CN107579640A - 一种低转动惯量的永磁风力电机 - Google Patents

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Abstract

一种低转动惯量的永磁风力电机，属于特种电机技术领域，包括轴、电枢铁心、第一电枢绕组、第二电枢绕组、转子铁心、永磁体、永磁铁心和外壳。其特征在于：转子铁心的圆盘上均有4k个均布的扇形通孔，k为正整数；转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的永磁铁心和电枢铁心，永磁铁心朝向转子铁心的一面有6k个扇形的永磁体，电枢铁心朝向转子铁心的一侧均布有12k个扇形凸起的电枢极，每两个电枢极上绕有一个第一电枢绕组，沿顺时针方向的第奇数个电枢极上绕制有第二电枢绕组。本发明的技术转子铁心转动惯量小，响应迅速；具备消弱减磁电枢反应、提高功率密度的第二绕组，因此非常适合作为微风起动的风力发电机。

Description

一种低转动惯量的永磁风力电机
技术领域
一种低转动惯量的永磁风力电机，属于特种电机技术领域
背景技术
随着资源的日益枯竭和环境保护意识的加强，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。传统的风力发电机有直流电机、异步和同步交流电机，不论何种电机，均有定子和转子两大部件组成，靠转子在变化的磁场内的转动，绕组产生感应电动势，从而将风轮捕获的风能转化为电能。
永磁风力电机具有高功率密度、高效率、高可靠性、低维护成本和电网兼容性能好的特点，是风力发电机最具发展前景的技术。但是，目前永磁发电机一般将永磁体贴装于转子的表面，导致转子强度不足且安装工艺较为复杂。
目前在风力发电系统广泛使用永磁电机，大多数电机的永磁体仍置于转子侧。例如申请号：201610902586.X的专利申请：场调制永磁风力发电机，包括定子和套设在定子的转子。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，定子齿上绕制有双层定子绕组；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转子。
另外，也有一些相关的专利文献，例如申请号为：201710165453.3：各相独立的五相永磁风力发电机。包括定子铁心、外转子铁心、电枢绕组、定子固定块和轴。该发明电机定子铁心相互独立，绕在定子极上的绕组因此互相隔离，当其中一相出现故障时，其余绕组可以容错运行，提高了系统的可靠性。
申请号：200910309803.4的专利：一种直驱永磁风力发电机。包括心轴，心轴上部为环状阶梯形，主轴承内圈安装于心轴上部，主轴承内圈一端面与心轴台阶端面接触，主轴承内圈另一端面与挡板接触。该发明的主轴承重量轻，定子和转子间气隙调整方便，密封圈可换。
还有专利申请号：201510057751.1的专利：一种无铁心双气隙轴向磁通永磁风力发电机。该发明电机具有结构简单，启动轻便发电效率和质量高，噪声小，它适用于小型直驱式垂直轴风力发电系统，可广泛应用于城市、海岛、渔船等发电设备移动灵活性好，发电质量和效率较高的场合。
本发明的技术转子铁心转动惯量小，响应迅速；具备消弱减磁电枢反应、提高功率密度的第二绕组，因此非常适合作为微风起动的风力发电机。转动惯量作为电机的一项参数指标，对电机的很多性能都有影响：转动惯量将导致电机的机电时间常数变大、灵敏度差、转矩波动较大、在低速运转时不平稳，换向火花带来无线电干扰，并影响电机寿命，使电机的使用受到一定限制。因此降低转动惯量可以有效的提高直流伺服电机快速响应能力、实现高精度，改善性能的目标。
发明内容
为了发明一种低转动惯量永磁风力电机，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：
一种低转动惯量的永磁风力电机，包括轴、电枢铁心、第一电枢绕组、第二电枢绕组、转子铁心、永磁体、永磁铁心和外壳，其特征在于：
呈圆盘状的第一转子铁心固定在轴上，转子铁心的圆盘上均有4k个均布的扇形通孔，k为正整数；转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的永磁铁心和电枢铁心，永磁铁心朝向转子铁心的一侧均匀固定有6k个呈扇形的永磁体，沿圆周方向相邻的永磁体充磁方向相反；
电枢铁心朝向转子铁心的一侧均布有12k个扇形凸起的电枢极，每两个电枢极上绕有一个第一电枢绕组，第一电枢绕组的中心线在轴向上与永磁体的中心线对齐；沿顺时针方向的第奇数个电枢极上绕制有第二电枢绕组，第二电枢绕组为集中式绕组；绕在同一个极上的第一电枢绕组和第二电枢绕组串联。
一种低转动惯量的永磁风力电机，其特征在于：永磁体的扇形角度为30/k度。
