CN109510337A - 一种交替磁极的双定子永磁发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交替磁极的双定子永磁发电机，包括由外到内依次套接的外定子、转子和内定子，所述外定子包括外定子铁芯以及缠绕在外定子铁芯槽内的外定子线圈，所述内定子包括内定子铁芯以及缠绕在内定子铁芯槽内的内定子线圈，所述转子由若干个沿圆周方向交替排列的永磁体单元和软磁体单元连接而成。利用本发明，结构简单，节省永磁体的用量，提高了单位永磁体所能产生的转矩和功率密度。
Description
技术领域
本发明属于电机领域，尤其是涉及一种交替磁极的双定子永磁发电机。
背景技术
新能源是我国未来的重点发展产业，风力发电尤其是海上风力发电在我国具有良好的前景。而为了实现更大的单机容量，降低每千瓦造价，大型化和高功率密度成为了大型直驱风力发电机的主流发展趋势。为了实现更好利用电机空间，同时实现更大的功率/永磁材料用量之比，一个很好的解决方案就是双定子永磁发电机。
但是现有双定子永磁发电机结构设计存在一些不足：对于单机容量大的双定子永磁发电机来说，其永磁体用量仍非常大，这导致了电机成本的增加，同时也使得电机转子的结构过于复杂，不便于制造安装。
因此，设计优化双定子发电机的转子结构，特别是永磁体的结构形式，使发电机既能达到额定单机容量的要求，同时又能节省永磁材料，降低制造和维修成本，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
公开号为CN104883016A的中国专利文献公开了一种双定子磁场调制型永磁电机，转子由相间排列的导磁体和非导磁体组成；外定子由外定子齿、径向充磁永磁体和电枢绕组构成，永磁体贴于外定子齿的内表面，同一定子齿上相邻永磁体的充磁方向相反；内定子仅由沿圆周方向开槽的内定子齿和置于槽内的电枢绕组构成，而无永磁体。
公开号为CN103647382A的中国专利文献公开了一种双定子高功率密度磁通切换永磁电机，该电机的转子由导磁块组成，导磁块在空间均匀分布，可间隔排列或采用连接桥连成整体；外定子包括U型导磁块、切向充磁永磁体和集中绕组；每块永磁体夹在两个相邻U型导磁块之间，集中绕组设置于U型导磁块的槽中且套住永磁体；相邻永磁体沿切向交替充磁；内定子与外定子的U型导磁块的径向轴线重合，导磁齿相对，内、外定子空间位置相同的永磁体充磁方向相反，内、外定子空间位置相同的集中绕组属于同相。
上述公开的双定子电机均通过省去转子导磁轭部，减小转子尺寸，降低铁耗来提高了功率密度和效率。但是，上述电机均存在结构复杂和永磁体的用量大的问题。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种交替磁极的双定子永磁发电机，结构简单，节省了永磁体的用量，提升了发电机整体的功率密度。
本发明采用的技术方案如下：
一种交替磁极的双定子永磁发电机，包括由外到内依次套接的外定子、转子和内定子，所述外定子包括外定子铁芯以及缠绕在外定子铁芯槽内的外定子线圈，所述内定子包括内定子铁芯以及缠绕在内定子铁芯槽内的内定子线圈，所述转子由若干个沿圆周方向交替排列的永磁体单元和软磁体单元连接而成。
本发明的电机结构，在转子受到驱动旋转时，永磁体单元和软磁体单元产生的励磁磁场以相同的速度旋转。外定子和内定子的线圈切割永磁体单元和软磁体单元产生的励磁磁场，从而产生感应电势，实现发电功能。
通过将转子设计成交替排列的永磁体单元和软磁体单元连接，软磁材料的良好导磁性能使得软磁体单元在结构上起到了与相邻磁极相反极性的磁极的作用，使得在总体转矩下降不多的情况下，减少了一半的永磁体用量，从而提高了单位永磁体所能产生的转矩和功率密度。
所述外定子铁芯和转子之间存在外气隙，所述转子和内定子铁芯之间存在内气隙。作为优选，所述外气隙与内气隙的径向间距相等。
本发明设置的外气隙和内气隙均可进行能量交换，具有更高的功率密度，可以实现更大单机容量，可根据具体工况要求调整气隙的径向间距以及内外气隙的轴向长度比。
所述永磁体单元的轴向长度与软磁体单元相同，在圆周方向与软磁体单元交替排布，两者通过圆周方向连接固定形成转子。
作为优选，所述永磁体单元和软磁体单元的形状相同，具体每个永磁体和软磁体的圆周向长度可以根据实际情况优化。每个永磁体单元的充磁方向一致，提供双定子发电机的励磁磁场。同方向充磁相比反向充磁具有更大的功率密度和转矩密度。
作为优选，永磁体单元和软磁体单元的数量相等。具体的数量可根据实际需要进行调整组合。
作为优选，所述的内定子铁芯与外定子铁芯均由同质硅钢片叠压而成，减小了双定子发电机的涡流损耗，提升了所述发电机的效率。
所述的内定子铁芯和外定子铁芯均开槽，从而形成齿部和轭部。作为优选，所述外定子铁芯与内定子铁芯沿着转子对称分布，具有相同的定子齿数，且外定子铁芯与内定子铁芯的齿部一一对齐。
所述的内定子线圈与外定子线圈材料为铜或铝等导电材料，分别安装在内、外定子铁芯的槽内。
所述的内定子线圈与外定子线圈的布置方式为统一绕组设计，在转子侧两端对称分布，可根据工况改变内外线圈的匝数比和布置方法，如交叠整距绕组、分数槽绕组等。内、外定子线圈切割转子产生的旋转励磁磁场，产生感应电压，实现发电功能。
