專(zhuān)利名稱(chēng)：分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，能源需求越來(lái)越大，能源是人類(lèi)生產(chǎn)生活的基本物質(zhì)保障。隨著常規(guī)化石類(lèi)能源的日益短缺以及大眾環(huán)保意識(shí)的提高，人類(lèi)對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越重視。風(fēng)力發(fā)電作為新能源戰(zhàn)略規(guī)劃中的重要一項(xiàng)，在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛而富有成效的發(fā)展。發(fā)電機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的重要部分，是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在最近的20年內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)不斷地向大型化方向發(fā)展，到目前為止2MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)已商業(yè)化。風(fēng)力發(fā)電機(jī)向大型化方向發(fā)展的過(guò)程中，新型驅(qū)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)概念不斷出現(xiàn)，風(fēng)力機(jī)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接聯(lián)接驅(qū)動(dòng)鏈已被采用，這種直接聯(lián)接驅(qū)動(dòng)鏈所使用的是直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)。為了增加發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)，以及提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)都做得直徑很大，而軸向尺寸較小，電機(jī)做成扁平形。直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)雖然成本較高，但是它放棄了傳統(tǒng)的高速風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的升速齒輪箱，可靠性增高，維修量減小，直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)已成為倍受青睞的發(fā)展方向之一。
由于運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)外徑受到限制，最大不超過(guò)4m。目前傳統(tǒng)定子結(jié)構(gòu)的直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子鐵心是一個(gè)完整的整體，三相繞組放置在一個(gè)鐵心上，制造維修，運(yùn)輸很不便利。當(dāng)有一匝定子繞組出現(xiàn)絕緣損壞時(shí)，更換起來(lái)非常麻煩。同時(shí)，有的電機(jī)繞組端部較長(zhǎng)，有的繞組系數(shù)偏小，影響電機(jī)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，本發(fā)明的電機(jī)定子繞組端部短、易于機(jī)械連續(xù)繞制、易于更換、質(zhì)量相對(duì)較輕、效率高、齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩小。
本發(fā)明的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它包括機(jī)座、轉(zhuǎn)子軸、接線盒、Y接三相繞組、固定在所述機(jī)座內(nèi)的模塊化定子鐵心、安裝在所述轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)子、在所述轉(zhuǎn)子圓周上設(shè)置有主磁極釹鐵硼永磁體和轉(zhuǎn)子極靴、所述的轉(zhuǎn)子極靴內(nèi)固定有極靴心軸，所述的定子鐵心為分段設(shè)置，將所述分段式模塊化定子鐵心的內(nèi)徑圓周均勻的分成k1個(gè)扇區(qū)組，在每一扇區(qū)組A、B、C三相各占相同面積的1個(gè)扇區(qū)，1個(gè)扇區(qū)屬于一相，每個(gè)扇區(qū)的定子鐵心上均勻的設(shè)置有k2個(gè)齒，在所述的相鄰兩個(gè)齒之間開(kāi)有1個(gè)槽，所述的相鄰齒的齒距為一個(gè)極距，所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的定子鐵心之間設(shè)置有將所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的定子固定在所述的機(jī)座上的壓塊，所述的定子鐵心上的每一個(gè)齒上繞制有整距集中線圈，一個(gè)扇區(qū)內(nèi)的相鄰齒上或部分相鄰齒上的各個(gè)整距集中線圈可以按電動(dòng)勢(shì)方向相同的規(guī)律串聯(lián)，構(gòu)成一相的分段式模塊化定子相繞組組件，所述的每相繞組由同一相的分段式模塊化定子相繞組組件串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成。
