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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein sich drehendes, elektrisches Maschinensystem und ein Windenergieerzeugungssystem, insbesondere auf ein sich drehendes, elektrisches Maschinensystem und ein Windenergieerzeugungssystem, die jeweils für ein System bevorzugt sind, das mit einer ersten sich drehenden elektrischen Maschine (Hauptgenerator) und einer zweiten sich drehenden elektrischen Maschine (Hilfsgenerator) ausgestattet ist.
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Stand der Technik
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In den letzten Jahren liegt ein Schwerpunkt auf einem Erzeugungssystem, das natürliche Energie verwendet, wie sie bei der Windenergieerzeugung, der Solarenergieerzeugung oder dergleichen verwendet wird, um die globale Erwärmung zu verhindern. Zu solchen Erzeugungssystemen gehört eine große Anzahl von Beispielen, die eine sich drehende elektrische Maschine vom Wechselstromerregungstyp verwenden, als Erzeugungsvorrichtung bei einem Windenergieerzeugungssystem, bei dem Windenergie verwendet wird.
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In einem Fall zum Verwenden einer sich drehenden elektrischen Maschine vom Wechselstromerregungstyp als Erzeugungsvorrichtung in einem Windenergieerzeugungssystem ist es notwendig, angeregte Energie einer Rotorwicklung in einem sich drehenden Rotor während des Betriebs der sich drehenden elektrischen Maschine vom Wechselstromerregungstyp zuzuführen. Um Energie der Rotorwicklung zuzuführen, werden üblicherweise ein Schleifring und eine Bürste angeordnet, und es wird eine Leitung dadurch vorgesehen, dass die Bürste mit einem sich drehenden Schleifring in Kontakt gebracht wird.
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Allerdings ist die Energiemenge zum Durchführen des Erzeugungsbetriebs im Windenergieerzeugungssystem groß, und wenn der Schleifring und die Bürste so angeordnet sind, dass nach dem Durchführen des Erzeugungsbetriebs angeregte Energie zugeführt wird, schreitet ein Abnutzen der Bürste fort, wodurch eine regelmäßige Wartung notwendig ist.
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Im Übrigen wird bei dem Windenergieerzeugungssystem die sich drehende elektrische Maschine vom Wechselstromerregungstyp in einer Gondel auf einem Turm eines Windrads installiert, und eine regelmäßige Wartung wird notwendigerweise in einem begrenzten Raum im Inneren der Gondel durchgeführt. Daher ist eine Verringerung der Wartung erforderlich, indem zum Beispiel die sich drehende elektrische Maschine vom Wechselstromerregungstyp bürstenlos ausgeführt wird.
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Es wird eine Technologie für eine bürstenlose sich drehende elektrische Maschine vom Wechselstromerregungstyp beispielsweise in der Patentliteratur 1 offenbart. Der in der Patentliteratur 1 offenbarte Gegenstand ist mit einem Stator, der eine Statorwicklung aufweist, mit einem Rotor, der eine Rotorwicklung aufweist und an der Innendurchmesserseite des Stators mit einem eingestellten, dazwischen befindlichen eingestellten Spalt angeordnet ist, weiterhin mit einer zweiten sich drehenden elektrischen Maschine, die einen zweiten Stator mit einer zweiten Statorwicklung und einen zweiten Rotor aufweist, der eine zweite Rotorwicklung enthält und auf der Innendurchmesserseite des zweiten Stators mit einem dazwischen befindlichen, eingestellten Spalt angeordnet ist, und mit einem Leistungswandler ausgestattet, der mit der Rotorwicklung und der zweiten Rotorwicklung elektrisch verbunden ist. Der Leistungswandler ist so angeordnet, dass er sich dreht, wenn sich der Rotor dreht. Demgemäß kann dem Rotor einer ersten sich drehenden elektrischen Maschine durch die zweite sich drehende elektrische Maschine Energie zugeführt werden, und die sich drehende elektrische Maschine vom Wechselstromerregungstyp kann bürstenlos sein.
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Literaturliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP-A-2013-110801
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die Patentliteratur 1 bezieht sich auf eine Anordnung von Leistungswandlermodulen. Drei Module eines Wandlers, die im Rotor angeordnet sind und für eine Dreiphasenwicklung verwendet werden, können in drei Module unterteilt werden. Dabei wird durch eine Anbringung der Leistungswandlermodule in gleichem Abstand zwischen Spidern 18 im Inneren des Rotors in einem Abstand von 120 Grad für jede separate Phase in der Umfangsrichtung des Rotors ein Ungleichgewicht während der Rotation des Rotors aufgelöst, und Vibrationen und dergleichen treten nicht auf. Allerdings sind Kondensatoren im Leistungswandler erforderlich, um eine Direktspannung zu glätten, und diese Kondensatoren müssen auch im Rotor angeordnet werden. Dabei ist die Anordnung der Kondensatoren ohne Ausgleich von deren Gewicht eine Ursache für Vibrationen oder eine Mittenabweichung durch Rotation.
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Die Erfindung erfolgte im Hinblick auf die obigen Punkte, und eine Aufgabe derselben besteht darin, ein sich drehendes, elektrisches Maschinensystem oder ein Windenergieerzeugungserzeugungssystem zur Verfügung zu stellen, das bzw. die ein Ungleichgewicht reduzieren kann bzw. können.
