異聯(lián)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種異聯(lián)電機(jī)，其解決了現(xiàn)有液力耦合器體積大、重量大、機(jī)械損耗和轉(zhuǎn)差損耗大、效率較低、速度控制不穩(wěn)定、功率因數(shù)低、調(diào)速精度差、維護(hù)成本高的技術(shù)問題，其包括一臺在工頻下工作的主電機(jī)和一臺變頻工作的輔助電機(jī)，主電機(jī)和輔助電機(jī)之間聯(lián)接有行星齒輪機(jī)構(gòu)，行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)有行星架，行星架固定連接有輸出軸。本發(fā)明可用于電機(jī)驅(qū)動或風(fēng)力發(fā)電。
【專利說明】異聯(lián)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)，特別是涉及一種將工頻電機(jī)與變頻電機(jī)用行星齒輪機(jī)構(gòu)聯(lián)接為一體的異聯(lián)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]液力耦合器是以液體為工作介質(zhì)的一種非剛性聯(lián)軸器，其在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過改變工作腔充滿度(通常以導(dǎo)管調(diào)節(jié))來改變輸出轉(zhuǎn)速及力矩。液力耦合器廣泛用于大功率風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械中。
[0003]電動機(jī)的輸出軸與液力I禹合器的輸入軸聯(lián)接,液力I禹合器的輸出軸與被驅(qū)動的負(fù)載聯(lián)接。使用時，電動機(jī)先空載啟動，隨后電流、轉(zhuǎn)矩由小變大，液力耦合器的輸出軸帶動大功率風(fēng)機(jī)逐步啟動進(jìn)入工況運(yùn)行，保證了大功率風(fēng)機(jī)的安全啟動，還可降低電動機(jī)啟動時的電能消耗。工作過程中還可以進(jìn)行無極平穩(wěn)調(diào)速，當(dāng)載荷過大而停轉(zhuǎn)時液力耦合器的輸入軸仍可轉(zhuǎn)動，不會造成電動機(jī)的損壞。
[0004]然而，液力耦合器存在體積大、重量大、機(jī)械損耗和轉(zhuǎn)差損耗大、效率較低、速度控制不穩(wěn)定、功率因數(shù)低、調(diào)速精度差、維護(hù)成本高等技術(shù)缺陷。所以，電動機(jī)聯(lián)接液力耦合器的驅(qū)動機(jī)構(gòu)就存在上述技術(shù)缺陷。
[0005]為了克服液力耦合器的上述缺陷，使用變頻器直接驅(qū)動電動機(jī)，電動機(jī)的輸出軸聯(lián)接負(fù)載，這種方案能達(dá)到軟啟動和無極平滑調(diào)速的目的，但是在工作過程中，變頻器必須始終處于上電工作狀態(tài)，而且除了電動機(jī)運(yùn)行在額定頻率下(即工頻下)效率最高外，電動機(jī)在低頻下運(yùn)行效率很低，不利于節(jié)能降耗。更值得關(guān)注的是，大功率的變頻器價格昂貴，成本很高。
[0006]在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括兩種運(yùn)行方式，一種是恒速恒頻運(yùn)行方式，另一種是變速恒頻運(yùn)行方式。在恒速恒頻的運(yùn)行方式下，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，從而保證和電網(wǎng)頻率一致的恒定的頻率，其存在風(fēng)能利用率低、效率低、需要無功補(bǔ)償裝置、輸出功率不可控等缺陷。所以變速恒頻運(yùn)行方式應(yīng)用的越來越廣，在變速恒頻的運(yùn)行方式下，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)速變化，發(fā)電機(jī)組通過轉(zhuǎn)子勵磁電流相位頻率等的調(diào)節(jié)，使定子側(cè)輸出恒頻恒壓電能，風(fēng)能轉(zhuǎn)換率高，效率高。
[0007]目前實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行方式的發(fā)電機(jī)組主要有雙饋異步發(fā)電機(jī)組，尤其是在兆瓦級的風(fēng)電系統(tǒng)中應(yīng)用很廣，雙饋異步發(fā)電機(jī)組設(shè)置有高增速比的齒輪箱作為傳動部件、一臺全功率的變頻器，該齒輪箱體積大、重量大，增加了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，維護(hù)費(fèi)用高。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的葉輪主軸與齒輪箱、聯(lián)軸器、雙饋異步發(fā)電機(jī)組的輸入軸之間順次聯(lián)接要求對中精確，否則會造成震動，軸承受到很大的側(cè)向力，軸承損壞的幾率大大增加。例如更換一臺1.5MW的齒輪箱的工程費(fèi)用80萬元，齒輪箱單價120萬元，所以齒輪箱各項(xiàng)成本非常高。隨著風(fēng)機(jī)容量越來越大，齒輪箱和雙饋異步發(fā)電機(jī)也越來越大，而且制造加工難度也越來越大，加工精度也很難保證，成本是越來越高。關(guān)于目前電機(jī)的價格，一臺3MW的雙饋異步發(fā)電機(jī)的價格高于兩臺1.5麗的電機(jī)的價格。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明就是為了解決上述技術(shù)問題或者至少之一，提供一種體積小、重量輕、維護(hù)方便成本低、能夠無極平穩(wěn)調(diào)速、調(diào)速范圍寬、精度高、效率高有利于節(jié)能降耗的異聯(lián)電機(jī)。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是，包括一臺在工頻下工作的主電機(jī)和一臺變頻工作的輔助電機(jī)，主電機(jī)和輔助電機(jī)之間聯(lián)接有行星齒輪機(jī)構(gòu)，行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)有行星架，行星架固定連接有輸出軸。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是，設(shè)有離合器，主電機(jī)和輔助電機(jī)分別設(shè)有轉(zhuǎn)子，離合器能夠固定主電機(jī)或輔助電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
