專利名稱：一種橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)，具體是有永久磁體轉(zhuǎn)子的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
橫磁通電機(jī)屬于永磁同步電機(jī)范疇，已經(jīng)在海洋潮汐能發(fā)電中得到應(yīng)用。有文獻(xiàn)對(duì)不同結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行比較，認(rèn)為橫磁通電機(jī)具有較高的性能/價(jià)格比，說明此類電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域同樣具有廣闊應(yīng)用前景。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是各相之間實(shí)現(xiàn)了電磁和結(jié)構(gòu)的雙重解耦，不存在傳統(tǒng)電機(jī)在增加氣隙磁通與繞組電流密度之間結(jié)構(gòu)上的相互制約關(guān)系，從而獲得較高的轉(zhuǎn)矩密度；定子采用集中式繞組，每相只需一組線圈，繞組加工簡單，端部小，利用率高；轉(zhuǎn)子由鐵心沖片和永磁體構(gòu)成聚磁結(jié)構(gòu)，能產(chǎn)生較大的氣隙磁密；設(shè)計(jì)自由度大，可以根據(jù)需要調(diào)整磁路尺寸和線圈窗口；模塊化結(jié)構(gòu)好，可以通過極數(shù)和相數(shù)的增減來改變電機(jī)的功率大??；可以取消齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣既減小了機(jī)電系統(tǒng)的整體體積，又避免齒輪箱損耗，提高了整個(gè)裝置的效率；具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，缺相也能維持運(yùn)行；打破傳統(tǒng)電機(jī)的電源供電模式，每相可以獨(dú)立控制；具有優(yōu)良的調(diào)速性能，可以在較寬風(fēng)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，更高效地利用風(fēng)能。
由于橫磁通電機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性導(dǎo)致其加工難度大，制造成本高，這已成為此類電機(jī)沒有推廣應(yīng)用的主要瓶頸。從早期德國H.Weh.教授的U形定子鐵心到英國Rolls-Royce公司的C形定子鐵心，橫磁通電機(jī)的結(jié)構(gòu)雖然得到一定簡化，但定子鐵心需采用線切割加工成形，具有加工復(fù)雜、成本偏高的缺陷。雖然粉末軟磁合金材料(SMC)可以方便地根據(jù)磁路要求將電機(jī)定子制作成任意需要的結(jié)構(gòu)，加工難度降低，但與硅鋼材料相比，要得到相同的氣隙磁密，磁鋼用量要增加，導(dǎo)致電機(jī)的有效材料成本提高。同時(shí)，在現(xiàn)有的聚磁式結(jié)構(gòu)中，永磁體需要切向固定在轉(zhuǎn)子表面，裝配難度大，機(jī)械強(qiáng)度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明是一種橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其鐵心外臂2呈“C”形，由鐵心內(nèi)齒6、外齒5和背軛17三部分組成，鐵心內(nèi)齒6、外齒5和背軛17在同一個(gè)平面內(nèi)，由帶狀硅鋼片卷繞而成，轉(zhuǎn)子整體安裝在轉(zhuǎn)子輻條7上，轉(zhuǎn)子輻條7安裝在轉(zhuǎn)軸10上，聚磁式外轉(zhuǎn)子13和內(nèi)轉(zhuǎn)子14均由切向排列永磁體11、聚磁鐵心12、普通鐵心18組成，固定環(huán)4嵌在鐵心外臂2的背軛17之間，固定環(huán)4開槽的一側(cè)與鐵心外臂2嵌套，并與電機(jī)機(jī)座1聯(lián)接在一起，另一側(cè)用來固定過渡鐵心8，鐵心外臂2和過渡鐵心8沿周向錯(cuò)開一個(gè)極距，交錯(cuò)排列，過渡鐵心8呈環(huán)形，與鐵心外臂2形成閉合磁路。