CN111277060B - 一种双馈风力发电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双馈风力发电机转子，包括：转子槽型和成型绕组，所述转子槽型内设有用于安装成型绕组的安装空间，且所述安装空间的纵向截面呈T型，所述转子槽型上开设可供所述成型绕组进入所述安装空间的开口。本发明提供的双馈风力发电机转子在现有技术的基础上改变了转子槽型和成型绕组的形态，使用T型槽的转子槽型和相对应的成型绕组，避免了风力发电机在恶劣工况下工作时，转子齿磁密度过饱和，发电机温升提高，从而影响电机性能的技术问题。

Description

一种双馈风力发电机转子

技术领域

本发明涉及绕线式转子电机领域，尤其涉及一种双馈风力发电机转子。

背景技术

近年来，双馈风力发电机广泛应用在大中型风力发电机组中，在国内运行的双馈风力发电机中，其电网的运行环境中要求，电压运行范围为额定电压±10％，功率因数为-0.95～1～0.95。但随着国内风力发电机逐步趋于饱和，风力发电走向海外市场已迫在眉睫，不过国外部分电网质量较为恶劣，通常要求发电机运行电压范围为额定电压±15％，功率因数为-0.894～1～0.838。恶劣的电网环境导致同样额定功率的发电机，在恶劣工况下运行时，不仅需提供较大的无功功率，还需要具备更大的容量。

目前，解决上述问题的方法就是增大发电机组的体积增大容量，双馈风力发电机本身可以通过调节自身的励磁电流相位来调解发出的无功功率，调节励磁电流幅值，调节发出的有功功率，实现有功功率和无功功率的独立调节。

然而，在上述解决方法中，增加发电机的体积会导致电机成本增加，而双馈风力发电机调节无功功率时，转子绕组的结构起到重要影响，现有双馈风力发电机设计中，成型绕组冲片多采用矩形槽，上层绕组和下层绕组采用等截面铜母线绕制成型后嵌入槽内，槽中上、下层绕组间采用矩形层间垫条隔开，线圈连接采用“工”字型塞块焊接相连，这种设计当发电机运行在低电压、低功率因数的恶劣工况下时，容易造成发电机温升过高，为了降温，需要将矩形槽加宽或加深，这样会使转子齿根部变窄，导致转子齿磁密过饱和且转子齿机械强度变差，影响整个电机性能和安全。

发明内容

本发明提供一种双馈风力发电机转子，将转子槽型和成型绕组改为T型结构，解决现有技术中当工作在恶劣工况下，发电机的转子齿磁密度过饱和，发电机温升提高，影响电机性能的技术问题。

本发明提供一种双馈风力发电机转子，包括：转子槽型和成型绕组，所述转子槽型内设有用于安装成型绕组的安装空间，且所述安装空间的纵向截面呈T型，所述转子槽型上开设可供所述成型绕组进入所述安装空间的开口。

进一步地，所述安装空间包括：相连通的第一空间和第二空间，且所述第一空间靠近所述开口；所述成型绕组包括：上层绕组和下层绕组，所述上层绕组位于所述第一空间内，所述下层绕组位于所述第二空间内。

