CN206259836U - 一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机，其包括主轴、内定子部分、外转子部分；所述的内定子部分包括固定在主轴上呈盘状的无铁芯定子线圈；所述的外转子部分包括两个对称分布于内定子两侧呈盘状的外壳，外壳通过轴承设置在主轴上，外壳内侧盘体上均设有组合型磁极。本实用新型采用近似于正弦波形的凹凸组合型磁极和内定子无铁芯结构，具有漏磁少，气隙磁密呈正弦性，发电机输出电能质量高，低转速启动发电，损耗小，制造成本低的优势；绕组线圈截面为不等边水平型使轴向尺寸减小，可进一步实现轴向磁通发电机薄盘型化。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种风力发电机，具体涉及一种组合正弦型磁极和截面为不等边水平型线圈的无铁芯永磁风力发电机。
背景技术
目前，永磁直驱风力发电机主要有径向和轴向磁通两种形式，技术较成熟的如江苏淮安生产的FD2-500永磁风力发电机为径向磁通。这种结构的永磁风力发电机漏磁多，定子绕组按一定规律嵌放在铁芯槽中，发电机旋转时因存在齿槽转矩造成启动转矩大，不能有效利用风能。
为了实现风力发电机微风启动，中国专利公开号为CN204145234U，名称为“一种微风启动高效的无铁芯盘式永磁风力发电机”采用轴向磁通无铁芯结构，该结构无齿槽转矩，启动转矩小。但是该结构等效气隙长度较大，漏磁较多，谐波含量较明显。
为了提高气隙磁密，减少谐波含量，中国专利公开号为CN101572466A，名称为“Halbach无铁芯永磁直驱风力发电机”采用永磁体多角度化充磁方向，这样势必增加了永磁体制造成本，另外稀土永磁体价格较贵，从而增加发电机整个成本。
因此，提供一种低成本、轻重量、漏磁少的永磁发电机，已经是一个值得研究的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供了一种成本低、重量轻、漏磁少、谐波含量少的组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机。
本发明的目的是这样实现的：
一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机，其包括主轴1、内定子部分、外转子部分；所述的内定子部分包括固定在主轴1上呈盘状的无铁芯定子线圈8；所述的外转子部分包括两个对称分布于内定子两侧呈盘状的外壳，外壳通过轴承2设置在主轴1上，外壳内侧盘体上均设有组合型磁极；
所述的主轴1为空心主轴；所述的无铁芯定子线圈8的绕组引出线10设置在空轴主轴内；
所述的组合型磁极包括第一组合型磁极5和第二组合型磁极6；所述的组合型磁极包括永磁体和软铁，永磁体包括轴向充磁永磁体和切向充磁永磁体；
所述的轴向充磁永磁体包括第一轴向充磁永磁体51和第二轴向充磁永磁体61；所述的切向充磁永磁体包括第一切向充磁的永磁体52、第二切向充磁的永磁体52′、第三切向充磁的永磁体62和第四切向充磁的永磁体62′；所述的软铁包括第一软铁53和第二软铁63；
所述的呈盘状的外壳包括上外壳4和下外壳7；上外壳4和下外壳7内侧盘体均设置有第一组合型磁极5和第二组合型磁极6；
所述无铁芯定子线圈8为无铁芯非重叠集中绕组，由环氧树脂浇注成盘状，线圈截面形状为不等边水平型；
所述无铁芯定子线圈8通过线圈支撑架9与主轴1固定连接，组成内定子不旋转部分；所述的上外壳4和下外壳7通过轴承2设置在主轴1上，组成外转子旋转部分；上外壳4和下外壳7之间以及上外壳4和下外壳7的盘体内侧与软铁之间通过螺栓3固定；
所述外转子部分的组合型磁极的轴向充磁永磁体和切向充磁永磁体固定在上外壳4和下外壳7的内侧盘体上，其形状分别为表面带圆弧凹陷的扇形和矩形；软铁设置于两个切向充磁永磁体之间，其形状为表面带圆弧凸起的扇形；
所述组合型磁极和软铁在上外壳4和下外壳7内均成盘式布置，上下对称的第一轴向充磁永磁体51和第二轴向充磁永磁体61按照异极相对形式均匀分布,同一壳体内相邻的两切向充磁永磁体第一切向充磁的永磁体52和第二切向充磁的永磁体52′以及第三切向充磁的永磁体62和第四切向充磁的永磁体62′按照同极相对形式均匀分布；第一软铁53和第二软铁63分别设置与第一切向充磁的永磁体52和第二切向充磁的永磁体52′以及第三切向充磁的永磁体62和第四切向充磁的永磁体62′之间，磁路通过软铁形成回路；
