CN101488682A - 恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机，包括定子和转子，定子和转子都为凸极结构，定子由12块U形导磁铁心拼装组成，相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体；转子铁心有10个极，在定子上设置有三相集中绕组和单相集中励磁绕组；直槽转子，即无永磁体也无绕组。在结构上保留了永磁式磁通切换电机紧凑、简单、鲁棒性好、适于高速运行的优势，无需额外增加电机体积就可以实现磁场调节功能，保证了该电机是一种具有混合励磁磁场和较高功率密度、能够实现恒压输出的风力发电机，特别适合于要求体积小出力大的应用场合，能够实现风能的高效转化和利用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种发电机制造技术，特别是涉及到一种能够实现恒压输出的风力发电机。
背景技术：
随着能源危机的不断加剧，利用风力资源以逐步减小火电发电量以节省能源消耗已成为全世界的共识。目前国内外广泛采用的风力发电机主要分为直驱式和带变速齿轮箱两种结构，其中直驱式正引起越来越多的关注。同时，由于我国是世界上稀土资源最丰富的国家，开发研究和推广应用新型结构的稀土永磁风力发电机，具有重要的理论意义和实用价值。然而，由于永磁发电机气隙磁场无法调节，使其空载电动势直接受转子转速控制，从而导致普通永磁风力发电机的输出电压受风速影响较大，成为限制其应用推广的瓶颈。而目前出现的以转子永磁型电机为原型的混合励磁发电机大部分都将直流励磁绕组放置定子。为了给电励磁磁通提供一条不论是径向还是轴向与永磁磁通并行的路径，所提出的电机结构都非常复杂，不论从制造工艺还是成品化大规模生产而言，都面临巨大的挑战。混合励磁型的电机如果为了实现磁场的调节而从结构复杂度上需要做出重大牺牲，其竞争力将会大打折扣。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种新型结构紧凑、简单、鲁棒性好的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机。该电机可合理安排电励磁绕组空间，在不额外增加体积的条件下可进一步提高电机的功率密度，同时通过电励磁电流的调节可全方面提高各项性能，包括起动风速、最大输出功率、恒压输出和整个运行区范围内的高效率。
本发明是这样实现的：恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机包括定子和转子，定子和转子都为凸极结构，定子由12块U形导磁铁心拼装组成，两个相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体，转子铁心有10个极；其特征在于：在定子上设置有三相集中绕组和单相集中励磁绕组；
所述三相集中绕组的A相第一绕组线圈和第三绕组线圈径向相对，第二绕组线圈和第四绕组线圈径向相对，每个绕组线圈套于定子中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；
所述三相集中绕组的B相第五绕组线圈和第七绕组线圈径向相对，第六绕组线圈和第八绕组线圈径向相对，每个绕组线圈套于定子中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；
所述三相集中绕组的C相第九绕组线圈和第十一绕组线圈径向相对，第十绕组线圈和第十二绕组线圈径向相对，每个绕组线圈套于定子中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；
单相集中励磁绕组一共有6个线圈，分别置于相邻两块永磁体下方的槽中，每个槽中分布有一个线圈为单层，励磁绕组线圈数为电枢绕组线圈数的一半，上述6个线圈依次顺序首尾串联连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.采用新型的定子永磁型结构，即将永磁磁钢置于定子而取代传统的转子永磁型，转子部分为硅钢片压叠而成的实心铁芯，使得电机转子结构非常坚固，且不再需要为固定转子磁钢而添加复杂的加工工艺；
2.传统的转子永磁型电机组成的风力发电系统，在受到强风的袭击时，转子最易受到机械冲击，导致磁钢损坏，影响整个系统的运行。而采用定子永磁型的结构就可以完全避免这一问题，提高了系统稳定性；
3.增加的一套电励磁绕组在无需增加电机体积的条件下即可安放，电机中的电枢和励磁两套绕组都采用集中绕组，端部较短，与已有的混合励磁电机(包括转子永磁型和定子永磁型)相比结构简单，研制容易；
4.采用混合励磁结构，可以在风速过大或者过小时通过励磁绕组的调节功能控制气隙磁场的强度，从而保证在一个宽广的风速范围内恒压输出，这对发电机后接的蓄电池的使用寿命有重要的影响，起到了“减排”的效果；
5.通过励磁绕组的磁场调节功能，为省去风机的偏航系统提供了可能性，降低了整个系统的体积和制造成本；
6.通过定子上的励磁绕组或者电枢绕组，可以为同样置于定子的永磁磁钢在线充磁，而不需要拆开电机，非常方便。而对于转子永磁型结构的电机，获得同样的充磁磁势，则必须提供较大的充磁电流，且不易实现。
附图说明：
附图为本发明所述风力发电机的结构示意图1.定子2.永磁体3.三相集中电枢绕组4.单相集中励磁绕组5.转子301.第一集中电枢线圈302.第二集中电枢线圈303.第三集中电枢线圈304.第四集中电枢线圈311.第五集中电枢线圈312.第六集中电枢线圈313.第七集中电枢线圈314.第八集中电枢线圈321.第九集中电枢线圈322.第十集中电枢线圈323.第十一集中电枢线圈324.第十二集中电枢线圈401.第一集中励磁线圈402.第二集中励磁线圈403.第三集中励磁线圈404.第四集中励磁线圈405.第五集中励磁线圈406.第六集中励磁线圈
具体实施方式：
从附图中可以看出，本发明所述的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机包括定子1和转子5，定子1和转子5都为凸极结构，定子1由12块U形导磁铁心拼装组成，两个相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体2；转子5铁心有10个极，其特征在于：在定子1上设置有三相集中绕组3和单相集中励磁绕组4；
三相集中绕组3的A相第一绕组线圈301和第三绕组线圈303径向相对，第二绕组线圈302和第四绕组线圈304径向相对，每个绕组线圈套于定子1中两个相邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；
