CN102882335B - 一种轴向磁通永磁感应风力发电机 - Google Patents

一种轴向磁通永磁感应风力发电机 Download PDF

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本发明公开了一种轴向磁通永磁感应风力发电机，包括一个异步转子、一个定子和夹在其中的永磁转子，其中异步转子是一个铜盘，可直接与由风力驱动的涡轮机相连，也可通过齿轮箱与风力涡轮机相连；两侧均贴有永磁体的永磁转子并不与异步转子同轴旋转，而是通过另外一套轴系自由旋转，转速比异步转子低，保持一定的转差；定子固定在外壳上，定子三相绕组直接与电网相连；三者均为轴向盘式结构，具有结构简单、运行可靠、散热性能好等优点。本发明无需像双馈式发电机一样借助电刷向异步转子馈电，也无需像直驱式发电机一样通过全功率逆变器与电网连接，就可以在切入风速和切出风速范围内完成变速恒频并网发电。

Description

一种轴向磁通永磁感应风力发电机
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，具体涉及轴向磁通永磁感应发电机，属于电机设计、制造技术领域。
背景技术
随着全球范围的对能源和环境问题关注，风力发电技术作为一种新兴的可持续能源的开发利用正在快速地发展。这其中风力发电机作为风力发电系统中的核心，将风能转换为电能，它的性能直接关系到整个风力发电系统的输出电能质量和转换效率。
目前世界上大功率的风力发电系统主要分为两种形式：
1、双馈异步风力发电机
这种形式的风力发电系统通过齿轮箱将较低的风速转换为较高的发电机转速，通过转子馈电实现变速恒频发电，风能转换效率高。功率变换器功率仅为全部功率的三分之一，变换器成本较低。但由于系统必须使用电刷和滑环，降低了系统的可靠性，提高了制造和维护成本。同时，庞大的齿轮箱也降低了系统的可靠性。
2、直驱型同步发电机
这种形式的风力发电系统发电机直接与风机相连，无需体积庞大的齿轮箱。但由于风速较低，同步电机工作在较低转速，使电机极对数变多，电机体积变大。同时，由于风速的变化，发电机的输出频率也在变化，必须使用全功率整流/逆变器才能实现并网，因此变换器成本较高。
针对现有技术的缺点，国外的学者提出了永磁感应电机的概念，即在异步电机的基础上加入永磁同步速转子，以提高异步电机效率和功率因数。这一概念的提出使得多极对数低转速异步电机得以实现，特别适合风力发电需要的高效率、低维护费用、低转速等条件。但是这种电机存在着结构复杂、装配困难的问题。
目前国内在这种永磁感应电机方面的研究还比较少。如中国发明专利申请CN201020276795.6所涉及的永磁感应电机为径向磁通结构，其结构与国内外相关理论研究一致，与本发明所涉及的轴向磁通盘式结构的永磁感应电机有明显的区别。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种用于风力发电的轴向磁通永磁感应电机，在保证永磁感应电机优秀性能的同时大大简化电机结构，提高系统可靠性。
本发明采用的技术方案为：一种轴向磁通永磁感应风力发电机，包括一个异步转子、一个永磁转子和一个定子，所述永磁转子安装在异步转子和定子之间；
所述异步转子包括异步转子背铁、以及用螺栓固定在异步转子背铁上的异步转子铜盘；
所述永磁转子包括永磁转子背铁、用螺栓固定在永磁转子背铁两侧的开槽的永磁转子铝盘一和永磁转子铝盘二、以及嵌入永磁转子铝盘一和永磁转子铝盘二槽内的永磁体；
所述定子固定在机壳上，定子上有三相对称绕组，直接与电网相连。
作为优选，所述异步转子直接与风力涡轮机相连或通过齿轮箱与风力涡轮机相连。
作为优选，所述异步转子内安装有异步转子轴承和异步转子转轴，所述永磁转子内安装有永磁转子轴承和永磁转子转轴，所述异步转子与永磁转子相对独立，相互之间没有机械连接，异步转子的转速高于永磁转子的转速。
作为优选，所述永磁体选用高磁能积的钕铁硼材料，按极性均匀相间的顺序放置，每块永磁体均沿轴向充磁。
