一种集成磁性齿轮外转子风力发电机制造技术

本发明专利技术公开了一种集成磁性齿轮外转子风力发电机，包括定子机构；轴承机构，转子机构；所述转子机构包括外转子和内转子，所述定子机构内嵌于所述外转子，由空气隙隔开；所述内转子内嵌于所述定子机构，由空气隙隔开；其中，所述外转子上设有外转子铁心和相邻磁极相反的外转子永磁体，所述内转子上设有内转子铁心和相邻磁极相反的内转子永磁体；所述调磁铁心机构包括若干个沿所述支撑机构周向分布的调磁铁心块，每两个相邻的所述调磁铁心块间具有空气槽，和安置于所述空气槽内的电枢绕组；其中，所述电枢绕组的极对数与所述内转子永磁体的极对数相等。上述设计，无需新增内定子作为发电定子，避免了风力发电机部件冗余，降低了设备的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发电机，特别是一种集成磁性齿轮外转子风力发电机。技术背景在风力发电系统中，风吹动风叶片，带动风轮机转动；风轮机的转动又带动发电机 转动，从而产生电能。对于中、大规模风轮机来说，风叶片的转动速度一般很慢，大约在100 转/分钟左右。而对于发电机来说，电机的转速越高，意味着电机的能量密度越大，电机的 体积越小、重量越轻。因此，发电机往往被设计成具有较高的额定转速，大约在2000转/分 钟左右。这样一来，为了匹配风轮机的低转速和发电机的高转速，往往需要配备一个升速齿 轮箱来连接风轮机和发电机。众所周知，机械齿轮箱依赖金属齿的啮合来实现转矩/力的 传递以及转速的改变。这种黏着机构无可避免的会带来很多问题，比如1)存在摩擦损耗； 2)存在机械噪声与振动；3)需要定期维护和润滑，等。这都加大了风电系统的制造、安装和 维护成本，降低了能量转换效率。为了摆脱机械齿轮箱带来的种种问题，近年来，研究人员开发了多种直驱式风力 发电机。这些发电机的共同点在于，它们都具有较低的额定转速，可以直接与风轮机相连 接。如前文中提到的，这些风力发电机也存在共同的问题，他们的体积很大、重量很重，难于 制造和安装。尽管越来越多的新结构、新材料得以应用，以期望能提高直驱式风力发电机的 功率密度，但迄今为止，尚未出现令人十分满意的解决方案。既然机械齿轮箱的问题是由于金属齿的啮合造成的，于是人们考虑利用磁体间磁 场的相互作用来实现不接触的变速传动，而基于这一想法所研制出的齿轮通常被称作磁性 齿轮。由于没有了黏着机构，磁性齿轮可以克服前述机械齿轮的种种弊端。此外，磁性齿轮 还能提供过载自保护功能。现有的磁性齿轮分为磁体直接耦合型和磁场调制型两大类。前 者因为在任何瞬间只有极少部分磁体参与转矩传递，所以可以提供的转矩密度远低于机械 齿轮，而后者因为大大改善了磁体的利用率，所以其转矩密度达到了与机械齿轮相当的程 度。磁性齿轮的出现为风力发电系统的设计带来了新的思路，如何利用磁性齿轮来取 代机械齿轮，甚至将磁性齿轮集成到发电装置当中，提出具有更高功率密度和更高传动效 率的风力发电系统将是非常值得研究人员关注的方向。公开号为200810036366. 9的中国专利公开了一种直接驱动复合型永磁电机，包 括一个自控式永磁电机和一个同心式磁性齿轮，所述自控式永磁电机与同心式磁性齿轮同 心集合成双定子双转子结构，即由磁性齿轮的外转子和外定子，以及永磁电机的内转子和 内定子采用套筒式结构集合构成同心式结构，其中内转子的杯型体上周向均布Pl对永磁 体，外转子杯型体的内壁周向均布嵌装P2对永磁磁钢，且Pl <P2 ；外定子为磁阻式定子， 其上有，NS个周向均布的铁心齿极，即杯型铁心周向均布开槽，槽内填充非导磁材料，且NS =P1+P2或NS = P2-P1 ；内定子由内定子铁心上绕制电枢绕组构成。该专利舍弃了机械传 动部件，提高了系统的传动效率，减小体积，相对机械传动部件来说降低了成本。然而，由于增加了内定子作为发电定子，且发电的电枢绕组是嵌在单独的内定子上，而调磁环并未得 到充分的利用，出现部件冗余现象，因此，使得成本增加了 ；另外，上述专利的内转子的内外 表面都贴有永磁体，永磁体用量较大。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题是提出一种无需使用独立发电定子的，从而避 免部件冗余的，且低成本的集成磁性齿轮外转子风力发电机本专利技术的一种集成磁性齿轮外转子风力发电机，包括定子机构，所述定子机构包括机轴，与所述机轴连接的支撑机构，和设于所述支撑 机构上的调磁铁心机构；轴承机构，与所述机轴连接；转子机构，通过所述轴承机构与所述定子机构同轴连接，所述转子机构包括外转 子和内转子，所述定子机构内嵌于所述外转子，由空气隙隔开；所述内转子内嵌于所述定子 机构，由空气隙隔开；其中，所述外转子上设有外转子铁心和相邻磁极相反的外转子永磁 体，所述内转子上设有内转子铁心和相邻磁极相反的内转子永磁体；所述调磁铁心机构包 括若干个沿所述支撑机构周向分布的调磁铁心块，每两个相邻的所述调磁铁心块间具有空 气槽，和安置于所述空气槽内的电枢绕组；其中，所述电枢绕组的极对数与所述内转子永磁 体的极对数相等。上述的风力发电机，所述调磁铁心块为均勻分布，每个所述空气槽内均安置有所 述电枢绕组。