进一步地，所述开口的宽度大于等于所述安装空间宽度的1/2且小于所述安装空间的宽度。

进一步地，所述第一空间的宽度大于所述第二空间的宽度，且所述第一空间的宽度为所述上层绕组宽度的2倍，所述第二空间的宽度为所述下层绕组宽度的2倍。

进一步地，所述上层绕组的高度小于所述下层绕组的高度，所述上层绕组的宽度大于所述下层绕组的宽度，且所述上层绕组和所述下层绕组的截面面积相等。

进一步地，所述上层绕组和所述下层绕组之间设有层间垫条，所述层间垫条呈倒梯形。

进一步地，所述开口的宽度等于所述安装空间的宽度。

进一步地，所述第一空间的宽度等于所述上层绕组的宽度，所述第二空间的宽度等于所述下层绕组的宽度。

进一步地，还包括：塞块，所述塞块用于将所述上层绕组和所述下层绕组联结。

进一步地，所述塞块上开设第一凹槽和第二凹槽，其中，所述上层绕组的底端插设在所述第一凹槽中，所述下层绕组的顶端插设在所述第二凹槽中。

本实施例提供一种双馈风力发电机转子，通过包括转子槽型和成型绕组在内组成的双馈风力发电子转子，转子槽型开设在转子的外表面，转子槽型中设有安装空间，成型绕组安装在安装空间中，安装空间的纵向截面呈T型，靠近槽口一端的体积等于靠近槽底的一端，成型绕组的形态与安装空间相匹配，同样为上方等于下方，当转子运动时，成型绕组在转子槽型内随着转子一起运动，为了在现有结构尺寸的空间范围内，同时在不增加电机体积的前提下，保证转子冲片机械强度安全可靠以及齿磁密在最窄位置不至于出现过饱和的问题，本实施例提供一种T型转子槽型和成型绕组，与现有技术相比，本实施例尽量加大了成型绕组的截面，以减小转子电密和转子直流电阻，从而减小损耗和降低温升，使电机空间得到最大限度的有效利用，解决了现有技术中发电机在恶劣工况下出现转子齿磁密过饱和，发电机升温过高影响整个发电机的性能和安全的技术问题。

附图说明

图1为现有技术中风力发电机转子的转子槽型结构示意图；

图2为现有技术中风力发电机转子的转子槽型的又一结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的另一种双馈风力发电机转子的转子槽型结构示意图；

图4为现有技术中风力发电机转子的矩形槽结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种双馈风力发电机转子的成型绕组结构示意图；

图6为现有技术中的风力发电机转子的半开口型转子槽型的结构示意图；

图7为本发明实施例所提供的一种双馈风力发电机转子的半开口型转子槽型的结构示意图；

图8为本发明实施例所提供的一种双馈风力发电机转子的塞块结构示意图；

图9为现有技术中的风力发电机转子的塞块结构示意图。

附图标记说明：

1-双馈风力发电机转子；

10-转子槽型；

11-安装空间；

111-第一空间；

112-第二空间；

20-成型绕组；

21-上层绕组；

22-下层绕组；

30-层间垫条；

40-塞块；

50-矩形槽；

60-工型塞垫块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

其中，图1为现有技术中风力发电机转子的转子槽型结构示意图；图2为现有技术中风力发电机转子的转子槽型的又一结构示意图；图3为本发明实施例所提供的另一种双馈风力发电机转子的转子槽型结构示意图；图4为现有技术中风力发电机转子的矩形槽结构示意图；图5为本发明实施例所提供的一种双馈风力发电机转子的成型绕组结构示意图；图6为现有技术中的风力发电机转子的半开口型转子槽型的结构示意图；图7为本发明实施例所提供的一种双馈风力发电机转子的半开口型转子槽型的结构示意图；图8为本发明实施例所提供的一种双馈风力发电机转子的塞块结构示意图；图9为现有技术中的风力发电机转子的塞块结构示意图。

实施例一

本实施例提供一种双馈风力发电机转子1，包括：转子槽型10和成型绕组20，其中，转子槽型10是开设在转子片上的凹槽，转子槽型10内设有用于安装成型绕组20的安装空间11，成型绕组20被置于转子槽型10内，当电机的转子运动时，成型绕组20随着转子一起运动，安装空间11的纵向截面呈T型，即安装空间11为一个上方大下方小的T型空间，安装空间11的上方具有开口，且该开口和转子槽型10的槽口连通，成型绕组20通过槽口进入到安装空间11中，被安置在安装空间11中。

