轉(zhuǎn)子，該雙側(cè)轉(zhuǎn)子具有內(nèi)轉(zhuǎn)子側(cè)和外轉(zhuǎn)子側(cè)；以及定子，該定子具有內(nèi)定子芯和外定子芯，其中，雙側(cè)轉(zhuǎn)子同心地設(shè)置在內(nèi)定子芯和外定子芯之間。另外，美國專利No. 7709972公開了一種風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子、節(jié)距控制機(jī)構(gòu)和應(yīng)急供電機(jī)構(gòu)。風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子包括具有節(jié)距角可變的葉片。節(jié)距控制機(jī)構(gòu)驅(qū)動葉片以控制節(jié)距角。為了響應(yīng)電網(wǎng)發(fā)生系統(tǒng)電壓的意外下降，應(yīng)急供電機(jī)構(gòu)利用風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)發(fā)電，并將電力供給到節(jié)距控制機(jī)構(gòu)。此外，美國專利2008/0012347限定了一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括固定框、軸、機(jī)械軸承(mechanical bearing)、定子、轉(zhuǎn)子以及磁性部件,其中，磁性部件用于通過系統(tǒng)或通過風(fēng)力降低，或基本上消除施加在機(jī)械軸承上的各種載荷。具體地，在軸承(最靠近連接于軸的葉片(vane)的)上的磁性部件，用于在軸上施加與重力相反的力。軸承上的磁性部件沿軸遠(yuǎn)離葉片，以在軸上施加力，該力與由軸施加在軸承上該點(diǎn)的彎曲力相反。額外的磁性部件用于克服相鄰的定子和轉(zhuǎn)子的重力。此外，還有其他磁性部件用于在軸上施加與風(fēng)力相反的力。此外，專利WO 2010/099713公開了一種磁懸浮無摩擦雙轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)包括發(fā)電平臺(generating platform)的中心軸線2、風(fēng)力潤輪機(jī)I和水輪潤輪機(jī)(waterwheel turbine) 10,其中,風(fēng)力潤輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子7連接,水輪潤輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的外轉(zhuǎn)子8連接。在風(fēng)力和水力作用下，兩個渦輪機(jī)沿相反的方向一起繞發(fā)電平臺的中心軸線旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動發(fā)電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子沿相反的方向旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)電。該發(fā)電機(jī)具有合理的結(jié)構(gòu)和較高的發(fā)電效率
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)是使用例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)等裝置的類型，其中，同步發(fā)電機(jī)包括至少一個定子；至少兩個彼此相對設(shè)置，并且與旋轉(zhuǎn)軸線平行的繞組，所述發(fā)電機(jī)通過永磁體產(chǎn)生磁感應(yīng)；以及至少一個冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)對兩個繞組進(jìn)行冷卻，從而顯著簡化了機(jī)械部件并減小了尺寸。冷卻系統(tǒng)包括封閉回路(closed circuit),該封閉回路使用介電(dielectric)冷卻液，該介電冷卻液的熱穩(wěn)定性較大且比礦物油抗氧化、燃點(diǎn)高、環(huán)保性好并具有耐火性，所述冷卻液穿過定子內(nèi)部的通道循環(huán)并吸收從兩個繞組散發(fā)的熱量，并且在冷卻液循環(huán)流動到其他區(qū)域時帶走熱量，在該其他區(qū)域中，空間內(nèi)的空氣(room-air)通過散熱器進(jìn)行散熱。冷卻液的循環(huán)通過泵送系統(tǒng)受迫進(jìn)行。冷卻通過受迫的空氣循環(huán)完成，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，該空氣循環(huán)用于去除繞組端部(winding head)內(nèi)的熱量,并通過余隙(residual gap)保持循環(huán)，從而避免在所述區(qū)域內(nèi)的空氣由于摩擦而過熱。



為了更好地理解本發(fā)明的目的，在多個附圖中對本發(fā)明進(jìn)行說明，作為舉例，本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式展示在這些附圖中，其中圖I是本發(fā)明的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的橫截面視圖；以及圖2是圖I所示的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的橫截面的局部視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)包括至少一個中心定子，該中心定子具有平行于旋轉(zhuǎn)軸線的雙繞組。在本具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)電機(jī)只具有一個定子，該定子通過至少一個冷卻系統(tǒng)冷卻(在本實(shí)施方式中，冷卻系統(tǒng)使用為兩個繞組所共有的冷卻液)。并且所述發(fā)電機(jī)通過所述定子兩側(cè)的永磁體產(chǎn)生電磁感應(yīng)。需要指出的是，所使用的冷卻系統(tǒng)不能作為對本發(fā)明范圍的限制。由附圖可知，定子包括鋼結(jié)構(gòu)，在該鋼結(jié)構(gòu)上堆疊有定片，定片開槽形成為環(huán)形。在定片的槽的內(nèi)部，定子的繞組設(shè)置為形成兩個環(huán)，一個用于所述結(jié)構(gòu)的外部，另一個用于所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。定子繞組設(shè)置在定片的槽的內(nèi)部，形成兩個星型三相繞組。參照圖I可見，包括同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的部件以附圖標(biāo)記I表示。實(shí)際上，發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子的殼體2,外三相繞組集電環(huán)(ring header) 3,徑向-軸向軸承4,轉(zhuǎn)子的前蓋5，徑向軸承6，定子的內(nèi)繞組7，定子主體和定片8，用于兩個繞組的冷卻系統(tǒng)，靜態(tài)軸10，轉(zhuǎn)子的后蓋11和定子的外繞組12。參照圖2，其中可以看到以附圖標(biāo)記13表示的雙繞組定子的剖視圖，其具有定子(環(huán)狀)14的結(jié)構(gòu)，在定子14上設(shè)置有分別用于內(nèi)繞組15和外繞組16的定片。需要重要地指出的是，所述結(jié)構(gòu)14中，入口 /出口 17可以視作冷卻液。 正如本領(lǐng)域任何技術(shù)人員可以從本說明書上述提到的內(nèi)容得知的，本發(fā)明的目的是能夠形成多種發(fā)電機(jī)，每個發(fā)電機(jī)具有其特殊的特性，即-一種雙定子的同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)具有冷卻液，或冷卻液和空氣，或僅冷卻空氣；具有永磁體的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有水平軸線，該永磁體具有徑向磁通。-一種多個同心定子的同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)具有冷卻液，或冷卻液和空氣，或僅冷卻空氣；永磁體，所述永磁體具有徑向磁通。-一種多個同心定子的同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)具有冷卻液，或冷卻液和空氣，或僅冷卻空氣；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有突出磁極，所述突出的磁極具有徑向磁通。