雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。機(jī)殼內(nèi)，轉(zhuǎn)子為空心杯形轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子底部與轉(zhuǎn)軸固定連接，轉(zhuǎn)子內(nèi)、外壁上沿圓周間隔均布貼有永磁體；轉(zhuǎn)子內(nèi)、外沿圓周分別設(shè)有內(nèi)、外定子，內(nèi)定子、外定子分別與轉(zhuǎn)子內(nèi)、外壁上的永磁體之間存在氣隙；外定子內(nèi)側(cè)沿圓周方向間隔均布有外定子槽，相鄰的兩個外定子槽上繞有第一超導(dǎo)電樞繞組；內(nèi)定子外側(cè)沿圓周方向間隔均布有內(nèi)定子槽，相鄰的兩個內(nèi)定子槽上繞有第二超導(dǎo)電樞繞組，第一、二超導(dǎo)電樞繞組外分別通過第一、二冷卻裝置密封。本發(fā)明采用雙定子結(jié)構(gòu)，不存在冷卻液的旋轉(zhuǎn)密封問題，具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、損耗小、功率密度高的優(yōu)點，適用于直驅(qū)式低速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
【專利說明】雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁電機(jī)，尤其涉及一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量已經(jīng)進(jìn)入兆瓦級，發(fā)電機(jī)的體積、重量等也隨之增大，這會使得電機(jī)的安裝、維護(hù)成本提高，而超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展有望解決這些問題。超導(dǎo)電機(jī)具有功率密度大、損耗小、效率高等優(yōu)點，可以有效地減小電機(jī)的體積與重量。雖然超導(dǎo)線材通入直流電后沒有損耗，但是在通入交流電時是會產(chǎn)生損耗的，所以傳統(tǒng)的超導(dǎo)電機(jī)的直流勵磁繞組是超導(dǎo)體，而交流電樞則選用常導(dǎo)體。不過直流勵磁繞組位于轉(zhuǎn)子上，是旋轉(zhuǎn)部件，會造成其冷卻液在旋轉(zhuǎn)情況下密封困難，是一種不可靠因素。這將成為兆瓦級直驅(qū)超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的薄弱環(huán)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供了一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，采用永磁體勵磁，定子電樞使用超導(dǎo)材料，不存在旋轉(zhuǎn)密封問題而且交流損耗很小，適用于直驅(qū)式低速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明包括機(jī)殼、內(nèi)定子、外定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸通過軸承貫穿安裝在機(jī)殼上，其特征是:機(jī)殼內(nèi)，轉(zhuǎn)子為空心杯形轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子底部與轉(zhuǎn)軸固定連接，轉(zhuǎn)子內(nèi)、外壁上沿圓周間隔均布貼有永磁體；轉(zhuǎn)子內(nèi)沿圓周設(shè)有內(nèi)定子，轉(zhuǎn)子外沿圓周設(shè)有外定子，內(nèi)定子、外定子分別與轉(zhuǎn)子內(nèi)、外壁上的永磁體之間存在氣隙；外定子內(nèi)側(cè)沿圓周方向間隔均布有沿轉(zhuǎn)軸軸向的外定子槽，相鄰的兩個外定子槽上繞有第一超導(dǎo)電樞繞組，第一超導(dǎo)電樞繞組外通過第一冷卻裝置密封；內(nèi)定子外側(cè)沿圓周方向間隔均布有沿轉(zhuǎn)軸軸向且與外定子內(nèi)側(cè)各個外定子槽對應(yīng)的內(nèi)定子槽，相鄰的兩個內(nèi)定子槽上繞有第二超導(dǎo)電樞繞組，第二超導(dǎo)電樞繞組外通過第二冷卻裝置密封。
[0005]所述的第一冷卻裝置和第二冷卻裝置內(nèi)充有冷卻液。
[0006]所述的冷卻液為液氮。
[0007]所述的永磁體為瓦片形的貼片式徑向充磁永磁體。
[0008]所述的永磁體的材料為NdFeB。
[0009]所述的外定子的外定子槽和內(nèi)定子的內(nèi)定子槽的數(shù)量均為12個。
[0010]所述的轉(zhuǎn)子內(nèi)、外壁上的永磁體的數(shù)量各為10個。
[0011 ] 所述的第一超導(dǎo)電樞繞組和第二超導(dǎo)電樞繞組采用高溫超導(dǎo)線材。
[0012]所述的第一超導(dǎo)電樞繞組和第二超導(dǎo)電樞繞組均為跑道形，采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明的有益效果是: 1.不存在冷卻液的旋轉(zhuǎn)密封問題，可靠性高。
[0014]2.雙定子結(jié)構(gòu)，超導(dǎo)體中電流的幅值小，而且電機(jī)極對數(shù)少，超導(dǎo)體中電流的頻率低，電流幅值與頻率的減小使得電機(jī)的交流損耗減小。
[0015]3.空心杯形轉(zhuǎn)子，質(zhì)量小，轉(zhuǎn)動慣量低，風(fēng)能利用率高。
