CN1998123B - 电机 - Google Patents

Abstract

一种电机，所述电机具有弓形定子和安装在其内部的圆柱状转子，并且在永磁径向磁通同步电机的情况下磁通在定子和转子之间的径向流过，电机的定子包括定子扇形片(2)，每个定子扇形片具有独立的定子芯和线圈，并且所述定子扇形片设置为彼此物理分离，以便所述定子由根据转子半径弯成弓形并且独立地象线性电机一样电磁工作的定子扇形片组成，每个定子扇形片具有独立于其他定子扇形片的定子芯和线圈，并且每个定子扇形片包括独立于定子芯并由多个纵向肋(41)和肋间部件(42)组成的高架支撑框架结构。

Description

电机

技术领域

本发明涉及类似于永磁径向磁通同步电机(permanent-magnetradial-flux synchronous electric machine)工作的电机，所述电机具有由象线性电机那样工作的定子扇形片组成的定子。

背景技术

在现有技术的风力发电站中，通常通过齿轮系统，风轮(windrotor)驱动一个或有时两个发电机。由于在大型风力发电厂中的风轮通常以10-20rpm的速度旋转，齿轮系统具有接近100的传动比，以向发电机提供一定的转速，例如1500rpm。在具有单级行星轮系统(single-gear planetary gear system)的风力发电厂中，传动比接近10，所以发电机通常以150-250rpm旋转。现今公知的另一类发电机是所谓的直接传动(direct-driven)发电机，该发电机意味着不使用齿轮系统并且风轮直接连接到电机的转子。

在WO-A1-00/60719的说明书中公开了一种直接传动径向磁通发电机，该说明书描述了一种能够直接连接到风轮轴的风力发电机。这种发电机具有由多个单独的定子模块组成的定子，所述定子模块可以独立于其它模块、单独地安装、维修和拆除。因为可以将定子以更小的部件运输并安装到位，使得能够轻易地安装风力发电站、特别是发电机。

在WO-A1-03/073583的说明书中公开了一种具有定子和设有线圈的转子的模块化同步风力发电机，其中所述转子和定子都由单独的模块组成。在模块中，定子和转子都由相互层叠的扇形片板(segmentplates)组成。

在上述WO-A1-03/073583的说明书中，公开了一种构造连续定子环的方法。根据权利要求书，将定子环分为至少两部分。图4特别表示了这些环形扇形片(ring segment)如何锁在一起以便形成连续的环。环形扇形片在每一端具有恰好半个齿，以便在一起形成一个完整的齿。根据这个方案，风力发电机能够在现场由扇形片组装起来并且缠绕线缆，从而不一定需要做通常的大量工程任务。

现有技术风力发电机的缺点是它们相对复杂和笨重的结构。而且，单独的定子和转子模块的热膨胀和其他类似因素导致发电机安装和工作的困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，并且获得利用线性电机的解决方案，该线性电机在原则上独立，并且当机械地串联时，形成看上去与传统扇形片结构相似，但功能与表示连续定子结构的专利申请WO 03/073583公开的机器极其不同的结构。

本发明基于一定的原则，由此电机定子包括两个或更多类似线性电机的分离的独立扇形片(segment)，这些扇形片不形成作为电机支撑结构一部分的连续环。因此，出现在电机上的力通过特定的支撑结构补偿。在现有技术的解决方案中，定子芯由板层压组成，以形成连续环结构，该连续环结构作为磁力的“弓形”承载部件工作。

根据本发明，利用例如五块平行的定子板组件实现线性电机，所述定子板组件形成线性电机的磁路。

本发明的线性电机用例如T型条固定到一个用来承受所有力的支撑结构。在现有技术的解决方案中，定子扇形片通过将其重叠成瓦状来装配从而形成连续环，该连续环通常将其背部焊接在电机的框架结构上。因此，定子组件形成了承受磁力的“弓形”。

不象普通电机的磁芯，由于直线电机的磁芯，不承受电机的磁力，因此我们将全部定子围绕已经磁化的永磁体转子组装。由于定子某种程度上由独立的线性电机组成，所以其中的每一个都可以在需要时关闭(deactivate)或替换。

另外，获得了轻型结构和有效的冷却，并且可以消除由于单独定子扇形片在热膨胀中差异所导致的缺点。

本发明风力发电机的特点在下面的权利要求书中详细体现。

附图说明

下面，本发明将结合实施例和附图进行详细描述，其中：

图1表示根据本发明的直接传动风力发电机；

图2表示根据本发明的直接传动风力发电机的剖视图；

图3表示表示一种转子；

图4表示定子扇形片和其支撑结构；

图5表示一种可能的磁通桥；

图6表示定子组件的磁路框架；

图7表示永磁体；

图8表示根据本发明用于对例如永磁径向磁通发电机的定子扇形片进行线圈的设置，从而使每个扇形片独立并且使它们彼此间隔很小的距离；以及

图9表示一种用于实现扇形片末端结构的可能的其他替换结构。

具体实施方式

图1和图2表示一种直接传动三相发电机，该发电机基本象永磁径向磁通同步电机那样工作，并且设计用于风力发电站，其中如同在永磁径向磁通同步电机的情况下，磁通量在定子和转子之间的径向流过，并且外部的弓形定子由扇形片组成，该扇形片实际上独立工作、并且在缠绕好时可以称为线性电机。定子包括例如12个一个接一个串联的线性电机，并且该发电机具有圆柱状壳体8，该发电机设有端板3、定子2、转子1和外部线缆7，以及在发电机的端部设有管道的冷却系统6。转子1可以直接连接到风轮的轴(未示出)上。

