CN104052219A - 一种磁悬浮双定子永磁风力发电机 - Google Patents

一种磁悬浮双定子永磁风力发电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磁悬浮双定子永磁风力发电机，包括主轴、轴向定子、径向内定子、转子、径向外定子和风叶，轴向定子为两个，轴向定子和所述径向内定子均固定在主轴上，每个轴向定子上嵌套有轴向悬浮绕组，所述径向内定子上嵌有第一发电绕组，所述径向外定子上依次嵌有径向悬浮绕组和第二发电绕组，所述转子为U形转子，所述转子的两悬臂均位于所述第一发电绕组和所述第二发电绕组之间，所述转子的每个悬臂的内表面与外表面分别贴有内贴永磁体和外贴永磁体，所述转子的两悬臂连接段位于所述两个轴向定子之间，所述风叶固定在所述转子的两悬臂连接段上。本发明使得发电机的工作效率及耐环境性显著增强；同时采用双定子的结构，提升了发电量。

Description

一种磁悬浮双定子永磁风力发电机
技术领域
本发明涉及直驱式磁悬浮风力发电机领域，尤其涉及一种新型的磁悬浮双定子发电机，特别适合用于风力发电等可再生能源发电系统中。
背景技术
将磁悬浮绕组和电机定子绕组有规律的绕在一起，实现电机的无轴承化，最早是由R.Bosch于八十年代提出的。现阶段磁悬浮应用比较广泛的领域有磁悬浮异步电机、磁悬浮永磁同步电机和磁悬浮开关磁阻电机。双定子永磁电机实际上是相当于两个永磁电机，其充分利用了发电机内部空间，提高了发电机功率密度和利用率，且降低了生产成本。而将磁悬浮技术应用于双定子永磁发电机中，国内外几乎是没有的。
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：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
为了能够充分利用发电机的内部空间，提高发电架功率密度和利用率，本发明提供一种能够实现自悬浮的双定子永磁风力发电机。
本发明采取的技术方案为：一种磁悬浮双定子永磁风力发电机，一种磁悬浮双定子永磁风力发电机，其特征在于，包括主轴、轴向定子、径向内定子、转子、径向外定子和风叶，所述轴向定子为两个，所述轴向定子和所述径向内定子均固定在所述主轴上，所述每个轴向定子上嵌套有轴向悬浮绕组，所述径向内定子上嵌有第一发电绕组，所述径向外定子上依次嵌有径向悬浮绕组和第二发电绕组，所述转子为U形转子，所述转子的两悬臂均位于所述第一发电绕组和所述第二发电绕组之间，所述转子的每个悬臂的内表面与外表面分别贴有内贴永磁体和外贴永磁体，所述转子的两悬臂连接段位于所述两个轴向定子之间，所述风叶固定在所述转子的两悬臂连接段上。
上述方案中，所述第一发电绕组与第二发电绕组均采用分数槽集中绕组接线方式。
上述方案中，所述径向悬浮绕组为四套，每套所述径向悬浮绕组相互独立，分别用四个独立的控制电路来控制所述径向悬浮绕组的悬浮力。
上述方案中，所述内贴永磁体与所述外贴永磁体的对数为22对，且极数和极弧系数都相同，永磁体磁路结构采用串联结构。
上述方案中，所述两个轴向悬浮绕组分别用二个独立的控制电路来控制每个轴向悬浮绕组的轴向悬浮力。
本发明的技术效果：通过磁悬浮技术实现风力发电机转子的自悬浮，使得发电机的工作效率及耐环境性显著增强；同时采用双定子的结构，提升了发电量。
附图说明
图1为本发明装置的轴向结构示意图；
图2为本发明装置的径向结构示意图；
图3为本发明装置的轴向定子侧视结构图。
图4为本发明装置的径向悬浮绕组接线图。
其中：1、径向外定子；2、径向悬浮绕组；3、外贴永磁体；4、风叶；5、轴向定子；6、第二发电绕组；7、内贴永磁体；8、主轴；9、径向内定子；10、第一发电绕组；11、转子；12、轴向悬浮绕组； 
●表示悬浮绕组中电流的流出，×表示悬浮绕组中电流流入。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1、图2和图3所示，一种新型磁悬浮双定子永磁风力发电机，由主轴8、轴向定子5、径向内定子9、转子11和径向外定子1组成；所述径向内定子9内嵌入第一发电绕组10，所述径向内定子9与所述主轴8固定连接；所述轴向定子5内嵌入轴向悬浮绕组12，所述轴向定子5与所述主轴8固定连接；所述转子11的内表面与外表面分别贴有内贴永磁体7和外贴永磁体3，所述转子11与所述风叶4连接；所述径向外定子1嵌入第二发电绕组6和径向悬浮绕组2，所述径向外定子槽分为内外两层，所述第二发电绕组6嵌于所述径向外定子槽内层，所述径向悬浮绕组2嵌于所述径向外定子槽外层所述径向悬浮绕组、轴向悬浮绕组共同控制电机转子的稳定悬浮。所述内贴永磁体7与所述外贴永磁体3的对数为22。所述第一发电绕组10与第二发电绕组6均采用分数槽集中绕组接线方式。所述径向悬浮绕组2为四套，每套所述径向悬浮绕组2相互独立，分别用四个独立的控制电路来控制径向悬浮力。所述转子11为U型。所述轴向悬浮绕组12分别用二个独立的控制电路来控制轴向悬浮力。
所述控制系统在径向的悬浮控制原理是：如图3所示，径向外定子1共有24个槽，每套径向悬浮绕组2各占6个槽，即共有四套悬浮绕组，通过单独控制每个所述径向悬浮绕组2中电流的大小，以获得所需的悬浮力。x方向上的悬浮力是由所述径向悬浮绕组2中的电流ix1和ix2控制，当ix1导通时，产生x正方向的悬浮力，反过来，当ix2导通时，产生x负方向的悬浮力；同理，y方向上也可以产生正、负方向上的悬浮力；x方向上和y方向悬浮力可以合成任意方向的悬浮力，从而实现发电机的所述转子11径向的自悬浮功能。图中ix1+、ix1-和ix2+、ix2-为x轴正方向和负方向所流入和流出的电流，iy1+、iy1-和iy2+、iy2-为y轴正方向和负方向所流入和流出的电流。以径向上一个自由度为例说明，若所述转子11向x正方向偏移一定距离，使得x正方向的气隙长度缩短，负方向的气隙长度增大，即导致在x方向上正方向的气隙磁密大于负方向的气隙磁密，为了使得所述转子11回到平衡位置，可以增加x负方向所述径向悬浮绕组2中的电流ix2+、ix2-，减小x正方向所述径向悬浮绕组2中的电流ix1+、ix1-，所述转子11就可以回到平衡位置。径向其他方向上的悬浮控制原理与之相同。
所述控制系统在轴向的悬浮控制原理是：通过调整所述轴向定子5上的悬浮绕组电流大小，使得所述转子11回到轴向的平衡位置。若所述转子11在轴向受到向右的力，使得所述转子11整体向右偏移，此时所述转子11与左边所述轴向定子5间的气隙长度大于所述转子11与右边所述轴向定子5之间的气隙长度，这时可以增大左边所述轴向定子5上的所述轴向悬浮绕组12的电流，同时减小右边所述轴向定子5上的所述轴向悬浮绕组12的电流，就可以使得所述转子11回到轴向的平衡位置。