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是降低了定子側(cè)面的厚度，減少了磁通由定子鐵心側(cè)面進(jìn)入而產(chǎn)生的渦流損耗，有利于提高電機(jī)的效率和出力。而且加工過程中不需要沖剪，定子鐵心材料利用率接近100％。矩形過渡鐵心8由鐵心沖片疊成并由鉚釘固定，簡化了工藝，降低了加工成本。本發(fā)明的“E”形定子橫磁通電機(jī)的每個(gè)轉(zhuǎn)子單元(指每層轉(zhuǎn)子鐵心和磁鋼組合)對(duì)應(yīng)雙邊氣隙，這樣雙層轉(zhuǎn)子則對(duì)應(yīng)4個(gè)氣隙，這些氣隙均參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，電機(jī)將得到更高的輸出轉(zhuǎn)矩。在傳統(tǒng)的徑向磁通永磁電機(jī)中，電機(jī)為單邊氣隙結(jié)構(gòu)，因此在靠軸的一側(cè)會(huì)產(chǎn)生一定的漏磁。而該電機(jī)轉(zhuǎn)子兩側(cè)都有氣隙，就不存在傳統(tǒng)電機(jī)的內(nèi)側(cè)漏磁問題。


圖1是兩相十二對(duì)極電機(jī)的徑向示意圖，圖2是定子和轉(zhuǎn)子部分的軸向示意圖，圖3是定子和轉(zhuǎn)子部分的徑向示意圖，圖4是定子固定環(huán)局部示意圖，圖5是定子鐵心局部裝配圖，圖6是定子的環(huán)氧樹脂固定示意圖，圖7是定子鐵心外臂結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是聚磁式轉(zhuǎn)子局部示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一實(shí)施例一是兩相十二對(duì)極橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。如圖1所示，其鐵心外臂2呈“C”形，由鐵心內(nèi)齒6、外齒5和背軛17三部分組成，鐵心內(nèi)齒6、外齒5和背軛17在同一個(gè)平面內(nèi)，將帶狀硅鋼片卷繞成環(huán)形，轉(zhuǎn)子整體安裝在轉(zhuǎn)子輻條7上，轉(zhuǎn)子輻條7安裝在轉(zhuǎn)軸10上。如圖2、圖3所示，聚磁式外轉(zhuǎn)子13和內(nèi)轉(zhuǎn)子14均由切向排列永磁體11、聚磁鐵心12、普通鐵心18組成，如圖1、圖4、圖5所示，固定環(huán)4嵌在鐵心外臂2的背軛17之間，固定環(huán)4開槽的一側(cè)與鐵心外臂2嵌套，并與電機(jī)機(jī)座1聯(lián)接在一起，另一側(cè)用來固定過渡鐵心8，鐵心外臂2和過渡鐵心8沿周向錯(cuò)開一個(gè)極距，交錯(cuò)排列，過渡鐵心8呈環(huán)形，與鐵心外臂2形成閉合磁路。過渡鐵心8由壓環(huán)9、螺釘15固定在固定環(huán)4上。如圖1、圖3所示，定子線圈3的內(nèi)、外兩個(gè)繞組屬于同一相，采用串聯(lián)方式。如圖2所示，外轉(zhuǎn)子13和內(nèi)轉(zhuǎn)子14對(duì)齊、定子錯(cuò)開90°電角度的組裝方式，N極和N極相對(duì)，S極和S極相對(duì)，兩相定子繞組通電順序相差90°電角度。
由于在工作過程中，過渡鐵心8受力相當(dāng)于鐵心外臂2的內(nèi)、外齒受力之和，圖4所示的固定環(huán)由鋁合金等非磁性材料加工而成，其作用是平衡鐵心外臂2的內(nèi)、外齒受力之和，防止過渡鐵心8受力時(shí)變形甚至脫落，造成電機(jī)損壞。如圖6所示，對(duì)定子和繞組整體用環(huán)氧樹脂澆注，以確保電機(jī)定子具有更高的機(jī)械強(qiáng)度、定位精度及良好的散熱效果。如圖1、圖3所示，線圈3為環(huán)形集中繞組，屬于無端部結(jié)構(gòu)，而且繞制簡單。內(nèi)、外兩個(gè)繞組屬于同一相，為避免因兩個(gè)繞組反電勢(shì)的不對(duì)稱而產(chǎn)生環(huán)流，一般采用串聯(lián)方式。如圖7a所示，定子鐵心外臂中鐵心內(nèi)齒、外齒和背軛在同一個(gè)平面內(nèi)，將帶狀硅鋼片卷繞成環(huán)形，浸絕緣漆后形成整體鐵心，然后再一分為二形成圖7b所示的兩個(gè)鐵心外臂。
