CN101060258A - 一种横磁通永磁风力发电机 - Google Patents
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Abstract
一种横磁通永磁风力发电机，可降低定子侧面的厚度，减少磁通由定子铁心侧面进入而产生的涡流损耗，提高电机的效率和出力，其铁心外臂2呈“C”形，由在同一个平面内的铁心内齿6、外齿5和背轭17三部分组成，由带状硅钢片卷绕而成，转子整体安装在转子辐条7上，转子辐条7安装在转轴10上，聚磁式外转子13和内转子14均由切向排列永磁体11、聚磁铁心12、普通铁心18组成，固定环4嵌在铁心外臂2的背轭17之间，固定环4开槽的一侧与铁心外臂2嵌套，并与电机机座1联接在一起，另一侧用来固定过渡铁心8，铁心外臂2和过渡铁心8沿周向错开一个极距，交错排列，过渡铁心8呈环形，与铁心外臂2形成闭合磁路。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电机，具体是有永久磁体转子的风力发电机。
背景技术
横磁通电机属于永磁同步电机范畴，已经在海洋潮汐能发电中得到应用。有文献对不同结构风力发电机进行比较，认为横磁通电机具有较高的性能/价格比，说明此类电机在风力发电领域同样具有广阔应用前景。其结构特点是：各相之间实现了电磁和结构的双重解耦，不存在传统电机在增加气隙磁通与绕组电流密度之间结构上的相互制约关系，从而获得较高的转矩密度；定子采用集中式绕组，每相只需一组线圈，绕组加工简单，端部小，利用率高；转子由铁心冲片和永磁体构成聚磁结构，能产生较大的气隙磁密；设计自由度大，可以根据需要调整磁路尺寸和线圈窗口；模块化结构好，可以通过极数和相数的增减来改变电机的功率大小；可以取消齿轮传动机构，这样既减小了机电系统的整体体积，又避免齿轮箱损耗，提高了整个装置的效率；具有较强的容错能力，缺相也能维持运行；打破传统电机的电源供电模式，每相可以独立控制；具有优良的调速性能，可以在较宽风速范围内稳定运行，更高效地利用风能。
由于横磁通电机结构的复杂性导致其加工难度大，制造成本高，这已成为此类电机没有推广应用的主要瓶颈。从早期德国H.Weh.教授的U形定子铁心到英国Rolls-Royce公司的C形定子铁心，横磁通电机的结构虽然得到一定简化，但定子铁心需采用线切割加工成形，具有加工复杂、成本偏高的缺陷。虽然粉末软磁合金材料(SMC)可以方便地根据磁路要求将电机定子制作成任意需要的结构，加工难度降低，但与硅钢材料相比，要得到相同的气隙磁密，磁钢用量要增加，导致电机的有效材料成本提高。同时，在现有的聚磁式结构中，永磁体需要切向固定在转子表面，装配难度大，机械强度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种横磁通永磁风力发电机。
本发明是一种横磁通永磁风力发电机，其铁心外臂2呈“C”形，由铁心内齿6、外齿5和背轭17三部分组成，铁心内齿6、外齿5和背轭17在同一个平面内，由带状硅钢片卷绕而成，转子整体安装在转子辐条7上，转子辐条7安装在转轴10上，聚磁式外转子13和内转子14均由切向排列永磁体11、聚磁铁心12、普通铁心18组成，固定环4嵌在铁心外臂2的背轭17之间，固定环4开槽的一侧与铁心外臂2嵌套，并与电机机座1联接在一起，另一侧用来固定过渡铁心8，铁心外臂2和过渡铁心8沿周向错开一个极距，交错排列，过渡铁心8呈环形，与铁心外臂2形成闭合磁路。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：降低了定子侧面的厚度，减少了磁通由定子铁心侧面进入而产生的涡流损耗，有利于提高电机的效率和出力。而且加工过程中不需要冲剪，定子铁心材料利用率接近100％。矩形过渡铁心8由铁心冲片叠成并由铆钉固定，简化了工艺，降低了加工成本。本发明的“E”形定子横磁通电机的每个转子单元(指每层转子铁心和磁钢组合)对应双边气隙，这样双层转子则对应4个气隙，这些气隙均参与机电能量转换，电机将得到更高的输出转矩。在传统的径向磁通永磁电机中，电机为单边气隙结构，因此在靠轴的一侧会产生一定的漏磁。而该电机转子两侧都有气隙，就不存在传统电机的内侧漏磁问题。