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Lösung des Problems
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird, um die obige Aufgabe zu erzielen, ein sich drehendes, elektrisches Maschinensystem mit einer ersten sich drehenden elektrischen Maschine, die einen ersten Stator, der eine erste Statorwicklung aufweist, und einen ersten Rotor hat, der eine erste Rotorwicklung enthält und auf einer Innendurchmesserseite des ersten Stators mit einem vorbestimmten, eingestellten, dazwischen befindlichen Spalt angeordnet ist, einer zweiten sich drehenden elektrischen Maschine, die einen zweiten Stator mit einer zweiten Statorwicklung und einen zweiten Rotor aufweist, der eine zweite Rotorwicklung enthält und auf einer Innendurchmesserseite des zweiten Stators mit einem vorbestimmten, eingestellten, dazwischen befindlichen Spalt angeordnet ist, einem Leistungswandler, der elektrisch mit der ersten Rotorwicklung und der zweiten Rotorwicklung verbunden ist und auf der Innendurchmesserseite des ersten Rotors und/oder des zweiten Rotors angeordnet ist, und einem Kondensator vorgesehen, der im Leistungswandler enthalten ist, wobei die Anzahl der Kondensatoren ein Mehrfaches von drei ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Windenergieerzeugungssystem vorgesehen, das einen Rotor, der sich durch das Einfangen von Wind dreht, das sich drehende elektrische Maschinensystem, das mit dem Rotor über eine Hauptwelle verbunden ist, eine Gondel, die das sich drehende elektrische Maschinensystem aufnimmt, und einen Turm aufweist, der die Gondel trägt, wobei jede sich drehende elektrische Maschine durch ein Drehmoment des Rotors gedreht wird und jede Statorwicklung mit einem Energiesystem verbunden ist.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist es möglich, ein sich drehendes elektrisches Maschinensystem vorzusehen, das ein Ungleichgewicht reduzieren kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsansicht, die die Darstellung eines sich drehenden elektrischen Maschinensystems in einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
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2 ist ein Schaltbild, das eine Leistungswandlerschaltung in einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Verbindung zwischen einem Hauptgenerator, einer Rotorwelle und sechs Armen in der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
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4 ist ein Schaltbild, das eine Phase der Leistungswandlerschaltung in der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
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5 ist ein Schaltbild, bei dem die Form einer Phase der Leistungswandlerschaltung in der ersten Ausführungsform geändert ist, damit eine Phase der Leistungswandlerschaltung in einem Leistungswandleranordnungsraum angeordnet werden kann.
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6 ist ein Schaltbild, bei dem die Form der Leistungswandlerschaltung in der ersten Ausführungsform geändert ist, damit die Leistungswandlerschaltung im Leistungswandleranordnungsraum angeordnet werden kann.
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7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Verbindung zwischen einem Hauptgenerator, einer Rotorwelle und 12 Armen in einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
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8 ist ein Schaltbild, das eine Leistungswandlerschaltung in der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
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9 ist ein Schaltbild, das eine Phase der Leistungswandlerschaltung in der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
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10 ist Schaltbild, bei dem die Form einer Phase der Leistungswandlerschaltung in der zweiten Ausführungsform geändert ist, damit eine Phase der Leistungswandlerschaltung in einem Leistungswandleranordnungsraum angeordnet werden kann.
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11 ist ein Schaltbild, bei dem die Form der Leistungswandlerschaltung in der zweiten Ausführungsform geändert ist, damit die Leistungswandlerschaltung im Leistungswandleranordnungsraum angeordnet werden kann.
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12 ist eine Querschnittsansicht, die eine dritte Ausführungsform einer sich drehenden elektrischen Maschine der Erfindung veranschaulicht.
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13 ist eine Querschnittsansicht, die die dritte Ausführungsform der sich drehenden elektrischen Maschine der Erfindung veranschaulicht.
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14 ist eine Querschnittsansicht, die eine vierte Ausführungsform der sich drehenden elektrischen Maschine der Erfindung veranschaulicht.
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15 ist eine Querschnittsansicht, die eine fünfte Ausführungsform der sich drehenden elektrischen Maschine der Erfindung veranschaulicht.
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16 ist eine Querschnittsansicht, die eine sechste Ausführungsform der sich drehenden elektrischen Maschine der Erfindung veranschaulicht.
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17 ist ein schematisches Konfigurationsschaubild, das ein Windenergieerzeugungssystem veranschaulicht, für das das sich drehende elektrische Maschinensystem der Erfindung verwendet wird (siebte Ausführungsform).
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18 ist ein Schaubild, das eine achte Ausführungsform des sich drehenden elektrischen Maschinensystems der Erfindung beschreibt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nachfolgend werden ein sich drehendes elektrisches Maschinensystem und ein Windenergieerzeugungssystem der Erfindung auf der Grundlage der veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben. Jede Ausführungsform wird für dieselbe Komponente mit demselben Bezugszeichen beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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1 veranschaulicht eine erste Ausführungsform des sich drehenden elektrischen Maschinensystems der Erfindung. Sowohl ein nachfolgend beschriebener Hauptgenerator als auch ein Hilfsgenerator gehören zu sich drehenden elektrischen Maschinen vom Radialspalttyp, bei denen ein eingestellter Spalt zwischen einem Stator und einem Rotor in diametraler Richtung ausgebildet ist. Darüber hinaus ist ein Leistungswandler ein Leistungswandler vom Spannungstyp.