积极有益效果：本实用新型公开的组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机具有启动风速低，重量轻，成本低，输出电压波形畸变率低，输出电能质量和效率高的优点，非常适用于小型垂直轴风力发电系统。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的磁路示意图；
图3是本实用新型的一对组合磁极示意图；
图4是图3沿A-A截面剖视图；
图5是无铁芯线圈绕组示意图；
图6是图5沿B-B截面剖视图；
图中为：主轴1、轴承2、螺栓3、上外壳4、第一组合型磁极5、第二组合型磁极6、下外壳7、无铁芯定子线圈8、线圈支撑架9、绕组引出线10、第一轴向充磁永磁体51、第二轴向充磁永磁体61、第一切向充磁的永磁体52、第二切向充磁的永磁体52′、第三切向充磁的永磁体62、第四切向充磁的永磁体62′、第一软铁53、第二软铁63。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型做进一步的说明：
如图1所示，一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机，其包括主轴1、内定子部分、外转子部分；所述的内定子部分包括固定在主轴1上呈盘状的无铁芯定子线圈8；所述的外转子部分包括两个对称分布于内定子两侧呈盘状的外壳，外壳通过轴承2设置在主轴1上，外壳内侧盘体上均设有组合型磁极；
所述的主轴1为空心主轴；所述的无铁芯定子线圈8的绕组引出线10设置在空轴主轴内；可减少外转子转动时的干扰。
所述的组合型磁极包括第一组合型磁极5和第二组合型磁极6；所述的组合型磁极包括永磁体和软铁，永磁体包括轴向充磁永磁体和切向充磁永磁体；
如图1、图2所示，所述的轴向充磁永磁体包括第一轴向充磁永磁体51和第二轴向充磁永磁体61；所述的切向充磁永磁体包括第一切向充磁的永磁体52、第二切向充磁的永磁体52′、第三切向充磁的永磁体62和第四切向充磁的永磁体62′；所述的软铁包括第一软铁53和第二软铁63；
所述的呈盘状的外壳包括上外壳4和下外壳7；上外壳4和下外壳7内侧盘体均设置有第一组合型磁极5和第二组合型磁极6；
所述无铁芯定子线圈8通过线圈支撑架9与主轴1固定连接，组成内定子不旋转部分；所述的上外壳4和下外壳7通过轴承2设置在主轴1上，组成外转子旋转部分；外转子旋转部分产生旋转磁场，内定子线圈8在旋转磁场中切割磁力线产生感应电动势，使发电机输出电能；在上外壳4和下外壳7之间以及上外壳4和下外壳7的盘体内侧与软铁之间通过螺栓3固定；
如图2、图3、图4所示，所述外转子部分的组合型磁极的轴向充磁永磁体和切向充磁永磁体固定在上外壳4和下外壳7的内侧盘体上，其形状分别为表面带圆弧凹陷的扇形和矩形；软铁设置于两个切向充磁永磁体之间，其形状为表面带圆弧凸起的扇形；凹凸组合型磁极近似于正弦波，气隙磁密谐波含量低，波形正弦性好，发电机输出电能质量高。
所述组合型磁极和软铁在上外壳4和下外壳7内均成盘式布置，上下对称的第一轴向充磁永磁体51和第二轴向充磁永磁体61按照异极相对形式均匀分布,同一壳体内相邻的两切向充磁永磁体第一切向充磁的永磁体52和第二切向充磁的永磁体52′以及第三切向充磁的永磁体62和第四切向充磁的永磁体62′按照同极相对形式均匀分布；第一软铁53和第二软铁63分别设置与第一切向充磁的永磁体52和第二切向充磁的永磁体52′以及第三切向充磁的永磁体62和第四切向充磁的永磁体62′之间，磁路通过软铁形成回路；不需要转子背铁，减轻外转子重量。
如图1、图5和图6所示，无铁芯定子线圈8为无铁芯分数槽三相对称非重叠集中绕组，线圈边宽和厚度为不等边水平型。由试验数据得，该结构在相同永磁体情况下能有效提高气隙磁密，减少谐波含量，提高发电机效率。另外，线圈扁平形状使得轴向磁通永磁发电机趋于薄盘化，减小发电机体积。
所述轴向充磁永磁体材料为钕铁硼，切向充磁的永磁体材料为铁氧体。轴向磁化极角为切向磁化的2倍，软铁极角等于切向磁化极角，轴向永磁体和软铁表面凹凸深度为0.5mm，发电机气隙磁密基波幅值比传统轴向磁通明显增加，气隙谐波含量较低。