附图说明
图1是两相十二对极电机的径向示意图，图2是定子和转子部分的轴向示意图，图3是定子和转子部分的径向示意图，图4是定子固定环局部示意图，图5是定子铁心局部装配图，图6是定子的环氧树脂固定示意图，图7是定子铁心外臂结构示意图，图8是聚磁式转子局部示意图。
具体实施方式
实施例一
实施例一是两相十二对极横磁通永磁风力发电机。如图1所示，其铁心外臂2呈“C”形，由铁心内齿6、外齿5和背轭17三部分组成，铁心内齿6、外齿5和背轭17在同一个平面内，将带状硅钢片卷绕成环形，转子整体安装在转子辐条7上，转子辐条7安装在转轴10上。如图2、图3所示，聚磁式外转子13和内转子14均由切向排列永磁体11、聚磁铁心12、普通铁心18组成，如图1、图4、图5所示，固定环4嵌在铁心外臂2的背轭17之间，固定环4开槽的一侧与铁心外臂2嵌套，并与电机机座1联接在一起，另一侧用来固定过渡铁心8，铁心外臂2和过渡铁心8沿周向错开一个极距，交错排列，过渡铁心8呈环形，与铁心外臂2形成闭合磁路。过渡铁心8由压环9、螺钉15固定在固定环4上。如图1、图3所示，定子线圈3的内、外两个绕组属于同一相，采用串联方式。如图2所示，外转子13和内转子14对齐、定子错开90°电角度的组装方式，N极和N极相对，S极和S极相对，两相定子绕组通电顺序相差90°电角度。
由于在工作过程中，过渡铁心8受力相当于铁心外臂2的内、外齿受力之和，图4所示的固定环由铝合金等非磁性材料加工而成，其作用是平衡铁心外臂2的内、外齿受力之和，防止过渡铁心8受力时变形甚至脱落，造成电机损坏。如图6所示，对定子和绕组整体用环氧树脂浇注，以确保电机定子具有更高的机械强度、定位精度及良好的散热效果。如图1、图3所示，线圈3为环形集中绕组，属于无端部结构，而且绕制简单。内、外两个绕组属于同一相，为避免因两个绕组反电势的不对称而产生环流，一般采用串联方式。如图7a所示，定子铁心外臂中铁心内齿、外齿和背轭在同一个平面内，将带状硅钢片卷绕成环形，浸绝缘漆后形成整体铁心，然后再一分为二形成图7b所示的两个铁心外臂。
实施例二
实施例二是n相横磁通永磁风力发电机，n为2～20之间的一个整数，对于n相电机，定子错开1/n个极距，即180°/n电角度，n相线圈通电顺序差180°/n相位。如图1所示，其铁心外臂2呈“C”形，由铁心内齿6、外齿5和背轭17三部分组成，铁心内齿6、外齿5和背轭17在同一个平面内，将带状硅钢片卷绕成环形，转子整体安装在转子辐条7上，转子辐条7安装在转轴10上。如图2、图3所示，聚磁式外转子13和内转子14均由切向排列永磁体11、聚磁铁心12、普通铁心18组成，如图1、图4、图5所示，固定环4嵌在铁心外臂2的背轭17之间，固定环4开槽的一侧与铁心外臂2嵌套，并与电机机座1联接在一起，另一侧用来固定过渡铁心8，铁心外臂2和过渡铁心8沿周向错开一个极距，交错排列，过渡铁心8呈环形，与铁心外臂2形成闭合磁路。过渡铁心8由压环9、螺钉15固定在固定环4上。如图1、图3所示，定子线圈3的内、外两个绕组属于同一相，采用串联方式。
图4所示的固定环由铝合金等非磁性材料加工而成，其作用是平衡铁心外臂2的内、外齿受力之和，防止过渡铁心8受力时变形甚至脱落，造成电机损坏。如图6所示，对定子和绕组整体用环氧树脂浇注，以确保电机定子具有更高的机械强度、定位精度及良好的散热效果。如图1、图3所示，线圈3为环形集中绕组，属于无端部结构，而且绕制简单。内、外两个绕组属于同一相，为避免因两个绕组反电势的不对称而产生环流，一般采用串联方式。如图7a所示，定子铁心外臂中铁心内齿、外齿和背轭在同一个平面内，将带状硅钢片卷绕成环形，浸绝缘漆后形成整体铁心，然后再一分为二形成图7b所示的两个铁心外臂。
