CN107528441A - 一种外转子风力发电机 - Google Patents

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Abstract

一种外转子风力发电机，属于新能源发电技术领域，包括轴、涡轮扇叶、第一电枢绕组、第二电枢绕组、转子铁心、永磁体、定子铁心和外壳。其特征在于：转子铁心的内侧均有6k个均布的凸出的转子齿，k为正整数；固定在轴上的定子铁心由5k个均布的“匚”形子定子铁心组成，子定子铁心两侧为沿径向凸出的定子齿；子定子铁心中间的轭部嵌有沿轴向充磁的永磁体；所有子定子铁心一侧定子齿的根部绕有集中式的第一电枢绕组，另一侧定子齿的根部绕有集中式的第二电枢绕组。本发明的技术转子结构简单可靠，定位力和转动惯量小、响应迅速；具备消弱减磁电枢反应、提高功率密度励磁和绕线方式，因此非常适合作为微风起动的风力发电机。

Description

一种外转子风力发电机
技术领域
一种外转子风力发电机，属于新能源发电技术领域。
背景技术
能源与环境问题已经成为全球可持续发展所面临的主要问题，风能是一种可再生、无污染的绿色能源，而且储量十分丰富。风力发电机作为具有竟争力，具有发展前途的一项可再生能源技术，在全球范围内得到重视，风力发电机技术呈现出快速发展的势头。
目前，关于外转子结构风力发电机的申请专利如申请号为201410549517.6的专利：一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机。该申请电机具有起动风速低、运行可靠的特点，可用于照明、无人值守设备以及远离电网的供电场合。但该风力发电机采用磁悬浮技术导致功耗较高、控制复杂，此外该电机采用竖直轴，相较于水平轴而言，风轮的重心较高，稳定性较差。
另外，也有一些相关的专利文献，例如，申请号为201420336550.6的专利：外转式永磁无刷风力电机。该申请电机包括定子模块，转子模块，永磁体。该申请电机采用永磁体代替了电枢绕组，因而可以免去电刷，减少噪音的产生。但电机的转动组件以金属铸造一体成型，重量较重，导致整体风力驱动效能不佳。发电过程中快速振动与扭曲变形会导致外部输出导线与线圈的结合部位断裂，维修难度增加，不符合经济效益。
还有，申请号为201320159019.1的专利：直驱式外转子双凸极永磁风力发电机。该申请电机在内定子的定子轭部设置由永磁体，在外转子凸极上设有电枢绕组，具有重量轻，效率高、和动态响应快的优点。该电机直驱式结构成本较高，为了让风速很低时直驱电机能够发电，导致电机的极对数很多，结构复杂，因此不适合用作微风起动的风力发电机。
本申请技术转子结构简单可靠，定位力和转动惯量小、响应迅速；具备消弱减磁电枢反应、提高功率密度励磁和绕线方式。相较于上述申请专利，本申请专利成本低廉、结构简单，适合用作微风起动。
发明内容
为了发明一种外转子风力电机，提供一种适合微风起动的风力发电机。本发明技术采取以下技术方案：
一种外转子风力发电机，其特征在于：包括轴、涡轮扇叶、第一电枢绕组、第二电枢绕组、转子铁心、永磁体、定子铁心和外壳；
外壳通过轴承安装在轴上，涡轮扇叶固定在外壳上，外壳的圆周内侧固定转子铁心，转子铁心为外转子结构；转子铁心的内侧均有6k个均布的凸出的转子齿，k为正整数，转子齿的侧面呈扇形；转子铁心由轴向导磁的材料制成；
固定在轴上的定子铁心由5k个均布的“匚”形子定子铁心组成，子定子铁心两侧为沿径向凸出的定子齿，定子齿的侧面呈扇形，一个子定子铁心上的两个定子齿位于转子齿两侧；子定子铁心中间的轭部嵌有永磁体，永磁体沿轴向充磁，所有永磁体充磁方向一致；所有子定子铁心一侧定子齿的根部绕有集中式的第一电枢绕组，另一侧定子齿的根部绕有集中式的第二电枢绕组；同一个子定子铁心上的第一电枢绕组和第二电枢绕组绕向相反。
如上所述的一种外转子风力发电机，其特征在于：第一电枢绕组按照星形或三角形接法组成第一通道，第二电枢绕组按照星形或三角形接法组成第二通道。
如上所述的一种外转子风力发电机，其特征在于：定子铁心与轴的固定部件不导磁，轴不导磁。
本申请的有益效果：
1 转子铁心带通孔的转盘，质量轻，转动惯量小，响应迅速；
2各相绕组完全隔离，永磁体和电枢绕组隔离，短路电流不会引起故障的传播，提高了可靠性；
3定转子导磁面积大，在同样饱和的磁密下，本申请的技术磁通量大，反电势高，电机功率大；
