[发明专利]五相10k/8Nk结构双凸极容错发电机

说明书

一、技术领域

本发明的五相10k/8Nk结构双凸极容错发电机，属风能发电机。

二、技术背景

风能是一种洁净和可再生能源，在当今能源危机日益严重的情况下，风能的利用日益得到重视。风力发电中风能与电能的转换主要通过发电机。双凸极无刷直流电机(专利号：ZL99114250.0)属于变磁阻电机。其定、转子均为凸极结构，由硅钢片叠制而成，结构简单，制造方便，价格便宜。作发电机工作时，不需要转子位置传感器，系统可靠性高。控制励磁电流可调节输出电压，故障时可灭磁。用在大功率场合，其可做成多极结构。双凸极无刷直流电机的这些特点使其较适合用于风力发电。三相双凸极电机的定子铁心极数与转子铁心极数为6k/4k(k为自然数)。k＝1时的6/4结构是三相双凸极无刷直流电机基本结构，也称为电机单元。

当今风力发电朝着低成本、高效率和高可靠性方面发展，常规三相双凸极发电机输出三相互差120°的电势，各相电势波形无重叠，电机不具备容错能力，在风力发电场合应用受到限制。而通过外加硬件等方法来实现容错能力会增加系统的复杂程度和实现难度，同时成本也会上升。因此，寻求不增加系统复杂程度，仅依靠电机结构与常规整流电路就能实现容错特性的双凸极发电机新结构，成为本发明的初衷。

三、发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提出了一种仅依靠电机结构就能实现容错特性的五相10k/8Nk结构双凸极容错发电机新结构。

本发明的五相10k/8Nk结构双凸极容错发电机，由定子、转子及其相关结构件构成。定子铁心与转子铁心均为凸极结构，其极数配合关系为10k/8Nk，即定子极数为10k，转子极数为8Nk，其中N为除5和5的倍数以外的自然数。定子包括定子铁心、励磁绕组和电枢绕组。励磁绕组和电枢绕组均为集中绕组，励磁绕组共有k套，每套励磁绕组之间有五个定子极。电枢绕组可以为10k套，即每个定子极上套有一套电枢绕组，也可以为5k套，即定子极上每隔一个定子极套有一套绕组。转子由转子铁心组成，转子极上无绕组。

本发明的五相10k/8Nk结构双凸极容错发电机，其相邻两定子极间弧长为定子极距，大小为定子极弧长的2N倍。当N＝1时，定子槽口所占弧长与定子极弧长相等，当N>1时，定子槽口所占弧长大于定子极弧长。

本发明的五相10k/8Nk结构双凸极容错发电机，转子极的弧长等于或大于定子极的弧长。

本发明的五相10k/8Nk结构双凸极容错发电机，其实现的原理为：本发电机为直流发电机。对于直流发电机，在任一时刻有两相或多于两相电枢绕组向同一负载提供相同电势，且其中一相或多相绕组出现故障时，故障相不影响正常相的运行，电机仍能正常输出额定电势，其具有容错能力。此发电机中，电机的转子极滑入定子极时，相绕组匝链磁链增加，转子极滑出定子极时，相绕组匝链磁链减少。转子旋转一周，各相绕组的匝链磁链发生8Nk个周期变化，其感应电势也发生8Nk个周期变化，所以电机的极对数等于转子极数，且转子旋转一周对应的电角度为8Nk·360°。定子极距所占电角度为8Nk·360°/10k，即N·288°。定子极弧长为定子极距的1/2N，所占电角度为288°·N/2N，即144°。转子转过360°电角度，五相绕组的感应电势相位依次相差360°/5，即72°电角度，而每相感应的正电势或负电势所占电角度与定子极弧长所占电角度相同，均为144°，所以每相感应的正电势或负电势与其前后两相相应电势各有(144°-72°)，即72°电角度重合，不重合的电角度为(144°-2·72°)，即0°，任一时刻均有相邻两相绕组输出电势重合。相邻两相绕组互作备份，若其中一相发生故障，另外一相立即启用，输出相同电势。此外，电励磁双凸极电机各相相绕组之间互感小，当某相出现故障时，此相不影响其它相正常工作，具有磁隔离能力。本电机能实现容错供电。

本发明的五相10k/8Nk结构双凸极容错发电机，定子极绕组相序与转子转动方向和N有关。沿转子旋转逆方向，N/5的余数为1时，定子极相序为A相→B相→C相→D相→E相，N/5的余数为2时，定子极相序为A相→C相→E相→B相→D相，N/5的余数为3时，定子极相序为A相→D相→B相→E相→C相，N/5的余数为4时，定子极相序为A相→E相→D相→C相→B相。

本发明的五相10k/8Nk结构双凸极容错发电机，有三种基本结构形式。第一种结构形式定子在外侧，为外定子结构，第二种结构形式定子在内侧，为内定子结构，第三种结构形式内外均有定子，转子在中间，为双定子结构。