上述的风力发电机，所述调磁铁心块的块数等于所述外转子永磁体的极对数与所 述内转子永磁体的极对数之和。上述的风力发电机，所述外转子上安装有风叶片。上述的风力发电机，所述包括轴承机构外转子轴承机构和内转子轴承机构；所述 内转子包括内转子转轴，所述内转子转轴通过所述内转子轴承机构与所述机轴连接，所述 外转子包括外转子连接套筒，所述外转子永磁体设于所述外转子铁心上，且所述外转子铁 心设于所述外转子连接套筒上，所述外转子连接套筒通过所述外转子轴承机构与所述机轴 连接。上述的风力发电机，所述定子的所述支撑机构为定子连接套筒。上述的风力发电机，所述定子连接套筒采用非导磁材料制成，其一端安装有整流罩。上述的风力发电机，所述内转子永磁体贴于所述内转子铁心的外周面。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点1.所述转子机构包括外转子和内转子，所述定子机构内嵌于所述外转子，由空气 隙隔开；所述内转子内嵌于所述定子机构，由空气隙隔开；其中，所述外转子上设有外转子 铁心和相邻磁极相反的外转子永磁体，所述内转子上设有内转子铁心和相邻磁极相反的内 转子永磁体；所述调磁铁心机构包括若干个沿所述支撑机构周向分布的调磁铁心块，每两 个相邻的所述调磁铁心块间具有空气槽，和安置于所述空气槽内的电枢绕组；所述电枢绕 组的极对数与所述内转子永磁体的极对数相等。外转子，内转子和定子机构采用上述设计可以实现将位于外转子和内转子中间的定子机构作为发电定子，所述定子机构不但起到了 调磁的作用，且起到了发电的作用，无需新增内定子作为发电定子，避免了风力发电机部件 冗余，降低了设备的成本。2.外转子，内转子和定子机构采用空气隙实现在无接触的转矩传递。3.所述调磁铁心块为均勻分布，每个所述空气槽内均安置有所述电枢绕组；使得 发电输出的电流相比非均勻安置的电枢绕组所发出的电流来说更为稳定，提高了电流的可 用性。4.风叶片直接安装在发电机外转子上，省去了额外的机械传动装置。 附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合 附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1为集成磁性齿轮外转子风力发电机示意图2为图IA-A向的剖面图3为电枢绕组的示意1-风叶片，2-外转子铁心，3-外转子永磁体，4-调磁铁心块，5-内转子永磁体， 6-内转子铁心，7-整流罩，8-内转子转轴，9，13-外转子轴承机构，10，12-内转子轴承机构， 11-定子连接套筒，14-机轴，15-外转子连接套筒，16-电枢绕组具体实施方式实施例1如图1，2所示的集成磁性齿轮外转子风力发电机，包括定子机构，所述定子机构包括机轴14，与所述机轴连接的支撑机构，和设于所述支 撑机构上的调磁铁心机构；其中，所述定子的所述支撑机构为定子连接套筒11，所述定子 连接套筒11采用非导磁材料制成，其一端安装有整流罩。轴承机构，包括外转子轴承机构9、13和内转子轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成磁性齿轮外转子风力发电机，包括定子机构，所述定子机构包括机轴，与所述机轴连接的支撑机构，和设于所述支撑机构上的调磁铁心机构；轴承机构，与所述机轴连接；转子机构，通过所述轴承机构与所述定子机构同轴连接；其特征在于：所述转子机构包括外转子和内转子，所述定子机构内嵌于所述外转子，由空气隙隔开；所述内转子内嵌于所述定子机构，由空气隙隔开；其中，所述外转子上设有外转子铁心和相邻磁极相反的外转子永磁体，所述内转子上设有内转子铁心和相邻磁极相反的内转子永磁体；所述调磁铁心机构包括若干个沿所述支撑机构周向分布的调磁铁心块，每两个相邻的所述调磁铁心块间具有空气槽，和安置于所述空气槽内的电枢绕组；所述电枢绕组的极对数与所述内转子永磁体的极对数相等。

【技术特征摘要】
1.一种集成磁性齿轮外转子风力发电机，包括定子机构，所述定子机构包括机轴，与所述机轴连接的支撑机构，和设于所述支撑机构 上的调磁铁心机构；轴承机构，与所述机轴连接；转子机构，通过所述轴承机构与所述定子机构同轴连接；其特征在于所述转子机构包括外转子和内转子，所述定子机构内嵌于所述外转子，由 空气隙隔开；所述内转子内嵌于所述定子机构，由空气隙隔开；其中，所述外转子上设有外 转子铁心和相邻磁极相反的外转子永磁体，所述内转子上设有内转子铁心和相邻磁极相反 的内转子永磁体；所述调磁铁心机构包括若干个沿所述支撑机构周向分布的调磁铁心块， 每两个相邻的所述调磁铁心块间具有空气槽，和安置于所述空气槽内的电枢绕组；所述电 枢绕组的极对数与所述内转子永磁体的极对数相等。2.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于所述调磁铁心块为均勻分布，每个 所述空气槽内均安置有所述电枢绕组。3.根据权利要求2所述的风力发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国卿，蹇林旎，石印洲，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]