[發明專利]磁通切換型聚磁式橫向磁通永磁風力發電機

無效

• 申請號: 201010100924.0
• 申請日: 2010-01-22
• 公開（公告）號: CN101741197A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 林鶴云;顏建虎;馮奕
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K21/12
• 分類號: H02K21/12;H02K1/12;H02K1/27
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種改進的發電機，特別是一種高性能和直接驅動領域的磁通 切換型聚磁式橫向磁通永磁風力發電機。

背景技術

能源危機的加劇，制約全球經濟的提升，并威脅著人類社會可持續發展， 大力開發利用新能源和可再生能源已成為全球多數國家能源發展戰略的重要 組成部分。相比于其它形式的可再生能源，風能(Wind?Power)成熟度最高， 經濟性最好。到2010年，全球風電裝機總容量將達230GW，中國約10GW， 發展勢頭迅猛，開發利用前景廣闊。風力發電機(Wind?Generator)是風電系 統的關鍵核心裝備，其電氣和機械性能的優劣直接影響著風電能量轉換的效率 以及系統的成本與可靠性。

由于風力發電機轉速較低，中小功率的為幾十～幾百轉/分，MW級的只有 十幾轉/分，根據電機原理，要達到一定的功率，且要減小電機直徑、減輕其體 積和重量，就必須顯著增大電磁力。電磁力正比于磁通量和電流，傳統的徑向 磁通和軸向磁通電機中，導向磁通的鐵心和傳導電流的導線處于同一平面內， 在電機直徑一定的情況下，增加鐵心面積和增大導體截面積相互矛盾。幸運的 是，橫向磁通電機(Transverse?Flux?Motor-TFM)可以解決這一問題，其電樞 繞組與主磁路在結構上完全解耦，因此可以根據需要獨立調整線圈窗口和磁路 尺寸來確定電機的電、磁負荷，從而可以獲得很高的轉矩密度。

近幾年雖然國內外眾多機構對橫向磁通發電機進行了大量的研究工作，但 是還存在一些問題亟待改進和解決。現有的橫向磁通永磁電機，相鄰兩組轉子 鐵心只對應一組定子鐵心，磁通的空間利用率偏低，繞組的有效長度比例不高， 轉矩密度還有提高的空間。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種高功率密度和高轉矩 密度的聚磁型橫向磁通永磁風力發電機。

技術方案：本發明的磁通切換型聚磁式橫向磁通永磁風力發電機，包括定 子和轉子，定子是由分布在轉子圓周外的若干定子鐵心及電樞繞組構成，圓周 方向相鄰兩個定子鐵心左右對稱排列；各定子鐵心的尺寸相同，每相圓周方向 相鄰兩個定子鐵心左、右分別對稱排列；各轉子鐵心的尺寸相同，轉子鐵心兩 邊分別嵌入第一永磁體第二永磁體，磁極方向相對，圓周方向相鄰兩個轉子鐵 心的第一永磁體、第二永磁體磁極方向相反。

轉子鐵心采用硅鋼片疊制，并安裝在非導磁材料圓筒上形成一個轉子整體， 并與電機轉軸相連，最后通過軸承與機殼相連。

各定子鐵心的尺寸相同，且采用硅鋼片疊制，并安裝在非導磁材料機殼套 筒內形成一個定子整體。

該發電機為三相發電機時，在電機軸方向，并排三組定子鐵心和三組轉子 鐵心，并使得每組定子鐵心相差120度電角度，或者使得每組轉子鐵心相差120 度電角度。

極數2p的電機每相具有2p個定子鐵心和2p的轉子鐵心。

電機的定子和轉子位置可以互換，構成外轉子、內定子的結構形式。

該電機運行原理如下：

該電機轉子存在兩個不同的交錯位置。

當轉子處于位置一時，相鄰兩個單元永磁產生的穿過定子繞組的磁通方向 同為一個方向；而當轉子處于位置二時，磁通方向切換為另一個方向。轉子連 續旋轉時，定子繞組中匝鏈的磁通方向呈周期性改變，從而感應出感應電勢， 實現機電能量轉換。

有益效果：轉子鐵心中放置一對永磁體，且圓周方向相鄰兩個轉子鐵心中 的永磁體磁化方向相反，結合相鄰兩個定子鐵心左、右分別對稱排列的結構特 點，可以實現磁通變換的功能，可以避免相鄰兩個轉子鐵心只對應一個定子鐵 心的情況，當該電機的極數2p時，每相具有2p個定子鐵心和2p的轉子鐵心， 即一個轉子鐵心對應于一個定子鐵心，從而提高了電機磁通的利用率。此外， 還有效地縮短了繞組的無效長度，在一定程度上提高了電機的轉矩密度。

該電機的各定子鐵心尺寸相同，各轉子鐵心尺寸也相同，且都可用硅鋼片 疊制而成。各定子鐵心安裝在非導磁材料機殼圓形套筒內，形成定子整體；各 轉子鐵心安置在非導磁材料圓筒上，形成轉子整體，并且與電機轉軸相連。由 于采用了硅鋼片疊制，可以有效地減少電機的漏磁通，從而可以提高電機的功 率因數。

附圖說明

圖1是磁通切換型聚磁式橫向磁通永磁風力發電機中一相一對極的結構示 意圖；