CN104753276A - 微风启动的永磁风力发电机 - Google Patents

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王予山
邓隐北
黄林浩
唐庆伟
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Abstract

本发明公开了一种微风启动的永磁风力发电机，发电机采用双转子的轴向磁场结构，包括主轴、定子(中间盘)和连成一体旋转的两个转子(外置的两个盘)，通称为内定子结构。此结构的特点是定子两侧正对着两个N磁极，因而磁通必须沿定子轭部轴向流通，简称NN-Torus型结构。这种永磁立轴风力发电机可在低风速、小风量情况下，输出较大的功率，适用风速的范围宽，是最一种新型高效的永磁风力发电机。

Description

微风启动的永磁风力发电机
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，特别涉及一种微风启动的永磁风力发电机。
背景技术
现有的风力发电机通常采用的是磁场方向与轴线垂直的结构，如目前技术比较成熟的广州红鹰生产的HY-400W风力发电机和江苏淮安生产的FD2-500永磁风力发电机，均为磁场方向与轴线垂直的结构。这种结构的永磁风力发电机单边磁拉力大，漏磁多；同时定子绕组按一定规律嵌放在铁芯槽中，电机运转时因齿槽效应，电磁转距会产生脉冲，因而这种结构的永磁风力发电机额定风速均较高(10～12m/s)，风叶直径偏大，在一般的风速(小于5m/s)下输出功率小，不能有效地利用风能及机组的材料(铜线、硅钢片)，利用效率低。
发明内容
本发明旨在提供一种可以在低风速、小风量情况下，能输出较大的功率、适用风速范围宽、运转效率高和材料利用率高的永磁风力发电机。
在低风速下，当发电机极数足够多，电机轴向长度与外径的比率足够小时，轴向磁场电机(磁场方向与轴线平行)的转矩和功率密度比传统径向磁场电机的大。本发明为轴向磁场永磁风力发电机，定、转子均为圆盘形，对称放置。为使电机更具对称性以消除盘与盘之间的磁拉力，为获得更大的气隙面积以增加输出功率，采用三个圆盘，按当地现场的风源风速决定。
本发明采用双转子的轴向磁场结构，包括主轴、定子(中间盘)和连成一体旋转的两个转子(外置的两个盘)，通称为内定子结构。此结构的特点是定子两侧正对着两个N磁极，因而磁通必须沿定子轭部周向流通，简称NN-Torus 型结构。
无铁芯轴向磁场的定子是由绕组注塑而成。因定子为无铁芯结构，定子、转子之间的磁拉力相应较小，适合于微风启动，低风速发电。转子由NdFeB永磁钢和转子铁芯构成，为了牢固起见，一般将永磁钢用螺丝固定在转子铁芯上，再用玻璃纤维带绑扎。为降低转子铁芯损耗，采用硅钢片卷绕或叠压制成铁芯。
通常情况下，双转子轴向磁场永磁电机(AFPM)的总体性能较好，本发明采用的是无铁芯定子开槽双转子APFM结构(NN-Torus型)，该电机的定子轭部较大，因有两个转子磁极产生的磁通通过它。定子轭长是一个重要的参数，它不仅影响电机的重量，还会影响到铁损，但是它可以使用槽满率高(约80％)的方形背对背绕组(环形绕组)。这种绕组结构简单，能均匀的环绕在铁芯上，可灵活的选择节距以改善电动势和磁动势波形；线圈尺寸相同，便于制造；可组成较多的并联支路；端部形状整齐；有利于散热和增加机械强度；背对背绕组的另一个优点是绕组的端部很短，因此大幅度减小了绕组端部的突出高度，提高了电机的功率密度和效率。
本发明AFPM立轴风力发电机可在低风速、小风量情况下，输出较大的功率，适用风速的范围宽，是一种新型高效的永磁风力发电机。
附图说明
图1为本发明AFPM风力发电机的NN-Torus型结构示意图。
图2为本发明AFPM风力发电机的NS-Torus型结构示意图。
图中：1-转子铁芯(上部)；2-永磁钢；3-定子槽部；4-定子轭部；5-转子铁芯(下部)；6-绕组导线。
具体实施方式
如图1所示，NN-Torus型定子为无铁芯结构，是由绕组注塑而成。定子上 开设有槽部3，槽内嵌制方形导线6，磁场的磁力线沿转子铁芯1和5、定子轭部4形成回路，永磁钢2采用高性能的稀土永磁NdFeB(钕铁硼)材料，用螺丝分别固定在转子铁芯1和5上，或采用环氧树脂胶紧密贴合。当风轮驱动转子旋转时，定子绕组的导线6切割磁力线而感应电势，连接上负载就可以发出电来。
与NN-Torus方案对应的，还可采用图2所示的NS-Torus方案。此型结构的特点是具有较短的定子轭，因而提高了功率密度和降低损耗，但为了产生转矩，不能用环形绕组，必须用槽满率低的叠绕组，且绕组的端部较长，导致电机的外径加大，有效材料的利用率有所下降。总之，这两种结构形式的电机性能相差不大，可根据具体情况进行选择。

Claims (4)

1.一种微风启动的永磁风力发电机，包括主轴、定子和转子，其特征在于：定、转子均为圆盘形，对称放置，为使电机更具对称性以消除盘与盘之间的磁拉力，为获得更大的气隙面积以增加输出功率，采用三个圆盘。
2.根据权利要求书1所述的一种用于微风启动的永磁风力发电机，其特征在于：采用双转子的轴向磁场，内定子结构，定子两侧正对着两个N磁极，磁通沿定子轭部周向流通。
3.根据权利要求书1所述的一种用于微风启动的永磁风力发电机，其特征在于：定子为无铁芯结构，由绕组注塑而成，定子上开设有槽部(3)，槽内嵌制导线(6)，磁场的磁力线沿转子铁芯(1)和(5)、定子轭部(4)形成回路。
4.根据权利要求书1所述的一种用于微风启动的永磁风力发电机，其特征在于：转子由高性能NdFeB永磁钢和转子铁芯构成，将永磁钢用螺丝固定在转子铁芯上，再用玻璃纤维带绑扎，为降低转子铁芯损耗，采用硅钢片卷绕或叠压制成铁芯。
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