CN102025200A - 无槽微风发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明的无槽微风发电机组由无槽微风发电机(1)、整流器(2)、滤波和稳压器(3)和桨叶(4)组成，采用无槽结构的永磁同步发电机，可完全消除由传统电机的齿槽结构所引起静态齿槽阻力矩，使发电机真正实现微风就能起动发电。再配合整流、稳压器、升压器等电子设备，可使发电机所输出的直流电不管在低风速或高风速下，其直流电压比较稳定。

Description

无槽微风发电机组

技术领域

本发明属于直流发电领域，具体地说，是提出一种带电子整流和稳压装置的无齿槽交流同步永磁发电机组。

背景技术

在风力发电领域，发电机是将机械能转变为电能的、必不可少的机电能量转换装置。为了获得更多的风能，特别是也能利用微风的能量发电，发电机必须具有很小的起动阻力矩，但是现有的小型风力发电机广泛采用永磁转子，定子采用“齿槽结构”的电枢，即利用齿来引导磁流，利用线槽来安放绕组，并与齿交链，在运动中产生感应电压。齿槽结构的存在会产生齿槽阻力矩，它是由转子的永磁体磁场同定子铁心的齿槽相互作用，在圆周方向形成的阻力矩。此阻力矩总是试图将转子定位在某些位置上，与定子的电流无关。齿槽阻力矩会增加发电机的启动阻力、增大微风启动的难度，因此使发电机无法在微风中启动发电。齿槽结构还会产生齿谐波和相应的能量损耗，降低发电机的效率。

发明内容

本发明的目的是通过取消定子铁芯上的齿槽结构来消除齿槽阻力矩，实现微风起动。

无槽微风发电机组由无槽微风发电机(1)、整流器(2)、滤波和稳压器(3)和浆叶(4)组成；

无槽微风发电机由转子体(11)和定子体铁芯(12)二大部件组成，定子体铁芯(12)嵌入发电机壳体内，定子体铁芯内圆上有电枢绕组(121)，电枢绕组通过发电机的接线端子向外输送若干相交流电流到整流器(2)，然后经滤波和稳压器(3)输出直流电。转子体(11)在定子体(1 2)内部，二者之间有气隙，发电机壳体二端有端盖；转子体上有永磁体(111)，转子体中间由转子轴(112)穿越，转子轴(112)上有前后二个轴承，轴承内圈与转子轴(112)紧配合，轴承外圈安放在端盖的轴承座内，其特征为，定子体铁芯(12)为一无齿槽的圆环形铁芯，有多个电枢绕组(121)分段布置，粘贴在定子铁芯的内圆面上。

通过本发明的上述改进，取消了定子铁芯内环上的齿和槽，转子随便转到什么位置，磁力线大小均无变化，磁阻都一样大，齿槽阻力矩为零，减阻效果是很明显的；由于无齿槽结构，齿谐波和齿部磁场挠动产生的能量损耗也同时降低至零，发电机效率有所提高。

附图说明

图1为本发明的无槽微风发电机组系统结构框图。

图2为本发明的无槽微风发电机内部结构示意图。

图3为本发明的无槽微风发电机组电枢绕组结构和布置图。

图4为本发明的无槽微风发电机组全波整流、滤波、分列元件升压器线路图。

图5为本发明的无槽微风发电机组倍压整流、滤波、集成电路升压器线路图。

具体实施方式

在图1中可以看出，本发明的无槽微风发电机组由无槽微风发电机、整流器、滤波和稳压器、浆叶四大部分所组成，除此以外还有控制器、蓄电池、支架等部件均未在图中标示。浆叶的作用是将风的动能转化为机械能，浆叶可以是水平轴的螺旋浆式风叶，也可以是垂直轴的浆叶，浆叶的个数不限，可根据设计风速、转速和发电功率选择。发电机为永磁式无槽微风发电机，其作用是将浆叶的机械能转化为电能。整流器将发电机输出的交流电整流成为直流电。滤波器可用来消除直流电中的交流纹波。稳压器用于稳定直流输出电压。

微风发电机属于小型发电机范畴，而小型发电机一般都采用永磁同步发电机。从图2中可以看出，本发明的无槽微风发电机由转子体、定子体和电机壳体三大部分所组成，转子体上有转子轴和永磁体，电机壳体上有端盖，这与现有传统发电机是相同的。但本发明的定子铁芯却是无槽结构，正因为没有沟槽，所以电枢绕组就无法安放在原有传统电机特设的定子槽内。

图3显示本发明的无槽微风发电机电枢绕组的结构和布置。电枢绕组事先在线模上成形，中间窗口的长度和宽度分别为a和b，a应该稍大于定子铁芯的宽度，而绕组边宽度w应该设计成：w小于等于b/2，即电枢绕组的每边的宽度略低于绕组窗口宽度的一半，以便于临近的二个其它相的绕组边放在该绕组的窗口部位上，这样一种设计能充分利用定子内圆面的磁力线产生最大的感应电势和最大的功率输出。然后按图示的规律将电枢绕组排列后粘贴在定子铁芯的内圆面上。