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Wie in 1 veranschaulicht ist, ist ein sich drehendes elektrisches Maschinensystem 1 der vorliegenden Ausführungsform mit einem Hauptgenerator 2, bei dem es sich um eine erste sich drehende elektrische Maschine handelt, die als Generator arbeitet, um erzeugte Energie zu einem Energiesystem zu transportieren, einem Hilfsgenerator 3, bei dem es sich um eine zweite sich drehende elektrische Maschine handelt, die je nach den Betriebsbedingungen auf zweierlei Weisen entweder als Erregermaschine oder als Generator arbeitet, und einem Leistungswandler 4 ausgestattet, der elektrisch mit dem Hauptgenerator 2 und dem Hilfsgenerator 3 verbunden ist.
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Der Hauptgenerator 2 wird durch einen Hauptgeneratorstator 5, einen Hauptgeneratorrotor 6, der auf der Innendurchmesserseite des Hauptgeneratorstators 5 mit einem vorbestimmten, eingestellten, dazwischen befindlichen Spalt angeordnet ist, eine Dreiphasen-Hauptgeneratorstatorwicklung 7, die als Kurzschritt-Doppellagenwicklung in einer Nute gewickelt ist, die sich im Hauptgeneratorstator 5 befindet, und eine Dreiphasen-Hauptgeneratorrotorwicklung 8 konfiguriert, die als Vollschritt-Doppellagenwicklung in einer Nute gewickelt ist, die sich im Hauptgeneratorrotor 6 befindet. Die Dreiphasen-Hauptgeneratorstatorwicklung 7 und die Dreiphasen-Hauptgeneratorrotorwicklung 8 sind elektrisch in einem Abstand von 120° angeordnet.
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In ähnlicher Weise wird der Hilfsgenerator 3 durch einen Hilfsgeneratorstator 9, einen Hilfsgeneratorrotor 10, der auf der Innendurchmesserseite des Hilfsgeneratorstators 9 mit einem vorbestimmten, eingestellten, dazwischen befindlichen Spalt angeordnet ist, einer Dreiphasen-Hilfsgeneratorstatorwicklung 11, die als Kurzschritt-Doppellagenwicklung in einer Nute gewickelt ist, die im Hilfsgeneratorstator 9 angeordnet ist, und einer Dreiphasen-Hilfsgeneratorrotorwicklung 12 konfiguriert, die als Vollschritt-Doppellagenwicklung in einer Nute gewickelt ist, die im Hilfsgeneratorrotor 10 angeordnet ist. Die Dreihasen-Hilfsgeneratorstatorwicklung 11 und die Dreiphasen-Hilfsgeneratorrotorwicklung 12 sind elektrisch in einem Abstand von 120° angeordnet.
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Der Hauptgenerator 2 und der oben beschriebene Hilfsgenerator 3 haben unterschiedliche Betriebsweisen, wie im Folgenden beschrieben ist. Insbesondere führt der Hauptgenerator 2 stets einen Erzeugungsbetrieb durch, aber der Hilfsgenerator 3 kann als Erregermaschine arbeiten oder kann je nach Drehzahl als Generator betrieben werden.
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Obwohl der Leistungswandler 4 in 1 integral dargestellt ist, wird er durch einen Leistungswandler, der elektrisch mit dem Hauptgenerator 2 verbunden ist, und einen Leistungswandler konfiguriert, der elektrisch mit dem Hilfsgenerator 3 verbunden ist. Der Leistungswandler, der elektrisch mit dem Hauptgenerator 2 verbunden ist, und der Leistungswandler, der elektrisch mit dem Hilfsgenerator 3 verbunden ist, sind elektrisch über Gleichstrom verbunden. Demgemäß muss jeder Leistungswandler nur Wechselstrom und Gleichstrom umwandeln.
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Der Hauptgenerator 2, der Hilfsgenerator 3 und der Leistungswandler 4, wie oben beschrieben, sind mechanisch mit einer Rotorwelle 13 verbunden.
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Der Leistungswandler 4 ist in einem Leistungswandleranordnungsraum 15 im Innendurchmesser des Hauptgenerators angeordnet und ist nicht auf der Innendurchmesserseite des Hilfsgenerators angeordnet. Dies liegt daran, dass der Hauptgenerator ein höheres Drehmoment hat und daher größer ist. Es ist also möglich, einen großen Raum zum Einbauen des Leistungswandlers 4 sicherzustellen. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform eine Beschreibung für den Fall vorgesehen ist, in dem im Hinblick auf die wichtigen Vorteile der Leistungswandler 4 im Leistungswandleranordnungsraum 15 im Innendurchmesser des Hauptgenerators angeordnet ist und nicht auf der Innendurchmesserseite des Hilfsgenerators angeordnet ist, schließt dies offensichtlich nicht einen Fall aus, in dem der Leistungswandler in gleicher Weise auch auf der Innendurchmesserseite des Hilfsgenerators angeordnet ist, noch einen Fall aus, in dem im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform der Leistungswandler in einem Leistungswanderanordnungsraum im Innendurchmesser des Hilfsgenerators angeordnet ist und nicht auf der Innendurchmesserseite des Hauptgenerators angeordnet ist. Vorstehendes wird besonders in einer nachfolgend beschriebenen achten Ausführungsform erläutert.
