一种直驱式磁场调制容错永磁风力发电机制造技术

本发明专利技术属于风力发电机技术领域，公开了一种直驱式磁场调制容错永磁风力发电机。该风力发电机从外到内依次包括风轮、转子和定子，定子采用分段式模块化设计，每个定子模块均由定子主齿、定子辅助齿、定子轭部、径向充磁永磁体、切向充磁永磁体和绕组组成，定子主齿与定子辅助齿呈交替式排布，每个定子主齿内安装两块切向充磁永磁体，每个定子主齿底部的安装槽内中心位置安装一块径向充磁永磁体；转子由转子轭部和转子齿组成；转子与风轮直接连接，实现直驱。本发明专利技术通过采用模块化定子，降低了加工和组装难度；转子齿起到磁场调制器作用，引入磁场调制效应，大幅提高了功率密度；此外，通过利用定子辅助齿实现相绕组间隔离，提高了容错能力。错能力。错能力。

【技术实现步骤摘要】
一种直驱式磁场调制容错永磁风力发电机


[0001]本专利技术属于风力发电机
，特别涉及一种直驱式磁场调制容错永磁风力发电机。

技术介绍

[0002]新能源发电技术的发展对我国实现“双碳”目标具有重大意义。由于海上风资源丰富，且不受土地限制，海上风力发电已成为新能源发电的重要组成部分。目前，海上风力发电机多采用异步发电机，并配合齿轮箱、联轴器等机械部件与风轮连接实现传动。
[0003]然而，齿轮箱在风力发电机组中属于易过载和损坏率较高的部件。因此，研究如何省去齿轮箱，实现电机对风轮的直接驱动至关重要。永磁直驱风力发电机是近年来的研究热点之一，其可以省去齿轮箱这一传统部件，简化了发电机组结构，缩短了传动链，最大限度地提高了机组的可靠性和传动效率，同时也减少了日常的维护，降低了后续的运行成本。
[0004]然而，为了提高发电效率，目前永磁直驱风力发电机的极数非常大，风力发电机体积庞大，给加工和组装带来了很大难度，同时，风力发电机的功率密度较低。另一方面，由于风力发电机，尤其是海上风力发电机所处地理位置偏远，当机组发生故障时维修响应速度相对迟滞，因此，提高风力发电机在故障发生时的容错运行能力也势在必行。
[0005]综上，目前亟待解决的问题包括：1. 如何降低风力发电机的加工和制造难度，提高直驱永磁风力发电机的工程使用价值；2. 如何提高永磁风力发电机的功率密度，提升其直驱竞争力；3. 如何提高永磁风力发电机在故障发生时的容错运行能力，进而提升其可靠性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种直驱式磁场调制容错永磁风力发电机，以降低风力发电机的加工和组装难度，同时提高其功率密度和故障容错能力。
[0007]本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种直驱式磁场调制容错永磁风力发电机，包括定子、转子和风轮；其中，风轮位于转子的外侧，且与转子相连；定子位于转子的内侧，在定子和转子之间留有气隙；定子由至少三个采用圆弧形结构的定子模块组成；各个定子模块沿转子内侧的一个圆周方向均匀布设；各个定子模块的结构相同；每个定子模块均包括定子轭部、定子主齿、定子辅助齿、径向充磁永磁体、切向充磁永磁体和绕组；定子轭部采用圆弧形结构；定子主齿和定子辅助齿均有多个，且定子主齿和定子辅助齿沿着定子轭部的圆弧方向呈交替式排布；定子主齿的内端连接在定子轭部的外侧，外端伸展至转子的内侧；定子辅助齿的
内端连接在定子轭部的外侧，内端伸展至转子的内侧；定子轭部在正对每个定子主齿底部的位置均设置一个安装槽；安装槽沿定子轭部的圆弧方向伸展；每个安装槽内中心位置安装一块径向充磁永磁体；每个定子主齿的内部安装两块切向充磁永磁体，且同一定子主齿中的两块切向充磁永磁体呈平行排布或呈“八”字型排布；同一定子主齿内部的两块切向充磁永磁体，与该定子主齿底部正对的安装槽内的径向充磁永磁体，呈现“U”型排布；绕组绕在定子主齿上；转子采用凸极结构，转子由转子轭部和转子齿组成；转子轭部为圆环形，转子齿有多个且沿转子轭部的内侧圆周方向均匀布置。
[0008]每个定子主齿内部的两块切向充磁永磁体充磁方向相反；同一个定子主齿内部的两块切向充磁永磁体中，任意一块切向充磁永磁体的充磁方向朝向另一块切向充磁永磁体。
[0009]径向充磁永磁体的充磁方向为径向朝外。
[0010]本专利技术具有如下优点：如上所述，本专利技术述及了一种直驱式磁场调制容错永磁风力发电机，该风力发电机通过采用模块化定子，有效降低了加工和组装难度；本专利技术通过利用转子齿起对定子永磁体磁场进行调制，可引入磁场调制效应产生大量气隙磁场谐波，通过利用所产生的谐波，可以打破永磁体与绕组极对数的配合关系，从而大幅提高功率密度；本专利技术通过添加辅助齿实现了相绕组间的物理隔离和磁隔离，从而有利于提高发电机的故障容错能力，从而提升了可靠性；另外，本专利技术通过将永磁体放置在定子侧，提高了永磁体散热能力，大大降低了永磁体退磁风险；此外，本专利技术永磁体采用了一种近似“U