[0011]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的本質(zhì)是將工頻電機(jī)與變頻電機(jī)用行星齒輪機(jī)構(gòu)聯(lián)接成一體，使用一臺工頻電機(jī)作為主電機(jī)，一臺由變頻器控制的變頻電機(jī)作為輔助電機(jī)，兩臺電機(jī)按內(nèi)外同心設(shè)計(jì)或上下并排平行設(shè)計(jì)，通過行星齒輪機(jī)構(gòu)把電機(jī)的動力傳遞到輸出轉(zhuǎn)軸，輸出轉(zhuǎn)軸與行星齒輪機(jī)構(gòu)的行星架固定連接。工頻下運(yùn)轉(zhuǎn)的主電機(jī)可以空載啟動，這時本發(fā)明的輸出轉(zhuǎn)軸不旋轉(zhuǎn)，也就是讓本發(fā)明空載啟動，啟動時與外負(fù)載無關(guān)，實(shí)現(xiàn)了長時間零轉(zhuǎn)矩和零轉(zhuǎn)速輸出。當(dāng)本發(fā)明的輸出轉(zhuǎn)軸聯(lián)接大負(fù)載葉輪時，上電后本發(fā)明空載啟動，負(fù)載葉輪是不旋轉(zhuǎn)的，達(dá)到了電動機(jī)聯(lián)接液力耦合器同樣的空載啟動效果。在大負(fù)載葉輪從起步到逐漸加速到工況要求的轉(zhuǎn)速的過程中，大負(fù)載葉輪的阻力產(chǎn)生的機(jī)械能使輔助電機(jī)發(fā)電并通過變頻器回饋給電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約電網(wǎng)能源的作用節(jié)約電能，當(dāng)本發(fā)明的輸出轉(zhuǎn)軸聯(lián)接大負(fù)載葉輪正常工作時，發(fā)生葉輪被卡死，即發(fā)生堵轉(zhuǎn)時，本發(fā)明的主電機(jī)正常轉(zhuǎn)動，不會停機(jī)，不會損壞。根據(jù)實(shí)際工況要求，輔助電機(jī)需要工作時，在變頻器的控制下對本發(fā)明進(jìn)行無極平穩(wěn)調(diào)速，只使用部分功率就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，并且調(diào)速范圍寬、精度高。
[0012]此外，本發(fā)明體積小，重量輕，維護(hù)方便成本低，有利于節(jié)能降耗。本發(fā)明可以完全取代液力耦合器，不需要液力耦合器與減速機(jī)作為電動機(jī)與工作機(jī)之間的緩沖劑增扭機(jī)構(gòu)，代表了 一種新的技術(shù)趨勢。
[0013]針對風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用，相對于現(xiàn)有的雙饋異步發(fā)電機(jī)組省去了齒輪箱和聯(lián)軸器，僅需一級齒輪箱，中間環(huán)節(jié)少，維護(hù)量大大降低，從而降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重量，減少了制造、運(yùn)輸成本和吊裝成本，大幅減少塔筒的載荷。
[0014]例如對于一臺3MW的雙饋異步發(fā)電機(jī)(價格30萬左右)外加一臺3MW的變頻器(價格20萬-30萬)所構(gòu)成的發(fā)電機(jī)組，其價格非常高，而本發(fā)明只需兩臺1.5麗的電機(jī)(10萬左右)和一臺1.5MW的變頻器(價格10萬左右)，其價格相對來說很低。
[0015]傳動損失小，發(fā)電效率高；低風(fēng)速下效率高；切入風(fēng)速值更小，利用變速運(yùn)行使得使用風(fēng)力范圍更寬，保證風(fēng)機(jī)更多的運(yùn)行在最佳葉尖速比，最大限度的捕捉風(fēng)能，風(fēng)能利用率更高。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步的特征，將在以下參考附圖的【具體實(shí)施方式】的描述中，得以清楚地記載。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1A是本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖1B是本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；[0019]圖2是本發(fā)明主電機(jī)空載啟動下的損耗與一般電機(jī)空載啟動的損耗大小曲線對比圖。
[0020]圖中符號說明:
[0021]1.外電機(jī)轉(zhuǎn)子；2.外電機(jī)定子；3.內(nèi)電機(jī)定子；4.內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子；5.內(nèi)外定子架；6.后支撐軸承；7.外罩；8.外離合器；9.內(nèi)齒圈；10.行星架；11.輸出軸；12.太陽輪；13.支撐軸承；14.轉(zhuǎn)軸；15.前支撐軸承；16.上電機(jī)；17.下電機(jī)；18.太陽輪；19.行星架；20.雙聯(lián)齒圈；21.輸出軸；22.離合器；23.行星齒輪；24.內(nèi)離合器；25.行星齒輪；26.轉(zhuǎn)軸；27.轉(zhuǎn)軸；28.上離合器；29.下離合器；30.齒輪；n.空載轉(zhuǎn)速。
【具體實(shí)施方式】
[0022]第一實(shí)施例