Claims (5)

1.一种磁悬浮双定子永磁风力发电机，其特征在于，包括主轴（8）、轴向定子（5）、径向内定子（9）、转子（11）、径向外定子（1）和风叶（4），所述轴向定子（5）为两个，所述轴向定子（5）和所述径向内定子（9）均固定在所述主轴（8）上，所述每个轴向定子（5）上嵌套有轴向悬浮绕组（12），所述径向内定子（9）上嵌有第一发电绕组（10），所述径向外定子（1）上依次嵌有径向悬浮绕组（2）和第二发电绕组（6），所述转子（11）为U形转子，所述转子（11）的两悬臂均位于所述第一发电绕组（10）和所述第二发电绕组（6）之间，所述转子（11）的每个悬臂的内表面与外表面分别贴有内贴永磁体（7）和外贴永磁体（3），所述转子（11）的两悬臂连接段位于所述两个轴向定子（5）之间，所述风叶（4）固定在所述转子（11）的两悬臂连接段上。
2.如权利要求1所述的一种磁悬浮双定子永磁风力发电机，其特征在于，所述第一发电绕组（10）与第二发电绕组（6）均采用分数槽集中绕组接线方式。
3.如权利要求1所述的一种磁悬浮双定子永磁风力发电机，其特征在于，所述径向悬浮绕组（2）为四套，每套所述径向悬浮绕组（2）相互独立，分别用四个独立的控制电路来控制所述径向悬浮绕组（2）的悬浮力。
4.如权利要求1所述的一种磁悬浮双定子永磁风力发电机，其特征在于，所述内贴永磁体（7）与所述外贴永磁体（3）的对数为22对，且极数和极弧系数都相同，永磁体磁路结构采用串联结构。
5.如权利要求1所述的一种磁悬浮双定子永磁风力发电机，其特征在于，所述两个轴向悬浮绕组（12）分别用二个独立的控制电路来控制每个轴向悬浮绕组（12）的轴向悬浮力。
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