專利名稱：一種外轉子雙饋交流無刷異步電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種交流旋轉電機，特別是一種外轉子雙饋交流無刷異步電機。
普通的同步發電機，為了能向電網提供工頻電能，運行中轉速與電網頻率同步，并采用直流電源對轉子施加勵磁。為了滿足機械裝置對轉速的調節需求，隨著電子技術的發展，已出現了采用交流勵磁的異步發電機，這種異步發電機一般使用交交變頻器作為勵磁電源，通過調節勵磁電源的頻率和電壓，就能使發電機在輸出工頻電能的前題下變速運行，由于它在定、轉子兩組電源上都能實現機械能與電能之間的轉換，所以這種技術又叫雙饋式異步發電機，它最初是在繞線式異步電機上實現的，近年來又出現了在無刷雙定、轉子上實現雙饋電機功能的技術方案。然而在現有的這些技術方案中，均將轉子內置，通過電機軸傳遞轉矩，結構笨重，造價高，軸向尺寸大，極不利于風力發電裝置和風機實現機電一體化。并且當它們作為風力發電裝置的發電機時，轉速仍不夠低，不適宜由風輪直接拖動，同時每臺發電機又均需配備一套相應的勵磁裝置，造成風力發電機組群的控制和輸電設備繁多，成本增大。
本發明的目的是設計一種可克服上述技術缺陷的機電一體化的外轉子雙饋交流無刷異步電機，使風力發電裝置的風輪或軸流風機的風葉直接固定在本電機的轉子外殼之上，并使其具備多臺發電機組共享一套輸電、勵磁系統的能力。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種外轉子雙饋交流無刷異步電機它是由機座，轉子外殼，風輪或風葉和各分為A、B兩部分的定、轉子鐵芯及繞組構成，A、B部的轉子繞組之間反相序對接，固定于轉子外殼上的A、B部的轉子鐵芯和設置在固定于機座上的A、B部定子鐵芯的外部，風輪或風葉直接固定在轉子外殼之上。
如上所述的電機，它機座的內部還設有空腔，空腔里布置有軸承支座和軸承，轉子軸與轉子外殼連為一體，并通過機座空腔內的軸承繞定子旋轉。
如上所述的電機，還可以將兩臺電機串聯使用，電機C的A部定子繞組接入勵磁電源，B部定子繞組與電機D的A定子繞組對接，B定子繞組接入電網電源即可完成所有電氣連接。
按照上述技術方案構成的外轉子雙饋交流無刷異步電機具有以下有益的效果(1)使風力發電機組或軸流風機實現了機電一體化，結構輕巧，成本低，電機本身沒有電接觸元件，可靠性高，功率因數高，制造簡單，維護工作量小。同時可變速運行，能極大地提高風力發電機組的綜合效率和發電能力。
(2)轉速低，尤其是兩臺機組串聯后轉速進一步降低，適宜作為風輪直接拖動的風力發電機組，可使多臺風力發電機組共享一套勵磁、輸電系統，有助于降低它們的整體成本。
(3)有利于改進現有風能發電機組和軸流風機的支架結構，增加單臺風能機組的容量。當它作為調速軸流風機的動力源時，所需的變頻電源容量小，可靠性高，整體成本低。
圖1是發明的結構示意圖。
圖2是兩臺電機串聯使用時的接線示意圖。
下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明如圖1所示，本發明外轉子雙饋交流異步電機是將電機的定子和轉子各分為A、B兩個部分，在機座1上固定有A、B部的定子鐵芯6和7，其上嵌裝有勵磁繞組8和電源繞組9，它們的引線通過機座1的空腔部位引出，在轉子外殼2上固定有A、B部轉子鐵芯4和5，其上嵌裝有反相序對接的轉子繞組10和11，固定于轉子外殼2上的A、B部的轉子鐵芯4和5設置在固定于機座1上的A、B部定子鐵芯6和7的外部，風輪或風葉12直接固定在轉子外殼2之上。繞組10和11的形式可根據電機極對數的多少來具體確定，轉速慢的電機極對數多，為了克服諧波磁勢，一般宜采用繞線式繞組，此時只要將繞組10和11的引線按反相序的規律對接即可，轉速快的電機極對數少，可采用鼠籠型繞組，此時要通過鼠條的換位來實現反相序對接的目的，為了減少風阻損失，轉子外殼2宜作成流線型。
為了便于本電機與基礎之間的固定及定，轉子之間的機械配合，并減少它的重量，在本電機的基座1的內部還設有空腔，空腔里布置有軸承支座和軸承，轉子軸3與轉子外殼2連為一體，并通過機座1空腔內的軸承繞定子旋轉，機座1的一端設有法蘭，用于電機與基礎之間的固定。
