CN106357075A - 场调制永磁风力发电机 - Google Patents

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王晨
黄金霖
曹光华
王亮
闫其路
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Abstract

本发明公开了一种场调制永磁风力发电机,包括定子和套设在定子上的转子;定子为圆筒状且外壁上沿径向方向部分向外延伸形成多根定子齿,多根定子齿绕定子的中心轴线均匀设置;定子齿上绕制有双层定子绕组,并且定子齿的个数为16‑20个;转子包括多个扇形的转子永磁体和多个扇形的转子铁心,转子永磁体和转子铁心间隔设置并连接形成一个完整的环形的转子;其中,转子永磁体为聚磁式结构,且充磁方式为Halbach充磁;转子外侧套设有磁障,转子内壁和定子外壁之间的气隙中还设有磁调环。该场调制永磁风力发电机结构简单、转动顺畅,对低速直驱的应用要求适用性更强。

Description

场调制永磁风力发电机
技术领域
[0001]本发明涉及发电机,具体地,涉及场调制永磁风力发电机。
背景技术
[0002]随着科学技术水平的发展与人民生活质量的不断提高,环境问题越发引起人们的注意。因此,需要更多的清洁能源代替传统的火力发电。而风能由于其无污染性,无耗能性,来源于大自然等优势,深受人们的欢迎,由此风力发电的技术在摸索前进的道路上越发成熟。
[0003]而在风力发电领域中:1、传统的风力发电机由其驱动的风力机一般工作在较低转速状态,为构成高速发电系统,则需要在传动链中增加机械式增速齿轮箱,这样一来增加了发电系统的体积和重量,并且存在机械损耗大、可靠性差、需要定期维护等缺点。2、直驱式风力发电系统直接利用风力机驱动发电机发电,取消了增速齿轮,同时改善了发电系统的可靠性、效率、动态响应速度和运行成本。然而,为了使得输出电压和频率在正常范围内,传统的低速直驱永磁同步发电机需要采用较大的定转子直径和较多的极对数,由此会造成电机体积大,制造成本高、功率密度低等问题。
[0004]因此,为了改善上述风力发电机存在的问题,急需要提供一种适于低速直驱的风力发电机。
发明内容
[0005]本发明的目的是提供一种场调制永磁风力发电机,该场调制永磁风力发电机结构简单、转动顺畅,对低速直驱的应用要求适用性更强。
[0006]为了实现上述目的,本发明提供了一种场调制永磁风力发电机,包括定子和套设在定子上的转子;其中,
[0007]定子为圆筒状且外壁上沿径向方向部分向外延伸形成多根定子齿,多根定子齿绕定子的中心轴线均匀设置;定子齿上绕制有双层定子绕组,并且定子齿的个数为16-20个;
[0008]转子包括多个扇形的转子永磁体和多个扇形的转子铁心,转子永磁体和转子铁心间隔设置并连接形成一个完整的环形的转子;其中,转子永磁体为聚磁式结构,且充磁方式为Halbach充磁;
[0009] 转子外侧套设有磁障,转子内壁和定子外壁之间的气隙中还设有磁调环。
[0010]优选地,转子永磁体的排布方式为聚磁内置式。
[0011] 优选地,磁调环上沿周向方向布设有多个磁块,多个磁块与多根定子齿一一对应设置且磁块上靠近定子齿的一面的两侧拐角处形成斜角结构。
[0012]优选地,定子齿的个数为18个。
[0013]根据上述技术方案,本发明设计的定子为圆筒状且外壁上沿径向方向部分向外延伸形成多根定子齿,多根定子齿绕定子的中心轴线均匀设置,并且定子齿上绕制有定子绕组;转子包括多个扇形的转子永磁体和多个扇形的转子铁心,转子永磁体和转子铁心间隔设置并连接形成一个完整的环形的转子;而在转子外侧套设有磁障,转子内壁和定子外壁之间的气隙中还设有磁调环。根据电机学原理,较快的磁场变化速率可以感应出较高的电动势幅值。同时,如果绕组绕制的极对数较少,需要的定子槽数可以相对减少,可以达到简化定子结构的目的。场调制电机在考虑气隙磁场的组成中,选择定子槽数略大于转子极对数,保证气隙中定子槽数即转子极对数对极谐波磁场具有较小的极对数和较高的旋转速度。如此,不但实现了定子电枢磁场高速设计,简化结构,而且能够使得转子继续保持低速旋转,满足直驱应用的要求。同时,相比于传统永磁同步电机,在场调制电机中,气隙有效谐波磁场的额外作用以进一步提高了电机的转矩传递能力。
[0014]本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0015]附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0016]图1是根据本发明提供的一种实施方式中的场调制永磁风力发电机的结构示意图;
[0017]图2是根据本发明提供的一种实施方式中的场调制永磁风力发电机的爆炸图。
[0018] 附图标记说明
[0019] 1-转子永磁体 2-定子
[0020] 3-磁障 4-转子铁心[0021 ] 5-磁调环 6-定子齿
具体实施方式
[0022]以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
[0023]在本发明中,在未作相反说明的情况下,“内、外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位,或为本领域技术人员理解的俗称,而不应视为对该术语的限制。
[0024]参见图1,本发明提供一种场调制永磁风力发电机,包括定子2和套设在定子2上的转子;其中,
[0025]定子2为圆筒状且外壁上沿径向方向部分向外延伸形成多根定子齿6(如图2所示),多根定子齿6绕定子2的中心轴线均匀设置;定子齿6上绕制有双层定子绕组,并且定子齿6的个数为16-20个;
[0026] 转子包括多个扇形的转子永磁体I和多个扇形的转子铁心4,转子永磁体I和转子铁心4间隔设置并连接形成一个完整的环形的转子;其中,转子永磁体I为聚磁式结构,且充磁方式为Halbach充磁;
[0027] 转子外侧套设有磁障3,转子内壁和定子2外壁之间的气隙中还设有磁调环5。
[0028]通过上述技术方案,设计的定子2为圆筒状且外壁上沿径向方向部分向外延伸形成多根定子齿6,多根定子齿6绕定子2的中心轴线均勾设置,并且定子齿6上绕制有定子绕组;转子包括多个扇形的转子永磁体I和多个扇形的转子铁心4,转子永磁体I和转子铁心4间隔设置并连接形成一个完整的环形的转子;而在转子外侧套设有磁障3,转子内壁和定子2外壁之间的气隙中还设有磁调环5。根据电机学原理,较快的磁场变化速率可以感应出较高的电动势幅值。同时,如果绕组绕制的极对数较少,需要的定子槽数可以相对减少,可以达到简化定子结构的目的。场调制电机在考虑气隙磁场的组成中,选择定子槽数略大于转子极对数,保证气隙中定子槽数即转子极对数对极谐波磁场具有较小的极对数和较高的旋转速度。如此,不但实现了定子电枢磁场高速设计,简化结构,而且能够使得转子继续保持低速旋转,满足直驱应用的要求。同时,相比于传统永磁同步电机,在场调制电机中,气隙有效谐波磁场的额外作用以进一步提高了电机的转矩传递能力。而为了减少漏磁,降低铁耗以进一步地提高电机的运行效率,优选永磁体充磁方式为Halbach充磁。
[0029]在本实施方式中,为了使得永磁体在转子旋转过程中承受压应力,提高转子机械强度,优选地,转子永磁体I的排布方式为内置式。
[0030]此外,为了优化齿槽转矩,优选地,磁调环5上沿周向方向布设有多个磁块,多个磁块与多根定子齿6—一对应设置且磁块上靠近定子齿6的一面的两侧拐角处形成斜角结构。这样,磁块采用斜角结构能够起到减小齿槽转矩的作用。
[0031]另外,进一步地优化定子齿的数量以使得该磁场调制型永磁电机更加适合作为风力发电机,优选地,定子齿6的个数为18个。
[0032]以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0033]另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0034]此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (4)