-一種多個同心定子的同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)具有具有超導(dǎo)材料的繞組，具有突出磁極的轉(zhuǎn)子，具有徑向磁通的超導(dǎo)材料的繞組。-一種多個同心定子的同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)具有繞組，所述繞組具有超導(dǎo)材料；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子的永磁體具有徑向磁通。本發(fā)電機(jī)的設(shè)計允許更好地利用靠近發(fā)電機(jī)的外徑的空間，以允許增加電力并最小化重量，而不會增大發(fā)電機(jī)的外徑，并且保持長度、通流密度(flow density)和轉(zhuǎn)速，這 在從風(fēng)力電廠的工廠向建筑輸送電力時有利。另外，額外的優(yōu)點(diǎn)在于，根據(jù)風(fēng)力情況，可以使一個繞組工作或使兩個繞組同時工作，這樣優(yōu)化了效率和適應(yīng)性，也增加了可靠性，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)換器將每個繞組的能量單獨(dú)或以并行方式轉(zhuǎn)換到電網(wǎng)(network)。另一個重要的優(yōu)點(diǎn)在于共享至少一個冷卻系統(tǒng)，這能夠減少整個機(jī)械的空間和結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。
權(quán)利要求
1.一種同步發(fā)電機(jī)，該同步發(fā)電機(jī)包括至少一個定子和至少兩個繞組，該至少兩個繞組彼此相對設(shè)置并且旋轉(zhuǎn)軸線平行，所述同步發(fā)電機(jī)通過永磁體產(chǎn)生電磁感應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)為風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。
3.一種同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，該同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)包括雙定子；至少一個冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻液、空氣、或結(jié)合使用的冷卻液和空氣；具有永磁體的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有水平軸線，所述永磁體具有徑向磁通。
4.一種同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，該同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)包括多個同心的定子；至少一個冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻液、空氣、或結(jié)合使用的冷卻液和空氣；永磁體，所述永磁體具有徑向磁通。
5.一種同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，該同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)包括多個同心的定子；至少一個冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻液、空氣、或結(jié)合使用的冷卻液和空氣；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有突出的磁極，所述磁極具有徑向磁通。
6.一種同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，該同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)包括多個同心的定子，所述定子具有超導(dǎo)材料的繞組；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有突出的磁極；超導(dǎo)材料的繞組，所述超導(dǎo)材料的繞組具有徑向磁通。
7.一種同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，該同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)包括多個同心的定子，所述定子具有超導(dǎo)材料的繞組；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子的永磁體具有徑向磁通。
8.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)，其中，所述發(fā)電機(jī)包括多個同心的定子以及具有突出磁極的轉(zhuǎn)子。
9.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)，其中，所述定子包括鋼結(jié)構(gòu)，在所述鋼結(jié)構(gòu)上設(shè)置有開槽的定片，所述定片限定位于所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和外部的環(huán)形。
10.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)，其中，在所述定片的槽內(nèi)設(shè)置有定子繞組。
11.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)，其中，所述定子的繞組限定為至少兩個星型三相繞組。
12.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)，其中，所述發(fā)電機(jī)包括多個同心的定子，所述定子具有超導(dǎo)材料的繞組；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有永磁體，所述永磁體具有徑向磁通。
13.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)，其中，所述發(fā)電機(jī)包括至少一個定子；至少一個冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻液、空氣、或結(jié)合使用的冷卻液和空氣。
全文摘要
一種同步風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，是使用例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)等的類型，包括至少一個定子；至少兩個彼此相對設(shè)置，并且旋轉(zhuǎn)軸線平行的繞組；以及至少一個冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)對繞組進(jìn)行冷卻，顯著簡化機(jī)械部件及尺寸，發(fā)電機(jī)通過永磁體產(chǎn)生磁感應(yīng)。發(fā)電機(jī)的設(shè)計允許更好地利用靠近發(fā)電機(jī)外徑的空間，以允許增加電力并最小化重量，而不增大發(fā)電機(jī)外徑，并保持長度、通流密度和轉(zhuǎn)速，這在從工廠向建筑輸送電力時有利。另外的優(yōu)點(diǎn)是，根據(jù)風(fēng)力情況，可使一個繞組工作或使兩個繞組同時工作，即優(yōu)化效率和適應(yīng)性，也增加可靠性，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)換器將每個繞組的能量單獨(dú)或以并行方式轉(zhuǎn)換到電網(wǎng)。另一個優(yōu)點(diǎn)在于共享冷卻系統(tǒng)，能夠減少整機(jī)空間和結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。
文檔編號H02K1/16GK102780340SQ20111042947
公開日2012年11月14日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月5日
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