[發明專利]多齒混合勵磁盤式風力發電機

有效

• 申請號: 201310485356.4
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103490575A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 郝立;林明耀;徐妲;林克曼
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04;H02K1/14;H02K1/17
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明是一種結構簡單，具有較高的功率密度，較大的轉矩輸出能力、定位力矩小和較高效率的軸向磁場混合勵磁電機，屬于軸向磁場混合勵磁電機技術領域。

背景技術

在能源短缺和環境趨向惡化的今天，風能作為一種可再生的清潔能源，越來越受到世界各國的重視，也越來越多地被應用到風力發電中。目前，變速恒頻風力發電系統所采用的風機分為兩種類型：直驅式和雙饋式。直驅式風力發電機組在傳動鏈中省略了齒輪箱，將風輪與低速同步發電機直接連接，降低了機械故障率和定期維護成本，提高了風電轉換效率和運行可靠性。因此，低速直驅永磁風力發電機已經成為國內外新型風力發電系統的主選機型之一。國內外學者對永磁同步發電機展開了大量研究，研究結果表明在低速直驅式永磁風力發電機中，以軸向磁場結構的永磁電機最具優勢，其中采用雙定子結構的軸向磁場永磁電機的功率密度最高。然而，傳統的軸向磁場永磁電機，永磁體位于轉子，為了克服高速運行時的離心力，需要在轉子上安裝相應的固定裝置，引起冷卻困難，較高的溫升可能會導致永磁體發生不可逆退磁，限制電機出力，制約了電機性能的進一步提高。

軸向磁場磁通切換型永磁（Axial?Field?Flux-Switching?Permanent?Magnet,?以下簡稱AFFSPM）電機綜合了磁通切換型永磁電機和軸向磁場電機的優點,其永磁體和電樞繞組均置于定子，冷卻方便；轉子結構簡單，動態性能好，對風速和負載變化響應快；定轉子的雙凸極結構具有很強的聚磁作用，氣隙磁密高，功率密度大，輸出轉矩能力強；采用集中電樞繞組，縮短了繞組端部長度，減小了繞組電阻和銅耗，實現了電機的高效率運行；與已有軸向磁場永磁電機相比，其結構簡單，制造容易；軸向長度短，特別適合于風力發電機組。但是AFFSPM電機定位力矩較大，造成風機起動時阻轉矩大，同時，輸出電壓無法調節，電壓調整率大，發生短路故障時，AFFSPM?發電機滅磁較難，因而其應用受到了一定的限制。

混合勵磁電機將永磁體勵磁與電勵磁兩種勵磁方式進行有機結合，是一種最大限度綜合兩者優勢又能克服各自缺陷的新型電機。國內外學者相繼提出了磁極分割式混合勵磁電機、爪極式混合勵磁電機、組合轉子式混合勵磁電機、并列結構式混合勵磁電機和磁分路式混合勵磁電機等多種拓撲結構。但以上幾類混合勵磁電機中，永磁體均位于轉子，存在因溫升引起的永磁體退磁問題，限制了電機出力、降低了電機的功率密度，制約了此類混合勵磁電機性能的進一步提高。目前國內外文獻報道的定子永磁型混合勵磁電機主要以雙凸極和磁通切換電機為原型，但由于雙凸極永磁電機本身的功率密度不如磁通切換永磁電機，因此雙凸極混合勵磁電機在性能上也受到一定的限制。而磁通切換混合勵磁電機的研究目前主要集中在徑向磁場結構，軸向磁場磁通切換混合勵磁電機僅對雙轉子單定子結構進行了研究，關于雙定子結構的軸向磁場磁通切換混合勵磁電機的研究還未見報道。

針對AFFSPM電機目前存在的問題，結合混合勵磁電機的優點，本發明提出一種多齒混合勵磁盤式風力發電機，可以有效的減少定位力矩；同時，電勵磁繞組的設置，可以實現氣隙磁場的靈活調節，實現發電機寬電壓輸出。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提出一種定位力矩小、氣隙磁場可調、電壓調節范圍寬、功率密度高和效率高的雙定子結構的多齒混合勵磁盤式電機。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種多齒混合勵磁盤式風力發電機，包括第一定子、轉子以及第二定子，其中第一定子和第二定子對稱設置在所述轉子的兩側，其特征是：所述第一定子和第二定子分別由六個多齒U形定子鐵心、六塊永磁體、六個集中電樞線圈和六個集中勵磁線圈組成，在每兩個相鄰的多齒U形鐵心的定子齒之間放置一個所述永磁體，在每塊永磁鐵上軸向纏繞一個所述集中勵磁線圈且所有集中勵磁線圈依次順序首尾串聯形成單相集中勵磁繞組，所述三相集中電樞繞組的各集中電樞線圈均橫跨在所述多齒U形定子鐵心的兩個定子齒上，其中，第一定子六個集中電樞線圈中兩兩徑向相對的兩個集中電樞線圈與同一位置上第二定子六個集中電樞線圈中兩兩徑向相對的兩個集中電樞線圈串聯形成三相電樞繞組中的一相。

所述轉子由非導磁圓環以及設置在非導磁圓環上的多個齒極構成。

所述的齒極數為十九個。

所述永磁體是釹鐵硼磁鋼。

所述電樞繞組和勵磁繞組都為集中繞組。