[0023]如圖1A所示的異聯(lián)電機(jī)，其作為電動機(jī)使用，其包括內(nèi)電機(jī)一臺、外電機(jī)一臺，內(nèi)電機(jī)包括內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子4和內(nèi)電機(jī)定子3,外電機(jī)包括外電機(jī)轉(zhuǎn)子I和外電機(jī)定子2。內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子4安裝在內(nèi)外定子架5內(nèi)，內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子4設(shè)有轉(zhuǎn)軸14，轉(zhuǎn)軸14伸出內(nèi)外定子架5的兩端并通過后支撐軸承6和前支撐軸承15支撐于內(nèi)外定子架5上。內(nèi)電機(jī)定子3安裝在內(nèi)外定子架5的內(nèi)壁上。外電機(jī)為外轉(zhuǎn)子電機(jī)，外電機(jī)定子2安裝在內(nèi)外定子架5的外壁上，外電機(jī)轉(zhuǎn)子I通過支撐軸承13支撐于內(nèi)外定子架5上，支撐軸承13套設(shè)在內(nèi)外定子架5的前端軸承擋處。
[0024]內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)共用同一轉(zhuǎn)軸，即轉(zhuǎn)軸14，轉(zhuǎn)軸14連接行星齒輪機(jī)構(gòu)，行星齒輪機(jī)構(gòu)包括太陽輪12、行星架10、行星齒輪23、內(nèi)齒圈9。轉(zhuǎn)軸14與太陽輪12聯(lián)接，輸出軸11固定聯(lián)接在行星架10上。內(nèi)齒圈9與外電機(jī)轉(zhuǎn)子I聯(lián)接。
[0025]內(nèi)齒圈9聯(lián)接有外離合器8，外離合器8可以使內(nèi)齒圈9固定。內(nèi)離合器24固定內(nèi)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸14。
[0026]內(nèi)外定子架5上連接有外罩7，可以保護(hù)整個機(jī)構(gòu)的內(nèi)部部件。
[0027]內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)這兩臺電機(jī)可以這樣設(shè)置，其中一臺是工頻下工作的電機(jī)，作為主電機(jī)，另一臺是由變頻器控制的變頻電機(jī)，作為輔助電機(jī)。
[0028]下面對整個裝置的工作過程進(jìn)行描述:
[0029]第一種情況，內(nèi)電機(jī)為工頻電機(jī)，在工頻下定速運(yùn)行，外電機(jī)為變頻電機(jī)，由外設(shè)的變頻器控制其運(yùn)行。輸出軸11可以聯(lián)接大負(fù)載葉輪或其他大負(fù)載。
[0030]⑴內(nèi)電機(jī)在工頻下運(yùn)行，外電機(jī)在變頻器的控制下反方向運(yùn)行。轉(zhuǎn)軸14在內(nèi)電機(jī)的驅(qū)動下帶動太陽輪12旋轉(zhuǎn)，內(nèi)齒圈9在外電機(jī)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)而且轉(zhuǎn)動方向與太陽輪12的轉(zhuǎn)動方向相反，這樣，行星架10有可能旋轉(zhuǎn),也有可能不旋轉(zhuǎn)。要想讓行星架不旋轉(zhuǎn)也就是輸出軸11不旋轉(zhuǎn)，就需要調(diào)整內(nèi)齒圈9的轉(zhuǎn)速，因?yàn)樵谶@個過程中，行星齒輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)軸14的轉(zhuǎn)速都是定量，內(nèi)齒圈9的轉(zhuǎn)速是唯一的變量。
[0031]所以，用變頻器控制外電機(jī)按照一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，也就是讓內(nèi)齒圈9按照一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，外電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸11不旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸11不旋轉(zhuǎn)的意義在于使得工頻下運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)電機(jī)空載啟動，也就是讓本發(fā)明空載啟動。當(dāng)本發(fā)明的輸出軸11聯(lián)接大負(fù)載葉輪時，上電后本發(fā)明空載啟動，負(fù)載葉輪是不旋轉(zhuǎn)的，達(dá)到了電動機(jī)聯(lián)接液力耦合器同樣的空載啟動效果，本發(fā)明空載啟動的過程是零轉(zhuǎn)矩和零轉(zhuǎn)速輸出，并且可以長時間保持這種狀態(tài)，自身啟動與負(fù)載無關(guān)。
[0032]本發(fā)明空載啟動完成后，當(dāng)需要讓大負(fù)載葉輪從起步到逐漸加速到工況要求的轉(zhuǎn)速時，在這個過程中，用變頻器控制外電機(jī)逐漸減速，太陽輪12逐漸傳遞力矩給行星齒輪23，行星架10逐漸通過輸出軸11驅(qū)動大負(fù)載葉輪旋轉(zhuǎn)到工況要求的轉(zhuǎn)速。在這個過程中，外電機(jī)受到阻力發(fā)電，能夠?qū)⒋俗枇Ξa(chǎn)生的機(jī)械能通過變頻器回饋給電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約電網(wǎng)能源的作用。
[0033]當(dāng)本發(fā)明的輸出軸11聯(lián)接大負(fù)載葉輪正常工作時，發(fā)生葉輪被卡死，即發(fā)生堵轉(zhuǎn)時，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了長時間大轉(zhuǎn)矩和零轉(zhuǎn)速輸出，幾乎不消耗功率，本發(fā)明的內(nèi)電機(jī)正常轉(zhuǎn)動，不會堵轉(zhuǎn)，不會損壞。
