CN101572453A - 风力发电机的双层转子磁片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机的双层转子磁片，特别涉及风力发电机的双层转子上的磁片的间距结构。本发明通过改进发电机的转子上内外两层磁片之间的距离分布关系，进而优化线圈运动轨迹上的磁场强度分布，从而获得更接近于正弦曲线的电流输出。本发明的特征是：风力发电机的双层转子包括同样数目的外层磁片和内层磁片，它们成对匹配，围绕发电机的机轴环形均匀分布，配对的外层磁片和内层磁片的径向间距，在中部最小，越靠近两侧则越大。由此使得靠近磁片中心位置的磁场强度得到了加强，磁片中心到两边的磁场有了明显的梯度变化。

Description

风力发电机的双层转子磁片

技术领域

本发明涉及一种风力发电机的双层转子磁片，特别涉及风力发电机的双层转子上的磁片的间距结构。

背景技术

传统的风力发电机通常由一组转子和一组定子来构成，转子在风力的带动下旋转，线圈切割磁力线产生电流。我们提出了一种双层转子风力发电机能够有效提高通过线圈的磁通量，从而提高发电机的效率。但是内外相对的一组磁片的形状和相互间不同位置的距离关系对磁场强度的分布有直接的影响，这也就影响到线圈在切割磁力线运动轨迹上的磁场强度分布状况。

发明内容

本发明通过改进发电机的转子上内外两层磁片之间的距离分布关系，进而优化线圈运动轨迹上的磁场强度分布，从而获得更接近于正弦曲线的电流输出。本发明的特征是：风力发电机的双层转子上的每对内外磁片之间的径向距离，在越靠近磁片两边的位置越大。

图1和图2显示的就是双层转子风力发电机的内部机构；图3显示了这种双层转子上的磁片之间的磁场状况，可以看到磁片中心到两边的磁场强度的变化没有形成理想的梯度。这是因为每对磁片的中心一直到两边的径向间距没有差异造成的，图4就显示了这种状况，其中，外层磁片20和内层磁片40之间各个位置的相对于机轴5为中心的径向间距存在下面的关系

d₀＝d₁＝d₂

图5显示了本发明所提出的改进方案，其中，外层磁片20和内层磁片40之间各个位置的相对于机轴5为中心的径向间距存在下面的关系

d₀≥d₁≥d₂，d₀＞d₂

图6显示了改进后的磁场强度分布状况。图中的环形虚线代表线圈的相对运动轨迹。对比图3，可以看到磁力线的密度，也就是磁场的强度，在沿着线圈的相对运动轨迹上有明显的梯度变化：靠近磁片中心位置的磁场强度得到了加强，相邻的两个外层磁片的边缘处的小的磁力线回路离线圈的相对运动轨迹更远，相邻的两个内层磁片的边缘处的小的磁力线回路也是如此。

图7显示了磁片间距改进后的发电机的内部结构。

使磁片间各个位置的间距不同有许多实现方法。在后面的实施例中分别介绍了采用圆弧形、平面形和椭圆面进行组合的方案。

更进一步的优化需要通过曲线函数来描述磁片的截面外形。

图8的上半部分的平面坐标系(x，y)中的曲线L是椭圆的长轴V左边的一半，L上的点P的坐标是(a，b)。

当线圈做直线相对运动时，这里的曲线L就是一种理想的磁片的截面外形。但是，线圈实际上是做圆周相对运动的。所以，需要对曲线L做极化变形处理。这里的极化变形，是以发电机的机轴中心为圆点，以椭圆的长轴距离机轴中心的距离为半径的变形。图8的下半部分显示了变形后的情形，圆心O是机轴中心，椭圆的长轴V变形为圆弧V’，曲线L变形为L’，L上的点P(a，b)对应到极坐标系中的点P’(a，ω)，这里的a是点P’到点O的距离，它与点P(a，b)中的a相等；ω是角度，满足下面的关系式