實(shí)施例二實(shí)施例二是n相橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，n為2～20之間的一個(gè)整數(shù)，對(duì)于n相電機(jī)，定子錯(cuò)開1/n個(gè)極距，即180°/n電角度，n相線圈通電順序差180°/n相位。如圖1所示，其鐵心外臂2呈“C”形，由鐵心內(nèi)齒6、外齒5和背軛17三部分組成，鐵心內(nèi)齒6、外齒5和背軛17在同一個(gè)平面內(nèi)，將帶狀硅鋼片卷繞成環(huán)形，轉(zhuǎn)子整體安裝在轉(zhuǎn)子輻條7上，轉(zhuǎn)子輻條7安裝在轉(zhuǎn)軸10上。如圖2、圖3所示，聚磁式外轉(zhuǎn)子13和內(nèi)轉(zhuǎn)子14均由切向排列永磁體11、聚磁鐵心12、普通鐵心18組成，如圖1、圖4、圖5所示，固定環(huán)4嵌在鐵心外臂2的背軛17之間，固定環(huán)4開槽的一側(cè)與鐵心外臂2嵌套，并與電機(jī)機(jī)座1聯(lián)接在一起，另一側(cè)用來固定過渡鐵心8，鐵心外臂2和過渡鐵心8沿周向錯(cuò)開一個(gè)極距，交錯(cuò)排列，過渡鐵心8呈環(huán)形，與鐵心外臂2形成閉合磁路。過渡鐵心8由壓環(huán)9、螺釘15固定在固定環(huán)4上。如圖1、圖3所示，定子線圈3的內(nèi)、外兩個(gè)繞組屬于同一相，采用串聯(lián)方式。
圖4所示的固定環(huán)由鋁合金等非磁性材料加工而成，其作用是平衡鐵心外臂2的內(nèi)、外齒受力之和，防止過渡鐵心8受力時(shí)變形甚至脫落，造成電機(jī)損壞。如圖6所示，對(duì)定子和繞組整體用環(huán)氧樹脂澆注，以確保電機(jī)定子具有更高的機(jī)械強(qiáng)度、定位精度及良好的散熱效果。如圖1、圖3所示，線圈3為環(huán)形集中繞組，屬于無端部結(jié)構(gòu)，而且繞制簡單。內(nèi)、外兩個(gè)繞組屬于同一相，為避免因兩個(gè)繞組反電勢(shì)的不對(duì)稱而產(chǎn)生環(huán)流，一般采用串聯(lián)方式。如圖7a所示，定子鐵心外臂中鐵心內(nèi)齒、外齒和背軛在同一個(gè)平面內(nèi)，將帶狀硅鋼片卷繞成環(huán)形，浸絕緣漆后形成整體鐵心，然后再一分為二形成圖7b所示的兩個(gè)鐵心外臂。
實(shí)施例三實(shí)施例三也是兩相十二對(duì)極橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。如圖1所示，其鐵心外臂2呈“C”形，由鐵心內(nèi)齒6、外齒5和背軛17三部分組成，鐵心內(nèi)齒6、外齒5和背軛17在同一個(gè)平面內(nèi)，將帶狀硅鋼片卷繞成環(huán)形，轉(zhuǎn)子整體安裝在轉(zhuǎn)子輻條7上，轉(zhuǎn)子輻條7安裝在轉(zhuǎn)軸10上。如圖2、圖3所示，聚磁式外轉(zhuǎn)子13和內(nèi)轉(zhuǎn)子14均由切向排列永磁體11、聚磁鐵心12、普通鐵心18組成，如圖1、圖4、圖5所示，固定環(huán)4嵌在鐵心外臂2的背軛17之間，固定環(huán)4開槽的一側(cè)與鐵心外臂2嵌套，并與電機(jī)機(jī)座1聯(lián)接在一起，另一側(cè)用來固定過渡鐵心8，鐵心外臂2和過渡鐵心8沿周向錯(cuò)開一個(gè)極距，交錯(cuò)排列，過渡鐵心8呈環(huán)形，與鐵心外臂2形成閉合磁路。過渡鐵心8由壓環(huán)9、螺釘15固定在固定環(huán)4上。如圖1、圖3所示，定子線圈3的內(nèi)、外兩個(gè)繞組屬于同一相，采用串聯(lián)方式。如圖2所示，外轉(zhuǎn)子(13)和內(nèi)轉(zhuǎn)子(14)對(duì)齊、定子錯(cuò)開90°電角度的組裝方式，N極和N極相對(duì)，S極和S極相對(duì)，兩相定子繞組通電順序相差90°電角度。
如圖8所示，在轉(zhuǎn)子極數(shù)不高的場(chǎng)合下，軸向永磁磁環(huán)16安裝在普通鐵心18上，聚磁式外轉(zhuǎn)子13和內(nèi)轉(zhuǎn)子14的激磁部分由切向排列永磁體11和軸向排列永磁體16組成。
圖4所示的固定環(huán)由鋁合金等非磁性材料加工而成，其作用是平衡鐵心外臂2的內(nèi)、外齒受力之和，防止過渡鐵心8受力時(shí)變形甚至脫落，造成電機(jī)損壞。如圖6所示，對(duì)定子和繞組整體用環(huán)氧樹脂澆注，以確保電機(jī)定子具有更高的機(jī)械強(qiáng)度、定位精度及良好的散熱效果。如圖1、圖3所示，線圈3為環(huán)形集中繞組，屬于無端部結(jié)構(gòu)，而且繞制簡單。內(nèi)、外兩個(gè)繞組屬于同一相，為避免因兩個(gè)繞組反電勢(shì)的不對(duì)稱而產(chǎn)生環(huán)流，一般采用串聯(lián)方式。如圖7a所示，定子鐵心外臂中鐵心內(nèi)齒、外齒和背軛在同一個(gè)平面內(nèi)，將帶狀硅鋼片卷繞成環(huán)形，浸絕緣漆后形成整體鐵心，然后再一分為二形成圖7b所示的兩個(gè)鐵心外臂。