[0034]一般電機(jī)在空載工作狀態(tài)下的損耗是其額定功率的三分之一左右，聯(lián)接液力耦合器的電機(jī)在空載啟動時的損耗也同樣很大，這對于電網(wǎng)的電能是一種浪費(fèi)。然而本發(fā)明在空載啟動這個過程中，由于內(nèi)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸14通過行星齒輪機(jī)構(gòu)聯(lián)接外電機(jī)的外電機(jī)轉(zhuǎn)子I，所以內(nèi)電機(jī)輸出的一部分機(jī)械能就傳送給外電機(jī)，驅(qū)使外電機(jī)發(fā)電，外電機(jī)發(fā)出的電可以回饋到電網(wǎng)，此過程的能量傳遞是電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)換成內(nèi)電機(jī)的機(jī)械能，內(nèi)電機(jī)的機(jī)械能又通過外電機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)換成電能并且回饋到電網(wǎng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)電能的回收，節(jié)約了電網(wǎng)電能。實(shí)現(xiàn)了電機(jī)聯(lián)接液力耦合器所沒有的節(jié)約電能的效果。如圖2所示，縱坐標(biāo)表示電機(jī)損耗，橫坐標(biāo)表不電機(jī)轉(zhuǎn)速，η表不電機(jī)空載轉(zhuǎn)速，圖中上面的較粗的曲線表不一般電機(jī)空載啟動的損耗曲線，下面較細(xì)的曲線表示本發(fā)明內(nèi)電機(jī)空載啟動的損耗曲線，從圖中可以明顯得出，本發(fā)明的節(jié)約電能的效果。
[0035]⑵當(dāng)內(nèi)電機(jī)在工頻下運(yùn)行，外電機(jī)不動作時，轉(zhuǎn)軸14帶動太陽輪12旋轉(zhuǎn)，內(nèi)齒圈9固定，行星架10同方向旋轉(zhuǎn),從而帶動輸出軸11也同方向旋轉(zhuǎn)。在內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下，輸出軸11的轉(zhuǎn)速取決于行星齒輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比。
[0036]外離合器8固定外電機(jī)的外電機(jī)轉(zhuǎn)子I或內(nèi)齒圈9。
[0037]⑶內(nèi)電機(jī)在工頻下運(yùn)行，外電機(jī)在變頻器的控制下同方向運(yùn)行。轉(zhuǎn)軸14在內(nèi)電機(jī)的驅(qū)動下帶動太陽輪12旋轉(zhuǎn)，內(nèi)齒圈9在外電機(jī)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)而且轉(zhuǎn)動方向與太陽輪12的轉(zhuǎn)動方向相同，這樣，行星架10也同方向旋轉(zhuǎn)，從而帶動輸出軸11也同方向旋轉(zhuǎn)。輸出軸11的轉(zhuǎn)速取決于行星齒輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比和內(nèi)齒圈9的轉(zhuǎn)速，因?yàn)樾行驱X輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比是定量，所以可以改變內(nèi)齒圈9的轉(zhuǎn)速來調(diào)整輸出軸11的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)了用變頻器對輸出軸11的調(diào)速。
[0038]第二種情況，外電機(jī)為工頻電機(jī)，在工頻下定速運(yùn)行，內(nèi)電機(jī)為變頻電機(jī)，由外設(shè)的變頻器控制運(yùn)行。輸出軸11可以聯(lián)接風(fēng)機(jī)葉輪。
[0039]⑴當(dāng)外電機(jī)在工頻下運(yùn)行，內(nèi)電機(jī)不動作時，太陽輪12固定，內(nèi)齒圈9帶動行星架10旋轉(zhuǎn)，行星架10帶動輸出軸11也同方向旋轉(zhuǎn)。在外電機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下，輸出軸11的轉(zhuǎn)速取決于行星齒輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比。內(nèi)離合器24固定內(nèi)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸14，從而實(shí)現(xiàn)太陽輪12的固定。
[0040]⑵外電機(jī)在工頻下運(yùn)行，內(nèi)電機(jī)在變頻器的控制下同方向運(yùn)行。內(nèi)齒圈9在外電機(jī)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸14在內(nèi)電機(jī)的驅(qū)動下帶動太陽輪12旋轉(zhuǎn)而且轉(zhuǎn)動方向與內(nèi)齒圈9的轉(zhuǎn)動方向相同，這樣，行星架10也同方向旋轉(zhuǎn)，從而帶動輸出軸11也同方向旋轉(zhuǎn)。輸出軸11的轉(zhuǎn)速取決于行星齒輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比和太陽輪12的轉(zhuǎn)速，因?yàn)樾行驱X輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比是定量，所以可以改變太陽輪12的轉(zhuǎn)速來調(diào)整輸出軸11的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)了用變頻器對輸出軸11的調(diào)速。
[0041]⑶外電機(jī)在工頻下運(yùn)行，內(nèi)電機(jī)在變頻器的控制下反方向運(yùn)行。內(nèi)齒圈9在外電機(jī)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸14在內(nèi)電機(jī)的驅(qū)動下帶動太陽輪12旋轉(zhuǎn)而且轉(zhuǎn)動方向與內(nèi)齒圈9的轉(zhuǎn)動方向相反，這樣，行星架10有可能旋轉(zhuǎn)，也有可能不旋轉(zhuǎn)。要想讓行星架10不旋轉(zhuǎn)也就是輸出軸11不旋轉(zhuǎn)，就需要調(diào)整太陽輪12的轉(zhuǎn)速，因?yàn)樵谶@個過程中，行星齒輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比和內(nèi)齒圈9的轉(zhuǎn)速都是定量，太陽輪12的轉(zhuǎn)速是唯一的變量。
