[發明專利]永磁體發電機

無效

• 申請號: 201080048331.2
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN102598474A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: J·A·斯泰格曼;M·J·坎珀
• 申請（專利權）人: 斯泰倫博斯大學
• 主分類號: H02K1/18
• 分類號: H02K1/18;H02K23/58;H02K16/02;H02K1/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張濤

技術領域

本發明涉及發電機。更具體地，本發明涉及用于與風力渦輪機一起使用的永磁體發電機的設計。本發明延伸至用于制造永磁體發電機的方法。

背景技術

發電機是將機械能轉換成電能的裝置并且是眾所周知的。法拉第定律中能夠發現這些發電機的基本操作原理，法拉第定律在最基本的形式中陳述了在垂直通過磁場的電導體的端部之間產生電勢差。更具體地，在任何閉合電路中感應的電動勢(EMF)等于通過電路的磁通量的時間變化率。

發電機在其最簡單的形式中包括轉子和定子。轉子是發電機的旋轉部分而定子是固定部分。一種特定類別的發電機使用安裝在轉子或定子上的永磁體(PM)以建立發電機中的磁場(磁通)。這些發電機稱為永磁體發電機。導電材料(通常為銅線)的線圈固定到發電機的定子或轉子上，并且當轉子相對于定子旋轉時，磁場相對于導電繞組的運動在繞組中感應出電流。如此感應的電流可以隨后用于給電器供電或者通過例如使電池充電來儲存電荷。

發電機目前使用在多種應用中，但是正變得越來越普遍地用于風力發電機中，這主要是因為借助于風力發出的電被認為是清潔的能源。風力發電機將風的動能轉換成機械(主要是旋轉)能，隨后將機械能轉換成有用的電能。基本的風力發電機包括安裝在用于在風中旋轉的軸上的多個翼型葉片。該旋轉被賦予發電機的轉子，發電機進而發電。

傳統的風力發電機存在多個缺點。一個這種缺點是大多數這種發電機利用鐵芯定子。除了與鐵芯相關的高成本以外，它們還沉重并且需要另外的資源和支持以安裝、穩定和維護。鐵芯定子還經受齒槽轉矩，這是由于PM電機的轉子的永磁體與定子槽之間的相互作用而產生的轉矩。它也被稱為定位轉矩或“無電流”轉矩。齒槽轉矩對于鐵芯發電機的操作而言是不期望的成分。其在較低速度時是特別突出的并且自身表現為不連續旋轉。

傳統的風力發電機的另外的缺點是與其維修和維護相關的費用。具體地，當在轉子或定子上的繞組磨損或有缺陷時，需要高度熟練的技術人員進行維修或維護。傳統的鐵芯定子的重量和難操縱性也經常需要使用機械或技術人員組以進行甚至常規的維護。

一種改進型風力發電機(已經獲得一些成功，尤其是在風力發電機中獲得一些成功)被公知為雙側轉子、空氣芯式永磁體發電機。由于其空氣芯定子，發電機不會存在上述由重鐵芯發電機所導致的一些缺點。這些發電機具有多個優點，例如無芯損耗、零齒槽轉矩，定子與轉子之間無吸引力以及可原位更換故障定子的能力。但是，定子仍然難以維修和維護，并且仍然需要高度熟練的技術人員和昂貴的設備來做這些。另外，這些機器經受兩個PM轉子之間的大的吸引力，并且由于它們具有轉子與定子之間的較大空氣隙的事實而通常需要較大數量的PM磁體進行操作。

發明內容

發明目的

本發明的目的是提供一種至少部分緩解上述問題中的一些的永磁體發電機。

根據本發明，提供了一種用于永磁體發電機的空氣芯定子，所述空氣芯定子包括：基部，所述基部具有圍繞其表面的間隔開的附接結構；以及多個定子模塊，每個定子模塊具有互補附接結構，其中，所述定子模塊各包括至少一個非重疊導電繞組，并且借助于所述附接結構以并列配置的方式可釋放地固定至所述基部，以形成基本圓形的定子本體。

本發明的另外的特征設置為使所述基部為圓盤形并且限定有圍繞其周緣的孔，所述孔用作所述附接結構；并且每個定子模塊由聚合物樹脂、優選地由環氧樹脂一體模制而成，并且具有局部圓形外表面、弧形本體和凸緣，所述凸緣沿所述本體的凹入曲率的方向從所述本體的邊緣基本垂直地突出，所述互補附接結構為在所述凸緣中限定且間隔開的孔，以與位于所述基部上的所述附接結構相配準，從而容許將所述模塊栓接至所述基部。

本發明的又一特征提供為使所述模塊的所述外表面在所有所述模塊固定至所述基部時形成基本連續的環狀定子表面；所述定子模塊的所述本體在固定至所述基部時形成從所述基部基本垂直突出的基本連續的環狀定子本體；每個定子模塊包括以并列配置的方式布置在所述弧形本體上的多個基本橢圓形導電線圈，線圈的縱向軸線彼此基本平行且延伸跨過所述環狀定子本體的寬度；所述線圈為非重疊的且緊湊纏繞的，并且在模制所述定子模塊期間嵌入所述聚合物樹脂內，而所述線圈的連接區域延伸到所述模塊的外部以用于在所述模塊本體外部的電連接。