本实用新型具有以下优点：
1. 本实用新型采用凹凸组合型磁极，轴向充磁永磁体形状为表面带圆弧凹陷的扇形，有效减少磁极间漏磁，软铁设置于相邻两切向充磁的永磁体之间，其形状为表面带圆弧凸起的扇形。凹凸组合型近似于正弦波，气隙磁密谐波含量低，波形呈正弦性，发电机输出电压波动小，输出电能质量高。
2. 本实用新型组合磁极的轴向充磁永磁体材料为钕铁硼，切向充磁永磁体材料为铁氧体，降低发电机制造成本。相邻两块切向充磁的永磁体中间嵌入软铁，磁路通过软铁形成闭合回路，不需要转子背铁，减轻转子重量。
3. 本实用新型采用无铁芯非重叠集中绕组，不存在齿槽转矩和铁芯损耗，启动转矩小，绕组线圈截面积形状为不等边水平形状，由试验数据得，该结构在相同永磁体情况下能有效提高气隙磁密，减少谐波含量，提高发电机效率。另外，线圈扁平形状使得轴向磁通永磁发电机趋于薄盘化，减小发电机体积。
本实用新型采用近似于正弦波形的凹凸组合型磁极和内定子无铁芯结构，具有漏磁少，气隙磁密呈正弦性，发电机输出电能质量高，低转速启动发电，损耗小，制造成本低的优势；绕组线圈截面为不等边水平型使轴向尺寸减小，可进一步实现轴向磁通发电机薄盘型化。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机，其特征在于：其包括主轴、内定子部分、外转子部分；所述的内定子部分包括固定在主轴上呈盘状的无铁芯定子线圈；所述的外转子部分包括两个对称分布于内定子两侧呈盘状的外壳，外壳通过轴承设置在主轴上，外壳内侧盘体上均设有组合型磁极；所述的组合型磁极包括第一组合型磁极和第二组合型磁极；所述的组合型磁极包括永磁体和软铁，永磁体包括轴向充磁永磁体和切向充磁永磁体；所述外转子部分的组合型磁极的轴向充磁永磁体和切向充磁永磁体固定在上外壳和下外壳的内侧盘体上，其形状分别为表面带圆弧凹陷的扇形和矩形；软铁设置于两个切向充磁永磁体之间，其形状为表面带圆弧凸起的扇形。
2.根据权利要求1所述的一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机，其特征在于：所述的主轴为空心主轴；所述的无铁芯定子线圈的绕组引出线设置在空轴主轴内。
3.根据权利要求1所述的一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机，其特征在于：所述的轴向充磁永磁体包括第一轴向充磁永磁体和第二轴向充磁永磁体；所述的切向充磁永磁体包括第一切向充磁的永磁体、第二切向充磁的永磁体、第三切向充磁的永磁体和第四切向充磁的永磁体；所述的软铁包括第一软铁和第二软铁。
4.根据权利要求1所述的一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机，其特征在于：所述的呈盘状的外壳包括上外壳和下外壳；上外壳和下外壳内侧盘体均设置有第一组合型磁极和第二组合型磁极。
5.根据权利要求1所述的一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机，其特征在于：所述无铁芯定子线圈为无铁芯非重叠集中绕组，由环氧树脂浇注成盘状，线圈截面形状为不等边水平型。
6.根据权利要求1所述的一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机，其特征在于：所述无铁芯定子线圈通过线圈支撑架与主轴固定连接，组成内定子不旋转部分；上外壳和下外壳通过轴承设置在主轴上，组成外转子旋转部分；上外壳和下外壳之间以及上外壳和下外壳的盘体内侧与软铁之间通过螺栓固定。
7.根据权利要求1所述的一种组合正弦型盘式无铁芯永磁风力发电机，其特征在于：所述组合型磁极和软铁在上外壳和下外壳内均成盘式布置，上下对称的第一轴向充磁永磁体和第二轴向充磁永磁体按照异极相对形式均匀分布,同一壳体内相邻的两切向充磁永磁体第一切向充磁的永磁体和第二切向充磁的永磁体以及第三切向充磁的永磁体和第四切向充磁的永磁体按照同极相对形式均匀分布；第一软铁和第二软铁分别设置与第一切向充磁的永磁体和第二切向充磁的永磁体以及第三切向充磁的永磁体和第四切向充磁的永磁体之间，磁路通过软铁形成回路。
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