[0042]所以，用變頻器控制內(nèi)電機(jī)按照一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)、方向與外電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，就可以實(shí)現(xiàn)輸出軸11不旋轉(zhuǎn)。輸出軸11不旋轉(zhuǎn)的意義在于使得工頻下運(yùn)轉(zhuǎn)的外電機(jī)空載啟動，也就是讓本發(fā)明空載啟動。當(dāng)本發(fā)明的輸出軸11聯(lián)接大負(fù)載葉輪時，上電后本發(fā)明空載啟動，負(fù)載葉輪是不旋轉(zhuǎn)的，達(dá)到了電動機(jī)聯(lián)接液力耦合器同樣的空載啟動效果。當(dāng)本發(fā)明的輸出軸11聯(lián)接大負(fù)載葉輪正常工作時，發(fā)生葉輪被卡死，即發(fā)生堵轉(zhuǎn)時，本發(fā)明的外電機(jī)正常轉(zhuǎn)動，不會堵轉(zhuǎn)。
[0043]在調(diào)速和節(jié)約電網(wǎng)電能方面與前述第一種情況相同，只不過進(jìn)行發(fā)電的是內(nèi)電機(jī)。
[0044]第二實(shí)施例
[0045]下面參考圖1B，該異聯(lián)電機(jī)作為電動機(jī)使用，其包括上電機(jī)16、下電機(jī)17，還包括行星齒輪機(jī)構(gòu)，行星齒輪機(jī)構(gòu)包括太陽輪18、行星架19、行星齒輪25、雙聯(lián)齒圈20構(gòu)成，上電機(jī)16的轉(zhuǎn)軸26聯(lián)接太陽輪18，輸出軸21與行星架19固定連接。下電機(jī)17的轉(zhuǎn)軸27通過齒輪30與雙聯(lián)齒圈20聯(lián)接。上離合器28、下離合器29分別用于固定上電機(jī)16、下電機(jī)17的轉(zhuǎn)軸。
[0046]上電機(jī)16和下電機(jī)17以上下方式縱向排列，區(qū)別于實(shí)施例一的同心設(shè)計(jì)排列。它們可以這樣設(shè)置，其中一臺是工頻下工作的電機(jī)，作為主電機(jī)，另一臺是由變頻器控制的變頻電機(jī)，作為輔助電機(jī)。
[0047]下面對整個裝置的工作過程進(jìn)行描述:
[0048]本實(shí)施例的工作方式基本和第一實(shí)施例相同，其區(qū)別在于，上離合器28固定上電機(jī)16的轉(zhuǎn)軸26，從而實(shí)現(xiàn)太陽輪18的固定。上離合器29固定下電機(jī)17的轉(zhuǎn)軸27，以實(shí)現(xiàn)雙聯(lián)齒圈20的固定。要想實(shí)現(xiàn)太陽輪18和雙聯(lián)齒圈20同方向旋轉(zhuǎn)，上電機(jī)16和下電機(jī)17就必須反方向旋轉(zhuǎn)，要想實(shí)現(xiàn)太陽輪18和雙聯(lián)齒圈20反方向旋轉(zhuǎn)，上電機(jī)16和下電機(jī)17就必須同方向旋轉(zhuǎn)。
[0049]在空載啟動、調(diào)速和節(jié)約電網(wǎng)電能方面與前述第一實(shí)施例的原理相同，即輔助電機(jī)用于發(fā)電。
[0050]上述具體第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中描述的變頻電機(jī)，是指能夠被變頻器帶動的電機(jī)。該變頻電機(jī)可以采用雙饋電機(jī)原理，使變頻器的功率進(jìn)一步減少。
[0051]第三實(shí)施例
[0052]在描述本實(shí)施例之前需要說明如下，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比，當(dāng)風(fēng)速在一定范圍變化時，如果允許風(fēng)車做變速運(yùn)動，則能夠達(dá)到更好利用風(fēng)能的目的。對于大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在7級風(fēng)的額定風(fēng)速工況下，發(fā)電機(jī)能滿負(fù)荷運(yùn)行，達(dá)到最高效率，5級風(fēng)以下的工況就不能達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，達(dá)不到最高效率。[0053]如圖1A所示的異聯(lián)電機(jī)，其作為發(fā)電機(jī)使用，應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，內(nèi)電機(jī)和外電機(jī)都是發(fā)電機(jī)。本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的區(qū)別是，變頻器只能與外電機(jī)連接，內(nèi)電機(jī)不可以連接變頻器。本實(shí)施例中的變頻器是四象限變頻器，能夠?qū)崿F(xiàn)能量反饋回電網(wǎng)。該變頻器也可以是能夠?qū)⑼怆姍C(jī)發(fā)出的與電網(wǎng)電壓、頻率不同的電力，經(jīng)過整流、逆變后變成與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電力的變流器等逆變裝置。
[0054]內(nèi)電機(jī)為恒速恒頻發(fā)電機(jī)，可以是三相異步發(fā)電機(jī)。
[0055]外電機(jī)優(yōu)選使用外轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)，外轉(zhuǎn)子為鐵氧體或釹鐵硼等永磁材料外轉(zhuǎn)子。
[0056]下面對整個裝置的工作過程進(jìn)行描述:
[0057]輸出軸11聯(lián)接風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)輪，內(nèi)電機(jī)定子3的定子繞組連接電網(wǎng)，外電機(jī)定子2的定子繞組通過四象限變頻器連接到電網(wǎng)。