一种低转动惯量的永磁风力电机，其特征在于：电枢铁心和永磁铁心由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成。
本发明的有益效果是：
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电机转子结构简单，不仅提高了电机转子的机械强度，而且更适合高速转动；
6总的磁链较短，硅钢片磁阻小，铁耗少。
附图说明
图1是本发明技术一种低转动惯量永磁风力电机的纵剖图。其中，1轴， 2风力发电机涡轮，3电枢铁心，4第一电枢绕组，5第二电枢绕组，6转子铁心，7永磁体，8永磁铁心，9外壳。
图2是永磁极示意图。其中，7永磁体，8永磁铁心。
图3转子铁心示意图。其中，1轴，6转子铁心。
图4是电枢极示意图。其中，3电枢铁心，4第一电枢绕组，5第二电枢绕组。
具体实施方式
图1是本发明技术一种低转动惯量永磁风力电机的纵剖图。其中，1轴， 2风力发电机涡轮，3电枢铁心，4第一电枢绕组，5第二电枢绕组，6转子铁心，7永磁体，8永磁铁心，9外壳。其特征在于：
呈圆盘状的第一转子铁心固定在轴上，转子铁心的圆盘上均有4k个均布的扇形通孔，k为正整数；转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的永磁铁心和电枢铁心，永磁铁心朝向转子铁心的一侧均匀固定有6k个呈扇形的永磁体，沿圆周方向相邻的永磁体充磁方向相反；
电枢铁心朝向转子铁心的一侧均布有12k个扇形凸起的电枢极，每两个电枢极上绕有一个第一电枢绕组，第一电枢绕组的中心线在轴向上与永磁体的中心线对齐；沿顺时针方向的第奇数个电枢极上绕制有第二电枢绕组，第二电枢绕组为集中式绕组；绕在同一个极上的第一电枢绕组和第二电枢绕组串联。
一种低转动惯量的永磁风力电机，其特征在于：电枢铁心、转子铁心和永磁铁心皆由导磁材料制成。
图2是永磁极示意图。其中，7永磁体，8永磁铁心。转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的永磁铁心和电枢铁心，永磁铁心朝向转子铁心的一面均匀固定有6个呈扇形的永磁体，沿圆周方向相邻的永磁体充磁方向相反；永磁体的扇形角度为30度。
图3转子铁心示意图。其中，1轴，6转子铁心。呈圆盘状的第一转子铁心固定在轴上，转子铁心的圆盘上均有4个均布的扇形通孔。
图4是电枢极示意图。其中，3电枢铁心，4第一电枢绕组，5第二电枢绕组。电枢铁心朝向转子铁心的一侧均布有12个扇形凸起的电枢极，每两个电枢极上绕有一个第一电枢绕组，第一电枢绕组的中心线在轴向上与永磁体的中心线对齐；沿顺时针方向的第奇数个电枢极上绕制有第二电枢绕组，第二电枢绕组为集中式绕组；绕在同一个极上的第一电枢绕组和第二电枢绕组串联。
其工作原理：由于本发明的励磁源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大、电枢绕组磁链最小。
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。
本申请电机作为电动机运行时，给产生正的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给产生负的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的转矩。

Claims (3)

1.一种低转动惯量的永磁风力电机，其特征在于：包括轴、电枢铁心、第一电枢绕组、第二电枢绕组、转子铁心、永磁体、永磁铁心和外壳；
呈圆盘状的第一转子铁心固定在轴上，转子铁心的圆盘上均有4k个均布的扇形通孔，k为正整数；
转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的永磁铁心和电枢铁心，永磁铁心朝向转子铁心的一侧均匀固定有6k个呈扇形的永磁体，沿圆周方向相邻的永磁体充磁方向相反；
电枢铁心朝向转子铁心的一侧均布有12k个扇形凸起的电枢极，每两个电枢极上绕有一个第一电枢绕组，第一电枢绕组的中心线在轴向上与永磁体的中心线对齐；沿顺时针方向的第奇数个电枢极上绕制有第二电枢绕组，第二电枢绕组为集中式绕组；
绕在同一个极上的第一电枢绕组和第二电枢绕组串联。
2.如权利要求1所述的一种低转动惯量的永磁风力电机，其特征在于：
永磁体的扇形角度为30/k度。
3.如权利要求1所述的一种低转动惯量的永磁风力电机，其特征在于：
电枢铁心和转子铁心和永磁铁心皆由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成。
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