”ꢀ
型的聚磁型排布，能够显著提高气隙磁密。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例中直驱式磁场调制容错永磁风力发电机的横截面结构图。
[0012]图2为本专利技术实施例中直驱式磁场调制容错永磁风力发电机的一个定子模块的横截面结构图；其中，图中箭头方向表示永磁体的充磁方向。
[0013]图3为本专利技术实施例中直驱式磁场调制容错永磁风力发电机的转子的横截面结构示意图。
[0014]图4为本专利技术实施例中直驱式磁场调制容错永磁风力发电机的空载磁力线分布图。
[0015]图5为本专利技术实施例中直驱式磁场调制容错永磁风力发电机的气隙磁密波形图。
[0016]图6为本专利技术实施例中直驱式磁场调制容错永磁风力发电机的气隙磁密傅里叶谐波分析图。
[0017]图7为本专利技术实施例中直驱式磁场调制容错永磁风力发电机的空载相磁链图。
[0018]其中，A
‑
定子，B
‑
转子，C
‑
风轮；1
‑
定子模块，11
‑
定子轭部，12
‑
定子主齿，13
‑
定子辅助齿，14
‑
径向充磁永磁体，15
‑
切向充磁永磁体，16
‑
绕组，17
‑
安装槽，21
‑
转子轭部，22
‑
转子齿。
具体实施方式
[0019]下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：本实施例述及了一种直驱式磁场调制容错永磁风力发电机，其结构如图1所示。该直驱式磁场调制容错永磁风力发电机包括定子A、转子B和风轮C。
[0020]其中，风轮C位于转子B的外侧，且与转子B相连。
[0021]本实施例中风轮C与转子B通过法兰直接连接，从而实现直驱。
[0022]定子A位于转子B的内侧，在定子A和转子B之间留有气隙。气隙的厚度与电机的功率等级、所选取的永磁材料以及电机装配工艺有关。
[0023]如图1所示，定子A由三个采用圆弧形结构的定子模块1组成。各个定子模块1沿转子B内侧的一个圆周方向均匀布设，三个定子模块1的结构相同。
[0024]本实施例中定子A采用分段式模块化设计，有效降低了加工和组装难度。
[0025]如图2所示，每个定子模块1均包括定子轭部11、定子主齿12、定子辅助齿13、径向充磁永磁体14、切向充磁永磁体15和绕组16。
[0026]定子轭部11采用圆弧形结构。定子主齿12和定子辅助齿13均有多个，且定子主齿12和定子辅助齿13沿着定子轭部11的圆弧方向呈交替式排布。
[0027]此处交替式排布具体是指，沿着定子轭部11的圆弧方向，设置一个定子主齿12、设置一个定子辅助齿13、设置一个定子主齿12、设置一个定子辅助齿13
…
，依次类推。
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直驱式磁场调制容错永磁风力发电机，其特征在于，包括定子（A）、转子（B）和风轮（C）；其中，风轮（C）位于转子（B）的外侧，且与转子（B）相连；定子（A）位于转子（B）的内侧，在定子（A）和转子（B）之间留有气隙；定子（A）由至少三个采用圆弧形结构的定子模块（1）组成；各个所述定子模块（1）沿所述转子（B）内侧的一个圆周方向均匀布设；各个定子模块（1）的结构相同；每个定子模块（1）均包括定子轭部（11）、定子主齿（12）、定子辅助齿（13）、径向充磁永磁体（14）、切向充磁永磁体（15）和绕组（16）；定子轭部（11）采用圆弧形结构；定子主齿（12）和定子辅助齿（13）均有多个，且定子主齿（12）和定子辅助齿（13）沿着所述定子轭部（11）的圆弧方向呈交替式排布；定子主齿（12）的内端连接在定子轭部（11）的外侧，外端伸展至转子（2）的内侧；定子辅助齿（13）的内端连接在定子轭部（11）的外侧，内端伸展至转子（2）的内侧；定子轭部（11）在正对每个定子主齿（12）底部的位置均设置一个安装槽（17）；所述安装槽（17）沿定子轭部（11）的圆弧方向伸展；每个所述安装槽（17）内中心位置安装一块径向充磁永磁体（14）；每个定子主齿（12）齿内安装两块切向充磁永磁体（15），且同一定子主齿（12）中的两块切向充磁永磁体（15）呈平行排布或呈“八”字型排布；同一定子主齿（12）内部的两块切向充磁永磁体（15），与该定子主齿（12）底部正对的安装槽（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟尧，于永进，白星振，宋保业，房淑华，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：