專利名稱：同步風力渦輪發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用風力產(chǎn)生能量的同步風力渦輪發(fā)電機，更具體地，本發(fā)明涉及的同步風力渦輪發(fā)電機只包括一個具有雙繞組的中心定子。
背景技術：
眾所周知，目前，風能主要用于通過風力發(fā)電機(aerogenerator)來產(chǎn)生電能。風力發(fā)電機是一種由通過風力運行的渦輪機(風力渦輪機)驅動的發(fā)電機。傳統(tǒng)的永磁鐵同步風力渦輪發(fā)電機包括定子，該定子包括鋼結構，在該鋼結構上，開槽的定片(statorplate)堆疊以形成環(huán)狀件。在定片的槽的內部設置有定子繞組，該定子繞組包括與之相關的絕緣銅線繞組，其中繞組形成為星型三相繞組。風力渦輪發(fā)電機的第二個部件是轉子，其包括具有軸線和環(huán)狀物的鋼結構，在環(huán)狀物上設置有形成北極和南極的磁鐵。當轉子相對于定子旋轉時，使得磁場的磁力線被定子繞組切割，并在這些繞組內感應產(chǎn)生電壓和電流， 以向發(fā)電機提供確定的電力。在現(xiàn)有技術中，存在大量基于上述原理的或大或小的改進。例如，美國專利6974045描述了一種風力發(fā)電系統(tǒng),其中，一對軸向間隔的潤輪分別連接到發(fā)電機的外轉子和內轉子，并且該一對渦輪設置有規(guī)格相同但節(jié)距角(Pitch angle)相反的葉片，從而使得內轉子和外轉子沿相反方向以相同的轉速旋轉。因為內轉子和外轉子之間的相對轉速是內轉子或外轉子的轉速的兩倍，所以即使風速很低，該發(fā)電系統(tǒng)也能夠產(chǎn)生相當大的電力。如果需要，可以取消(do away with)潤輪葉片的變節(jié)距機構(pitch varying mechanism),以降低生產(chǎn)和維護成本。另外，韓國專利20090123903(A)公開了一種風車發(fā)電裝置，與容易受到風車的捕風(captured wind)影響的大容量發(fā)電機不同，該裝置因為不受捕風影響而在應激誘發(fā)電位(generated potential)方面具有改進。永磁鐵發(fā)電機具有旋轉軸；至少三級轉子(three stage rotor),該轉子為多盤結構(multiple disc construction),該至少三級轉子沿旋轉軸的長度方向串聯(lián)地連接到旋轉軸，并具有安裝在轉子上的永磁鐵；以及多個定子，該定子為具有銅線定子繞組的盤狀結構，多個定子與旋轉軸絕緣并設置為具有至少兩個間隙，每個間隙位于任意兩個相鄰的轉子之間。轉子和定子沿旋轉軸的長度方向彼此交替設置，并穿過五級(five stage)或更多級。另外，在所提供的風車發(fā)電機中，螺漿(propeller)連接于上述結構的永磁體發(fā)電機的轉子軸。另夕卜，美國專利7579702B2公開了一種電力轉換裝置和用于控制雙饋(doubly-fed)感應發(fā)電機的電力轉換方法，其設置有同步發(fā)電機，該同步發(fā)電機用于產(chǎn)生獨立于雙饋感應發(fā)電機的輔助電力，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)側變換器(grid-side converter),該電網(wǎng)側變換器包括三相四線轉換器，從而即使在不平衡負載情況下也能夠產(chǎn)生平衡電壓(balanced voltage),并自動使雙饋感應發(fā)電機的定子電壓和系統(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力的發(fā)電機，該發(fā)電機也能夠產(chǎn)生具有預定的電壓和預定的電流的電力。在發(fā)電過程中，即使外部能量非常弱或非常強，該發(fā)電機也能夠產(chǎn)生具有預定的電壓和預定的電流的電力。其方案為發(fā)電機包括磁轉子24，該磁轉子24在驅動源的旋轉力作用下旋轉；以及定子線圈25，該定子線圈25與磁轉子的磁極相對設置。磁轉子24包括旋轉軸13，該旋轉軸13可旋轉地樞接在殼體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，該三相輸出端設置為與形成在轉子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。當來自驅動源的旋轉力較大時使總阻數(shù)變小，當旋轉力較小時使總匝數(shù)變大。需要指出的是，美國專利2010/0270808描述了一種風能設備，該風能設備由多個模塊化的風能裝置或單元構成。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，每個發(fā)電機設置在殼體中并具有轉子和定子。每個渦輪可相對于殼體旋轉地安裝，并且安裝于轉子，以使渦輪和轉子能夠一起旋轉。每個殼體具有位 于各單元的兩側上的正連接件和負連接件。當各單元設置在一起時，各單元的相應極連接，正極連接負極，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公開了用于風力渦輪機和艦船推進目的的機器，該機器包括具有兩個同心的空氣間隙的雙側發(fā)電機(double-sided generator)或電機。