作为优选，所述定子采用三相对称分布式绕组，可以有铁芯，也可以没有铁芯。
本发明电机运行时，能量从风机传向异步转子，从异步转子传向永磁转子，再由永磁转子传向定子，最终传入电网。风速发生变化时，电机会自动调整异步转子和永磁转子之间的转差，保证定子输出频率不变的电能。
有益效果：本发明的轴向磁通永磁感应电机与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明所示的永磁感应电机可看作是一台异步电机和一台同步电机的有机结合，同时具有双馈式风力发电机和直驱式风力发电机的优点，无需借助电刷、滑环和变换器，电机可在保持较高效率和功率因数的前提下直接并网发电。
2、采用轴向磁通盘式结构，具有结构简单、运行可靠、散热性能好等多种优点，特别适合垂直轴风力发电系统，配合垂直轴风机所具有的风能利用率高、启动风速低、无噪音等优点，将大大提高整个风力发电系统的性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1沿A-A方向的剖视图；
图3为图1沿B-B方向的剖视图；
图4为本发明定子与转子的爆炸图。
图中各标号：1、异步转子转轴，2、异步转子轴承，3、永磁体，4、永磁转子背铁，5、定子，6、机壳，7、永磁转子轴承，8、异步转子背铁，9、永磁转子铝盘一，10、永磁转子铝盘二，11、异步转子铜盘。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1、2、3和4所示，一种轴向磁通永磁感应风力发电机，包括一个异步转子、一个永磁转子和一个定子5，所述永磁转子安装在异步转子和定子5之间；
所述异步转子包括异步转子背铁8、以及用螺栓固定在异步转子背铁8上的异步转子铜盘11；
所述永磁转子包括永磁转子背铁4、用螺栓固定在永磁转子背铁4两侧的开槽的永磁转子铝盘一9和永磁转子铝盘二10、以及嵌入永磁转子铝盘一9和永磁转子铝盘二10槽内的永磁体3；
所述定子5固定在机壳6上，定子5上有三相对称绕组，直接与电网相连。
所述异步转子直接与风力涡轮机相连或通过齿轮箱与风力涡轮机相连。所述异步转子内安装有异步转子轴承2和异步转子转轴1，所述永磁转子内安装有永磁转子轴承7和永磁转子转轴，所述异步转子与永磁转子相对独立，相互之间没有机械连接，异步转子的转速高于永磁转子的转速。所述定子5采用三相对称分布式绕组，可以有铁芯，也可以没有铁芯。所述永磁体3选用高磁能积的钕铁硼材料，按极性均匀相间的顺序放置，每块永磁体3均沿轴向充磁。10块永磁体3按照图3所示的方式，N-S相间地分布。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种轴向磁通永磁感应风力发电机，其特征在于：包括一个异步转子、一个永磁转子和一个定子，所述永磁转子安装在异步转子和定子之间； 
所述异步转子包括异步转子背铁、以及用螺栓固定在异步转子背铁上的异步转子铜盘： 
所述永磁转子包括永磁转子背铁、用螺栓固定在永磁转子背铁两侧的开槽的永磁转子铝盘一和永磁转子铝盘二、以及嵌入永磁转子铝盘一和永磁转子铝盘二槽内的永磁体； 
所述定子固定在机壳上，定子上有三相对称绕组，直接与电网相连； 
所述异步转子直接与风力涡轮机相连或通过齿轮箱与风力涡轮机相连； 
所述异步转子内安装有异步转子轴承和异步转子转轴，所述永磁转子内安装有永磁转子轴承和永磁转子转轴，所述异步转子与永磁转子相对独立，相互之间没有机械连接，异步转子的转速高于永磁转子的转速。 
2.根据权利要求1所述的一种轴向磁通永磁感应风力发电机，其特征在于：所述永磁体选用高磁能积的钕铁硼材料，按极性均匀相间的顺序放置，每块永磁体均沿轴向充磁。 
3.根据权利要求1所述的一种轴向磁通永磁感应风力发电机，其特征在于：所述定子采用三相对称分布式绕组。 
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