恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机的制作方法
专利名称：恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机制造技术，特别是涉及到一种能够 实现恒压输出的风力发电机。
背景技术：
随着能源危机的不断加剧，利用风力资源以逐步减小火电 发电量以节省能源消耗已成为全世界的共识。目前国内外广泛采用的 风力发电机主要分为直驱式和带变速齿轮箱两种结构，其中直驱式正 引起越来越多的关注。同时，由于我国是世界上稀土资源最丰富的国 家，开发研究和推广应用新型结构的稀土永磁风力发电机，具有重要 的理论意义和实用价值。然而，由于永磁发电机气隙^兹场无法调节， 使其空载电动势直接受转子转速控制，从而导致普通永磁风力发电机 的输出电压受风速影响较大，成为限制其应用推广的瓶颈。而目前出 现的以转子永磁型电机为原型的混合励磁发电机大部分都将直流励磁 绕组放置定子。为了给电励磁磁通提供一条不论是径向还是轴向与永 磁磁通并行的路径，所提出的电机结构都非常复杂，不论从制造工艺 还是成品化大规模生产而言，都面临巨大的挑战。混合励磁型的电机 如果为了实现磁场的调节而从结构复杂度上需要做出重大牺牲，其竟 争力将会大打折扣。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型结构紧凑、简单、鲁棒性 好的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机。该电机可合理安排电
励磁绕组空间，在不额外增加体积的条件下可进一步提高电机的功率 密度，同时通过电励磁电流的调节可全方面提高各项性能，包括起动 风速、最大输出功率、恒压输出和整个运行区范围内的高效率。
本发明是这样实现的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机
3包括定子和转子，定子和转子都为凸极结构，定子由12块U形导磁铁 心拼装组成，两个相邻的u形导磁铁心之间设置有永磁体，转子铁心 有10个极；其特征在于在定子上设置有三相集中绕组和单相集中励 磁绕组；
所述三相集中绕组的A相第一绕组线圈和第三绕组线圏径向相对， 第二绕组线圏和第四绕组线圏径向相对，每个绕组线圏套于定子中两 个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圏依次顺序首尾串 联连接；
所述三相集中绕组的B相第五绕组线圏和第七绕组线圏径向相对， 第六绕组线圏和第八绕组线圏径向相对，每个绕组线圏套于定子中两 个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串 联连接；
所述三相集中绕组的C相第九绕组线圏和第十一绕组线圏径向相 对，第十绕组线圏和第十二绕组线圏径向相对，每个绕组线圏套于定 子中两个相邻的U形导》兹4失心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序 首尾串联连接；
单相集中励一磁绕组一共有6个线圈，分别置于相邻两块永^兹体下方 的槽中，每个槽中分布有一个线圈为单层，励磁绕组线圈数为电枢绕 组线圈数的一半，上述6个线圈依次顺序首尾串联连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点
1. 采用新型的定子永磁型结构，即将永磁磁钢置于定子而取代传 统的转子永磁型，转子部分为硅钢片压叠而成的实心铁芯，使得电机 转子结构非常坚固，且不再需要为固定转子磁钢而添加复杂的加工工
艺，
2. 传统的转子永磁型电机组成的风力发电系统，在受到强风的袭 击时，转子最易受到机械冲击，导致磁钢损坏，影响整个系统的运行。而采用定子永磁型的结构就可以完全避免这一问题，提高了系统
稳定性；
3. 增加的一套电励磁绕组在无需增加电机体积的条件下即可安 放，电机中的电枢和励磁两套绕组都采用集中绕组，端部较短，与已 有的混合励》兹电机(包括转子永^兹型和定子永-磁型)相比结构简单， 研制容易；
4. 采用混合励磁结构，可以在风速过大或者过小时通过励石兹绕组 的调节功能控制气隙磁场的强度，从而保证在一个宽广的风速范围内 恒压输出，这对发电机后接的蓄电池的使用寿命有重要的影响，起到 了 "减排"的效果；
5. 通过励磁绕组的磁场调节功能，为省去风机的偏航系统提供了 可能性，降低了整个系统的体积和制造成本；
6. 通过定子上的励磁绕组或者电枢绕组，可以为同样置于定子的 永磁磁钢在线充磁，而不需要拆开电机，非常方1"更。而对于转子永石兹 型结构的电机，获得同样的充磁磁势，则必须提供较大的充磁电流， 且不易实现。