实施例三
实施例三也是两相十二对极横磁通永磁风力发电机。如图1所示，其铁心外臂2呈“C”形，由铁心内齿6、外齿5和背轭17三部分组成，铁心内齿6、外齿5和背轭17在同一个平面内，将带状硅钢片卷绕成环形，转子整体安装在转子辐条7上，转子辐条7安装在转轴10上。如图2、图3所示，聚磁式外转子13和内转子14均由切向排列永磁体11、聚磁铁心12、普通铁心18组成，如图1、图4、图5所示，固定环4嵌在铁心外臂2的背轭17之间，固定环4开槽的一侧与铁心外臂2嵌套，并与电机机座1联接在一起，另一侧用来固定过渡铁心8，铁心外臂2和过渡铁心8沿周向错开一个极距，交错排列，过渡铁心8呈环形，与铁心外臂2形成闭合磁路。过渡铁心8由压环9、螺钉15固定在固定环4上。如图1、图3所示，定子线圈3的内、外两个绕组属于同一相，采用串联方式。如图2所示，外转子(13)和内转子(14)对齐、定子错开90°电角度的组装方式，N极和N极相对，S极和S极相对，两相定子绕组通电顺序相差90°电角度。
如图8所示，在转子极数不高的场合下，轴向永磁磁环16安装在普通铁心18上，聚磁式外转子13和内转子14的激磁部分由切向排列永磁体11和轴向排列永磁体16组成。
图4所示的固定环由铝合金等非磁性材料加工而成，其作用是平衡铁心外臂2的内、外齿受力之和，防止过渡铁心8受力时变形甚至脱落，造成电机损坏。如图6所示，对定子和绕组整体用环氧树脂浇注，以确保电机定子具有更高的机械强度、定位精度及良好的散热效果。如图1、图3所示，线圈3为环形集中绕组，属于无端部结构，而且绕制简单。内、外两个绕组属于同一相，为避免因两个绕组反电势的不对称而产生环流，一般采用串联方式。如图7a所示，定子铁心外臂中铁心内齿、外齿和背轭在同一个平面内，将带状硅钢片卷绕成环形，浸绝缘漆后形成整体铁心，然后再一分为二形成图7b所示的两个铁心外臂。
Claims (6)
1、一种横磁通永磁风力发电机，其铁心外臂(2)呈“C”形，由铁心内齿(6)、外齿(5)和背轭(17)三部分组成，铁心内齿(6)、外齿(5)和背轭(17)在同一个平面内，由带状硅钢片卷绕而成，转子整体安装在转子辐条(7)上，转子辐条(7)安装在转轴(10)上，聚磁式外转子(13)和内转子(14)均由切向排列永磁体(11)、聚磁铁心(12)、普通铁心(18)组成，其特征在于固定环(4)嵌在铁心外臂(2)的背轭(17)之间，固定环(4)开槽的一侧与铁心外臂(2)嵌套，并与电机机座(1)联接在一起，另一侧用来固定过渡铁心(8)，铁心外臂(2)和过渡铁心(8)沿周向错开一个极距，交错排列，过渡铁心(8)呈环形，与铁心外臂(2)形成闭合磁路。
2、根据权利要求1所述的横磁通永磁风力发电机，其特征在于过渡铁心(8)由压环(9)、螺钉(15)固定在固定环(4)上。
3、根据权利要求1所述的横磁通永磁风力发电机，其特征在于定子线圈(3)的内、外两个绕组属于同一相，采用串联方式。
4、根据权利要求1所述的横磁通永磁风力发电机，其特征在于外转子(13)和内转子(14)对齐、定子错开90°电角度的组装方式，N极和N极相对，S极和S极相对，两相定子绕组通电顺序相差90°电角度。
5、根据权利要求1所述的横磁通永磁风力发电机，其特征在于对于n相电机，定子错开1/n个极距，即180°/n电角度，n相线圈通电顺序差180°/n相位，n为2～20之间的一个整数。
6、根据权利要求1所述的横磁通永磁风力发电机，其特征在于轴向永磁磁环(16)安装在普通铁心(18)上，聚磁式外转子(13)和内转子(14)的激磁部分由切向排列永磁体(11)和轴向排列永磁体(16)组成。
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