CN116032087A - 一种用于风力发电的双转子永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风力发电的双转子永磁电机，包括内转子及外转子，在所述内转子与外转子之间设有中间定子，其特征在于：所述中间定子由多个模块化的定子单元组成。本发明一种用于风力发电的双转子永磁电机，可提高电机的效率和可靠性，实现容错运行，提高冗余能力，具有较强的实用性和较好的应用前景。

Description

一种用于风力发电的双转子永磁电机

技术领域

本发明属于发电技术领域，更具体地说，涉及一种用于风力发电的双转子永磁电机。

背景技术

传统风力发电系统采用感应发电机，其效率低、可靠性差，已无法完全满足大型风力发电系统的需要。为提高风力发电系统的发电效率，增强可靠性，减少维护费用，风力发电技术逐渐向直驱型或半直驱型风力发电系统方向发展。发电机作为风力发电系统的核心部件，承担着将风能转化为电能的重要任务，其电磁特性及运行可靠性对风力发电系统的整体性能起到关键性作用。

在低风速发电领域，直驱式定子永磁型磁通切换电机结合了定子永磁型磁通切换电机和永磁电机的特点，具有结构紧凑、转子结构简单坚固、效率高、反电势正弦度高等优势，非常适合风力发电领域使用，但电机的冗余能力差，不能实现容错运行，使该类电机的应用受到限制。

公告号CN107017746A，公布日2017.08.04，专利名称双转子永磁电机，本实用新型提供一种双转子永磁电机，包括内转子永磁电机、外转子永磁电机和端盘，同向旋转时，内转子永磁电机内转子铁芯轭和转轴与外转子永磁电机的外部转子轭通过端盘连接在一起，本发明结构可看成是两台电机的结合，内部为一台内转子电机，该内转子电机又充当外部电机的内定子，内外双磁场相耦合，结构紧凑，在功率密度和效率方面有很大的提升。本发明采用“外转子-定子-内转子”的双气隙结构，增大了电机的有效气隙面积，从而提高了电机的转矩密度。该电机冗余能力差，不能实现容错运行。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种可提高电机的效率和可靠性，实现容错运行，提高冗余能力的用于风力发电的双转子永磁电机。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种用于风力发电的双转子永磁电机，包括内转子及外转子，在所述内转子与外转子之间设有中间定子，其特征在于：所述中间定子由多个模块化的定子单元组成。

为使上述技术方案更加详尽和具体，本发明还提供以下更进一步的优选技术方案，以获得满意的实用效果：

所述定子单元包括定子铁芯，所述定子铁芯内外两侧均设有两个U型的铁芯，两侧所述U型铁芯错位排布。

所述U型的铁芯中部的布置槽内设有永磁体。

相邻所述布置槽内放置充磁方向相反的永磁体。

每个所述永磁体与其两侧的铁芯齿组成三明治单元。

每个所述定子单元外圈的三明治单元通过定子外线圈缠绕形成外电枢绕组。

每个所述定子单元内圈的三明治单元通过定子内线圈缠绕形成内电枢绕组。

所述定子单元组成之间通过树脂连接板连接。

所述定子单元两端设有上下布置的辅助槽，所述树脂连接板两端设有对应卡接在所述辅助槽内的辅助齿。

所述辅助齿为梯形结构，所述辅助槽为与所述辅助齿间隙配合梯形结构槽。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明用于风力发电的双转子永磁电机，可提高电机的效率和可靠性，实现容错运行，提高冗余能力，具有较强的实用性和较好的应用前景。

附图说明

下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明双转子永磁电机结构示意图；

图2为本发明中模块化背靠背双U形定子单元结构示意图；

图3为本发明中背靠背双U形定子铁芯结构示意图。

图中标记为：

1、内转子；2、第一气隙；3、中间定子；4、第二气隙；5、外转子；31、模块化错位背靠背双U形定子单元；32、树脂连接板；33、错位背靠背双U形铁芯；34、铝镍钴永磁体；35、定子外线圈；36、定子内线圈；37、辅助齿；38、辅助槽。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明这种用于风力发电的双转子永磁电机，如图1中所示，包括内转子1及外转子5，在所述内转子1与外转子5之间设有中间定子3，内转子1与中间定子3之间形成第一气隙，外转子5与中间定子3之间形成第二气隙4，所述中间定子3由多个模块化的定子单元组成。本发明这种用于风力发电的双转子永磁电机，中间定子3由多个模块化的定子单元组成完整的中间定子结构，由于各单元互相独立，因此各相之间电磁耦合小，易于实现电机容错运行，有效提高电机冗余能力和可靠性。

本发明中，如图2中所示，所述定子单元包括定子铁芯，所述定子铁芯内外两侧均设有两个U型的铁芯，两侧所述U型铁芯错位排布，形成错位背靠背双U形铁芯33。U型的铁芯中部的布置槽内设有永磁体。永磁体为铝镍钴永磁体34，相邻所述布置槽内放置充磁方向相反的永磁体。在同侧的错位背靠背双U形铁芯的布置槽中，安装充磁方向相反的铝镍钴永磁体，可提高永磁体利用率，增强电机聚磁效应，有效改善功率密度。

本发明中，如图2中所示，每个所述永磁体与其两侧的铁芯齿组成三明治单元。每个所述定子单元外圈的三明治单元通过定子外线圈35缠绕形成外电枢绕组。每个所述定子单元内圈的三明治单元通过定子内线圈36缠绕形成内电枢绕组。定子单元组成之间通过树脂连接板32连接，以构成独立的模块单元。