[0016]4.雙氣隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低電機(jī)的體積與重量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的軸向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的繞組局部放大圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的A-A方向的剖視圖。
[0020]圖4是本發(fā)明的B-B方向的剖視圖。
[0021]圖5是第一超導(dǎo)電樞繞組和第一冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6是永磁體的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖中:1、外定子，2、內(nèi)定子，3、轉(zhuǎn)子，4、永磁體，5-1、第一超導(dǎo)電樞繞組，5-2、第二超導(dǎo)電樞繞組，6-1、第一冷卻裝置,6-2、第二冷卻裝置,7-1、第一氣隙,7-2、第二氣隙,8、機(jī)殼，9、轉(zhuǎn)軸，10、軸承。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]如圖1、圖3、圖4、圖5、圖6所示，包括機(jī)殼8、內(nèi)定子2、外定子I和轉(zhuǎn)子3，轉(zhuǎn)軸9通過軸承10貫穿安裝在機(jī)殼8上；機(jī)殼8內(nèi)，轉(zhuǎn)子3為空心杯形轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子3底部與轉(zhuǎn)軸9固定連接，轉(zhuǎn)子3內(nèi)、外壁上沿圓周間隔均布貼有永磁體4 ;轉(zhuǎn)子3內(nèi)沿圓周設(shè)有內(nèi)定子2，轉(zhuǎn)子3外沿圓周設(shè)有外定子I,內(nèi)定子2、外定子I分別與轉(zhuǎn)子3內(nèi)、外壁上的永磁體4之間存在氣隙；外定子I內(nèi)側(cè)沿圓周方向間隔均布有沿轉(zhuǎn)軸9軸向的外定子槽，如圖2所示，相鄰的兩個外定子槽上繞有跑道形的第一超導(dǎo)電樞繞組5-1，第一超導(dǎo)電樞繞組5-1外通過第一冷卻裝置6-1密封；內(nèi)定子2外側(cè)沿圓周方向間隔均布有沿轉(zhuǎn)軸9軸向且與外定子I內(nèi)側(cè)各個外定子槽對應(yīng)的內(nèi)定子槽，相鄰的兩個內(nèi)定子槽上繞有跑道形的第二超導(dǎo)電樞繞組5-2，第二超導(dǎo)電樞繞組5-2外通過第二冷卻裝置6-2密封。第一超導(dǎo)電樞繞組和第二超導(dǎo)電樞繞組的結(jié)構(gòu)均相同，第一冷卻裝置和第二冷卻裝置結(jié)構(gòu)均相同。
[0026]第一冷卻裝置6-1和第二冷卻裝置6-2內(nèi)充有冷卻液，冷卻液為液氮。
[0027]永磁體4為瓦片形的貼片式徑向充磁永磁體。
[0028]永磁體4的材料為NdFeB。
[0029]外定子I的外定子槽和內(nèi)定子2的內(nèi)定子槽的數(shù)量相等，均為12個。
[0030]轉(zhuǎn)子3內(nèi)、外壁上的永磁體4的數(shù)量相等，均為10個。
[0031 ] 第一超導(dǎo)電樞繞組5-1和第二超導(dǎo)電樞繞組5-2米用高溫超導(dǎo)線材。
[0032]所述的第一超導(dǎo)電樞繞組5-1和第二超導(dǎo)電樞繞組5-2為均跑道形，采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組結(jié)構(gòu)。
[0033]外定子I固定于機(jī)殼8上,在外定子I與轉(zhuǎn)子3之間的氣隙為第一氣隙7-1。內(nèi)定子2固定于機(jī)殼8上,在內(nèi)定子2與轉(zhuǎn)子3之間的氣隙為第二氣隙7-2。[0034]如圖1、圖3、圖4所示，外定子I上設(shè)有12個外定子槽，內(nèi)定子2上設(shè)有12個內(nèi)定子槽，高溫超導(dǎo)線材的第一超導(dǎo)電樞繞組5-1和第二超導(dǎo)電樞繞組5-2繞成跑道形，其中第一超導(dǎo)電樞繞組5-1密封于充有液氮的第一冷卻裝置6-1中，安裝在外定子I上，其一個跑道形線圈上的兩條有效邊分別放置于空間上相鄰的兩個外定子槽中。第二超導(dǎo)電樞繞組5-2密封于充有液氮的第二冷卻裝置6-2中，安裝在內(nèi)定子2上，其一個跑道形線圈上的兩條有效邊分別放置在空間上相鄰的兩個內(nèi)定子槽中，并與外定子線圈對應(yīng)放置。兩組電樞繞組最后進(jìn)行反相并聯(lián)，經(jīng)超導(dǎo)變壓器以及功率開關(guān)器件和電網(wǎng)相連。