需要说明的是，本实施例中，转子槽型10的整体形状是T型，转子槽型10形状的不同直接影响到成型绕组20的形状，成型绕组20的大小和面积都和成型绕组20的磁通量以及性能直接相关，现有的双馈风力发电机设计中，如图1和图2所示，成型绕组冲片多采用矩形槽50，上层绕组和下层绕组采用等截面铜母线绕制成型后嵌入槽内，转子槽型是矩形槽50，成型绕组也会相应的绕成矩形状，上下层绕组中L1等于L2，这种槽型及绕组方案当发电机运行在低电压(如：0.85倍额定电压)，低功率因数(如：-0.894)的恶劣工况下时，因发电机容量较大，导致转子电流上升多，转子绕组电密高，整机损耗的增加，发电机温升高，因此，这种槽型和绕组方案在应对恶劣工况时，电机的性能会因为高温而受到严重影响，通常为了降低电机温升，在不改变电机体积的情况下，需要将矩形槽50加宽或加深，但这样会使转子齿根部变窄，导致转子齿磁密过饱和，且转子齿的机械强度变差，影响整个电机性能和安全，而通过直接将发电机体积增大的方式来增大容量会导致电机成本增加。

针对现有技术中的上述问题，本实施例中对转子槽型10和成型绕组20进行调整，相较于现有技术中的标准矩形槽50，使用非标准的T型槽，T型槽上方大下方小，相对应的安装在其中的成型绕组20的也会相应的改变形态，成型绕组20需要和转子槽型10的形状相匹配，如果成型绕组20和转子槽型10之间的空隙过大，会导致转子的磁通流失，从而影响到电机的性能，因此，相较于现有技术，本申请的成型绕组20在形态上也会相应的改变。

本实施例提供一种双馈风力发电机转子1，包括转子槽型10和成型绕组20，转子槽型10开设在转子的外表面，转子槽型10中设有安装空间11，成型绕组20安装在安装空间11中，安装空间11的纵向截面呈T型，靠近槽口一端的体积等于靠近槽底的一端，成型绕组20的形态与安装空间11相匹配，同样为上方等于下方，当转子运动时，成型绕组20在转子槽型10内随着转子一起运动，为了在现有结构尺寸的空间范围内，同时在不增加电机体积的前提下，保证转子冲片机械强度安全可靠以及齿磁密在最窄位置不至于出现过饱和的问题，本实施例提供一种T型转子槽型10和成型绕组20，与现有技术相比，本实施例尽量加大了成型绕组的截面，以减小转子电密和转子直流电阻，从而减小损耗和降低温升，使电机空间得到最大限度的有效利用。

进一步地，在本实施例中，如图3所示，安装空间11包括：第一空间111和第二空间112，其中，第一空间111和第二空间112之间相互连通，安装空间11位于转子槽型10内，转子槽型10为一T型凹槽，安装空间11中靠近槽口的一端为第一空间111，靠近槽底的一端为第二空间112，第二空间112下方封闭，上方与第一空间111相连通，第一空间111下方与第二空间112连通，上方与转子槽型10的槽口连通，成型绕组20包括：上层绕组21和下层绕组22，上层绕组21位于第一空间111内，下层绕组22位于第二空间112内，上层绕组21和第一空间111之间大小相互匹配，下层绕组22和第二空间112之间大小相互匹配，也就是说上层绕组21和下层绕组22在形态上配合第一空间111和第二空间112的大小有了相应的改变，使得上层绕组21变宽，但是上层绕组21和下层绕组22的表面积相等，即绕成上层绕组21和下层绕组22的铜线长度相等，上层绕组21和下层绕组22的铜耗相同，只是在形态上，上层绕组21相对比下层绕组22的在宽度上变宽了在高度上变矮了，但是上层绕组21和下层绕组22两者的表面积相同。

实施例二

本实施例提供一种双馈风力发电机转子1，包括转子槽型10和成型绕组20，其中，转子槽型10中设有安装空间11，成型绕组20安装在安装空间11内，转子槽型10开口的宽度大于或等于安装空间11宽度的一半，这种转子槽型10为半开口型转子槽型10，即转子槽型10的槽口，也就是开口只有安装空间11的一半大小。