4永磁体和电枢绕组易于散热，能适合高温运行环境；
5定位力和转动惯量小、响应迅速；
6具备消弱减磁电枢反应、提高功率密度励磁和绕线方式，因此非常适合作为微风起动的风力发电机。
附图说明
图1是本发明技术一种外转子风力发电机的纵剖图。其中1轴、2涡轮扇叶、3第一电枢绕组、4定子铁心、5永磁体、6转子铁心、7第二电枢绕组、8外壳；
图2是沿永磁体的横剖图。其中1轴、4定子铁心、3第一电枢绕组、5永磁体；
图3转子铁心示意图。其中6转子铁心、8外壳；
图4是前电枢绕组和后电枢绕组各自串联组成一个三相绕组的示意图。
具体实施方式
图1是本发明技术一种外转子风力发电机的纵剖图。其中1轴、2涡轮扇叶、3第一电枢绕组、4定子铁心、5永磁体、6转子铁心、7第二电枢绕组、8外壳。外壳通过轴承安装在轴上，涡轮扇叶固定在外壳上，外壳的圆周内侧固定转子铁心，转子铁心为外转子结构；转子铁心的内侧均有6k个均布的凸出的转子齿，k为正整数，转子齿的侧面呈扇形；转子铁心由轴向导磁的材料制成。
固定在轴上的定子铁心由5k个均布的“匚”形子定子铁心组成，子定子铁心两侧为沿径向凸出的定子齿，定子齿的侧面呈扇形，一个子定子铁心上的两个定子齿位于转子齿两侧；子定子铁心中间的轭部嵌有永磁体，永磁体沿轴向充磁，所有永磁体充磁方向一致；所有子定子铁心一侧定子齿的根部绕有集中式的第一电枢绕组，另一侧定子齿的根部绕有集中式的第二电枢绕组；同一个子定子铁心上的第一电枢绕组和第二电枢绕组绕向相反。
图2是沿永磁体的横剖图。子定子铁心中间的轭部嵌有永磁体，永磁体沿轴向充磁，所有永磁体充磁方向一致；所有子定子铁心一侧定子齿的根部绕有集中式的第一电枢绕组，另一侧定子齿的根部绕有集中式的第二电枢绕组；同一个子定子铁心上的第一电枢绕组和第二电枢绕组绕向相反。
图3转子铁心示意图。其中6转子铁心、8外壳。固定在轴上的定子铁心由5k个均布的“匚”形子定子铁心组成，子定子铁心两侧为沿径向凸出的定子齿，定子齿的侧面呈扇形，一个子定子铁心上的两个定子齿位于转子齿两侧。
图4是前电枢绕组和后电枢绕组各自串联组成一个三相绕组的示意图。第一电枢绕组按照星形或三角形接法组成第一通道，第二电枢绕组按照星形或三角形接法组成第二通道。
其工作原理：由于本发明的永磁体和电枢极在轴向上对齐，因此当转子铁心能导磁的部分与电枢极对齐时，该电枢极匝链的磁阻最小、电枢绕组磁链最大；当转子铁心的扇形通孔对齐电枢极时，该电枢极匝链的磁阻最小、电枢绕组磁链最大。
当转子铁心能导磁的部分逐渐靠近电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。当转子铁心能导磁的部分脱离电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。
由于本申请电机电枢绕组与永磁体的互感、电枢绕组匝链的磁链也在不断变化，因此如果移动转子铁心，则电枢绕组会产生感应电动势。这就是本申请电机作为发电机运行的原理。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种外转子风力发电机，其特征在于：包括轴、涡轮扇叶、第一电枢绕组、第二电枢绕组、转子铁心、永磁体、定子铁心和外壳；
外壳通过轴承安装在轴上，涡轮扇叶固定在外壳上，外壳的圆周内侧固定转子铁心，转子铁心为外转子结构；
转子铁心的内侧均有6k个均布的凸出的转子齿，k为正整数，转子齿的侧面呈扇形；转子铁心由轴向导磁的材料制成；
固定在轴上的定子铁心由5k个均布的“匚”形子定子铁心组成，子定子铁心两侧为沿径向凸出的定子齿，定子齿的侧面呈扇形，一个子定子铁心上的两个定子齿位于转子齿两侧；
子定子铁心中间的轭部嵌有永磁体，永磁体沿轴向充磁，所有永磁体充磁方向一致；
所有子定子铁心一侧定子齿的根部绕有集中式的第一电枢绕组，另一侧定子齿的根部绕有集中式的第二电枢绕组；
同一个子定子铁心上的第一电枢绕组和第二电枢绕组绕向相反。
2.如权利要求1所述的一种外转子风力发电机，其特征在于：
第一电枢绕组按照星形或三角形接法组成第一通道，第二电枢绕组按照星形或三角形接法组成第二通道。
3.如权利要求1所述的一种外转子风力发电机，其特征在于：
定子铁心与轴的固定部件不导磁，轴不导磁。
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