图3的设计共有12个相同形状的绕组，先将6个绕组平铺粘贴在定子铁芯的内圆面上，然后将剩下的6个绕组相差半个绕组的位置粘贴在定子铁芯上，这样，第二层绕组的绕组边刚好处于第一层绕组的窗口位置上，虽然在铁芯内圆外部二层绕组有重叠，但在铁芯的内圆面上，二层绕组是不会重叠的，这样一种安排可以尽量减小气隙宽度，充分利用定子铁芯的内圆面。

12个绕组可以分成4个绕组一组，作串并联后构成星型或三角形的三相交流输出，也可以每2个绕组一组，构成星型的六相交流输出。此外，无槽微风发电机也可以采用二相绕组，而四相、五相，甚至七相或七相以上绕组都可供选择。

图4为本发明的无槽微风发电机组整流器、滤波器和升压器线路图。图中所示为三相输入，D1～D6六个整流管构成三相全波整流(如图所示)，此外，也可以采用半波整流、倍压整流，本段落不作图示。

在整流后的二个直流输出端上并联滤波电容器C1。

稳压器有两种——升压器和降压器，在实际应用中可以择一采用或二者都采用。升压器将斩波电感L和斩波电子开关S串联后并联在C1二端，最后将隔离二极管D7和滤波电容器C2串联后并联在S二端，构成升压器电路，滤波电容器C2二端成为最终的直流输出端。对于采用开关式充电器的风电控制器的机组，L、S和D7组成的升压器也可以省略。

采用升压器有二大优点，第一点，是由于微风速下，发电机转速很低，所以所发交流电压值也特别小，经整流后的直流电压可能低于蓄电池电压，根本无法充电，经过升压器升压可以使输出电压高于蓄电池电压，满足充电要求；第二点，是可以调节不同风速下的直流升压值，使直流输出电压的偏差值不致太大，达到稳压的目的。

另外，整流后面的滤波器通常用电容器，在轻负荷时，充电电压会很高，带负载后电压迅速跌落，如将输出电压作反馈控制升压器，也可使直流输出电压较稳定。

图5为采用倍压整流、并采用集成电路IC作稳压器的线路图。倍压整流可提高直流输出电压。集成电路可降低稳压器调试的难度。

Claims (10)

1.无槽微风发电机组由无槽微风发电机(1)、整流器(2)、滤波和稳压器(3)和浆叶(4)组成；无槽微风发电机由转子体(11)和定子体铁芯(12)二大部件组成，定子体铁芯(12)嵌入发电机壳体内，定子体铁芯内圆上有电枢绕组(121)，电枢绕组通过发电机的接线端子向外输送若干相交流电流到整流器(2)，然后经滤波和稳压器(3)输出直流电。转子体(11)在定子体(12)内部，二者之间有气隙，发电机壳体二端有端盖；转子体上有永磁体(111)，转子体中间由转子轴(112)穿越，转子轴(112)上有前后二个轴承，轴承内圈与转子轴(112)紧配合，轴承外圈安放在端盖的轴承座内，其特征为，定子体铁芯(12)为一无齿槽的圆环形铁芯，有多个电枢绕组(121)分段布置，粘贴在定子铁芯的内圆面上。

2.权利要求1所述的无槽微风发电机组，其特征为，发电机电枢绕组边宽度w应该设计成：w小于等于b/2，即电枢绕组的每边的宽度略低于绕组窗口宽度的一半，以便于临近的二个其它相的绕组边放在该绕组的窗口部位上。

3.权利要求2所述的无槽微风发电机组，其特征为，发电机具有由4个电枢绕组组成的二相交流输出机。

4.权利要求2所述的无槽微风发电机组，其特征为，发电机具有由6个电枢绕组组成的三相交流输出机。

5.权利要求2所述的无槽微风发电机组，其特征为，发电机具有由2m个电枢绕组组成的m相交流输出机。

6.权利要求2所述的无槽微风发电机组，其特征为，发电机具有由12个电枢绕组组成的三相交流输出机。

7.权利要求1所述的无槽微风发电机组，其特征为，整流器(2)为全波整流器。

8.权利要求1所述的无槽微风发电机组，其特征为，整流器(2)为倍压整流器。

9.权利要求1所述的无槽微风发电机组，其特征为，稳压器(3)采用升压器，升压器并联在滤波电容器C1二端，并由斩波电感L和斩波电子开关S串联，然后在L和S接点接入隔离二极管D7组成，在输出端并联滤波电容器C2构成。对于采用开关充电的风电控制器的机组，L、S和D7组成的升压器可以省略。

10.权利要求1所述的无槽微风发电机组，其特征为，稳压器(3)采用专用集成电路IC组成的电子稳压器。

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