本發(fā)明的電機(jī)的機(jī)座內(nèi)部圓周內(nèi)被分為k1個(gè)均勻的扇區(qū)組，在每一扇區(qū)組A、B、C三相各占相同面積的1個(gè)扇區(qū)，1個(gè)扇區(qū)屬于一相，在1個(gè)扇區(qū)內(nèi)安放1塊分段式模塊化定子鐵心，每塊分段式模塊化定子鐵心上均勻的設(shè)置有k2個(gè)齒。分段式模塊化定子鐵心不是一個(gè)連續(xù)貫通的整體，而是分段的，鐵心上開(kāi)有均勻的整距齒槽，各段鐵心以及鐵心上繞制的繞組完全一樣，每段鐵心及其上面繞制的繞組僅僅屬于特定的一相，繞組系數(shù)為1，定子繞組端部短、易于機(jī)械連續(xù)繞制；各段鐵心在電機(jī)機(jī)座空間上相互獨(dú)立、易于更換、質(zhì)量相對(duì)較輕、效率高、齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩小。


圖1為本發(fā)明分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)示意主視圖；圖2為圖1所示電機(jī)的側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明示例1(m＝3，tZZ＝4τ/3，k1＝1，k2＝7，2p＝22)分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)剖面圖；圖4為本發(fā)明示例2(m＝3，tZZ＝5τ/3，k1＝2，k2＝3，2p＝22)分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)剖面圖；圖5為本發(fā)明示例1(m＝3，tZZ＝4τ/3，k1＝2，k2＝4，2p＝26)分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)剖面圖；圖6為本發(fā)明示例2(m＝3，tZZ＝5τ/3，k1＝1，k2＝8，2p＝26)分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它包括機(jī)座8、機(jī)座兩側(cè)的前端蓋3、后端蓋13、軸承2、轉(zhuǎn)子軸1、接線盒15、Y接三相繞組、固定在所述機(jī)座內(nèi)的分段式模塊化定子鐵心5、安裝在所述轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)子、在所述轉(zhuǎn)子圓周上設(shè)置有主磁極釹鐵硼永磁體14和轉(zhuǎn)子極靴9，所述的轉(zhuǎn)子極靴內(nèi)固定有極靴心軸10，所述的定子鐵心為分段設(shè)置，將所述分段式模塊化定子鐵心的內(nèi)徑圓周均勻的分成k1個(gè)扇區(qū)組，在每一扇區(qū)組A、B、C三相各占相同面積的1個(gè)扇區(qū)，1個(gè)扇區(qū)屬于一相，每1個(gè)扇區(qū)布置一塊分段式模塊化定子鐵心，每段分段式模塊化定子鐵心上均勻的設(shè)置有k2個(gè)齒，在所述的相鄰兩個(gè)齒之間開(kāi)有1個(gè)槽，所述的相鄰齒的齒距為一個(gè)極距，所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的分段式模塊化定子鐵心之間設(shè)置有將所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的定子固定在所述的機(jī)座上的壓塊6，所述的分段式模塊化定子鐵心上的每一個(gè)齒上繞制有整距集中線圈，每段分段式模塊化定子鐵心上的相鄰齒上的各個(gè)整距集中線圈可以按電動(dòng)勢(shì)方向相同的規(guī)律串聯(lián)，構(gòu)成一相的分段式模塊化定子相繞組組件，所述的每相繞組由同一相的分段式模塊化定子相繞組組件串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成。
由硅鋼片沖制、疊壓和特殊的緊固措施而制成的分段式定子鐵心5上均勻的開(kāi)有許多齒和槽，齒距為一個(gè)極距。每一個(gè)齒上繞制集中繞組，顯然是整距集中繞組。由于相鄰兩齒上整距集中繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位相反，通過(guò)將每個(gè)齒上整距集中繞組引出線的首尾端按照首接首、尾接尾的規(guī)律連接，使得每個(gè)齒上整距集中繞組的電動(dòng)勢(shì)同相位串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成分段式模塊化定子繞組4。分段式模塊化定子鐵心5上繞制有分段式模塊化定子繞組4的集合體被稱(chēng)為分段式模塊化定子組件。顯然，分段式模塊化定子繞組4這種整距集中繞組的繞組系數(shù)為1，繞組的端部很短，各齒上的集中繞組端部不相互疊壓；各齒上的整距集中繞組是從第一個(gè)齒到最后一個(gè)齒連續(xù)繞制的，非常適合機(jī)械繞制，勞動(dòng)生產(chǎn)率高；相鄰兩個(gè)齒上的繞組電位差不大，便于槽間繞組絕緣，省工省料。