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Der Leistungswandler 4 muss Anweisungsinformationen von außen empfangen und Betriebszustandsinformationen übertragen, um gemäß den Betriebsbedingungen gesteuert zu werden. Da sich der Leistungswandler 4 der vorliegenden Ausführungsform dreht, ist daher eine drahtlose Kommunikation bei der Übertragung von Informationen effektiv, und der Leistungswandler 4 ist vorzugsweise mit einer Einrichtung verbunden, die Informationen drahtlos übertragen und empfangen kann. Selbst wenn eine Bürste verwendet wird, ist allerdings das Ausmaß des Verschleißes gering, weil die Energiemenge, die zum Übertragen von Informationen notwendig ist, nicht groß ist. Somit können eine Bürste und ein Schleifring angeordnet werden, damit der Leistungswandler 4 Informationen überträgt. In ähnlicher Weise können eine Bürste und ein Schleifring zum Erden angeordnet werden.
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2 veranschaulicht ein Beispiel für Schaltungen des Leistungswandlers. Die Schaltungen des Leistungswandlers werden auf einer Hauptgeneratorseite durch ein Leistungswandlungsmodul 14 der oberen Phase der U-Phase, ein Leistungswandlungsmodul 15 der unteren Phase der U-Phase, ein Leistungswandlungsmodul 16 der oberen Phase der V-Phase, ein Leistungswandlungsmodul 17 der der unteren Phase der V-Phase, ein Leistungswandlungsmodul 18 der oberen Phase der W-Phase, ein Leistungswandlungsmodul 19 der unteren Phase der W-Phase, auf der Hauptgeneratorseite einer Hilfsgeneratorseite durch ein Leistungswandlungsmodul 20 der oberen Phase der U-Phase, ein Leistungswandlungsmodul 21 der unteren Phase der U-Phase, ein Leistungswandlungsmodul 22 der oberen Phase der V-Phase, ein Leistungswandlungsmodul 23 der unteren Phase der V-Phase, ein Leistungswandlungsmodul 24 der oberen Phase der W-Phase, ein Leistungswandlungsmodul 25 der unteren Phase der W-Phase, und einen Kondensator 26 konfiguriert. Eine Phase des Leistungswandlers ist mit einer Phase des Leistungswandlungsmoduls und eines Kondensators vorgesehen.
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Hier wird, wie in 3 veranschaulicht ist, der Innendurchmesser des Hauptgeneratorrotors (Leistungswandleranordnungsraum) von einem Arm unterteilt, weil der Hauptgenerator und die Rotorwelle über einen Arm 27 verbunden sind. Daher ist es notwendig, den Leistungswandler in einem unterteilten Leistungswandleranordnungsraum 28 so anzuordnen, dass ein Ungleichgewicht verhindert wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Leistungswandler 4 im Leistungswandlungsanordnungsraum 15 im Innendurchmesser des Hauptgenerators angeordnet und wird nicht auf der Innendurchmesserseite des Hilfsgenerators untergebracht. Darüber hinaus ist der Leistungswandler 4 im Hauptgeneratorrotor angeordnet und ist nicht im Hilfsgeneratorrotor angeordnet. Hier weist das Hauptgeneratorseitenwandlungsleistungswandlermodul drei Phasen auf, so dass dessen Anzahl zwangsläufig ein Mehrfaches von Drei ist. In ähnlicher Weise hat das Hilfsgeneratorseitenwandlungsleistungswndlermodul auch drei Phasen, so dass dessen Anzahl notwendigerweise ein Mehrfaches von Drei ist. Um den Leistungswandler 4 so anzuordnen, dass ein Ungleichgewicht verhindert wird, ist es demgemäß notwendig, sechs der Leistungswandleranordnungsräume 28 vorzusehen und abwechselnd eine Phase des Hauptgeneratorseitenwandlungsleistungswandlermoduls und eine Phase des Hilfsgeneratorseitenwandlungsleistungswandlermoduls anzuordnen. Daher ist es bevorzugt, sechs Arme vorzusehen, nachdem die Leistungswandlungsmodule in einer solchen Form angeordnet werden, dass kein Raum verschwendet wird (in einem Fall, in dem alle Leistungswandlermodule in einer sich drehenden elektrischen Maschine platziert werden). Es ist augenscheinlich möglich, sechs oder mehr Arme drehsymmetrisch auszubilden, deren Anzahl ein Mehrfaches von Drei ist.