附图为本发明所述风力发电机的结构示意图 l.定子2.永》兹体3.三相集中电枢绕组4.单相集中励》兹绕組5.转子 301.第一集中电枢线圏302.第二集中电枢线圏303.第三集中电枢线圏 304.第四集中电枢线圏 311.第五集中电枢线圈 312.第六集中电枢线圏 313.第七集中电枢线圏314.第八集中电枢线圏321.第九集中电枢线圏 322.第十集中电枢线圈323.第十一集中电枢线圈324.第十二集中电枢线圈 401.第一集中励磁线圈 402.第二集中励磁线圏 403.第三集中励磁线圈 404.第四集中励磁线圏 405.第五集中厉办磁线圈 406.第六集中厉办磁线圈
具体实施例方式从附图中可以看出，本发明所述的恒压输出混合励磁 型磁通切换风力发电机包括定子1和转子5，定子1和转子5都为凸 极结构，定子1由12块U形导磁铁心拼装组成，两个相邻的U形导磁 铁心之间设置有永》兹体2;转子5铁心有10个极，其特征在于在定 子1上设置有三相集中绕组3和单相集中励磁绕组4;
三相集中绕组3的A相第一绕组线圈301和第三绕组线圏303径 向相对，第二绕组线圈302和第四绕组线圈304径向相对，每个绕组 线圏套于定子1中两个相邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组线圈 依次顺序首尾串联连接；
三相集中绕组3的B相第五绕组线圏311和第七绕组线圏313径 向相对，第六绕组线圈312和第八绕组线圈314径向相对，每个绕组 线圈套于定子1中两个相邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组线圈 依次顺序首尾串联连接；
三相集中绕组3的C相第九绕组线圏321和第十一绕組线圏323 径向相对，第十绕组线圏322和第十二绕组线圏324径向相对，每个 绕组线圈套于定子1中两个相邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组 线圈依次顺序首尾串联连接；
单相集中励磁绕组4 一共有6个线圏401、 402、 403、 404、 405、 406，分别置于相邻两块永磁体下方的槽中，每个槽中分布有一个线圏 为单层，励磁绕组线圏数为电枢绕组线圏数的一半，上述6个线圏依 次顺序首尾串联连接。
当电机转子在附图所示位置时，转子5分别有一个齿与第一集中电 枢线圏301和第二集中电枢线圏302的一个定子齿相对，根据永磁体 2的^兹化方向，两个线圏中的永l兹》兹通都^v转子齿经过气隙穿进定子 齿，且数值最大。此时，若通过第一励磁绕组线圈401和第二励磁绕 组线圏402分别施加与永磁磁势方向相同的电励磁磁势，则可以增加
6匝链到第一集中电枢线圈301和第二集中电枢线圏302中的磁通，从 而影响感应出的电势。相反，如果改变电流方向，使产生的电励磁磁 通与永磁磁通方向相反，则可以减小第一集中电枢线圈301和第二集 中电枢线圈302中的合成》兹链，进而减小感应的电势。集中电枢绕组 3的B相和C相的线圏的工作原理同上，可以大大^是高电;^几性能和工 作效率。
转子5可以是直槽转子，保证了本发明在采用集中绕组和转子不 斜槽的条件下，就可获得正弦度非常高的磁链、电动势和电感等静态 特性，从而使本实用新型更加适合于用于交流输出的风力发电机。
转子5可以为内转子或者外转子结构。
永磁体2是铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢，定子1和转子5都可以 采用硅钢冲片压叠制成。
该产品在结构上保留了永磁式磁通切换电机紧凑、简单、鲁棒性 好、适于高速运行的优势，无需额外增加电才几体积就可以实现》兹场调 节功能，保证了该电机是一种具有混合励磁磁场和较高功率密度、能 够实现恒压输出的风力发电机，特别适合于要求体积小出力大的应用 场合，能够实现风能的高效转化和利用。
权利要求
1. 恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机包括定子(1)和转子(5)，所述定子(1)和转子(5)都为凸极结构，所述定子(1)由12块U形导磁铁心拼装组成，两个相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体(2)；转子(5)铁心有10个极，其特征在于在定子(1)上设置有三相集中绕组(3)和单相集中励磁绕组(4)；所述三相集中绕组(3)的A相第一绕组线圈(301)和第三绕组线圈(303)径向相对，第二绕组线圈(302)和第四绕组线圈(304)径向相对，每个绕组线圈套于所述定子(1)中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；所述三相集中绕组(3)的B相第五绕组线圈(311)和第七绕组线圈(313)径向相对，第六绕组线圈(312)和第八绕组线圈(314)径向相对，每个绕组线圈套于所述定子(1)中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；所述三相集中绕组(3)的C相第九绕组线圈(321)和第十一绕组线圈(323)径向相对，第十绕组线圈(322)和第十二绕组线圈(324)径向相对，每个绕组线圈套于所述定子(1)中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；所述单相集中励磁绕组(4)一共有6个线圈(401、402、403、404、405、406)，分别置于相邻两块永磁体下方的槽中，每个槽中分布有一个线圈为单层，励磁绕组线圈数为电枢绕组线圈数的一半，上述6个线圈依次顺序首尾串联连接。