在相同的定子鐵心長(zhǎng)度情況下，由于繞組的端部短，電機(jī)機(jī)座軸向長(zhǎng)度可以縮短，質(zhì)量相對(duì)較輕，效率高。電機(jī)內(nèi)的所有各段分段式模塊化定子組件完全一樣，也便于生產(chǎn)、維修和更換。所有各段分段式模塊化定子組件段與段之間由壓塊6通過(guò)壓塊緊固螺栓7將分段式模塊化定子鐵心5壓緊固定到機(jī)座8上，從而構(gòu)成一個(gè)完整的電機(jī)定子。壓塊6做成楔形，以便靠它把分段式模塊化定子組件緊緊地壓靠到機(jī)座上。各段分段式模塊化定子組件段與段之間這一空間既可以設(shè)計(jì)成一塊壓塊，也可以設(shè)計(jì)為兩塊。設(shè)計(jì)為一塊時(shí)，壓塊6與兩側(cè)分段式模塊化定子組件鐵心接觸面都為斜面，與機(jī)座內(nèi)壁接觸的配合面為圓弧面，朝向轉(zhuǎn)子的另一面為平面，圓弧面比平面小，即壓塊6做成楔形，其徑向兩個(gè)側(cè)面為圓弧面，其軸向兩個(gè)側(cè)面為平行面。當(dāng)分段式模塊化定子組件段與段空間較小時(shí)，宜采用一塊壓塊，但分段式模塊化定子組件的安裝及拆卸不太方便。當(dāng)塊化定子組件段與段空間較大，宜采用兩壓塊，相當(dāng)于將僅用一塊壓塊時(shí)的楔形壓塊在半徑方向的中間位置一分為二，這樣分段式模塊化定子組件由其自身兩側(cè)的壓塊壓緊，非常便于分段式模塊化定子組件安裝和拆卸。分段式模塊化定子組件相鄰兩段分別屬于不同的相。分屬各相的各個(gè)分段式模塊化定子組件再按特定的規(guī)律連接后，如串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)都采用的連接規(guī)律連接后，則構(gòu)成各相分段式模塊化定子繞組，需要注意的是并聯(lián)時(shí)應(yīng)保證每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同大小同相位。三相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位上互差2π/3電角度，三相繞組Y接，三相繞組輸出端分別接到電機(jī)接線盒15上。由接線盒15經(jīng)電機(jī)電纜與直流部分由電感濾波的電流型交直交整流逆變器相連接。電流型交直交整流逆變器最后與恒頻恒壓的交流電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。
在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸1與輪轂12以傳統(tǒng)的緊配合工藝裝配在一起。為了降低轉(zhuǎn)子重量及成本，輪轂12可以是整體鑄鋁的，也可以由多種材料組裝而成；但是，輪轂10的輪廓那部分必須是不導(dǎo)磁材料。轉(zhuǎn)子極靴9由一片片沖剪好的硅鋼片緊緊地疊壓在一起，并緊配合熱套在極靴心軸10上而構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)子極靴組件。極靴心軸10是由導(dǎo)磁性能較好的鋼材料制作的圓柱體。極靴心軸10處于極靴的徑向中心線上，即處于以極靴形成的發(fā)電機(jī)磁極軸線上。轉(zhuǎn)子極靴組件與輪轂12的輪廓接觸的面稱(chēng)作轉(zhuǎn)子極靴組件安裝面。從轉(zhuǎn)子極靴組件安裝面沿極靴的徑向中心線鉆幾個(gè)前后對(duì)稱(chēng)的剛好貫通極靴心軸10的孔，并在孔壁上攻絲，制做出螺紋。由極靴心軸緊固螺栓11將2p個(gè)轉(zhuǎn)子極靴組件安裝緊固在輪轂12的輪廓上，極靴心軸13的存在增強(qiáng)了安裝方式的牢固性。緊固轉(zhuǎn)子極靴組件時(shí)，在各個(gè)轉(zhuǎn)子極靴組件之間先放置好切向充好磁的釹鐵硼永磁體14。釹鐵硼永磁體14的極性按照一個(gè)極靴組件兩側(cè)全為N極，下一個(gè)極靴組件兩側(cè)全為S極，再下一個(gè)極靴組件兩側(cè)全為N極，依次不斷輪地回放置完2p塊釹鐵硼永磁體14，即釹鐵硼永磁體14在空間上的極性按照NS、SN、NS、SN……規(guī)律放置。這樣2p個(gè)轉(zhuǎn)子極靴對(duì)于分段式模塊化定子來(lái)說(shuō)，就形成了p對(duì)N、S磁極相間的轉(zhuǎn)子永磁磁極，即2p個(gè)轉(zhuǎn)子永磁磁極。本發(fā)明圖3-6中的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為表面粘貼式，僅僅是為了敘述本發(fā)明的定子結(jié)構(gòu)，與永磁體表面粘貼式結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)能夠有效地降低永磁體因其自身的磁場(chǎng)不斷變化而在永磁體內(nèi)產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗；同時(shí)永磁體不易去磁，也容易固定和防氧化處理。