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Darüber hinaus ist es auch notwendig, den Kondensator 26, der im Leistungswandler 4 vorgesehen ist, im unterteilten Leistungswandleranordnungsraum anzuordnen. Wenn daher N Kondensatoren in dem Raum angeordnet sind, in dem eine Phase des Hauptgeneratorseitenwandlungsleistungswandlermoduls angeordnet ist, und M Kondensatoren in dem Raum angeordnet sind, in dem eine Phase des Hilfsgeneratorseitenwandlungsleistungswandlermoduls angeordnet ist, beträgt die Anzahl der Kondensatoren N × 3 + M × 3 = 3(N + M). Hier sind N und M ganze Zahlen von größer als oder gleich Null und (N + M) ist eine ganze Zahl von größer als oder gleich Eins. Das bedeutet, dass die Anzahl der Kondensatoren ein Mehrfaches von Drei sein muss, damit der Leistungswandler in einer Weise angeordnet wird, die ein Ungleichgewicht verhindert. Die Kondensatoren sind drehsymmetrisch zwischen der Mehrzahl von Armen angeordnet.
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4 veranschaulicht eine Phase der Hauptgeneratorseiten- und der Hilfsgeneratorseitenschaltungen in 2 in einem Fall, in dem N = 1 und M = 2. Eine Änderung der Form der Schaltungen in 4, um die Schaltungen im Leistungswandleranordnungsraum 28 anzuordnen, führt zu den Schaltungen in 5. Wie in 5 veranschaulicht ist, sind ein Leistungswandlungsmodul 29 der oberen Phase, ein Leistungswandlungsmodul 30 der unteren Phase und ein Kondensator 31 in dieser Reihenfolge in der Richtung der Welle ausgerichtet. Als Nächstes führt das Verbinden aller Phasen der Schaltungen in 5 zu den Schaltungen in 6. Die strichpunktierte Linie in 6 veranschaulicht durch die Arme unterteilte Abschnitte. Wie aus 6 ersichtlich ist, ist eine Verdrahtung (Überkreuz-Sammelschiene 32) notwendig, die die durch die Arme unterteilten Abschnitte kreuzt. Die Überkreuz-Sammelschiene 32 ist mit einer Überkreuz-Sammelschiene der oberen Phase ausgestattet, die die Leistungswandlungsmodule der oberen Phase sowohl auf der Hauptgeneratorseite als auch auf der Hilfsgeneratorseite von einer Phase des Leistungswandlers verbindet, wobei die Leistungswandlungsmodule der oberen Phase abwechselnd zwischen den benachbarten Armen 27 angeordnet sind, und eine Überkreuz-Sammelschiene der unteren Phase, die die Leistungswandlungsmodule der unteren Phase sowohl auf der Hauptgeneratorseite als auch auf der Hilfsgeneratorseite der einen Phase des Leistungswandlers verbindet, wobei die Leistungswandlungsmodule der unteren Phase abwechselnd zwischen den benachbarten Armen 27 angeordnet sind. Die Arme sind in wünschenswerter Weise auf der Kondensatorseite in der Richtung der Welle angeordnet, weil die Überkreuz-Sammelschienen auf der Leistungswandlungsmodulseite in der Richtung der Welle angeordnet sind. Demgemäß behindern die Arme die Überkreuz-Sammelschienen nicht, und es ist nicht notwendig, die Überkreuz-Sammelschienen zu biegen, um den Armen auszuweichen, oder eine Öffnung in den Armen vorzusehen, damit die Überkreuz-Sammelschienen hindurchgelangen können.
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Obwohl in der vorliegenden Beschreibung die Anzahl der Leistungswandlungsmodule des Hauptgeneratorseitenleistungswandlers 3 × 2 (obere und untere) × 3 (Phasen) = 18 ist, die Anzahl der Leistungswandlungsmodule des Hilfsgeneratorseitenleistungswandlers 2 × 2 (obere und untere) × 3 (Phasen) = 12 ist und die Anzahl der Kondensatoren neun ist, ist es unnötig zu erwähnen, dass dieselbe Wirkung wie in der vorliegenden Beschreibung mit einer unterschiedlichen Anzahl von Komponenten erzielt wird, vorausgesetzt, dass die obigen Bedingungen erfüllt werden. Obwohl L in der vorliegenden Erfindung Eins ist, vorausgesetzt, dass L die Anzahl der seriellen Kondensatoren ist, ist es außerdem unnötig zu erwähnen, dass dieselbe Wirkung wie in der vorliegenden Beschreibung erzielt wird, wenn L größer als oder gleich Zwei ist. Allgemeiner ausgedrückt sind eine Phase des Hauptgeneratorseitenleistungswandlers, der eine Phase des Hauptgeneratorseitenleistungswandlungsmoduls und N × L Kondensatoren enthält, und eine Phase des Hilfsgeneratorseitenleistungswandlers, der eine Phase des Hilfsgeneratorseitenleistungswandlungsmoduls und M × L Kondensatoren enthält, abwechselnd zwischen den benachbarten Armen 27 angeordnet. Demgemäß können die Leistungswandler drehsymmetrisch angeordnet sein und kann ein Ungleichgewicht reduziert werden.
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Zweite Ausführungsform
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In der ersten Ausführungsform ist die Anzahl der Arme 27 sechs und der Wandleranordnungsraum 28 wird in sechs Abschnitte unterteilt, um die Leistungswandler so anzuordnen, dass ein Ungleichgewicht verhindert wird. Selbst wenn die Anzahl der Arme 33 12 beträgt, wie in 7 veranschaulicht ist, kann ein Ungleichgewicht vermieden werden, während der Raum wirksam verwendet wird. In der ersten Ausführungsform wird ein Wandleranordnungsraum zwischen Armen für eine Phase des Leistungswandlungsmoduls auf einer sich drehenden elektrischen Maschine der Hauptgenerator- und der Hilfsgeneratorseite verwendet. Unterdessen wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Phase des Leistungswandlungsmoduls auf der Seite der sich drehenden elektrischen Maschine weiter in zwei solche einer oberen Phase und einer unteren Phase unterteilt, und für jeden separaten Wandler wird ein Positionsraum verwendet.