2. 根据权利要求1所述的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电 机，其特征在于转子转子(5)为内转子或者外转子结构。
3. 根据权利要求1所述的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电 机，其特征在于转子(5)为直槽转子，既无永磁体也无绕组。
4. 根据权利要求1所述的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电 机，其特征在于永磁体(2)是铁氧体或者钕4失硼永^兹{兹钢。
全文摘要
本发明公开了一种恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机，包括定子和转子，定子和转子都为凸极结构，定子由12块U形导磁铁心拼装组成，相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体；转子铁心有10个极，在定子上设置有三相集中绕组和单相集中励磁绕组；直槽转子，即无永磁体也无绕组。在结构上保留了永磁式磁通切换电机紧凑、简单、鲁棒性好、适于高速运行的优势，无需额外增加电机体积就可以实现磁场调节功能，保证了该电机是一种具有混合励磁磁场和较高功率密度、能够实现恒压输出的风力发电机，特别适合于要求体积小出力大的应用场合，能够实现风能的高效转化和利用。
文档编号H02K3/28GK101488682SQ200910119938
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月27日 优先权日2009年2月27日
发明者唐震东, 李祥志, 环剑斌, 为 花, 苏申科, 郑自明 申请人:环一军
技术领域：
本发明涉及一种发电机制造技术，特别是涉及到一种能够 实现恒压输出的风力发电机。
背景技术：
随着能源危机的不断加剧，利用风力资源以逐步减小火电 发电量以节省能源消耗已成为全世界的共识。目前国内外广泛采用的 风力发电机主要分为直驱式和带变速齿轮箱两种结构，其中直驱式正 引起越来越多的关注。同时，由于我国是世界上稀土资源最丰富的国 家，开发研究和推广应用新型结构的稀土永磁风力发电机，具有重要 的理论意义和实用价值。然而，由于永磁发电机气隙^兹场无法调节， 使其空载电动势直接受转子转速控制，从而导致普通永磁风力发电机 的输出电压受风速影响较大，成为限制其应用推广的瓶颈。而目前出 现的以转子永磁型电机为原型的混合励磁发电机大部分都将直流励磁 绕组放置定子。为了给电励磁磁通提供一条不论是径向还是轴向与永 磁磁通并行的路径，所提出的电机结构都非常复杂，不论从制造工艺 还是成品化大规模生产而言，都面临巨大的挑战。混合励磁型的电机 如果为了实现磁场的调节而从结构复杂度上需要做出重大牺牲，其竟 争力将会大打折扣。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型结构紧凑、简单、鲁棒性 好的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机。该电机可合理安排电
励磁绕组空间，在不额外增加体积的条件下可进一步提高电机的功率 密度，同时通过电励磁电流的调节可全方面提高各项性能，包括起动 风速、最大输出功率、恒压输出和整个运行区范围内的高效率。
本发明是这样实现的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机
3包括定子和转子，定子和转子都为凸极结构，定子由12块U形导磁铁 心拼装组成，两个相邻的u形导磁铁心之间设置有永磁体，转子铁心 有10个极；其特征在于在定子上设置有三相集中绕组和单相集中励 磁绕组；
所述三相集中绕组的A相第一绕组线圈和第三绕组线圏径向相对， 第二绕组线圏和第四绕组线圏径向相对，每个绕组线圏套于定子中两 个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圏依次顺序首尾串 联连接；