进一步地，在本实施例中，第一空间111的横向截面面积大于第二空间112的横向截面面积，第一空间111和第二空间112的体积和面积都相同，但是第一空间111在横向截面时，其横截面的面积大于第二空间112的横截面面积，可以理解为，第一空间111相较于第二空间112，在宽度上，第一空间111比第二空间112宽，在高度上，第一空间111比第二空间112要低，因此，在纵向截面来看，第一空间111大于第二空间112，整体安装空间11呈T型，上方大下方小，但是实际上，第一空间111和第二空间112的面积和体积都相等，只是在长度和宽度上有所不同，同时，第一空间111的宽度为上层绕组21的2倍，第二空间112的宽度为下层绕组22的2倍，也就是说，第一空间111能够容纳两个上层绕组21，第二空间112能够容纳两个下层绕组22，其中，上层绕组21和下层绕组22被置于第一空间111和第二空间112内时，上层绕组21和第一空间111之间以及下层绕组22和第二空间112之间的间距不能过大，否则会影响电机的效率。

进一步地，在本实施例中，上层绕组21的高度小于下层绕组22的长度，上层绕组21的宽度大于下层绕组22的宽度，也就是说，上层绕组21相较于下层绕组22，高度变低宽度变宽，同时，上层绕组21和下层绕组22的面积相同，即绕成上层绕组21和下层绕指所耗费的铜线长度相同，上层绕组21和下层绕组22只是在长和宽上不同，整体的截面面积是相同的。

需要说明的是，现有技术中，如图3和图4所示，上下绕组的规格一般都是一致的，这也取决于槽型的具体形状，一般采用的是矩形槽50，因此上下绕组一般也为大小形态完全相同的矩形，配置矩形槽50的发电机在恶劣工况下，尤其是低电压(如：0.85倍额定电压)和低功率因数(如：-0.894)时，会出现因发电机容量较大，导致转子电流上升多，转子绕组电密高的现象，这会导致发电机整机的损耗增加，发电机温升高，发电机在运行过程中会不断进行散热，但是随着温升的提高，发电机温度的提升速度会不断增加并超过发电机本身的散热量，使得发电机的问题不断升高，温度对发电机自身的机能造成严重影响，通常为了应对因恶劣环境造成的温升问题，增大发电机的体积来增加发电机的容量是常规的解决方法，但是增大发电机的容量必然会造成成本的增加，因此就需要对矩形槽50进行改进，但是单纯的加深或加宽矩形槽50会使转子的齿根部变窄，导致转子磁密度过饱和，转子齿的机械强度变差，从而影响整个电机的性能和安全，这是由于单纯的加深或加宽矩形槽50会使得上下绕组的形态也同样发生变化，本实施例中，虽然改变了转子槽型10和成型绕组20的形状，但是整体的截面积并没有改变，上层绕组21和下层绕组22的长宽比例有所变化，但是与原来相比上层绕组21和下层绕组22自身的表面积并没有变化，也就是说上层绕组21和下层绕组22自身的磁通量并没有发生变化，发电机的性能不变，只是改变上层绕组21和下层绕组22的比例，图3和图4中，H1等于H2，B1等于B2，Bt2大于或等于Bt1，这样能够避免出现转子磁密度过饱和，齿根部机械强度变差的问题。

进一步地，在本实施例中，如图5所示，上层绕组21和下层绕组22之间设有层间垫条30，半开口型转子槽型10中，第一空间111和第二空间112中分别能够容纳两个上层绕组21和两个下层绕组22，两个上层绕组21之间或者两个下层绕组22之间并不需要使用任何物体隔开，但是上层绕组21和下层绕组22之间需要使用层间垫条30，层间垫条30呈倒梯形，层间垫条30与上层绕组21接触一面的长度大于与下层绕组22接触的一面，层间垫条30将上层绕组21和下层绕组22之间的间隙填满，避免出现因间隙过大而导致绝缘漆流失，无法填满空间的现象。

需要说明的是，在本实施例中，如图6和图7所示，转子槽型10为半开口型，半开口型转子槽型10所针对的是现有技术中的半开口型矩形槽50，在原有矩形槽50的基础上对槽体内部的空间进行改进，在不改变槽型内部整体空间大小的前提下，将矩形槽50改为T型槽，T型的转子槽型10中第一空间111相较于第二空间112来说，第一空间111的宽度加大但高度变低，上层绕组21比下层绕组22的宽度宽但高度低，不过整体上，上层绕组21和下层绕组22的表面积相同，这样就可以在不改变成型绕组20磁通量和容量的前提下，保证成型绕组20不会出现磁饱和的现象，图6中为现有技术的矩形槽50，图7为本实施例提供的转子槽型10，其中，C1等于C2，Bc1大于Bd1，Bc2小于Bd2。