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8 veranschaulicht die Schaltungen des Leistungswandlers. 9 veranschaulicht eine Phase der Schaltungen der Hauptgeneratorseite und der Hilfsgeneratorseite in 8, wobei N = 2 und M = 2. Ein Ändern der Form der Schaltungen in 9, um die Schaltungen im Leistungswandleranordnungsraum anzuordnen, der durch Arme in Abschnitte unterteilt ist, führt zu den Schaltungen in 10. In 10 sind Leistungswandlungsmodule der oberen Phase und Leistungswandlungsmodule der unteren Phase in einer Umfangsrichtung angeordnet. Demgemäß können Leistungswandlungsmodule der oberen Phase und Leistungswandlungsmodule der unteren Phase jeweils in den Wandleranordnungsräumen 34 angeordnet sein, die durch die Arme 33 unterteilt sind. Das Verbinden aller Phasen der Schaltungen in 10 führt zu den Schaltungen in 11. Die strichpunktierte Linie in 11 veranschaulicht Abschnitte, die durch die Arme 33 unterteilt sind. Wie aus 11 ersichtlich ist, ist die Überkreuz-Sammelschiene 32 notwendig, selbst wenn die Anzahl der Arme 33 12 ist. In diesem Fall sind die Arme in wünschenswerter Weise auf der Leistungswandlungsmodulseite angeordnet.
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Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl der Leistungswandlungsmodule der Hauptwandlerseite 3 × 2 (obere und untere) × 3 (Phasen) = 18 ist, die Anzahl der Leistungswandlungsmodule der Hauptwandlerseite 2 × 2 (obere und untere) × 3 (Phasen) = 12 ist und die Anzahl der Kondensatoren 12 ist, wird dieselbe Wirkung wie in der vorliegenden Ausführungsform mit einer unterschiedlichen Anzahl von Komponenten erzielt, vorausgesetzt, dass die obigen Bedingungen erfüllt sind. Die vorliegende Ausführungsform kann weiter generalisiert und wie folgt beschrieben werden. Wenn N1, N2, M1 und M2 ganze Zahlen von größer als oder gleich Null sind, wobei (N1 + N2 + M1 + M2) größer als oder gleich Eins ist und L eine ganze Zahl von größer als oder gleich Eins ist, sind 3(N1 + N2 + M1 + M2) der Kondensatoren, die die Leistungswandler bilden, parallel geschaltet und sind L Anordnungen der Kondensatoren in Reihe geschaltet. N1 gibt die Anzahl der Kondensatoren an, die in dem Raum angeordnet sind, in dem die obere Phase der einen Phase des Hauptgeneratorseitenwandlungsleistungswandlermoduls angeordnet ist. N2 gibt die Anzahl der Kondensatoren an, die in dem Raum angeordnet sind, in dem die untere Phase der einen Phase des Hauptgeneratorseitenwandlungsleistungswandlermoduls angeordnet ist. M1 gibt die Anzahl der Kondensatoren an, die in dem Raum angeordnet sind, in dem die obere Phase der einen Phase des Hilfsgeneratorseitenwandlungsleistungswandermoduls angeordnet ist. M2 gibt die Anzahl der Kondensatoren an, die in dem Raum angeordnet sind, in dem die untere Phase der einen Phase des Hilfsgeneratorseitenwandlungsleistungswandlermoduls angeordnet ist. L repräsentiert die Anzahl der seriellen Kondensatoren wie in der ersten Ausführungsform.
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Die obere Phase der einen Phase des Leistungswandlers der Hauptgeneratorseite, die die obere Phase der einen Phase des Leistungswandlungsmoduls der Hauptgeneratorseite und N1 × L Kondensatoren umfasst, die untere Phase der einen Phase des Leistungswandlers der Hauptgeneratorseite, der die untere Phase der einen Phase des Leistungswandlungsmoduls der Hauptgeneratorseite und N2 × L Kondensatoren aufweist, die obere Phase der einen Phase des Leistungswandlers der Hilfsgeneratorseite, der die obere Phase der einen Phase des Leistungswandlungsmoduls der Hilfsgeneratorseite und M1 × L Kondensatoren aufweist, und die untere Phase der einen Phase des Leistungswandlers der Hilfsgeneratorseite, der die untere Phase der einen Phase des Leistungswandlungsmoduls der Hilfsgeneratorseite und M2 × L Kondensatoren aufweist, sind abwechselnd zwischen den benachbarten Armen angeordnet. Demgemäß können die Leistungswandler drehsymmetrisch angeordnet sein und kann ein Ungleichgewicht reduziert sein.