一段分段式模塊化定子組件上最后一個(gè)齒的軸線與相鄰下一段分段式模塊化定子組件上第一個(gè)齒的軸線距離，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)可以取4/3或5/3極距，此時(shí)壓塊6所占空間位置在圓周上占1/3或2/3極距。若將相鄰的分別屬于A、B、C三相的三段分段式模塊化定子組件看作是一組，假設(shè)電機(jī)的機(jī)座內(nèi)部圓周內(nèi)被分為k1個(gè)均勻的扇區(qū)組，即電機(jī)機(jī)座內(nèi)共放置k1組三相分段式模塊化定子組件；每段分段式模塊化定子鐵心上開(kāi)有k2個(gè)齒。由于電機(jī)的極數(shù)2p必須是偶數(shù)，分段式模塊化定子組件相鄰兩段上的相鄰兩個(gè)齒的齒距tZZ到底是取4/3還是取5/3極距，與k1和k2的數(shù)值有關(guān)，tZZ、k1、k2三者之間要滿(mǎn)足如下關(guān)系。
①當(dāng)定子相數(shù)為三相m＝3，分段式模塊化定子組件相鄰兩段上相鄰的兩個(gè)齒的齒距tZZ設(shè)計(jì)為4/3極距(即僅比一個(gè)極距多出1/3極距)，且k2＝2k-1(其中k＝1，2，3……)為奇數(shù)時(shí)，則永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)2p與k1、k2間的關(guān)系為2p＝mk1(k2+1/3)＝3k1(2k-1+1/3)＝2k1(3k-1)顯然，在此情況下k1可以是任意自然數(shù)。
在此情況下，一個(gè)定子齒距為一個(gè)極距，在空間上占據(jù)θe＝π電角度，前后相鄰兩段分段式模塊化定子組件上各自第一個(gè)齒上的整距集中繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位相差(k2+1/3)π＝(2k-1+1/3)π＝2kπ-2π/3即互差-2π/3電角度。此時(shí)，分屬三相的分段式模塊化定子組件在定子空間按A、B、C……規(guī)律布置。
圖2所舉的示例符合上述結(jié)構(gòu)規(guī)律，其中m＝3，tZZ＝4τ/3，k1＝2，k2＝9，2p＝56。
圖3所舉的示例也符合上述結(jié)構(gòu)規(guī)律，其中m＝3，tZZ＝4τ3，k1＝1，k2＝7，2p＝22。
由于定子齒槽存在，定子齒槽與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)間會(huì)引起齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩，對(duì)于齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩來(lái)說(shuō)一個(gè)定子齒距空間占據(jù)θZe＝2π空間電角度，而齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩是永磁轉(zhuǎn)子磁極軸線與定子齒軸線間電角度θZe的函數(shù)。一個(gè)定子齒的齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩可以用公式表示為T(mén)Z=TZmvΣv=1∞sinvθZe,(v=1,2,3······)]]>式中，v——齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩的諧波次數(shù)，v＝1，2，3……；θZe——永磁轉(zhuǎn)子磁極軸線與定子齒軸線間電角度，單位rad；TZmv——第v次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩的峰值，單位N·m；TZ——一個(gè)定子齒的齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩，單位N·m。
分屬三相的分段式模塊化定子組件在定子空間按A、B、C……規(guī)律布置時(shí)，不管轉(zhuǎn)子永磁磁極的極性，若永磁轉(zhuǎn)子磁極軸線與A相分段式模塊化定子組件上的定子齒軸線間空間電角度為θZe，則永磁轉(zhuǎn)子磁極軸線與B、C兩相分段式模塊化定子組件上的定子齒軸線間的空間電角度分別為(θZe-2π/3)和(θZe-4π/3)。
當(dāng)v＝1時(shí)，定子上A、B、C三相各段分段式模塊化定子組件上各自的最低次即1次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩合成后相互抵消TZ1＝k1k2(TZA1+TZB1+TZC1)＝k1k2TZm1[sinθZe+sin(θZe-2π/3)+sin(θZe-4π/3)]＝0同理，當(dāng)v＝6k±1(其中k＝1，2，3……)時(shí)，即v＝5，7，11，13……時(shí)，也可以求出，合成后的各次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩相互抵消，即TZ(6k±1)＝0 (k＝1，2，3……)而當(dāng)v＝2時(shí)，A、B、C三相各段分段式模塊化定子組件上各自的2次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩合成后也相互抵消TZ2＝TZA2+TZB2+TZC2＝k1k2TZm2[sin2θZe+sin2(θZe-2π/3)+sin2(θZe-4π/3)]＝k1k2TZm2[sin2θZe+sin(2θZe-4π/3)+sin(2θZe-2π/3)]＝0同理，當(dāng)v＝6k±2(其中k＝1，2，3……)時(shí)，即v＝4，8，10，14……時(shí)，也可以求出，合成后的各次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩也相互抵消，即TZ(6k±2)＝0 (k＝1，2，3……)而當(dāng)v＝3k(其中k＝1，2，3……)時(shí)，即v＝3，6，9……時(shí)，A、B、C三相各段分段式模塊化定子組件上各自的3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩合成后為T(mén)Z3k＝TZA3k+TZB3k+TZC3k＝k1k2TZm3k[sin3kθZe+sin3k(θZe-2π/3)+sin3k(θZe-4π/3)]