[0058]當(dāng)風(fēng)力在7級以上時，用外離合器8固定外電機(jī)的外電機(jī)轉(zhuǎn)子I或內(nèi)齒圈9。風(fēng)輪帶動行星架10旋轉(zhuǎn)，從而帶動行星齒輪23旋轉(zhuǎn)，行星齒輪23為主動件，太陽輪12為從動件，太陽輪12旋轉(zhuǎn)帶動轉(zhuǎn)軸14旋轉(zhuǎn)，從而內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子4以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，內(nèi)電機(jī)定子3發(fā)出與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電能并輸送給電網(wǎng)。這時，內(nèi)電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，即本異聯(lián)電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行。
[0059]當(dāng)風(fēng)力在7級以上時，還有另一種情況，外離合器8不動作，即不固定外電機(jī)的外電機(jī)轉(zhuǎn)子I或內(nèi)齒圈9。風(fēng)輪帶動行星架10旋轉(zhuǎn)，從而帶動行星齒輪23旋轉(zhuǎn)，行星齒輪23為主動件，太陽輪12和內(nèi)齒圈9為為從動件，太陽輪12旋轉(zhuǎn)帶動轉(zhuǎn)軸14旋轉(zhuǎn)，從而內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子4以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，內(nèi)電機(jī)定子3發(fā)出與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電能并輸送給電網(wǎng)。內(nèi)齒圈9帶動外電機(jī)轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)，外電機(jī)定子2發(fā)出電能并輸送給四象限變頻器，四象限變頻器對接收到的電能經(jīng)過整流、逆變后輸出與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電能給電網(wǎng)。
[0060]當(dāng)風(fēng)力在5級以下，風(fēng)輪以較低的速度旋轉(zhuǎn)，用內(nèi)離合器24固定轉(zhuǎn)軸14，即固定內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子4不動。這時，風(fēng)輪帶動行星架10旋轉(zhuǎn)，從而帶動行星齒輪23旋轉(zhuǎn)，行星齒輪23為主動件，內(nèi)齒圈9為從動件，內(nèi)齒圈9帶動外電機(jī)轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)，外電機(jī)定子2發(fā)出電能并輸送給四象限變頻器，四象限變頻器對接收到的電能經(jīng)過整流、逆變后輸出與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電能給電網(wǎng)。
[0061]第四實(shí)施例
[0062]在描述本實(shí)施例之前需要說明如下，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比，當(dāng)風(fēng)速在一定范圍變化時，如果允許風(fēng)車做變速運(yùn)動，則能夠達(dá)到更好利用風(fēng)能的目的。對于大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在7級風(fēng)的額定風(fēng)速工況下，發(fā)電機(jī)能滿負(fù)荷運(yùn)行，達(dá)到最高效率，5級風(fēng)以下的工況就不能達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，達(dá)不到最高效率。
[0063]如圖1B所示的異聯(lián)電機(jī)，其作為發(fā)電機(jī)使用，應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，上電機(jī)16和下電機(jī)17都是發(fā)電機(jī)。本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與第二實(shí)施例的區(qū)別是，變頻器只能與下電機(jī)17連接，上電機(jī)16不可以連接變頻器。本實(shí)施例中的變頻器是四象限變頻器，能夠?qū)崿F(xiàn)能量反饋回電網(wǎng)。該變頻器也可以是能夠?qū)⑼怆姍C(jī)發(fā)出的與電網(wǎng)電壓、頻率不同的電力，經(jīng)過整流、逆變后變成與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電力的變流器等逆變裝置。
[0064]上電機(jī)16為恒速恒頻發(fā)電機(jī)，可以是三相異步發(fā)電機(jī)。
[0065]下電機(jī)17優(yōu)選使用內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)，內(nèi)轉(zhuǎn)子為鐵氧體或釹鐵硼等永磁材料內(nèi)轉(zhuǎn)子。
[0066]下面對整個裝置的工作過程進(jìn)行描述:
[0067]輸出軸21聯(lián)接風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)輪，上電機(jī)16的定子繞組連接電網(wǎng)，下電機(jī)17的定子繞組通過四象限變頻器連接到電網(wǎng)。
[0068]當(dāng)風(fēng)力在7級以上時，用下離合器29固定下電機(jī)17的轉(zhuǎn)軸27，從而固定雙聯(lián)齒圈