所述三相集中绕组的B相第五绕组线圏和第七绕组线圏径向相对， 第六绕组线圏和第八绕组线圏径向相对，每个绕组线圏套于定子中两 个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串 联连接；
所述三相集中绕组的C相第九绕组线圏和第十一绕组线圏径向相 对，第十绕组线圏和第十二绕组线圏径向相对，每个绕组线圏套于定 子中两个相邻的U形导》兹4失心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序 首尾串联连接；
单相集中励一磁绕组一共有6个线圈，分别置于相邻两块永^兹体下方 的槽中，每个槽中分布有一个线圈为单层，励磁绕组线圈数为电枢绕 组线圈数的一半，上述6个线圈依次顺序首尾串联连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点
1. 采用新型的定子永磁型结构，即将永磁磁钢置于定子而取代传 统的转子永磁型，转子部分为硅钢片压叠而成的实心铁芯，使得电机 转子结构非常坚固，且不再需要为固定转子磁钢而添加复杂的加工工
艺，
2. 传统的转子永磁型电机组成的风力发电系统，在受到强风的袭 击时，转子最易受到机械冲击，导致磁钢损坏，影响整个系统的运行。而采用定子永磁型的结构就可以完全避免这一问题，提高了系统
稳定性；
3. 增加的一套电励磁绕组在无需增加电机体积的条件下即可安 放，电机中的电枢和励磁两套绕组都采用集中绕组，端部较短，与已 有的混合励》兹电机(包括转子永^兹型和定子永-磁型)相比结构简单， 研制容易；
4. 采用混合励磁结构，可以在风速过大或者过小时通过励石兹绕组 的调节功能控制气隙磁场的强度，从而保证在一个宽广的风速范围内 恒压输出，这对发电机后接的蓄电池的使用寿命有重要的影响，起到 了 "减排"的效果；
5. 通过励磁绕组的磁场调节功能，为省去风机的偏航系统提供了 可能性，降低了整个系统的体积和制造成本；
6. 通过定子上的励磁绕组或者电枢绕组，可以为同样置于定子的 永磁磁钢在线充磁，而不需要拆开电机，非常方1"更。而对于转子永石兹 型结构的电机，获得同样的充磁磁势，则必须提供较大的充磁电流， 且不易实现。
附图为本发明所述风力发电机的结构示意图 l.定子2.永》兹体3.三相集中电枢绕组4.单相集中励》兹绕組5.转子 301.第一集中电枢线圏302.第二集中电枢线圏303.第三集中电枢线圏 304.第四集中电枢线圏 311.第五集中电枢线圈 312.第六集中电枢线圏 313.第七集中电枢线圏314.第八集中电枢线圏321.第九集中电枢线圏 322.第十集中电枢线圈323.第十一集中电枢线圈324.第十二集中电枢线圈 401.第一集中励磁线圈 402.第二集中励磁线圏 403.第三集中励磁线圈 404.第四集中励磁线圏 405.第五集中厉办磁线圈 406.第六集中厉办磁线圈
具体实施例方式从附图中可以看出，本发明所述的恒压输出混合励磁 型磁通切换风力发电机包括定子1和转子5，定子1和转子5都为凸 极结构，定子1由12块U形导磁铁心拼装组成，两个相邻的U形导磁 铁心之间设置有永》兹体2;转子5铁心有10个极，其特征在于在定 子1上设置有三相集中绕组3和单相集中励磁绕组4;
三相集中绕组3的A相第一绕组线圈301和第三绕组线圏303径 向相对，第二绕组线圈302和第四绕组线圈304径向相对，每个绕组 线圏套于定子1中两个相邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组线圈 依次顺序首尾串联连接；
三相集中绕组3的B相第五绕组线圏311和第七绕组线圏313径 向相对，第六绕组线圈312和第八绕组线圈314径向相对，每个绕组 线圈套于定子1中两个相邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组线圈 依次顺序首尾串联连接；
三相集中绕组3的C相第九绕组线圏321和第十一绕組线圏323 径向相对，第十绕组线圏322和第十二绕组线圏324径向相对，每个 绕组线圈套于定子1中两个相邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组 线圈依次顺序首尾串联连接；
单相集中励磁绕组4 一共有6个线圏401、 402、 403、 404、 405、 406，分别置于相邻两块永磁体下方的槽中，每个槽中分布有一个线圏 为单层，励磁绕组线圏数为电枢绕组线圏数的一半，上述6个线圏依 次顺序首尾串联连接。
当电机转子在附图所示位置时，转子5分别有一个齿与第一集中电 枢线圏301和第二集中电枢线圏302的一个定子齿相对，根据永磁体 2的^兹化方向，两个线圏中的永l兹》兹通都^v转子齿经过气隙穿进定子 齿，且数值最大。此时，若通过第一励磁绕组线圈401和第二励磁绕 组线圏402分别施加与永磁磁势方向相同的电励磁磁势，则可以增加