[0035]考慮到風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般體積巨大、重量極高，其安裝和維護(hù)十分困難，故應(yīng)盡量簡化電機(jī)的結(jié)構(gòu)，并取消可靠性低的部分。超導(dǎo)材料因其電流密度巨大而可以有效地減小電機(jī)的體積與重量，但在傳統(tǒng)的兆瓦級直驅(qū)超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，超導(dǎo)體位于轉(zhuǎn)子上，需要在旋轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行密封冷卻，這是薄弱環(huán)節(jié)。如果將超導(dǎo)的部分轉(zhuǎn)移到定子電樞上，就可以將原本的旋轉(zhuǎn)密封改為靜止密封，既能充分利用超導(dǎo)材料電流密度大的優(yōu)勢又能有效地提高電機(jī)的可靠性，減小維護(hù)成本。不過交流超導(dǎo)電樞存在交流損耗的問題，因此本發(fā)明采用雙定子結(jié)構(gòu)，兩套定子電樞各自分擔(dān)一半的定子電流，使超導(dǎo)體中的電流減半，再配合電機(jī)的低速與低頻，就能夠有效降低交流損耗。此外，雙定子結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)子呈空心杯形，轉(zhuǎn)動慣量很低，可以提高風(fēng)能利用率，雙氣隙的結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步減小電機(jī)的體積與重量。
[0036]本發(fā)明的具體實施工作過程:
機(jī)組的風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)拖動轉(zhuǎn)軸9以一定的速度順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸9帶動轉(zhuǎn)子3及其表面的永磁體4在外定子I以及內(nèi)定子2之間旋轉(zhuǎn)，使得氣隙7-1和7-2中分別出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場，它們的旋轉(zhuǎn)速率及方向相同，但極性相反。這兩個旋轉(zhuǎn)磁場分別導(dǎo)致外定子I和內(nèi)定子2上的線圈內(nèi)部磁通發(fā)生變化，由電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。再經(jīng)過超導(dǎo)變壓器和功率開關(guān)器件和電網(wǎng)相連，向外輸送三相交流電能。
[0037]上述【具體實施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括機(jī)殼(8)、內(nèi)定子(2)、外定子(I)和轉(zhuǎn)子(3)，轉(zhuǎn)軸(9)通過軸承(10)貫穿安裝在機(jī)殼(8)上，其特征是:機(jī)殼(8)內(nèi)，轉(zhuǎn)子(3)為空心杯形轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子(3)底部與轉(zhuǎn)軸(9)固定連接，轉(zhuǎn)子(3)內(nèi)、外壁上沿圓周間隔均布貼有永磁體(4);轉(zhuǎn)子(3)內(nèi)沿圓周設(shè)有內(nèi)定子(2)，轉(zhuǎn)子(3)外沿圓周設(shè)有外定子(1)，內(nèi)定子(2)、外定子(I)分別與轉(zhuǎn)子(3)內(nèi)、外壁上的永磁體(4)之間存在氣隙；外定子(I)內(nèi)側(cè)沿圓周方向間隔均布有沿轉(zhuǎn)軸(9)軸向的外定子槽，相鄰的兩個外定子槽上繞有第一超導(dǎo)電樞繞組(5-1),第一超導(dǎo)電樞繞組(5-1)外通過第一冷卻裝置(6-1)密封；內(nèi)定子(2)外側(cè)沿圓周方向間隔均布有沿轉(zhuǎn)軸(9)軸向且與外定子(I)內(nèi)側(cè)各個外定子槽對應(yīng)的內(nèi)定子槽，相鄰的兩個內(nèi)定子槽上繞有第二超導(dǎo)電樞繞組(5-2)，第二超導(dǎo)電樞繞組(5-2)外通過第二冷卻裝置(6-2)密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述的第一冷卻裝置(6-1)和第二冷卻裝置(6-2)內(nèi)充有冷卻液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述的冷卻液為液氮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述的永磁體(4 )為瓦片形的貼片式徑向充磁永磁體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述的永磁體(4)的材料為NdFeB。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述的外定子(I)的外定子槽和內(nèi)定子(2)的內(nèi)定子槽的數(shù)量均為12個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子(3)內(nèi)、外壁上的永磁體(4)的數(shù)量各為10個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述的第一超導(dǎo)電樞繞組(5-1)和第二超導(dǎo)電樞繞組(5-2)采用高溫超導(dǎo)線材。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙定子結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述的第一超導(dǎo)電樞繞組(5-1)和第二超導(dǎo)電樞繞組(5-2)均為跑道形，采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H02K16/04GK103780036SQ201410021335
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】黃曉艷, 張凱賀, 方攸同, 張健, 馬吉恩 申請人:浙江大學(xué)