＝3k1k2TZm3ksin3kθze(k＝1，2，3……)顯然，在整個(gè)電機(jī)內(nèi)部?jī)H存在3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)諧波轉(zhuǎn)矩。而其它次數(shù)的，特別是傳統(tǒng)永磁電機(jī)中最強(qiáng)的1次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩不存在了。
②當(dāng)定子相數(shù)為三相m＝3，分段式模塊化定子組件相鄰兩段上相鄰的兩個(gè)齒的齒距tZZ取5/3極距(即僅比一個(gè)極距多出2/3極距)，且k2＝2k-1(其中k＝1，2，3……)為奇數(shù)時(shí)，則永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)2p與k1、k2間的關(guān)系為2p＝mk1(k2+2/3)＝3k1(2k-1+2/3)＝k1(6k-1)顯然，在此情況下k1必須是偶數(shù)。
在此情況下，前后相鄰兩段分段式模塊化定子組件上第一個(gè)齒上的整距集中繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位相差(k2+2/3)π＝(2k-1+2/3)π＝2kπ-π/3即互差-π/3電角度。則分段式模塊化定子組件在定子空間應(yīng)按A、-C、B、-A、C、-B……規(guī)律布置。
圖4所舉的示例也符合上述結(jié)構(gòu)規(guī)律，其中m＝3，tZZ＝5τ/3，k1＝2，k2＝3，2p＝22。
同理可以證明在此種情況下，整個(gè)電機(jī)內(nèi)部也僅存在3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩。
③當(dāng)定子相數(shù)為三相m＝3，分段式模塊化定子組件相鄰兩段上相鄰的兩個(gè)齒的齒距tZZ取4/3極距(即僅比一個(gè)極距多出1/3極距)，且k2＝2k(其中k＝1，2，3……)為偶數(shù)時(shí)，則永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)2p與k1、k2間的關(guān)系為2p＝mk1(k2+1/3)＝3k1(2k+1/3)＝k1(6k+1)顯然，在此情況下k1必須是偶數(shù)。
在此情況下，前后相鄰兩段分段式模塊化定子組件上第一個(gè)齒上的整距集中繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位相差(k2+1/3)π＝(2k+1/3)π＝2kπ+π/3即互差+π/3電角度。相當(dāng)于分屬三相的分段式模塊化定子組件在定子空間按A、-B、C、-A、B、-C……規(guī)律布置。
圖5所舉的示例符合上述結(jié)構(gòu)規(guī)律，其中m＝3，tZZ＝4τ/3，k1＝2，k2＝4，2p＝26。
同理可以證明在整個(gè)電機(jī)內(nèi)部也僅存在3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩。
④當(dāng)定子相數(shù)為三相m＝3，分段式模塊化定子組件相鄰兩段上相鄰的兩個(gè)齒的齒距tZZ取5/3極距(即僅比一個(gè)極距多出2/3極距)，且k2＝2k(其中k＝1，2，3……)為偶數(shù)時(shí)，則永磁轉(zhuǎn)子的極數(shù)2p與k1、k2間的關(guān)系為2p＝mk1(k2+2/3)＝3k1(2k+2/3)＝2k1(3k+1)顯然，在此情況下k1可以是任意自然數(shù)。
在此情況下，前后相鄰兩段分段式模塊化定子組件上第一個(gè)齒上的整距集中繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位相差(k2+2/3)π＝(2k+1/3)π＝2kπ+2π/3即互差+2π/3電角度。相當(dāng)于分屬三相的分段式模塊化定子組件在定子空間按A、C、B……規(guī)律布置。
圖6所舉的示例符合上述結(jié)構(gòu)規(guī)律，其中m＝3，tZZ＝5τ/3，k1＝1，k2＝8，2p＝26。
同理可以證明在整個(gè)電機(jī)內(nèi)部?jī)H存在3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩。
