[發明專利]五相10k/8Nk結構雙凸極容錯發電機

無效

• 申請號: 200810024684.3
• 申請日: 2008-04-02
• 公開（公告）號: CN101364749A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發明（設計）人: 邱鑫;朱德明;張卓然;王慧貞;嚴仰光
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/24;H02K3/28;H02K19/16;H02P9/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所
• 代理人: 柏尚春

一、技術領域

本發明的五相10k/8Nk結構雙凸極容錯發電機，屬風能發電機。

二、技術背景

風能是一種潔凈和可再生能源，在當今能源危機日益嚴重的情況下，風能的利用日益得到重視。風力發電中風能與電能的轉換主要通過發電機。雙凸極無刷直流電機(專利號：ZL99114250.0)屬于變磁阻電機。其定、轉子均為凸極結構，由硅鋼片疊制而成，結構簡單，制造方便，價格便宜。作發電機工作時，不需要轉子位置傳感器，系統可靠性高。控制勵磁電流可調節輸出電壓，故障時可滅磁。用在大功率場合，其可做成多極結構。雙凸極無刷直流電機的這些特點使其較適合用于風力發電。三相雙凸極電機的定子鐵心極數與轉子鐵心極數為6k/4k(k為自然數)。k＝1時的6/4結構是三相雙凸極無刷直流電機基本結構，也稱為電機單元。

當今風力發電朝著低成本、高效率和高可靠性方面發展，常規三相雙凸極發電機輸出三相互差120°的電勢，各相電勢波形無重疊，電機不具備容錯能力，在風力發電場合應用受到限制。而通過外加硬件等方法來實現容錯能力會增加系統的復雜程度和實現難度，同時成本也會上升。因此，尋求不增加系統復雜程度，僅依靠電機結構與常規整流電路就能實現容錯特性的雙凸極發電機新結構，成為本發明的初衷。

三、發明內容

本發明的目的是：克服現有技術的不足，提出了一種僅依靠電機結構就能實現容錯特性的五相10k/8Nk結構雙凸極容錯發電機新結構。

本發明的五相10k/8Nk結構雙凸極容錯發電機，由定子、轉子及其相關結構件構成。定子鐵心與轉子鐵心均為凸極結構，其極數配合關系為10k/8Nk，即定子極數為10k，轉子極數為8Nk，其中N為除5和5的倍數以外的自然數。定子包括定子鐵心、勵磁繞組和電樞繞組。勵磁繞組和電樞繞組均為集中繞組，勵磁繞組共有k套，每套勵磁繞組之間有五個定子極。電樞繞組可以為10k套，即每個定子極上套有一套電樞繞組，也可以為5k套，即定子極上每隔一個定子極套有一套繞組。轉子由轉子鐵心組成，轉子極上無繞組。

本發明的五相10k/8Nk結構雙凸極容錯發電機，其相鄰兩定子極間弧長為定子極距，大小為定子極弧長的2N倍。當N＝1時，定子槽口所占弧長與定子極弧長相等，當N>1時，定子槽口所占弧長大于定子極弧長。

本發明的五相10k/8Nk結構雙凸極容錯發電機，轉子極的弧長等于或大于定子極的弧長。

本發明的五相10k/8Nk結構雙凸極容錯發電機，其實現的原理為：本發電機為直流發電機。對于直流發電機，在任一時刻有兩相或多于兩相電樞繞組向同一負載提供相同電勢，且其中一相或多相繞組出現故障時，故障相不影響正常相的運行，電機仍能正常輸出額定電勢，其具有容錯能力。此發電機中，電機的轉子極滑入定子極時，相繞組匝鏈磁鏈增加，轉子極滑出定子極時，相繞組匝鏈磁鏈減少。轉子旋轉一周，各相繞組的匝鏈磁鏈發生8Nk個周期變化，其感應電勢也發生8Nk個周期變化，所以電機的極對數等于轉子極數，且轉子旋轉一周對應的電角度為8Nk·360°。定子極距所占電角度為8Nk·360°/10k，即N·288°。定子極弧長為定子極距的1/2N，所占電角度為288°·N/2N，即144°。轉子轉過360°電角度，五相繞組的感應電勢相位依次相差360°/5，即72°電角度，而每相感應的正電勢或負電勢所占電角度與定子極弧長所占電角度相同，均為144°，所以每相感應的正電勢或負電勢與其前后兩相相應電勢各有(144°-72°)，即72°電角度重合，不重合的電角度為(144°-2·72°)，即0°，任一時刻均有相鄰兩相繞組輸出電勢重合。相鄰兩相繞組互作備份，若其中一相發生故障，另外一相立即啟用，輸出相同電勢。此外，電勵磁雙凸極電機各相相繞組之間互感小，當某相出現故障時，此相不影響其它相正常工作，具有磁隔離能力。本電機能實現容錯供電。

本發明的五相10k/8Nk結構雙凸極容錯發電機，定子極繞組相序與轉子轉動方向和N有關。沿轉子旋轉逆方向，N/5的余數為1時，定子極相序為A相→B相→C相→D相→E相，N/5的余數為2時，定子極相序為A相→C相→E相→B相→D相，N/5的余數為3時，定子極相序為A相→D相→B相→E相→C相，N/5的余數為4時，定子極相序為A相→E相→D相→C相→B相。

本發明的五相10k/8Nk結構雙凸極容錯發電機，有三種基本結構形式。第一種結構形式定子在外側，為外定子結構，第二種結構形式定子在內側，為內定子結構，第三種結構形式內外均有定子，轉子在中間，為雙定子結構。