[发明专利]一种双定子永磁游标风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型低速大转矩三相永磁游标直驱式风力发电机，属于电机制造技术领域。

背景技术

现有可再生清洁能源中，风能具有绿色清洁、安全、技术成熟度高等优点，其开发利用前景广阔。风力发电系统能够将自然界中风的动能转变成机械动能，继而进行机电能量转换，最终转换成生产生活可用的电能。风电系统核心装置在于完成机电能量转换的风力发电机，风力发电机性能优劣在很大程度上直接制约着风能利用效率，关系到风力发电系统的可靠性以及运营成本。大功率风力发电机转速较低，MW级容量的风机转速只有十几转/min。风速大于4m/s时可用于风力发电，现有多数风力发电机在较低风速时发电效率低下、风能利用较低，限制了风力发电在低速场合的应用，设计低速大转矩风力发电机一直是风电研究领域的热点和难点。

游标电机是一种新型的低速大转矩永磁电机，其工作原理基于“磁齿轮效应”原理，当定子电枢绕组相数、转子永磁体极对数、磁通调制极数目三者满足特定关系时，永磁转子产生的磁场被磁通调制极调制成含有不同次数谐波的空间磁场，其主要次数谐波与磁通调制极的极对数相同，该主波与定子电枢绕组所产生的基波磁场相互作用，产生特定的传动比，即为有效转矩，从而避免使用传统的齿轮箱，实现低速大转矩直驱式风力发电。

近些年来，一种单定子表贴式永磁游标电机(Surface Permanent Magnet Vernier Machine，以下简称SPMVM)由于其卓越的性能，如结构简单、空载反电动势正弦度较高和低速大转矩等优点，受到国内外学者广泛关注。然而，这种表贴式永磁Vernier电机的永磁体利用率不高，其气隙磁密强度不大，导致电机出力不够，转矩密度还有提升空间。

目前国内外对于双定子结构的永磁游标电机研究还比较少。

中国专利(申请号：CN201310069627.8)公布了一种内置永磁体式的双定子径向磁场游标电机，给出了内嵌式永磁转子组装的四种方法。上述所提出电机结构新颖，功率因数较高。其内定子中开有凹槽，凸起为定子齿，两凸起之间凹槽容纳绕组，这种定子结构使得绕组利用率不高。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高度正弦的气隙磁场和大输出转矩特性的径向磁场双定子永磁游标电机。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种双定子永磁游标风力发电机，包括外定子(4)、内定子(8)以及转子(6)；所述外定子(4)、内定子(8)尺寸不同，且所述外定子(4)、内定子(8)同轴内外套接布置，而所述转子(6)设置于外定子(4)和内定子(8)之间，且外定子(4)、内定子(8)与转子(6)三者同心分布：

所述外定子(4)呈圆筒形，且其内部沿周向开设有梨形槽，所述梨形槽槽中放置第一三相电枢绕组，相邻槽间为第一定子齿；

所述内定子(8)为圆筒齿形结构，所述内定子(8)外部沿周向设置有一个以上的第二定子齿(9)，所述相邻的第二定子齿之间放置第二三相电枢绕组，每个第二定子齿(9)沿周向均设置一个以上的磁通调制极(10)，所述磁通调制极之间设置有磁通调制极槽(11)；

所述转子(6)为杯状结构，所述转子(6)内外表面上设置有Halbach结构永磁体(7)，且内外表面上相对的永磁体(7)的充磁方向相同；

所述外定子(4)的第一定子齿的齿数与内定子(8)上磁通调制极齿(10)的个数总数相等；且所述外定子(4)的梨形槽和磁通调制极(10)正对分布设置，外定子(4)的第一定子齿与磁通调制极槽(11)正对分布设置。

进一步地：还包括机壳(1)、转轴(2)，所述转轴(2)设置于机壳(1)内，而转轴(2)的作动端通过第一轴承与机壳(1)连接，且该作动端伸出机壳(1)外；所述外定子(4)固定于机壳(1)上，内定子(8)通过电机机座臂(12)固定于机壳(1)上；所述转轴(2)上设置有有凸起，所述杯状转子(6)一侧通过凸起与转轴(2)相连，另一侧通过轴承(3)固定于机座臂(12)上。

优选的：所述第一三相电枢绕组、第二三相电枢绕组均采用三相分数槽集中结构形式。

优选的：所述第二定子齿(9)上磁通调制极(10)为平行齿梯形槽结构。

优选的：所述Halbach结构永磁体(7)通过表贴的方式设置于转子的内外表面。

优选的：所述Halbach结构永磁体(7)通过内置的方式设置于转子上，且所述Halbach结构永磁体通过隔磁套封装于转子内。

优选的：所述每个第二定子齿(9)上的磁通调制极的个数为三个。