CN103715849B - 一种直驱式磁悬浮风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种直驱式磁悬浮风力发电机，该发电机由内定子、外定子和杯型转子构成，内定子外表面等间隔设置八个径向悬浮绕组用以实现转子径向两个自由度上的悬浮；转子做成中空状杯型转子，在该转子的筒部表面等间隔放置永磁体，且这些永磁体为径向充磁，在转子的筒部均匀对称分布4个相同大小的空心槽；在杯型转子的内端面和内定子的外端面等间隔放置四对永磁体，在杯型转子的外端面和外定子的内端面同样也等间隔的放置四对永磁体，这八对永磁体能够实现轴向和旋转方向上的被动悬浮<b>。</b>该发电机能够很好的解决悬浮绕组和发电绕组之间的耦合关系，同时可以实现该发电机在五个自由度方向上的悬浮。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电等可再生能源发电领域，尤其是一种直驱式磁悬浮风力发电机。
背景技术
人类的生存和发展离不开能源，能源问题与人类文明的演进息息相关，随着社会和经济的发展，能源的消耗在急剧增长。对于像煤、石油、天然气等这些不可再生的矿物燃料能源几乎快要消耗殆尽了。为了实现人类社会未来的可持续发展与解决化石能源带来的环境问题，必须大力发展新型能源。风能是一种干净的，储能极为丰富的可再生能源，不会随着其本身的转化和利用而减少，因此也可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源。
将磁悬浮技术应用到传统的风力发电机系统中，具有以下几个特点：将磁悬浮技术应用于传统的风力发电机转子系统中使得转子能够实现自悬浮，省去了传统的轴承；大幅度降低了转子和轴承之间的摩擦力、摩擦力矩；运用磁悬浮技术后无需润滑和密封，耐环境性强；能够实现风力发电机的“轻风起动、微风发电”。
发明内容
本发明目的是提出一种直驱式磁悬浮风力发电机，该发电机能够很好的解决悬浮绕组和发电绕组之间的耦合关系，同时可以实现该发电机在五个自由度方向上的悬浮。
本发明的技术方案是：一种直驱式磁悬浮风力发电机，该发电机由内定子、外定子和杯型转子构成。所述外定子电枢齿内嵌入发电绕组用以输出发电机所发的电量；所述内定子外表面等间隔设置八个径向悬浮绕组用以实现转子径向两个自由度上的悬浮；所述转子做成中空状杯型转子，在该转子的筒部表面等间隔放置永磁体，且这些永磁体为径向充磁，在转子的筒部均匀对称分布4个相同大小的空心槽；发电机转子为一个杯型转子，在杯型转子的内端面和内定子的外端面等间隔放置四对永磁体、其中这四对永磁体两两相对，且极性两两相同；在杯型转子的外端面和外定子的内端面同样也等间隔的放置四对永磁体，且四对永磁体两两相对，极性两两相同，这8对永磁体能够实现轴向和旋转方向上的被动悬浮；所述发电机中使用备用轴承用以支承发电机转子，备用轴承安装在主轴上，其具体作用是风力发电机静止或者悬浮绕组出现问题时起到临时支承发电机转子的功能；所述风力发电机转子通过轮毂与风叶直接相连，所以该发电机为直驱型风力发电机。
与现有技术相比，本发明有益效果是：
（1）将悬浮绕组和发电绕组分开放置，悬浮绕组绕制在内定子上，发电绕组绕制在外定子上，同时中间采用空心转子进行隔磁，能够很好的解决现有主动磁悬浮技术中悬浮绕组和发电绕组的强耦合问题；
（2）转子采用杯型转子结构且中间为中空形状，起到了阻隔悬浮绕组和发电绕组的功能，同时也能够降低大功率发电机中整个发电机的重量；
（3）径向采用凸极式结构，且极数为8极，能够很好的固定悬浮绕组且能够大大减少两极磁路之间的耦合；
（4）轴向采用被动磁悬浮控制，径向采用主动磁悬浮控制，能够实现电机在五个自由度上的稳定悬浮。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明转子端面一侧的永磁体分布图；
图3是本发明空心转子的内部径向剖分图；
其中：1、外定子；2、发电绕组；3、永磁体；4、风叶；5、轴向被动磁悬浮永磁体；6、备用轴承；7、径向悬浮绕组；8、内定子；9、转子；10、杯型转子外侧的端面；11、转子的空心槽。
具体实施方式