6匝链到第一集中电枢线圈301和第二集中电枢线圏302中的磁通，从 而影响感应出的电势。相反，如果改变电流方向，使产生的电励磁磁 通与永磁磁通方向相反，则可以减小第一集中电枢线圈301和第二集 中电枢线圈302中的合成》兹链，进而减小感应的电势。集中电枢绕组 3的B相和C相的线圏的工作原理同上，可以大大^是高电;^几性能和工 作效率。
转子5可以是直槽转子，保证了本发明在采用集中绕组和转子不 斜槽的条件下，就可获得正弦度非常高的磁链、电动势和电感等静态 特性，从而使本实用新型更加适合于用于交流输出的风力发电机。
转子5可以为内转子或者外转子结构。
永磁体2是铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢，定子1和转子5都可以 采用硅钢冲片压叠制成。
该产品在结构上保留了永磁式磁通切换电机紧凑、简单、鲁棒性 好、适于高速运行的优势，无需额外增加电才几体积就可以实现》兹场调 节功能，保证了该电机是一种具有混合励磁磁场和较高功率密度、能 够实现恒压输出的风力发电机，特别适合于要求体积小出力大的应用 场合，能够实现风能的高效转化和利用。
权利要求
1. 恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机包括定子(1)和转子(5)，所述定子(1)和转子(5)都为凸极结构，所述定子(1)由12块U形导磁铁心拼装组成，两个相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体(2)；转子(5)铁心有10个极，其特征在于在定子(1)上设置有三相集中绕组(3)和单相集中励磁绕组(4)；所述三相集中绕组(3)的A相第一绕组线圈(301)和第三绕组线圈(303)径向相对，第二绕组线圈(302)和第四绕组线圈(304)径向相对，每个绕组线圈套于所述定子(1)中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；所述三相集中绕组(3)的B相第五绕组线圈(311)和第七绕组线圈(313)径向相对，第六绕组线圈(312)和第八绕组线圈(314)径向相对，每个绕组线圈套于所述定子(1)中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；所述三相集中绕组(3)的C相第九绕组线圈(321)和第十一绕组线圈(323)径向相对，第十绕组线圈(322)和第十二绕组线圈(324)径向相对，每个绕组线圈套于所述定子(1)中两个相邻的U形导磁铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；所述单相集中励磁绕组(4)一共有6个线圈(401、402、403、404、405、406)，分别置于相邻两块永磁体下方的槽中，每个槽中分布有一个线圈为单层，励磁绕组线圈数为电枢绕组线圈数的一半，上述6个线圈依次顺序首尾串联连接。
2. 根据权利要求1所述的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电 机，其特征在于转子转子(5)为内转子或者外转子结构。
3. 根据权利要求1所述的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电 机，其特征在于转子(5)为直槽转子，既无永磁体也无绕组。
4. 根据权利要求1所述的恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电 机，其特征在于永磁体(2)是铁氧体或者钕4失硼永^兹{兹钢。
全文摘要
本发明公开了一种恒压输出混合励磁型磁通切换风力发电机，包括定子和转子，定子和转子都为凸极结构，定子由12块U形导磁铁心拼装组成，相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体；转子铁心有10个极，在定子上设置有三相集中绕组和单相集中励磁绕组；直槽转子，即无永磁体也无绕组。在结构上保留了永磁式磁通切换电机紧凑、简单、鲁棒性好、适于高速运行的优势，无需额外增加电机体积就可以实现磁场调节功能，保证了该电机是一种具有混合励磁磁场和较高功率密度、能够实现恒压输出的风力发电机，特别适合于要求体积小出力大的应用场合，能够实现风能的高效转化和利用。
文档编号H02K3/28GK101488682SQ200910119938
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月27日 优先权日2009年2月27日
发明者唐震东, 李祥志, 环剑斌, 为 花, 苏申科, 郑自明 申请人:环一军
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