在一種實施方式中，該機器包括雙側轉子，該雙側轉子具有內轉子側和外轉子側；以及定子，該定子具有內定子芯和外定子芯，其中，雙側轉子同心地設置在內定子芯和外定子芯之間。另外，美國專利No. 7709972公開了一種風力渦輪機系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有風力渦輪轉子、節(jié)距控制機構和應急供電機構。風力渦輪轉子包括具有節(jié)距角可變的葉片。節(jié)距控制機構驅動葉片以控制節(jié)距角。為了響應電網(wǎng)發(fā)生系統(tǒng)電壓的意外下降，應急供電機構利用風力渦輪轉子的旋轉發(fā)電，并將電力供給到節(jié)距控制機構。此外，美國專利2008/0012347限定了一種風力發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括固定框、軸、機械軸承(mechanical bearing)、定子、轉子以及磁性部件,其中，磁性部件用于通過系統(tǒng)或通過風力降低，或基本上消除施加在機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離葉片，以在軸上施加力，該力與由軸施加在軸承上該點的彎曲力相反。額外的磁性部件用于克服相鄰的定子和轉子的重力。此外，還有其他磁性部件用于在軸上施加與風力相反的力。此外，專利WO 2010/099713公開了一種磁懸浮無摩擦雙轉子發(fā)電機，該發(fā)電機包括發(fā)電平臺(generating platform)的中心軸線2、風力潤輪機I和水輪潤輪機(waterwheel turbine) 10,其中,風力潤輪機與發(fā)電機的內轉子7連接,水輪潤輪機與發(fā)電機的外轉子8連接。在風力和水力作用下，兩個渦輪機沿相反的方向一起繞發(fā)電平臺的中心軸線旋轉，并驅動發(fā)電機的內轉子和外轉子沿相反的方向旋轉，從而發(fā)電。該發(fā)電機具有合理的結構和較高的發(fā)電效率
發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種同步風力渦輪發(fā)電機，該發(fā)電機是使用例如風力發(fā)電機等裝置的類型，其中，同步發(fā)電機包括至少一個定子；至少兩個彼此相對設置，并且與旋轉軸線平行的繞組，所述發(fā)電機通過永磁體產(chǎn)生磁感應；以及至少一個冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)對兩個繞組進行冷卻，從而顯著簡化了機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、燃點高、環(huán)保性好并具有耐火性，所述冷卻液穿過定子內部的通道循環(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，空間內的空氣(room-air)通過散熱器進行散熱。冷卻液的循環(huán)通過泵送系統(tǒng)受迫進行。冷卻通過受迫的空氣循環(huán)完成，當轉子旋轉時，該空氣循環(huán)用于去除繞組端部(winding head)內的熱量,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)明進行說明，作為舉例，本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式展示在這些附圖中，其中圖I是本發(fā)明的風力渦輪發(fā)電機的橫截面視圖；以及圖2是圖I所示的風力渦輪發(fā)電機的橫截面的局部視圖。
具體實施例方式本發(fā)明的風力渦輪發(fā)電機包括至少一個中心定子，該中心定子具有平行于旋轉軸線的雙繞組。在本具體實施方式
中，所述發(fā)電機只具有一個定子，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)電機通過所述定子兩側的永磁體產(chǎn)生電磁感應。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，定子包括鋼結構，在該鋼結構上堆疊有定片，定片開槽形成為環(huán)形。在定片的槽的內部，定子的繞組設置為形成兩個環(huán)，一個用于所述結構的外部，另一個用于所述結構的內部。定子繞組設置在定片的槽的內部，形成兩個星型三相繞組。參照圖I可見，包括同步風力渦輪發(fā)電機的部件以附圖標記I表示。實際上，發(fā)電機包括轉子的殼體2,外三相繞組集電環(huán)(ring header) 3,徑向-軸向軸承4,轉子的前蓋5，徑向軸承6，定子的內繞組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的結構，在定子14上設置有分別用于內繞組15和外繞組16的定片。需要重要地指出的是，所述結構14中，入口 /出口 17可以視作冷卻液。 正如本領域任何技術人員可以從本說明書上述提到的內容得知的，本發(fā)明的目的是能夠形成多種發(fā)電機，每個發(fā)電機具有其特殊的特性，即-一種雙定子的同步風力渦輪發(fā)電機，該發(fā)電機具有冷卻液，或冷卻液和空氣，或僅冷卻空氣；具有永磁體的轉子，該轉子具有水平軸線，該永磁體具有徑向磁通。