[发明专利]直驱式混励型风能发电机

说明书

技术领域：

本发明直驱式混励型风能发电机属于风能发电机领域。

技术背景：

现有的风能发电机可分为两类：一类为已产业化的间驱式电磁型风能发电机。叶片安装在齿轮变速箱增速器的低速转轴端，电磁式风能发电机安装在齿轮变速箱增速器的高速转轴端，将风能带动叶片转速为10～30r/min的低转速增速至1500r/min的高转速后再驱动电磁式风能发电机发电，为间驱式结构。存在起动阻力大，在风速低的风区段不能发电、风电转换效率低、齿轮变速箱增速器笨重、昂贵、故障多、运行维护成本高和装机成本高等技术缺陷。另一类为不需要齿轮变速箱增速器的直驱式永磁风能发电机。叶片安装在其转轴上，当风能带动叶片转速为10～30r/min的低转速时就能直接驱动永磁风能发电机发电，具有起动阻力小，风电转换效率高，在风速较低的风区段也能发电。由于永久磁钢嵌入转子上的位置为内置式转子结构，转子结构存在机械强度差、漏磁大、气隙磁密低和功率密度低、发电功率小、不能调节电压变化和不能发电并网等技术缺陷，难以实现产业化，至今仍处在样机研制阶段。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种采用永久磁场和电磁场共同励磁发电的直驱式混励型风能发电机。可调节电压变化、能发电并网、特设置环型式阻尼绕组减小失步运转，提高发电并网运行的平稳性和抗冲力。不需要齿轮变速箱增速器，结构轻巧、起动阻力小、发电功率大、节能明显、风电转换效率高和功率密度高，故障少、运行维护成本低和装机成本低。攻破了现有的永磁风能发电机存在磁拉力带来运转阻力大造成功率损失大的技术难关和攻破了现有的外置式转子结构的永磁发电机受自身结构上的限制不能安装环型阻尼式绕组的技术难关，弥补了现有的外置式转子结构的永磁风能发电机存在永久磁钢固定难度大和永久磁钢在运转中易破碎的技术缺陷。机壳外部安装有散热器，在自然环境中发挥更好的散热效果，机座上安装有随风向摆动的旋转器，提高叶片的跟风效率和风能利用率。

本发明采用的技术方案：

本发明与现有技术相比，其优点在于：

1、采用永久磁钢制造同心式瓦片形磁极或同心式凸梯形磁极，在同心式瓦片形磁极或同心式凸梯形磁极两侧矩形面的轴向上开有凹型键槽。攻破了直驱式混励型风能发电机采用外置式转子结构带来永久磁钢固定难度大和不能安装环型式阻尼绕组的技术难关，解决了外置式转子结构在运转中永久磁钢易破碎的技术难题，大大提高了永久磁钢的抗拉强度和安装效率。

2、定子铁心结构采用n等分的同心式定子铁心拼装合成，同心式定子铁心采用同心式定子冲片斜槽方式叠装合成。攻破了现有的永磁风能发电机存在磁拉力带来运转阻力大造成功率损失大的技术难关，大大提高了直驱式混励型风能发电机的风电转换效率和发电功率。

3、定子绕组结构采用n个绕制在定子铁心上的独立绕组连接构成。采用高效率的自动化嵌线新工艺方法替代低效率的手工嵌线方法，实现了规模化低成本生产，解决了现有的风能发电机定子铁心结构难以实现自动化嵌线新工艺的技术难题。

4、采用高强度材料制造空心的圆筒式转子心可大大减少材料用量和体重，在空心的圆筒式转子心的外圆轴向上开有n个均匀分布的键槽固定同心式转子铁心，拼装合成转子铁心结构。在空心的圆筒式转子心两侧的端盖上开有带键槽的中心轴孔和n个通风孔，转轴安装在带键槽的中心轴孔内，开通风孔有利于转子总成的散热，大大提高了转子总成的同心度和机械强度，弥补了现有的直驱式永磁风能发电机采用内置式转子结构带来机械强度差和散热效果差的技术缺陷。

5、在转子铁心上开有n个均匀分布的凹型定位槽，在凹型定位槽内侧面的轴向上设有固定同心式瓦片形磁极或同心式凸梯形磁极的键条。将n个同心式瓦片形磁极或同心式凸梯形磁极安装固定在凹型定位槽内，有序排列成n对N极和S极磁极结构，构成漏磁极小的外置式转子结构。直驱式混励型风能发电机采用外置式转子结构大大提高了气隙磁密和发电功率，弥补了现有的直驱式永磁风能发电机采用内置式转子结构存在永久磁钢漏磁大，气隙磁密低和功率密度低等技术缺陷。

6、在转子铁心上设有n个均匀分布的转子齿构成电磁极，可调节发电并网的切入电压。在转子齿上开有阻尼孔，将阻尼导条装入阻尼孔中，在阻尼导条的两端上安装阻尼导环，构成环型式阻尼绕组。可减小失步运转，提高发电并网运行的平稳性和抗冲力。

7、在转子铁心上开有n个均匀分布的线槽，在线槽中嵌有励磁绕组产生电磁场调节电压的变化，攻破了现有的永磁风能发电机不能调节电压变化和发电并网难度大的技术难关。