ω＝b/a

曲线L’就是变形后的内弯的优化曲线，在实际加工制作磁片时，并不一定需要采用完整的曲线L’，可以只采用曲线L’的一部分，以z轴为中心左右对称就可以了。

图9显示了椭圆的长轴V右边的一半进行同样的极化变形前后的对应情形。平面坐标系(x，y)中的曲线L变形为极坐标系中的L’，点P(a，b)对应到点P’(a，ω)，它们的坐标值仍然满足关系式

ω＝b/a

对于具体的外层磁片来说，它的径向截面的朝向内层磁片的边线就是图8中的曲线L’，或者是其一部分；而对于内层磁片来说，它的径向截面的朝向外层磁片的边线就是图9中的曲线L’，或者是其一部分。这里所说的一部分是以轴z为中心两边对称的。

附图说明

图1是双层转子风力发电机的内部结构示意图。

图2是图1沿A-A向的剖视图。

图3是双层转子的磁场磁力线分布示意图。

图4是内外层磁片间距示意图。

图5是内外层磁片的间距不一致的情形示意图。

图6是在线圈相对运动轨迹上的内外层磁片间的磁场强度分布状况示意图。

图7是采用不等距内外层磁片的发电机内部部分结构示意图。

图8是曲线L做内弯极化变形示意图。

图9是曲线L做外弯极化变形示意图。

图10，图11和图12是三种实施例。

图中：1.转子；12.转子外层；14.转子内层；20.外层磁片；40.内层磁片；3.定子；30.线圈；5.机轴；11.转子外层上的突起。

图中的符号含义为：d₀，d₁，d₂为内外层磁片间不同位置的径向间距；P(a，b)是在平面坐标系(x，y)中的曲线L上的任一个点；P’(a，ω)是极坐标系中的曲线L’上的点，它与点P存在极化变形前后的对应关系。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的具体实施方式。

图10显示了一种实施方式，其中外层磁片20的内侧表面是平面，作为径向剖面示意图，在图中显示的是直线；而内层磁片40的外侧表面是个曲面，在图中显示的是一条曲线，该曲线是以机轴5的中心为圆心的圆弧。

图11是在图10的基础上的进一步改进。在内层磁片40的外侧表面的两端做了小的圆弧处理，使得两个边缘距离线圈的相对运动轨迹更远一些。

图12是另外一种实施方式。外层磁片20的内侧表面是个曲面，在图中显示的是一条曲线，该曲线是以机轴5的中心为圆心的圆弧；而内层磁片40的外侧表面也是一个曲面，在图中显示的是另一条曲线，这条曲线不是以机轴5的中心为圆心的圆弧，它是一个椭圆圆弧的一部分。

通过调整椭圆的轴长和偏心率，可以调整两个磁片之间各个位置的间距。

Claims (6)

1.一种风力发电机的双层转子磁片，包括同样数目的外层磁片(20)和内层磁片(40)，它们成对匹配，围绕发电机的机轴(5)环形均匀分布，其特征在于：所述的配对的外层磁片(20)和内层磁片(40)的径向间距，在中部最小，越靠近两侧则越大。

2.根据权利要求1所述的风力发电机的双层转子磁片，其特征在于：所述的外层磁片(20)的径向截面的朝向内层磁片的边线是一个椭圆形极化变形后的一部分。

3.根据权利要求1所述的风力发电机的双层转子磁片，其特征在于：所述的内层磁片(40)的径向截面的朝向外层磁片的边线是一个椭圆形的一部分。

4.根据权利要求1所述的风力发电机的双层转子磁片，其特征在于：所述的内层磁片(40)的径向截面的朝向外层磁片的边线是一个椭圆形极化变形后的一部分。

5.根据权利要求1所述的风力发电机的双层转子磁片，其特征在于：所述的外层磁片(20)的径向截面的朝向内层磁片的边线是一个椭圆形极化变形后的一部分，所述的内层磁片(40)的径向截面的朝向外层磁片的边线是另一个椭圆形极化变形后的一部分，这两个椭圆的长轴的长度与它们各自到发电机机轴轴线的距离成正比。

6.根据权利要求5所述的风力发电机的双层转子磁片，其特征在于：所述的两个椭圆的偏心率相同。

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