为了便于连接，定子单元两端设有上下布置的辅助槽38，所述树脂连接板32两端设有对应卡接在所述辅助槽38内的辅助齿37。辅助齿37为梯形结构，所述辅助槽38为与所述辅助齿37间隙配合梯形结构槽，以确保连接的稳定性。

一种用于风力发电的双转子永磁电机，如图1中所示，从电机中心向外，依次包括内转子1、第一气隙2、中间定子3、第二气隙4、外转子5。中间定子3由六个模块化错位背靠背双U形定子单元31组成，每个模块化错位背靠背双U形定子单元31沿圆周均匀排列，通过树脂连接板32进行物理接连，形成中间定子3。

本发明中，如图2中所示，每个模块化错位背靠背双U形定子单元31包括一个树脂连接板32、一个错位背靠背双U形铁芯33、四个铝镍钴永磁体34、两个定子外线圈35和两个定子内线圈36。

本发明中，如图2中所示，四个铝镍钴永磁体34分别置于错位背靠背双U形铁芯33的四个布置槽内，以内转子1逆时针转动为参考，每个布置槽内放置充磁方向相反的铝镍钴永磁体34，每个铝镍钴永磁体34与左右两边的铁芯齿组成一个“三明治”单元，定子外线圈35和定子内线圈36分别缠绕在“三明治”单元上，分别构成外电枢绕组和内电枢绕组。

本发明中，如图2、3中所示，树脂连接板32的左上角和右下角分别设有辅助齿37，可借助辅助齿37与错位背靠背双U形铁芯33两端轭部的辅助槽38形成间隙配合，便于树脂连接板32将六个模块化错位背靠背双U形定子单元31沿圆周方向连接，使每个模块化错位背靠背双U形定子单元31在磁路结构上互相独立，互不干扰。

本发明中，电机内转子1与外转子5均为凸极结构，具有较强的聚磁效应，大大减少电机漏磁，极大提高永磁体的利用率，提升电机的带载能力。

本发明一种用于风力发电的双转子永磁电机，解决了现有技术中心存在的永磁风力发电机的冗余能力差的问题；定子采用错位背靠背双U形铁芯，实现了电极相与相之间的隔磁，增强了电机的容错能力，提高了电机的可靠性。

本发明的有益效果有：

(1)定子采用模块化结构，由模块化错位背靠背双U形定子单元组成，使用树脂连接板相连，每个模块化错位背靠背双U形定子单元上设置同相绕组，由于各单元互相独立，因此各相之间电磁耦合小，易于实现电机容错运行，有效提高电机冗余能力和可靠性；

(2)模块化错位背靠背双U形定子单元可分为上、下两部分，上侧的双U形铁芯与正对的外转子铁芯齿、下侧双U形铁芯与正对的内转子铁芯齿分别构成磁场回路，上、下两侧磁场相互独立，互不干扰，有效改善系统动态性能；

(3)在同侧的错位背靠背双U形铁芯的布置槽中，安装充磁方向相反的铝镍钴永磁体，可提高永磁体利用率，增强电机聚磁效应，有效改善功率密度。

(4)采用中间定子、内外转子的拓扑，转子为凸极，结构简单易加工；定子为模块化结构，适合批量化生产，具有经济性。

本发明一种用于风力发电的双转子永磁电机，可提高电机的效率和可靠性，实现容错运行，提高冗余能力，具有较强的实用性和较好的应用前景。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，但是本发明并不受限于上述方式，只要采用本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进或直接应用于其它场合的，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于风力发电的双转子永磁电机，包括内转子及外转子，在所述内转子与外转子之间设有中间定子，其特征在于：所述中间定子由多个模块化的定子单元组成。

2.按照权利要求1所述的用于风力发电的双转子永磁电机，其特征在于：所述定子单元包括定子铁芯，所述定子铁芯内外两侧均设有两个U型的铁芯，两侧所述U型铁芯错位排布。

3.按照权利要求2所述的用于风力发电的双转子永磁电机，其特征在于：所述U型的铁芯中部的布置槽内设有永磁体。

4.按照权利要求3所述的用于风力发电的双转子永磁电机，其特征在于：相邻所述布置槽内放置充磁方向相反的永磁体。

5.按照权利要求4所述的用于风力发电的双转子永磁电机，其特征在于：每个所述永磁体与其两侧的铁芯齿组成三明治单元。

6.按照权利要求5所述的用于风力发电的双转子永磁电机，其特征在于：每个所述定子单元外圈的三明治单元通过定子外线圈缠绕形成外电枢绕组。

7.按照权利要求4所述的用于风力发电的双转子永磁电机，其特征在于：每个所述定子单元内圈的三明治单元通过定子内线圈缠绕形成内电枢绕组。

8.按照权利要求1至7任一项所述的用于风力发电的双转子永磁电机，其特征在于：所述定子单元组成之间通过树脂连接板连接。

9.按照权利要求8所述的用于风力发电的双转子永磁电机，其特征在于：所述定子单元两端设有上下布置的辅助槽，所述树脂连接板两端设有对应卡接在所述辅助槽内的辅助齿。

10.按照权利要求9所述的用于风力发电的双转子永磁电机，其特征在于：所述辅助齿为梯形结构，所述辅助槽为与所述辅助齿间隙配合梯形结构槽。

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