20。風(fēng)輪帶動行星架19旋轉(zhuǎn)，從而帶動行星齒輪25旋轉(zhuǎn)，行星齒輪25為主動件，太陽輪18為從動件，太陽輪18旋轉(zhuǎn)帶動轉(zhuǎn)軸26旋轉(zhuǎn)，從而上電機(jī)16以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，上電機(jī)16的定子發(fā)出與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電能并輸送給電網(wǎng)。這時上電機(jī)16滿負(fù)荷運(yùn)行，即本異聯(lián)電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行。
[0069]當(dāng)風(fēng)力在7級以上時，還有另一種情況，下離合器29不動作，即不固定下電機(jī)17的轉(zhuǎn)軸27，風(fēng)輪帶動行星架19旋轉(zhuǎn)，從而帶動行星齒輪25旋轉(zhuǎn)，行星齒輪25為主動件，太陽輪18和雙聯(lián)齒圈20為從動件，太陽輪18旋轉(zhuǎn)帶動轉(zhuǎn)軸26旋轉(zhuǎn)，從而上電機(jī)16以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，上電機(jī)16的定子發(fā)出與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電能并輸送給電網(wǎng)。聯(lián)齒圈20通過齒輪30帶動下電機(jī)17的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，下電機(jī)17的定子發(fā)出電能并輸送給四象限變頻器，四象限變頻器對接收到的電能經(jīng)過整流、逆變后輸出與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電能給電網(wǎng)。
[0070]當(dāng)風(fēng)力在5級以下，風(fēng)輪以較低的速度旋轉(zhuǎn)，用上離合器28固定轉(zhuǎn)軸26，即固定太陽輪18不動。這時，風(fēng)輪帶動行星架19旋轉(zhuǎn)，從而帶動行星齒輪25旋轉(zhuǎn)，行星齒輪25為主動件，雙聯(lián)齒圈20為從動件，雙聯(lián)齒圈20通過齒輪30帶動下電機(jī)17的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，下電機(jī)17的定子發(fā)出電能并輸送給四象限變頻器，四象限變頻器對接收到的電能經(jīng)過整流、逆變后輸出與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電能給電網(wǎng)。
[0071]以上所述僅對發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡是在本發(fā)明的權(quán)利要求限定范圍內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種異聯(lián)電機(jī)，其特征在于，包括一臺在工頻下工作的主電機(jī)和一臺變頻工作的輔助電機(jī)，所述主電機(jī)和所述輔助電機(jī)之間聯(lián)接有行星齒輪機(jī)構(gòu)，所述行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)有行星架，所述行星架固定連接有輸出軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異聯(lián)電機(jī)，其特征在于，還設(shè)有離合器，所述主電機(jī)和所述輔助電機(jī)分別設(shè)有轉(zhuǎn)子，所述離合器能夠固定所述主電機(jī)或輔助電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異聯(lián)電機(jī)，其特征在于: 所述主電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，其包括內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子和內(nèi)電機(jī)定子，所述內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)有轉(zhuǎn)軸； 所述輔助電機(jī)為外轉(zhuǎn)子電機(jī)，其包括外電機(jī)轉(zhuǎn)子和外電機(jī)定子； 還設(shè)有內(nèi)外定子架，所述內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)于所述內(nèi)外定子架內(nèi)，所述內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸伸出所述內(nèi)外定子架的兩端并通過后支撐軸承和前支撐軸承支撐于所述內(nèi)外定子架上；所述內(nèi)電機(jī)定子設(shè)于所述內(nèi)外定子架的內(nèi)壁上，所述外電機(jī)定子設(shè)于所述內(nèi)外定子架的外壁上；所述外電機(jī)轉(zhuǎn)子通過支撐軸承支撐于所述內(nèi)外定子架上，所述支撐軸承套設(shè)在所述內(nèi)外定子架的前端軸承擋處； 所述行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)有太陽輪、行星齒輪、內(nèi)齒圈，所述內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與所述太陽輪聯(lián)接，所述內(nèi)齒圈與所述外電機(jī) 轉(zhuǎn)子聯(lián)接； 所述離合器包括外離合器和內(nèi)離合器，所述內(nèi)齒圈聯(lián)接有外離合器，所述內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接有內(nèi)離合器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異聯(lián)電機(jī)，其特征在于: 所述主電機(jī)為外轉(zhuǎn)子電機(jī)，其包括外電機(jī)轉(zhuǎn)子和外電機(jī)定子； 