实施例三

本实施例提供一种双馈风力发电机转子1，包括转子槽型10和成型绕组20，其中，转子槽型10中设有安装空间11，成型绕组20安装在安装空间11内，转子槽型10开口的宽度等于安装空间11的宽度，这种转子槽型10为全开口型转子槽型10，即转子槽型10的槽口，也就是开口和安装空间11的大小一致。

进一步地，在本实施例中，安装空间11中第一空间111的宽度等于上层绕组21的宽度，第二空间112的宽度等于下层绕组22的宽度，全开口型转子槽型10中安装空间11内的第一空间111中只能容纳一个上层绕组21，第二空间112中只能容纳一个下层绕组22，上层绕组21的宽度大于下层绕组22的宽度，上层绕组21的高度低于下层绕组22的高度。

进一步地，在本实施例中，上层绕组21和下层绕组22之间设有塞块40，塞块40将上层绕组21和下层绕组22分联结在一起，使上层绕组21和下层绕组22之间产生接触。

进一步地，在本实施例中，如图8所示，塞块40位于上层绕组21和下层绕组22之间，塞块40上开设有第一凹槽和第二凹槽，上层绕组21的底端插设在第一凹槽中，下层绕组22的顶端插设在第二凹槽中。

需要说明的是，在本实施例中，转子槽型10为全开口型，全开口型转子槽型10是在现有技术中的开口型矩形槽50的基础上改进而成，与现有技术中的矩形槽50相比，转子槽型10的整体的容纳空间大小没有变化，上层绕组21和下层绕组22的表面积和容量不变，但是宽高比发生了变化，同时，塞块40方面，如图9所示，现有技术中采用的是标准的工型塞垫块60，而本实施例中，由于上层绕组21和下层绕组22的宽度不同，因此，工字型塞块40实际上是第一凹槽宽度大于第二凹槽宽度的非标准工字型，本实施例中提供的成型绕组20与现有技术相比，具体来讲T型槽与现有的矩形槽50相比，成型绕组20的导线截面增大到了1.235倍，转子的电密下降为现有矩形槽50的0.81倍，相应的转子铜耗在最恶劣工况下下降为现有矩形槽50的0.85倍。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种双馈风力发电机转子，其特征在于，包括：

转子槽型和成型绕组，所述转子槽型内设有用于安装成型绕组的安装空间，且所述安装空间的纵向截面呈T型，所述转子槽型上开设可供所述成型绕组进入所述安装空间的开口；

所述安装空间包括：相连通的第一空间和第二空间，且所述第一空间靠近所述开口；

所述成型绕组包括：上层绕组和下层绕组，所述上层绕组位于所述第一空间内，所述下层绕组位于所述第二空间内；

所述上层绕组的高度小于所述下层绕组的高度，所述上层绕组的宽度大于所述下层绕组的宽度，且所述上层绕组和所述下层绕组的截面面积相等。

2.根据权利要求1所述的发电机转子，其特征在于，所述第一空间的宽度大于所述第二空间的宽度，且所述第一空间的宽度为所述上层绕组宽度的2倍，所述第二空间的宽度为所述下层绕组宽度的2倍。

3.根据权利要求1所述的发电机转子，其特征在于，所述上层绕组和所述下层绕组之间设有层间垫条，所述层间垫条呈倒梯形。

4.根据权利要求1所述的发电机转子，其特征在于，所述第一空间的宽度等于所述上层绕组的宽度，所述第二空间的宽度等于所述下层绕组的宽度。

5.根据权利要求4所述的发电机转子，其特征在于，还包括：塞块，所述塞块用于将所述上层绕组和所述下层绕组联结。

6.根据权利要求5所述的发电机转子，其特征在于，所述塞块上开设第一凹槽和第二凹槽，其中，所述上层绕组的底端插设在所述第一凹槽中，所述下层绕组的顶端插设在所述第二凹槽中。

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