權(quán)利要求
1.一種橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其鐵心外臂(2)呈“C”形，由鐵心內(nèi)齒(6)、外齒(5)和背軛(17)三部分組成，鐵心內(nèi)齒(6)、外齒(5)和背軛(17)在同一個(gè)平面內(nèi)，由帶狀硅鋼片卷繞而成，轉(zhuǎn)子整體安裝在轉(zhuǎn)子輻條(7)上，轉(zhuǎn)子輻條(7)安裝在轉(zhuǎn)軸(10)上，聚磁式外轉(zhuǎn)子(13)和內(nèi)轉(zhuǎn)子(14)均由切向排列永磁體(11)、聚磁鐵心(12)、普通鐵心(18)組成，其特征在于固定環(huán)(4)嵌在鐵心外臂(2)的背軛(17)之間，固定環(huán)(4)開槽的一側(cè)與鐵心外臂(2)嵌套，并與電機(jī)機(jī)座(1)聯(lián)接在一起，另一側(cè)用來固定過渡鐵心(8)，鐵心外臂(2)和過渡鐵心(8)沿周向錯(cuò)開一個(gè)極距，交錯(cuò)排列，過渡鐵心(8)呈環(huán)形，與鐵心外臂(2)形成閉合磁路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于過渡鐵心(8)由壓環(huán)(9)、螺釘(15)固定在固定環(huán)(4)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于定子線圈(3)的內(nèi)、外兩個(gè)繞組屬于同一相，采用串聯(lián)方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于外轉(zhuǎn)子(13)和內(nèi)轉(zhuǎn)子(14)對(duì)齊、定子錯(cuò)開90°電角度的組裝方式，N極和N極相對(duì)，S極和S極相對(duì)，兩相定子繞組通電順序相差90°電角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于對(duì)于n相電機(jī)，定子錯(cuò)開1/n個(gè)極距，即180°/n電角度，n相線圈通電順序差180°/n相位，n為2～20之間的一個(gè)整數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于軸向永磁磁環(huán)(16)安裝在普通鐵心(18)上，聚磁式外轉(zhuǎn)子(13)和內(nèi)轉(zhuǎn)子(14)的激磁部分由切向排列永磁體(11)和軸向排列永磁體(16)組成。
全文摘要
一種橫磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可降低定子側(cè)面的厚度，減少磁通由定子鐵心側(cè)面進(jìn)入而產(chǎn)生的渦流損耗，提高電機(jī)的效率和出力，其鐵心外臂2呈“C”形，由在同一個(gè)平面內(nèi)的鐵心內(nèi)齒6、外齒5和背軛17三部分組成，由帶狀硅鋼片卷繞而成，轉(zhuǎn)子整體安裝在轉(zhuǎn)子輻條7上，轉(zhuǎn)子輻條7安裝在轉(zhuǎn)軸10上，聚磁式外轉(zhuǎn)子13和內(nèi)轉(zhuǎn)子14均由切向排列永磁體11、聚磁鐵心12、普通鐵心18組成，固定環(huán)4嵌在鐵心外臂2的背軛17之間，固定環(huán)4開槽的一側(cè)與鐵心外臂2嵌套，并與電機(jī)機(jī)座1聯(lián)接在一起，另一側(cè)用來固定過渡鐵心8，鐵心外臂2和過渡鐵心8沿周向錯(cuò)開一個(gè)極距，交錯(cuò)排列，過渡鐵心8呈環(huán)形，與鐵心外臂2形成閉合磁路。
文檔編號(hào)H02K3/18GK101060258SQ20061010531
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者包廣清, 鄭文鵬, 施進(jìn)浩, 江建中, 李志紅 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)