所述輔助電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，其包括內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子和內(nèi)電機(jī)定子，所述內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)有轉(zhuǎn)軸； 還設(shè)有內(nèi)外定子架，所述內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)于所述內(nèi)外定子架內(nèi)，所述內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸伸出所述內(nèi)外定子架的兩端并通過后支撐軸承和前支撐軸承支撐于所述內(nèi)外定子架上；所述內(nèi)電機(jī)定子設(shè)于所述內(nèi)外定子架的內(nèi)壁上，所述外電機(jī)定子設(shè)于所述內(nèi)外定子架的外壁上；所述外電機(jī)轉(zhuǎn)子通過支撐軸承支撐于所述內(nèi)外定子架上，所述支撐軸承套設(shè)在所述內(nèi)外定子架的前端軸承擋處； 所述行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)有太陽輪、行星齒輪、內(nèi)齒圈，所述內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與所述太陽輪聯(lián)接，所述內(nèi)齒圈與所述外電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)接； 所述離合器包括外離合器和內(nèi)離合器，所述內(nèi)齒圈聯(lián)接有外離合器，所述內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接有內(nèi)離合器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異聯(lián)電機(jī)，其特征在于: 所述主電機(jī)為上電機(jī)，所述上電機(jī)設(shè)有轉(zhuǎn)軸； 所述輔助電機(jī)為下電機(jī)，所述下電機(jī)設(shè)有轉(zhuǎn)軸； 所述行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)有太陽輪、行星齒輪、雙聯(lián)齒圈，所述上電機(jī)的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接所述太陽輪；所述下電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過齒輪與所述雙聯(lián)齒圈聯(lián)接； 所述離合器包括上離合器和下離合器，所述上電機(jī)的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接有上離合器，所述下電機(jī)的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接有下離合器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異聯(lián)電機(jī)，其特征在于:所述主電機(jī)為下電機(jī)，所述下電機(jī)設(shè)有轉(zhuǎn)軸； 所述輔助電機(jī)為上電機(jī)，所述上電機(jī)設(shè)有轉(zhuǎn)軸； 所述行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)有太陽輪、行星齒輪、雙聯(lián)齒圈，所述上電機(jī)的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接所述太陽輪；所述下電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過齒輪與所述雙聯(lián)齒圈聯(lián)接； 所述離合器包括上離合器和下離合器，所述上電機(jī)的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接有上離合器，所述下電機(jī)的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接有下離合器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的異聯(lián)電機(jī)，其特征在于: 所述內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)為恒速恒頻發(fā)電機(jī)，所述外轉(zhuǎn)子電機(jī)為外轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)，所述外轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)設(shè)有定子繞組，所述定子繞組與四象限變頻器連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的異聯(lián)電機(jī)，其特征在于，所述恒速恒頻發(fā)電機(jī)為三相異步發(fā)電機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異聯(lián)電機(jī)，其特征在于: 所述上電機(jī)為恒速恒頻發(fā)電機(jī)，所述下電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)設(shè)有定子繞組，所述定子繞組與四象限變頻器連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的異聯(lián)電機(jī)，其特征在于，所述恒速恒頻發(fā)電機(jī)為三相異步發(fā)電機(jī)。
【文檔編號】H02K7/20GK103986278SQ201310331472
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】胡云龍 申請人:威海戥同測試設(shè)備有限公司