[发明专利]双定子无刷双馈电机

说明书

技术领域

本发明属于电机及其控制技术领域，涉及一种双馈变速恒频发电机/电动机。

背景技术

随着全社会对能源和环境问题的持续关注，可再生能源的开发利用正呈现出加速发展的趋势。风能在地球上广泛存在并且是目前为人们所掌握的最为成熟的可再生能源之一。风力发电机是风力发电系统中将机械能转化为电能的装置，其性能直接影响着输出电能的质量和转换效率。

目前，世界上流行的大功率风力发电系统使用的发电机主要有以下几种类型：

一、双馈异步风力发电机

双馈异步风力发电系统中使用齿轮箱将较低的风机转速变换到较高的发电机运行速度，可连续变速运行，风能转换率高。功率变换器为部分功率变换器（约为全部功率的三分之一），因而变换器成本相对较低。其缺点是电机带有电刷和滑环，使得可靠性下降，制造和维护成本增加。另外，齿轮箱的存在增大了系统体积，也使系统可靠性进一步降低。

二、直驱式同步发电机

直驱式同步发电机由风机直接驱动，因而不需要齿轮箱，一定程度上提高了整个系统的可靠性。直驱式同步发电机包括电磁式和永磁式。直驱式电励磁同步发电机由外部励磁电源供电，因而仍然带有电刷和滑环。直驱式永磁同步发电机由永久磁钢励磁，取消了电刷和滑环。两种电机均运行于较低转速，使电机极数增多，体积变大。同时，直驱式同步发电系统均使用全功率变换器，因而变换器成本较高。另外，可能的永磁体退磁也是直驱式永磁同步发电机面临的一个问题。

三、无刷双馈电机

无刷双馈电机定子侧有两套极对数不同的独立绕组，转子采用自行闭合的环路结构，两套定子绕组在电路和磁路上完全解耦，取消了电刷和滑环，可靠性提高。使用部分功率变换器，变换器成本较低。无刷双馈电机按照是否共用定子铁心可分为轴向级联式和共用定子铁心式。轴向级联式无刷双馈电机由两台异步电机轴向级联而成，一台为功率机，另一台为控制机，由于绕组端部的存在使得轴向级联的两个定子之间必须留有一定的间距，公共转子利用率低，系统占用空间大，功率密度偏低。共用定子铁心式无刷双馈电机只有一个定子铁心，上面安放两套极对数不同的绕组，一套为功率绕组，另一套为控制绕组，绕组结构复杂，槽利用率偏低，而且两套绕组间存在直接的磁耦合。同时，使用的鼠笼转子结构特殊，需专门设计。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种可提高系统可靠性和空间利用率的双定子无刷双馈电机。 

技术方案：本发明的双定子无刷双馈电机包括双向整流逆变器、端盖、转轴、内定子、环绕所述内定子的转子、环绕转子的外定子，转轴与端盖之间通过轴承连接，转子的一端与转轴连接，两个定子与转子之间均设置有气隙；外定子包括外定子铁心和设置在所述外定子铁心上极数为2p的外定子绕组，内定子包括内定子铁心和设置在所述内定子铁心上极数为2q的内定子绕组，所述p和q分别为正整数，且p和q不相等；外定子绕组的三相引出线与电网或主电源相连；内定子绕组的三相引出线与所述双向整流逆变器连接；转子上设置有双层鼠笼结构的绕组，两层鼠笼绕组之间连接。

本发明中，转子包括圆桶状的机械支撑，机械支撑的桶壁内、外侧分别设置有内层铁心和外层铁心，内层铁心上设置有内层鼠笼，外层铁心上设置有外层鼠笼；内层鼠笼包括沿内层铁心周向排列、平行于轴向的内导条，所述外层鼠笼包括沿外层鼠笼周向排列、平行于轴向且与所述内导条对应设置的外导条，内导条与所对应的外导条在转子的一端连接；在转子的另一端设置有内端环和外端环，所述内端环与内导条连接，所述外端环与外导条连接。

本发明中，外定子绕组和内定子绕组均为多相对称定子绕组。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有以下优点：

该无刷双馈电机保留了直驱式同步发电机、双馈异步风力发电机的优点，取消了电刷和滑环，提高了系统可靠性，降低了维护成本。流经功率变换器的电功率为控制绕组功率，类比普通双馈异步发电机可知，功率变换器容量较小，约为电机全部功率的1/3，因而功率变换器成本低。

与级联式无刷双馈电机相比，由于采用外定子和内定子同心布置的双定子结构，使得电机整体在输出功率相同的情况下，轴向长度约减小为原来的一半，因而结构更加紧凑，大大提高了电机的空间利用率和功率密度。