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Dritte Ausführungsform
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12 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform des vorliegenden Generatorsystems. In der in 12 veranschaulichten Ausführungsform ist eine Platte 34 zwischen Armen angeordnet. Wie in 13 veranschaulicht ist, kann das Befestigen eines Leistungswandlungsmoduls 35 und eines Kondensators 36, die zusammen den Leistungswandler bilden, auf der Innendurchmesserseite der Platte verhindern, dass das Leistungswandlungsmodul und der Kondensator durch eine Zentrifugalkraft aufgrund einer Drehung voneinander wegstreben.
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Obwohl die Anzahl der Arme in 12 und 13 sechs ist, kann dieselbe Anzahl von Armen wie in der oben beschriebenen Ausführungsform für die vorliegende Ausführungsform verwendet werden. Zum Beispiel wird dieselbe Wirkung wie in der vorliegenden Ausführungsform erzielt, selbst wenn die Anzahl der Arme 12 ist.
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Vierte Ausführungsform
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14 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform des vorliegenden Generatorsystems. In der in 14 veranschaulichten Ausführungsform wird eine Kühlrippe 37 weiter auf einer Seite in der Richtung der Zentrifugalkraft (speziell außerhalb in der Richtung der Zentrifugalkraft) als das Leistungswandlungsmodul 35 angebracht. Demgemäß kann die Kühlleistung des Leistungswandlungsmoduls erhöht werden, können die Position der Anschlüsse des Kondensators und des Leistungswandlungsmoduls nahe beieinander liegen und kann die Sammelschiene vereinfacht werden. In einem Fall, in dem mit Kühlwind gekühlt wird, wird der Kondensator im Vergleich zum Leistungsumwandlungsmodul in wünschenswerter Weise über dem kühlenden Wind angeordnet. Dies geschieht deshalb, weil die Hitzebeständigkeitstemperatur des Kondensators im Allgemeinen niedrig ist.
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Fünfte Ausführungsform
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15 veranschaulicht eine fünfte Ausführungsform des vorliegenden Generatorsystems. In der in 15 veranschaulichten Ausführungsform sind der Hauptgenerator 2, der Hilfsgenerator 3 und der Leistungswandler 4 in demselben Rahmen 38 angeordnet. Demgemäß ist ein Raum zwischen dem Hauptgenerator und dem Hilfsgenerator reduziert. Weiterhin können der Hauptgenerator und der Hilfsgenerator durch den kühlenden Wärmetauscher gekühlt werden. Daher kann das Generatorsystem verkleinert werden.
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Sechste Ausführungsform
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16 veranschaulicht eine sechste Ausführungsform des vorliegenden Generatorsystems. In der in 16 veranschaulichten Ausführungsform sind der Hauptgenerator 2 und der Leistungswandler 4 in demselben Rahmen 39 angeordnet, ist der Hilfsgenerator 3 in einem anderen Rahmen 40 angeordnet, ist jeweils die Rotorwelle des Hauptgenerators 2 und des Hilfsgenerators 3 durch die hohle Kupplung 41 verbunden und ist die Rotorwicklung des Hilfsgenerators des Leistungswandlers durch die hohle Kupplung 41 verbunden. Dies erleichtert die Herstellung und den Transport des Hauptgenerators und des Hilfsgenerators, weil der Hauptgenerator und der Hilfsgenerator getrennt werden können. Der Hauptgenerator 2 und der Hilfsgenerator 3 können in wünschenswerter Weise während des Einbaus des Erzeugungssystems verbunden werden.
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Siebte Ausführungsform
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17 veranschaulicht eine siebte Ausführungsform, bei der das sich drehende elektrische Maschinensystem der Erfindung für ein Windenergieerzeugungssystem verwendet wird. Wie in 17 veranschaulicht ist, wird ein Windenergiesystem der vorliegenden Ausführungsform mit einem Rotor 44, der durch den eingefangenen Wind gedreht wird, ein sich drehendes elektrisches Maschinensystem 42 der Erfindung, das über ein Übersetzungsgetriebe 43 mit dem Rotor 44 verbunden ist, eine Gondel 50, die das sich drehende elektrische Maschinensystem 42 aufnimmt, und einen Turm 51 konfiguriert, der die Gondle 50 trägt. In der vorliegenden Ausführungsform sind zusätzlich zu dem sich drehenden elektrischen Maschinensystem 42 das Übersetzungsgetriebe 43 und ein im Folgenden beschriebener Trennschalter 49 auch in der Gondel 50 angeordnet. Ein Hauptgenerator 45 und ein Hilfsgenerator 46 werden durch das Drehmoment des Rotors 44 gedreht, und eine Hauptgeneratorstatorwicklung und eine Hilfsgeneratorstatorwicklung sind mit einem Energiesystem 47 verbunden.
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Demgemäß kann das sich drehende elektrische Maschinensystem 42 die Energie des Winds, die der Rotor 44 einfängt, in elektrische Energie umwandeln und die elektrische Energie zum Energiesystem 47 übertragen.
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Da die vorliegende Erfindung das oben beschriebene, sich drehende elektrische Maschinensystem übernimmt, kann das Windenergieerzeugungssystem stabil einen Erzeugungsbetrieb ohne Bedenkung im Hinblick auf Vibrationen oder eine Außermittigkeit durch Rotation durchführen.