由上述四種情況可見(jiàn)，不論分段式模塊化定子組件相鄰兩段上的相鄰兩個(gè)齒的齒距設(shè)計(jì)成4/3極距還是5/3極距，整個(gè)電機(jī)內(nèi)部都僅存在3次及3的倍數(shù)次齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩。若在定子齒形及轉(zhuǎn)子極靴設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)兼顧到將定子齒的3次齒磁導(dǎo)設(shè)計(jì)的很小，則分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒磁導(dǎo)轉(zhuǎn)矩將非常小。
采用本發(fā)明的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機(jī)可以很容易地設(shè)計(jì)成很多極數(shù)，從而容易實(shí)現(xiàn)電機(jī)低速運(yùn)行，在很低的轉(zhuǎn)速下，電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)頻率也較高。使其特別適應(yīng)于將頻率和幅值隨風(fēng)速變化而變化的三相交流電，通過(guò)二極管整流橋整流后經(jīng)電感濾波成直流，然后直接逆變或經(jīng)過(guò)直流升壓電路后再逆變成能夠并網(wǎng)的恒頻恒壓的交流電的低速直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。這樣的發(fā)電機(jī)能夠平穩(wěn)地輸出電功率，電機(jī)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，發(fā)電機(jī)的振動(dòng)、噪聲低，對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片危害減弱。
權(quán)利要求
1.分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它包括機(jī)座、轉(zhuǎn)子軸、接線盒、Y接三相繞組、固定在所述機(jī)座內(nèi)的模塊化定子鐵心、安裝在所述轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)子、在所述轉(zhuǎn)子圓周上設(shè)置有主磁極釹鐵硼永磁體和轉(zhuǎn)子極靴、所述的轉(zhuǎn)子極靴內(nèi)固定有極靴心軸，其特征在于所述的模塊化定子鐵心為分段設(shè)置，將所述分段式模塊化定子鐵心的內(nèi)徑圓周均勻的分成k1個(gè)扇區(qū)組，在每一扇區(qū)組A、B、C三相各占相同面積的1個(gè)扇區(qū)，1個(gè)扇區(qū)屬于一相，每個(gè)扇區(qū)的分段式模塊化定子鐵心上均勻的設(shè)置有k2個(gè)齒，在所述的相鄰兩個(gè)齒之間開(kāi)有1個(gè)槽，所述的相鄰齒的齒距為一個(gè)極距，所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的分段式模塊化定子鐵心之間設(shè)置有將所述的相鄰的兩個(gè)扇區(qū)的定子固定在所述的機(jī)座上的壓塊，所述的分段式模塊化定子鐵心上的每一個(gè)齒上繞制有整距集中線圈，每段分段式模塊化定子鐵心上的相鄰齒上的各個(gè)整距集中線圈可以按電動(dòng)勢(shì)方向相同的規(guī)律串聯(lián)，構(gòu)成一相的分段式模塊化定子相繞組組件，所述的每相繞組由同一相的分段式模塊化定子相繞組組件串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的壓塊在空間占據(jù)1/3極距或2/3極距，所述相鄰兩側(cè)扇區(qū)分段式模塊化定子鐵心上的相鄰齒的中心線間的距離為4/3極距或5/3極距。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的壓塊為一塊，所述的壓塊切向兩個(gè)側(cè)面為楔形，其徑向兩個(gè)側(cè)面為圓弧面，其軸向兩個(gè)側(cè)面為平行面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的壓塊為兩塊，所述的壓塊切向兩個(gè)側(cè)面為楔形，其徑向兩個(gè)側(cè)面為圓弧面，其軸向兩個(gè)側(cè)面為平行面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的主磁極釹鐵硼永磁體設(shè)置在相鄰的兩個(gè)轉(zhuǎn)子極靴之間的轉(zhuǎn)子圓周上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子極靴是由硅鋼片疊壓而成，并由實(shí)心導(dǎo)磁的鋼材料的心軸固定。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了分段式模塊化定子結(jié)構(gòu)直驅(qū)型低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它包括定子鐵心，定子鐵心為分段設(shè)置，將定子鐵心的內(nèi)徑圓周均勻的分成k
文檔編號(hào)H02K1/14GK1889338SQ200610014749
公開(kāi)日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者陳益廣, 沈勇環(huán), 王曉遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)