[发明专利]一种无铁芯双气隙轴向磁通永磁风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，具体涉及一种定子无铁芯双气隙轴向磁通永磁感应风力发电机。

背景技术

目前，小型风力发电机主要有径向和轴向磁通两种形式，轴向磁通发电机结构紧凑，转矩密度大，轴向长度短，容易设计成多极电机；此外，定子设计成无铁芯结构，可以消除发电机运行中齿槽转矩力的影响，减小磁滞和涡流损耗，降低发电机切入风速，能够运行在较大风速范围内，适合无增速齿轮箱的直驱风力发电系统，提高了风力发电系统的可靠性。

小型风力发电机要求电机切入风速低，转动惯量大，能够实现微风发电；发电效率高，损耗小；发电质量高，谐波含量低；重量轻，体积小，材料利用率高，结构紧凑简单。

目前国内对这种高电能质量输出的无铁芯轴向磁通永磁发电机很是少见，如中国发明专利CN 103887909A所涉及的轴向磁通电机，定子绕组有铁芯，其结构和国内外相关理论研究一致，由于其起动转矩动大，微风下很难起动发电，同时电能质量也难以保证，不适用于小型风力发电领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能微风启动发电、发电质量高、运行轻巧稳定，结构简单紧凑的双气隙轴向磁通永磁风力发电机。

本发明采用的技术方案为：该无铁芯双气隙轴向磁通永磁风力发电机，包括主轴、转子和定子，所述定子固定连接所述主轴，所述转子含两个对称分布于所述定子两侧的转子盘，所述转子盘内侧面向所述定子均设有永磁体，转子盘支承在所述主轴上，其特点是，所述永磁体形状为极弧系数不等且且表面圆弧凸起的切饼形或跑道形。

以下是一些优选方案中的有关技术手段。

所述永磁体沿所述转子盘圆周方向布置多个永磁体，均匀交替放置N极和S极体，且沿圆周方向的相邻永磁体和沿主轴方向相对的永磁体极弧系数不同，极弧系数分别取0.7和0.8。

进一步，所述永磁体主表面呈平面，安装在转子盘面上，与之相对的另一面呈圆弧凸起，圆弧凸起面沿轴向相对布置。

进一步，所述永磁体总数目为大于40的偶数，均沿轴向充磁。

所述定子包括定子线圈绕组及其固定在一起的支撑件，所述定子绕组线圈通过支撑件与所述主轴固定连接，所述定子绕组线圈经过环氧树脂注塑加工。

所述定子绕组采用不重叠三相对称的单层集中式绕组，形状为菱形或锥形，无铁芯和齿槽结构。

进一步，所述定子线圈绕组的线圈电气夹角可以取值的范围220-260°，其线圈数总数为能被3整除的正整数。

所述主轴为空心主轴。所述空心主轴上设有所述定子线圈绕组引出线的小孔。

与现有轴向磁通发电机相比，本发明专利有如下优点：

1、本发明所示的轴向磁通永磁发电机，采用有圆弧凸起的切饼形或跑道形永磁体形状，具有发电机输出电能质量高，谐波含量低，波形正弦性好，永磁材料利用率高的优点，同时采用与永磁体形状匹配的菱形或锥形线圈，能够有效的减小线圈端部长度和铜耗，提高了发电效率；

2、本发明采用的永磁体布置方案，具有减小漏磁，节约永磁体材料，减小转矩波动的特点；

3、本发明采用不重叠三相对称的单层集中式绕组，形状为菱形或锥形，无铁芯和齿槽的定子部件结构，该定子几乎没有磁滞和涡流损耗，同时避免了风力发电机起动时需要克服齿槽转矩力的影响，无齿槽结构使得线圈绕制更加自由灵活，省去齿槽形状的束缚，电机运转更轻快，能够做到低速甚至超低速启动发电的目标，提高了风能利用率；

4、本发明将多个线圈按照一定的顺序连接起来制作成定子绕组，经过环氧树脂对其注塑加工，将定子绕组和支撑部件一体化处理，使其固定在主轴上，保证电机持续稳定运行时不会出现振动和大噪声。

综合上述优点，本发明的主轴向磁通永磁电机可以替代传统的径向磁通和有铁芯结构的发电机，相比结构简单，启动轻便，发电效率和质量高，噪声小，非常适用于小型直驱式垂直主轴风力发电系统，可广泛应用于城市、牧区、海岛、渔船等要求发电设备移动灵活性好，发电质量和效率较高的场合。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是一种切饼形永磁体的示意图；

图3是图2沿A-A的剖视图；

图4是转子盘永磁体的布置示意图；

图5是定子线圈绕组形状示意图；

图6是定子线圈绕组布局示意图。

图中各标号：1、空心主轴，2、轴承端盖，3、上转子盘，4、螺栓，5、轴承，6、定子线圈绕组支撑件，7、永磁体，8、定子线圈绕组，9、机壳，10、下转子盘，11、穿线孔，12、绕组引出线。