1.一种场调制永磁风力发电机,其特征在于,包括定子(2)和套设在所述定子(2)上的转子; 所述定子(2)为圆筒状且外壁上沿径向方向部分向外延伸形成多根定子齿(6),多根所述定子齿(6)绕所述定子(2)的中心轴线均匀设置;所述定子齿(6)上绕制有双层定子绕组,并且所述定子齿(6)的个数为16-20个; 所述转子包括多个扇形的转子永磁体(I)和多个扇形的转子铁心(4),所述转子永磁体(I)和转子铁心(4)间隔设置并连接形成一个完整的环形的转子;其中,所述转子永磁体(I)为聚磁式结构,且充磁方式为Halbach充磁; 所述转子外侧套设有磁障(3),所述转子内壁和所述定子(2)外壁之间的气隙中还设有磁调环(5)。
2.根据权利要求1所述的场调制永磁风力发电机,其特征在于,所述转子永磁体(I)的排布方式为聚磁内置式。
3.根据权利要求1所述的场调制永磁风力发电机,其特征在于,所述磁调环(5)上沿周向方向布设有多个磁块,多个所述磁块与多根所述定子齿(6)—一对应设置且所述磁块上靠近所述定子齿(6)的一面的两侧拐角处形成斜角结构。
4.根据权利要求1所述的场调制永磁风力发电机,其特征在于,所述定子齿(6)的个数为18个。
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