本发明具有以下有益效果：
1、与传统双定子永磁发电机的转子结构相比，本发明将交替极转子结构引入到双定子永磁发电机中，由软磁体单元代替了半数永磁体单元，从而节省了永磁体的用量，降低了制造成本同时提升了单位永磁体所能产生的转矩和功率密度。
2、本发明的转子由永磁单元与软磁材料共同组成，结构简单，易加工和实现，同时提高了电机运行时稳定性。
3、本发明的双定子永磁电机设计，内外气隙均可进行能量交换，具有更高的功率密度，可以实现更大单机容量。
附图说明
图1为本发明交替磁极的双定子永磁发电机的轴向截面示意图。
图中：1、外定子铁芯，2、外定子线圈，3、永磁体单元，4、软磁体单元，5、内定子线圈，6、内定子铁芯。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图进一步详细描述本发明的技术内容和具体实施方式。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
如图1所示，一种交替磁极的双定子永磁发电机，图中所示为部分截面，包括：外定子铁芯1、外定子线圈2、永磁体单元3、软磁体单元4、内定子线圈5和内定子铁芯6。永磁体单元3和软磁体单元4轴向长度相同，在圆周方向交替规则排布，通过径向交界面相互固定，形成转子。外定子线圈2安装在外定子铁芯1内，内定子线圈5安装在内定子铁芯6内。外定子铁芯1与内定子铁芯6沿着转子对称分布，具有相同的定子齿数，且外定子铁芯1与内定子铁芯6的齿部一一对齐。
当双定子永磁发电机转子部分随风力驱动旋转时，永磁体单元3和软磁体单元4产生的励磁磁场以相同速度旋转。外定子线圈2与内定子线圈5分别固定于定子铁芯中，切割由永磁体单元3和软磁体单元4产生的励磁磁场，从而在外定子线圈2与内定子线圈5中分别产生感应电势，实现风力发电功能。双定子的设计使电机有两个工作气隙，从而具有高效和高功率密度的优点。
永磁体单元3和软磁体单元4的形状相同，具体每个永磁体单元3和软磁体单元4的圆周向长度可以相等，也可以不等，根据实际的调试安装情况进一步优化选择。
每个永磁体单元3的充磁方向均一致，软磁体单元4代替了传统电机中反向充磁的永磁体，从而，节省了半数的永磁体用量，大大减少了电机的制造成本，减少了相邻磁极之间的漏磁，提高了电机的效率和永磁体利用率，同时使得转子的结构更为简单，安装实现方便，提高电机运行的可靠性。
外定子铁芯1和内定子铁芯6安装定位简单、结构稳定，不易受电机激振力的影响，减少了运行过程中的振动和噪声，外定子铁芯1和内定子铁芯6由同质硅钢片堆叠而成，减小了定子铁芯的涡流损耗，提高了发电机的效率。
外定子线圈2和内定子线圈5匝数比可根据实际运行情况进行调节和布置，外定子线圈2和内定子线圈5的绕制方式采用统一设计，均为跨距1的集中绕组，结构简单、绕制方便，同时避免了交叠绕组的长端部，减小了端部绕组的电阻和铜耗，提升了发电机效率。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明的解释说明，并不是对本发明进行限制，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所述的具体内容，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、替换和改变等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种交替磁极的双定子永磁发电机，包括由外到内依次套接的外定子、转子和内定子，其特征在于，所述外定子包括外定子铁芯以及缠绕在外定子铁芯槽内的外定子线圈，所述内定子包括内定子铁芯以及缠绕在内定子铁芯槽内的内定子线圈，所述转子由若干个沿圆周方向交替排列的永磁体单元和软磁体单元连接而成。
2.根据权利要求1所述的交替磁极的双定子永磁发电机，其特征在于，所述外定子铁芯和转子之间存在外气隙，所述转子和内定子铁芯之间存在内气隙。
3.根据权利要求2所述的交替磁极的双定子永磁发电机，其特征在于，所述外气隙和内气隙的间距相等。
4.根据权利要求1所述的交替磁极的双定子永磁发电机，其特征在于，每个永磁体单元的充磁方向一致。
5.根据权利要求1所述的交替磁极的双定子永磁发电机，其特征在于，所述永磁体单元和软磁体单元的形状相同。
6.根据权利要求1所述的交替磁极的双定子永磁发电机，其特征在于，所述外定子铁芯和内定子铁芯均由同质硅钢片叠压而成。
7.根据权利要求1所述的交替磁极的双定子永磁发电机，其特征在于，所述外定子铁芯与内定子铁芯沿着所述的转子对称分布。
8.根据权利要求1所述的交替磁极的双定子永磁发电机，其特征在于，所述内定子线圈和外定子线圈绕组形式为交叠整距绕组或分数槽绕组。
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- 2018-10-31 CN CN201811285938.7A patent/CN109510337A/zh active Pending
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