-一種多個同心定子的同步風力渦輪發(fā)電機，該發(fā)電機具有冷卻液，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力渦輪發(fā)電機，該發(fā)電機具有冷卻液，或冷卻液和空氣，或僅冷卻空氣；轉子，所述轉子具有突出磁極，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力渦輪發(fā)電機，所述發(fā)電機具有具有超導材料的繞組，具有突出磁極的轉子，具有徑向磁通的超導材料的繞組。-一種多個同心定子的同步風力渦輪發(fā)電機，所述發(fā)電機具有繞組，所述繞組具有超導材料；轉子，所述轉子的永磁體具有徑向磁通。本發(fā)電機的設計允許更好地利用靠近發(fā)電機的外徑的空間，以允許增加電力并最小化重量，而不會增大發(fā)電機的外徑，并且保持長度、通流密度(flow density)和轉速，這 在從風力電廠的工廠向建筑輸送電力時有利。另外，額外的優(yōu)點在于，根據(jù)風力情況，可以使一個繞組工作或使兩個繞組同時工作，這樣優(yōu)化了效率和適應性，也增加了可靠性，因為其轉換器將每個繞組的能量單獨或以并行方式轉換到電網(wǎng)(network)。另一個重要的優(yōu)點在于共享至少一個冷卻系統(tǒng)，這能夠減少整個機械的空間和結構復雜度。
權利要求
1.一種同步發(fā)電機，該同步發(fā)電機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置并且旋轉軸線平行，所述同步發(fā)電機通過永磁體產(chǎn)生電磁感應。
2.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)電機，該發(fā)電機為風力渦輪發(fā)電機。
3.一種同步風力渦輪發(fā)電機，該同步風力渦輪發(fā)電機包括雙定子；至少一個冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻液、空氣、或結合使用的冷卻液和空氣；具有永磁體的轉子，所述轉子具有水平軸線，所述永磁體具有徑向磁通。
4.一種同步風力渦輪發(fā)電機，該同步風力渦輪發(fā)電機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。
5.一種同步風力渦輪發(fā)電機，該同步風力渦輪發(fā)電機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、或結合使用的冷卻液和空氣；轉子，所述轉子具有突出的磁極，所述磁極具有徑向磁通。
6.一種同步風力渦輪發(fā)電機，該同步風力渦輪發(fā)電機包括多個同心的定子，所述定子具有超導材料的繞組；轉子，所述轉子具有突出的磁極；超導材料的繞組，所述超導材料的繞組具有徑向磁通。
7.一種同步風力渦輪發(fā)電機，該同步風力渦輪發(fā)電機包括多個同心的定子，所述定子具有超導材料的繞組；轉子，所述轉子的永磁體具有徑向磁通。
8.根據(jù)上述任意一項權利要求所述的發(fā)電機，其中，所述發(fā)電機包括多個同心的定子以及具有突出磁極的轉子。
9.根據(jù)上述任意一項權利要求所述的發(fā)電機，其中，所述定子包括鋼結構，在所述鋼結構上設置有開槽的定片，所述定片限定位于所述結構的內部和外部的環(huán)形。
10.根據(jù)上述任意一項權利要求所述的發(fā)電機，其中，在所述定片的槽內設置有定子繞組。
11.根據(jù)上述任意一項權利要求所述的發(fā)電機，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)上述任意一項權利要求所述的發(fā)電機，其中，所述發(fā)電機包括多個同心的定子，所述定子具有超導材料的繞組；轉子，所述轉子具有永磁體，所述永磁體具有徑向磁通。
13.根據(jù)上述任意一項權利要求所述的發(fā)電機，其中，所述發(fā)電機包括至少一個定子；至少一個冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻液、空氣、或結合使用的冷卻液和空氣。
全文摘要
一種同步風力渦輪發(fā)電機，是使用例如風力發(fā)電機等的類型，包括至少一個定子；至少兩個彼此相對設置，并且旋轉軸線平行的繞組；以及至少一個冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)對繞組進行冷卻，顯著簡化機械部件及尺寸，發(fā)電機通過永磁體產(chǎn)生磁感應。發(fā)電機的設計允許更好地利用靠近發(fā)電機外徑的空間，以允許增加電力并最小化重量，而不增大發(fā)電機外徑，并保持長度、通流密度和轉速，這在從工廠向建筑輸送電力時有利。另外的優(yōu)點是，根據(jù)風力情況，可使一個繞組工作或使兩個繞組同時工作，即優(yōu)化效率和適應性，也增加可靠性，因為其轉換器將每個繞組的能量單獨或以并行方式轉換到電網(wǎng)。另一個優(yōu)點在于共享冷卻系統(tǒng)，能夠減少整機空間和結構復雜度。
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)先權日2011年10月5日
發(fā)明者E·佩斯卡莫納 申請人:Impsa有限公司