為了適應風力發電機組超低轉速的要求，同時簡化機組群的控制輸電系統，本電機還可以串聯使用，使兩臺或更多臺電機共享一套勵磁、輸電系統。圖2所示的是兩臺電機串聯使用的電氣接線示意圖，圖中由A1和B1構成的電機C的定子繞組C8的引線接入勵磁電源13，其定子繞組C9則接入由A2和B2構成的電機D的定子繞組D8，電機D的定子繞組D9接入電網電源15。按此技術方案連接的發電機組，電機的轉速是單臺電機的一半，兩臺電機的電能完全由電機D饋向電網。為了減少勵磁裝置的負擔，本技術方案還在繞組C9和D8之間并有電力電容組14，其作用是提供容性激磁電流，減少勵磁裝置的容量。本發明所指的勵磁電源是廣義的，它可以是頻率，電壓和相位都可調節的變頻電源，也可以是直流電源，甚至于可以是一根短接線。
下面說明本發明的基本原理由電機學的理論可知只要旋轉電機的定、轉子之間的旋轉磁場在空間保持相對靜止就可以使電機產生合成轉矩。普通雙饋異步電機就是利用這一原理來實現異步運行的，它的定、轉子通有不同頻率的交流電源，轉子的轉速則是則是定、轉子旋轉磁場轉速向量之差，轉子的旋轉磁場的轉速和旋轉方向取決于勵磁電源的頻率和相序，因此調節勵磁電源的頻率和相序即可達到改變電機轉速的目的。與同步電機不同，雙饋電機的勵磁電源除了勵磁的功用，還有能量轉換的功用，當雙饋電機處于發電機狀態并超同步運行時，它的定、轉子同時輸出電能，當它處于同步轉速以下運行時，只有定子輸出電能，而轉子則通過勵磁電源輸入電能。本實用新型將電機分為A、B兩個部分，B部電機就是一臺雙饋電機，它的轉子的勵磁機電流是由A部電機的轉子繞組提供，而A部電機則是一臺電樞旋轉式雙饋電機，它由定子施加勵磁電源，它的轉子產生感應電勢后，通過兩轉子繞組形成閉合回路向B部電機的轉子提供勵磁電流，因此B部電機的定子繞組就相當于普通繞線式異步電機的定子繞組，A部電機的定子繞組就相當于繞線異步電機的轉子繞組。這就是本電機能實現雙饋電機功能的內在原因。進一步的分析還可知只要使A、B部轉子繞組反相序對接，就能使它們始終產生同方向的電磁轉矩。本電機在運行中，為了保持定、轉子之間旋轉磁場相對靜止，它的轉速是同等普通的一半，即它的最高轉速是1500轉/分。當本電機兩臺串聯使用時，電機C即相當于單臺電機的A部，電機D即相當于單臺電機的B部，顯然，只要選擇合適的相序將它們的定子繞組對接，同時保證兩臺電機具有大致相同的負荷，就能使它們共享一套勵磁、輸電系統，它們的轉速將是單臺機的一半，普通同極對數電機的四分之一。這十分有利于低轉速電機，尤其是由風輪直接拖動的風力發電機組群。
電機都是可逆的，即電機既可作為發電機使用，亦可作為電動機來使用，因此本電機也可作為交流調速電動機來拖動機電一體化的軸流風機，它所需要的變頻電源的容量比一般鼠籠電機小的多，其功率因數和可靠性也更高。
權利要求
1.一種外轉子雙饋交流無刷異步電機它是由機座(1)，轉子外殼(2)，風輪或風葉(12)和各分為A、B兩部分的定、轉子鐵芯及繞組構成，A、B部的轉子繞組(10)和(11)反相序對接，它的特征在于固定于轉子外殼(2)上的A、B部的轉子鐵芯(4)和(5)設置在固定于機座(1)上的A、B部定子鐵芯(6)和(7)的外部，風輪或風葉(12)直接固定在轉子外殼(2)之上。
2.根據權利要求1所述的電機，其特征在于機座(1)的內部設有空腔，空腔里布置有軸承支座和軸承，轉子軸(3)與轉子外殼(2)連為一體，并通過機座(1)空腔內的軸承繞定子旋轉。
3.根據權利要1所述的電機，其特征在于它可還將兩臺電機串聯使用，電機C的定子繞組C8接入勵磁電源(13)，繞組C9與電機D的定子繞組D8對接，電機D的定子繞組D9接入電網電源(15)。
全文摘要
本發明涉及一種外轉子雙饋交流無刷異步電機，它是由機座1，轉子外殼2，直接固定在轉子外殼2上的風輪或風葉12和各分為A，B兩部分的定，轉子鐵芯及相應的繞組構成，當配有交流變頻電源后，它即具備調速運行的能力。它適宜作為極低轉速的風力機直接拖動的發電機，也可作為機電一體化的軸流風機的動力源，具有制造簡單，結構輕巧，無任何電接觸元件，功率因數高，所需變頻電源容量小的優點。
文檔編號H02K17/42GK1674415SQ20041003989
公開日2005年9月28日 申請日期2004年3月25日 優先權日2004年3月25日
發明者裴建生 申請人:新疆金風科技股份有限公司