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Der Trennschalter 49 kann sich parallel zum Leistungswandler 48 befinden. Demgemäß kann der Leistungswandler 48 vor übermäßiger Energie geschützt werden, die während eines Systemausfalls auftritt. Darüber hinaus kann die Erfindung für ein getriebeloses System verwendet werden, das nicht das Übersetzungsgetriebe 43 aufweist.
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Achte Ausführungsform
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In jeder oben beschriebenen Ausführungsform gibt es Beschreibungen für einen Fall, in dem der Leistungswandler im Rotor des Hauptgenerators angeordnet ist und nicht im Rotor des Hilfsgenerators angeordnet ist.
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Wie in 18 veranschaulicht ist, ist es allerdings auch möglich, Arme jeweils im Inneren des Rotors des Hauptgenerators und im Innen des Rotors des Hilfsgenerators vorzusehen und den Leistungswandleranordnungsraum der Hauptgeneratorseite im Innendurchmesser des Hauptgenerators und den Leistungswandleranordnungsraum des Hilfsgenerators im Innendurchmesser des Hilfsgenerators separat vorzusehen. Demgemäß kann die Anzahl der Arme 33 für jeden Hauptgenerator und Hilfsgenerator drei sein, und der Anordnungsraum kann vergrößert sein, da die Anzahl jedes Leistungswandleranordnungsraums Drei ist. In diesem Fall ist es auch möglich, die Anzahl der Arme auf ein Mehrfaches von Drei weniger als Sechs (d. h. drei) einzustellen.
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Obwohl in der vorliegenden Beschreibung die Anzahl der Leistungsumwandlungsmodule der Hauptwandlerseite 3 × 2 (obere und untere) × 3 (Phasen) = 18 ist, die Anzahl der Leistungswandlungsmodule der Hauptwandlerseite 2 × 2 (obere und untere) × 3 (Phasen) = 12 ist und die Anzahl der Kondensatoren neun ist, wird dieselbe Wirkung wie in der vorliegenden Ausführungsform mit unterschiedlicher Anzahl der Komponenten erzielt, vorausgesetzt, die obigen Bedingungen werden erfüllt.
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Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und umfasst verschiedene Modifikationsbeispiele. Zum Beispiel werden die obigen Ausführungsformen ausführlich beschrieben, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, und es müssen nicht notwendigerweise alle beschriebenen Konfigurationen in einer Ausführungsform der Erfindung enthalten sein. Darüber hinaus ist es möglich, einen Teil der Konfigurationen einer Ausführungsform durch Konfigurationen einer anderen Ausführungsform zu ersetzen, und es ist auch möglich, Konfigurationen einer andern Ausführungsform Konfigurationen einer Ausführungsform hinzuzufügen. Weiterhin kann ein Teil der Konfigurationen jeder Ausführungsform weggelassen oder durch eine andere Konfiguration ersetzt werden oder es kann eine andere Konfiguration hinzugefügt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1 sich drehendes elektrisches Maschinensystem, 2 Hauptgenerator, 3 Hilfsgenerator, 4 Leistungswandler, 5 Hauptgeneratorstator, 6 Hauptgeneratorrotor, 7 Hauptgeneratorstatorwicklung, 8 Hauptgeneratorrotorwicklung, 9 Hilfsgeneratorstator, 10 Hilfsgeneratorrotor, 11 Hilfsgeneratorstatorwicklung, 12 Hilfsgeneratorrotorwicklung, 13 Rotorwelle, 14 Leistungswandlungsmodul der Hauptgeneratorseite der oberen Phase der U-Phase, 15 Leistungswandlungsmodul der Hauptgeneratorseite der unteren Phase der U-Phase, 16 Leistungswandlungsmodul der Hauptgeneratorseite der oberen Phase der V-Phase, 17 Leistungswandlungsmodul der Hauptgeneratorseite der unteren Phase der V-Phase, 18 Leistungswandlungsmodul der Hauptgeneratorseite der oberen Phase der W-Phase, 19 Leistungswandlungsmodul der Hauptgeneratorseite der unteren Phase der W-Phase, 20 Leistungswandlungsmodul der Hilfsgeneratorseite der oberen Phase der U-Phase, 21, Leistungswandlungsmodul der Hilfsgeneratorseite der unteren Phase der U-Phase, 22 Leistungswandlungsmodul der Hilfsgeneratorseite der oberen Phase der V-Phase, 23 Leistungswandlungsmodul der Hilfsgeneratorseite der unteren Phase der V-Phase, 24 Leistungswandlungsmodul der Hilfsgeneratorseite der oberen Phase der W-Phase, 25 Leistungswandlungsmodul der Hilfsgeneratorseite der unteren Phase der W-Phase, 26, 31, 36 Kondensator, 27, 33 Arm, 28, 34 Leistungswandleranordnungsraum, 29 Leistungswandlungsmodul der oberen Phase, 30 Leistungswandlungsmodul der unteren Phase, 32 Überkreuz-Sammelschiene, 34 Platte, 35 Leistungswandlungsmodul, 37 Kühlrippe, 38, 39, 40 Rahmen, 41 Kupplung, 42, Erzeugungssystem, 43 Übersetzungsgetriebe, 44 Rotor, 45 Hauptgenerator, 46 Hilfsgenerator, 47 Energiesystem, 48 Leistungswandler, 49 Trennschalter, 50 Gondel, 51 Turm