发电机是永磁同步电机，在该永磁同步电机中包括圆柱状外部部件31并且框架为蜂窝结构，以及用于连接到风轮轴的管状中心轴34，所述框架包括类似板状的端板部件32和端板部件32之间的边缘部件33。圆柱状转子1安装在定子内部，并且设有固定在其表面上的永磁体35(图7)，从而根本不需要设有线圈。

定子具有多个线性电机扇形片2，例如12个扇形片(图4)，每个扇形片彼此以很小的距离设置，并且这些扇形片具有在其上方的蜂窝支撑框架结构40，该蜂窝支撑框架结构40包括多个穿孔肋41和设置在它们之间的部件42，所述多个穿孔肋41类似于位于发电机纵向的桥梁束，其中定子扇形片设有连续的定子线圈芯43，该定子线圈芯43设有安装在每个定子扇形片上的成形铜线圈44，所述芯具有用于线圈的槽47和槽楔48，并且其中因此形成的定子组件通过简单的可移动约束固定在框架上，例如利用包含在组件中的T型条45和框架上设置的对应部分46(图5和图6)。

在本发明的解决方案中，磁通桥设置在扇形片之间，以在必要的时候，通过将一向下开口的纵向U通道梁51用螺钉52固定到高架(overhead)框架结构，从而将线性电机沿着上述高架框架结构连接到发电机，所述通道梁设有磁通桥梁条53(图5)，所述磁通桥梁条保持了恰好穿过定子扇形片之间缝隙的旋转磁场。线性电机之间的间断还可以通过图9所示的结构减缓，其中，在线性电机的两端加宽磁路的铁制部分49，从而减小电机之间的磁阻。因此线性电机更好地串联并且该组件可以类似一个大旋转磁场电机。

在图8所示的在本发明的解决方案中，在定子扇形片81边沿的线圈只填满槽82的一部分。这能够通过使每相U、V、W的第一和最后一个槽2填满一半来设置，换句话说，应该从最后一个槽回到起始端的槽的最后一个线圈被剩下不安装。通过使用半线圈菱形绕组排列(half-coil diamond winding arrangement)3，线圈的末端在不同相之间是对称的，并且因此相电感不会发生很大差异。与边缘线圈比较，线圈末端可以轻易地成形，并且没有必要在扇形片起始端的第一槽中设置返回导线(return lead)，因此在线圈末端节省了空间；另外，线圈不包括相交的导体，从而线圈末端可以制造地很短。

本发明的解决方案减小了在线性电机末端区域的磁场密度——在电机之间出现了磁场间断——从而直线电机的末端现象(endphenomena)降低了。

电机进行如下组装：

1.在转子上安装轴承和板；

2.使用特殊工具在转子上安装永磁体，通过该特殊工具能够控制力的大小；

3.仔细地将定子扇形片一次一个放进转子附近的位置，以液压或某些其它适合的控制方式限制它们；

4.将定子的支撑结构固定在末端护板上。

这种结构和这种组装过程使得可以在几乎任何地方组装电机。不需要单独的电机工厂。

明显地，对于本领域技术人员，本发明的不同实施例并不限于上述的实例，而是可以在下面权利要求书的范围内改变它们。除了包括连续组件的扇形片，定子扇形片也可以从单一部件组装。另外，一些线性电机可以从电机上拆卸，或例如在偏载期间断开以关闭它们，此时电机将在不具有一个或多个扇形片的情况下工作。

Claims (4)

1.一种电机，所述电机具有弓形定子和安装在其内部的圆柱状转子，并且如同在永磁径向磁通同步电机的情况下，磁通在定子和转子之间的径向流过，其中，电机的定子包括定子扇形片(2)，每个定子扇形片具有独立的定子芯和线圈，并且所述定子扇形片设置为彼此物理分离，以便所述定子由根据转子半径弯成弓形的定子扇形片组成，各个定子扇形片独立地电磁运转并在缠绕好时形成线性电机，并且每个定子扇形片具有独立于其他定子扇形片的定子芯和线圈，并且所述定子由多个定子扇形片组成，每个定子扇形片包括独立于定子芯并由多个纵向肋(41)和肋间部件(42)组成的高架支撑框架结构，其特征在于，每个定子扇形片的所述线圈被设置为与在所述定子扇形片的中间内相比，所述线圈在所述定子扇形片的边沿处填充线圈槽的更小的部分。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述支撑框架结构设有位于由所述定子扇形片在缠绕好时形成的线性电机之间的磁通桥元件(53)，以减缓所述线性电机的末端现象，或在所述线性电机末端处将磁路加宽(49)以便产生同样的效果。

3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，将所述定子扇形片在缠绕好时形成的线性电机的定子组件，用T型条固定到所述支撑框架结构。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机是三相(U、V、W)电机，并且每相(U、V、W)的第一个和最后一个槽仅部分地填充。

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