如图1所示，本发明的结构示意图，外定子1的槽中嵌入发电绕组2，且发电绕组2为双层短节距绕组；转子9为空心结构，在转子9上表贴永磁体3，且永磁体采用径向充磁；内定子8采用8极凸极结构，且分别绕制8组径向悬浮绕组7；为了能够实现发电机轴和旋转方向三个自由度的悬浮，在转子9的内外两个端面、内定子8的外端面、外定子1的内端面共放置8对轴向被动悬浮永磁体5，且轴向被动悬浮永磁体5的相对面极性两两相同。同时采用备用轴承6，当起动瞬间或者径向悬浮绕组7出现故障时保证风力发电机的正常工作。
图2所示为本发明杯型转子外侧的端面10上轴向被动悬浮永磁体5的分布图，四个轴向被动悬浮永磁体5用隔磁材料固定在杯型转子外侧的端面10上，外定子1内端面相同位置上固定极性与之相同的四个轴向被动悬浮永磁体5，使其相互制约从而控制转子的位置，图中只画了杯型转子外侧的端面10，转子9内侧端面的轴向被动悬浮永磁体5布置与外侧的相同，且内定子8外侧端面上相应位置也固定了与转子9内侧端面的轴向被动悬浮永磁体5极性相同的轴向被动悬浮永磁体5，转子9内外端面、内定子8外端面、外定子1内端面上一共8对轴向被动悬浮永磁体5共同控制转子9轴向和旋转方向的被动悬浮。
图3所示为本发明杯型转子的筒部径向剖分图，其中11为转子的空心槽，其类似于实心转子中挖空了一部分，4个相同大小的转子的空心槽11均匀对称分布在转子的筒部，这部分空心结构就是解决悬浮绕组和定子绕组之间相互耦合的关键所在。
径向悬浮具体实施步骤为：内定子8共有8极凸极结构，且分别绕制8组径向悬浮绕组7，每两极的径向悬浮绕组7共同控制径向的一个方向，即可分别控制径向四个方向，且四个方向上的径向悬浮绕组7单独控制。以径向上下一个自由度为例说明，若检测到转子9不在中心平衡位置，且往下偏移，此时内定子8与转子9之间上部气隙和下部气隙大小不等，即下部气隙长度大于上部气隙长度，这样就导致了在气隙的下部磁密小于上部磁密。为了使得转子9回到平衡位置，可以增加内定子8径向下部两个径向悬浮绕组7中的电流，减小内定子8上部两个径向悬浮绕组7中电流的大小。径向左右方向上悬浮力控制原理与之相同。
在轴向控制方面，本发明中轴向采用被动磁悬浮来实现轴向和旋转方向上的悬浮控制。其悬浮机理为：若在轴向上转子9受到一个向左的力的作用，使得转子9左移，这将导致了转子9与内定子8之间的距离减小，转子9与外定子1之间的距离增大。又由于转子9与内外定子所贴磁铁同性相对，根据内定子8与转子9间同性相斥的原理，会将转子推回到平衡位置。对于旋转方向，即可根据永磁体之间的磁拉力实现稳定悬浮。
Claims (4)
1.一种直驱式磁悬浮风力发电机，由内定子(8)、外定子(1)和转子(9)构成，其特征在于：内定子(8)位于发电机最内部，内定子(8)采用8极凸极结构，每极凸极结构上绕制一组径向悬浮绕组(7)；转子(9)为中空状杯型结构，将内定子(8)包裹在转子(9)中，在转子(9)的筒部表面表贴永磁体(3)，永磁体(3)采用径向充磁，在转子(9)的筒部均匀对称分布4个相同大小的空心槽(11)；外定子(1)位于发电机的最外部，外定子(1)的槽中嵌入发电绕组(2)。
2.根据权利要求1所述的一种直驱式磁悬浮风力发电机，其特征在于：所述转子(9)的内端面和内定子(8)的外端面等间隔放置四对轴向被动磁悬浮永磁体(5)，这四对轴向被动磁悬浮永磁体(5)两两相对，极性两两相同；所述转子(9)的外端面和外定子(1)的内端面等间隔放置四对轴向被动磁悬浮永磁体(5)，这四对轴向被动磁悬浮永磁体(5)两两相对，极性两两相同。
3.根据权利要求1所述的一种直驱式磁悬浮风力发电机，其特征在于：所述发电绕组(2)为双层短节距绕组。
4.根据权利要求1所述的一种直驱式磁悬浮风力发电机，其特征在于：所述转子(9)通过轮毂与风叶(4)直接相连。
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| CN201307818Y (zh) * | 2008-11-07 | 2009-09-09 | 鹤山市鹤龙机电有限公司 | 一种小型直驱永磁同步风力发电机及其小型风力发电系统 |
| CN201956848U (zh) * | 2011-03-10 | 2011-08-31 | 山东瑞其能电气有限公司 | 多层绕组永磁同步风力发电机 |
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