[發明專利]轉子聚磁式雙定子場調制永磁發電機

無效

• 申請號: 201310062578.5
• 申請日: 2013-02-27
• 公開（公告）號: CN103151886A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 程明;李祥林;花為;鄒國棠
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于發電技術領域，涉及一種具有磁場調制功能、適用于直驅場合的雙定子永磁發電機。

背景技術

在風力發電系統中，由于風能是能量密度較低的一種能源，由風能驅動的風機一般工作在較低轉速，為了有效利用風能、匹配風機和發電機轉速，目前主要采用兩種措施。一是使用機械式增速齒輪箱進行增速，但是，增速齒輪體積大、笨重，而且故障率高；二是取消增速齒輪，采用直驅風力發電系統，然而，為保證輸出電壓和頻率在正常的范圍內，此類發電機需要采用較大的定轉子直徑和較多的極對數，體積大，設計、運輸和安裝困難。而且，由于風速變化，直驅式單定子風力發電機存在輸出電壓波動大的問題。因此，研制適于風能高效轉換利用、運行可靠的新型風力發電機具有深遠的意義。

本發明提出一種轉子聚磁式雙定子場調制永磁發電機，在不使用機械增速齒輪箱的情況下，利用磁場調制原理，可實現電機本身的磁場自增速。與同類永磁直驅電機相比，在實現低速直驅風力發電的情況下，本發明中定子齒槽數明顯減少，結構緊湊，繞組繞制方便，電機體積和重量可顯著減小，轉矩密度得以提高。同時，轉子采用聚磁式結構，能夠大大提高氣隙磁密幅值，而且，永磁體內嵌式安排使內、外定子磁場之間的相互影響很小，兩套定子電樞繞組的獨立性更強，提高了兩套繞組聯接的靈活性。雙定子結構的采用，可有效減小聚磁式結構的漏磁，提高永磁體利用率和空間利用率，提高電機轉矩密度。同時，根據風速的變化，通過改變兩套電樞繞組的聯接方式，可使輸出電壓維持在一定的范圍內，這對風力發電是非常有利的。因此，本發明所述發電機結構具有很高的科研價值和工程實用價值。

發明內容

技術問題：本發明針對現有風力發電機存在的不足，提供了一種具有磁場調制功能、轉矩密度和功率因數較高，適用于直驅場合的轉子聚磁式雙定子永磁發電機。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明公開了一種轉子聚磁式雙定子場調制永磁發電機，該發電機由外至內依次包括同軸心的外定子、轉子和內定子；外定子和轉子之間設有外氣隙、轉子和內定子之間設有內氣隙；

所述外定子包括外定子軛、自外定子軛內表面向軸心方向突出的外定子齒、相鄰的外定子齒之間設有外定子槽、嵌入外定子槽內的外定子電樞繞組；

所述轉子包括轉子鐵心和嵌入轉子鐵心、均勻分布的轉子永磁體；

所述內定子包括內定子軛、自內定子軛外表面背離軸心方向突出的內定子齒、相鄰的內定子齒之間設有內定子槽、嵌入內定子槽內的內定子電樞繞組；

所述轉子永磁體極對數、內定子齒或外定子齒個數、外定子電樞繞組或內定子電樞繞組繞制極對數滿足以下關系：

p_pmr=n_s-p_s

p_pmr為轉子永磁體極對數，n_s為內定子齒或外定子齒個數，p_s為外定子電樞繞組或內定子電樞繞組極對數。

優選的，所述轉子永磁體沿圓周切向充磁，且相鄰永磁體充磁方向相反，形成聚磁式磁極結構，永磁體磁化方向厚度沿徑向由內到外漸寬。

有益效果：本發明提供了一種具有磁場調制功能的轉子聚磁式雙定子永磁發電機，能夠實現低速大轉矩直驅發電，與現有同類電機相比，具有以下優點：

1.本發明利用磁場調制原理，可實現電機的磁場自增速，省去了機械式增速齒輪箱，既可實現轉子低速大轉矩直驅的要求，又可滿足定子按高速旋轉磁場設計的需求，不但能夠實現風能高效轉換利用，而且結構緊湊，轉矩密度高；

2.與多極直驅電機相比，本發明中定子電樞繞組按高速諧波磁場極對數設計，定子齒數大為減少，方便加工制造和電樞繞線，有利于提高空間利用率和系統可靠性、降低維護成本；

3.本發明中轉子采用聚磁式結構，與杯型表貼式轉子結構相比，能夠大大提高氣隙中有效諧波磁密，此舉不但能夠提高電機功率密度，而且利于減小繞組電感改善功率因數；同時，該結構使內、外定子磁場之間的相互影響很小，兩套定子電樞繞組的獨立性更強，提高了兩套繞組聯接的靈活性；

4.與單定子結構相比，本發明采用雙定子結構，能夠有效利用嵌入式永磁體結構的漏磁，提高永磁體利于率和空間利用率，改善轉矩密度；同時，內、外定子兩套電樞繞組可根據風速變化改變聯接方式，使輸出電壓維持在一個穩定的范圍內；

5.與具有調磁塊的裂極式定子結構場調制電機相比，本發明中定子齒兼做調磁齒，省去了調磁塊，結構簡化，體積減小。

附圖說明

圖1為轉子聚磁式雙定子場調制永磁風力發電機截面結構。