三相集中绕组3的B相第五绕组线圈311和第七绕组线圈313径向相对，第六绕组线圈312和第八绕组线圈314径向相对，每个绕组线圈套于定子1中两个相邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；
三相集中绕组3的C相第九绕组线圈321和第十一绕组线圈323径向相对，第十绕组线圈322和第十二绕组线圈324径向相对，每个绕组线圈套于定子1中两个相邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；
单相集中励磁绕组4一共有6个线圈401、402、403、404、405、406，分别置于相邻两块永磁体下方的槽中，每个槽中分布有一个线圈为单层，励磁绕组线圈数为电枢绕组线圈数的一半，上述6个线圈依次顺序首尾串联连接。
当电机转子在附图所示位置时，转子5分别有一个齿与第一集中电枢线圈301和第二集中电枢线圈302的一个定子齿相对，根据永磁体2的磁化方向，两个线圈中的永磁磁通都从转子齿经过气隙穿进定子齿，且数值最大。此时，若通过第一励磁绕组线圈401和第二励磁绕组线圈402分别施加与永磁磁势方向相同的电励磁磁势，则可以增加匝链到第一集中电枢线圈301和第二集中电枢线圈302中的磁通，从而影响感应出的电势。相反，如果改变电流方向，使产生的电励磁磁通与永磁磁通方向相反，则可以减小第一集中电枢线圈301和第二集中电枢线圈302中的合成磁链，进而减小感应的电势。集中电枢绕组3的B相和C相的线圈的工作原理同上，可以大大提高电机性能和工作效率。
转子5可以是直槽转子，保证了本发明在采用集中绕组和转子不斜槽的条件下，就可获得正弦度非常高的磁链、电动势和电感等静态特性，从而使本实用新型更加适合于用于交流输出的风力发电机。
转子5可以为内转子或者外转子结构。
永磁体2是铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢，定子1和转子5都可以采用硅钢冲片压叠制成。
该产品在结构上保留了永磁式磁通切换电机紧凑、简单、鲁棒性好、适于高速运行的优势，无需额外增加电机体积就可以实现磁场调节功能，保证了该电机是一种具有混合励磁磁场和较高功率密度、能够实现恒压输出的风力发电机，特别适合于要求体积小出力大的应用场合，能够实现风能的高效转化和利用。
Claims (4)
1.恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机包括定子(1)和转子(5)，所述定子(1)和转子(5)都为凸极结构，所述定子(1)由12块U形导磁铁心拼装组成，两个相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体(2)；转子(5)铁心有10个极，其特征在于：在定子(1)上设置有三相集中绕组(3)和单相集中励磁绕组(4)；
所述三相集中绕组(3)的A相第一绕组线圈(301)和第三绕组线圈(303)径向相对，第二绕组线圈(302)和第四绕组线圈(304)径向相对，每个绕组线圈套于所述定子(1)中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；
所述三相集中绕组(3)的B相第五绕组线圈(311)和第七绕组线圈(313)径向相对，第六绕组线圈(312)和第八绕组线圈(314)径向相对，每个绕组线圈套于所述定子(1)中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；
所述三相集中绕组(3)的C相第九绕组线圈(321)和第十一绕组线圈(323)径向相对，第十绕组线圈(322)和第十二绕组线圈(324)径向相对，每个绕组线圈套于所述定子(1)中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；
所述单相集中励磁绕组(4)一共有6个线圈(401、402、403、404、405、406)，分别置于相邻两块永磁体下方的槽中，每个槽中分布有一个线圈为单层，励磁绕组线圈数为电枢绕组线圈数的一半，上述6个线圈依次顺序首尾串联连接。
2.根据权利要求1所述的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机，其特征在于：转子转子(5)为内转子或者外转子结构。
3.根据权利要求1所述的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机，其特征在于：转子(5)为直槽转子，既无永磁体也无绕组。
4.根据权利要求1所述的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机，其特征在于：永磁体(2)是铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104113251A (zh) * | 2014-06-17 | 2014-10-22 | 曲阜师范大学 | 风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机 |
| CN104617727A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-05-13 | 东南大学 | 一种双定子轴向磁场磁通切换型混合永磁记忆电机 |
| CN107453573A (zh) * | 2017-09-20 | 2017-12-08 | 华中科技大学 | 一种定子极不等间距的混合励磁双凸极永磁同步电机 |
| CN113054776A (zh) * | 2019-12-27 | 2021-06-29 | 黑龙江省国特尔机电科技有限责任公司 | 一种匀磁同向高功率密度节能电机 |
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2009
- 2009-02-27 CN CNA2009101199384A patent/CN101488682A/zh active Pending
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Legal Events
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Open date: 20090722 |