專利名稱：一種小型直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，特別是一種小 型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是再生能源技術(shù)中增長(zhǎng)最快的一種，常見(jiàn)有交流異步發(fā) 電機(jī)、雙饋異步發(fā)電機(jī)，在風(fēng)電系統(tǒng)中，需要齒輪增速，對(duì)于雙饋異 步發(fā)電機(jī)還要有碳刷和滑環(huán)，這種風(fēng)電系統(tǒng)制造成本高、可靠性差， 而且噪音污染十分嚴(yán)重。
無(wú)齒輪箱、直驅(qū)、無(wú)刷化受到人們的關(guān)注，新的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)方 案為變速運(yùn)行，變漿矩調(diào)節(jié)、低轉(zhuǎn)速、高效率、高功率因數(shù)的直驅(qū)多 極永磁同步發(fā)電機(jī)，成為當(dāng)前研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。
其中，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)因其體積小、單價(jià)低，所以不適宜采用 變槳矩調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，因而現(xiàn)有技術(shù)一般是采用固定槳矩的方式。但是， 由于風(fēng)速會(huì)不斷變化，現(xiàn)有的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并不能適用，其工作 不穩(wěn)定、不可靠，風(fēng)能利用率低。
另外，目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的采用多槽多極電機(jī)，所對(duì)應(yīng)的定子槽 數(shù)多，為滿足工藝要求，定子和轉(zhuǎn)子尺寸要制作得很大，以使之獲得 需要的頻率，由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大可以平抑由于風(fēng)力變化引發(fā)的電勢(shì)波動(dòng)。 但是，該多槽多極的結(jié)構(gòu)制作工藝較復(fù)雜，性能不穩(wěn)定，因而不能達(dá) 到最佳的使用效果，并且該電機(jī)還存在自身體積大、成本高的缺點(diǎn)， 同時(shí)還需要減速箱的配合使用，因而使得小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本不能進(jìn)一步降低。而傳統(tǒng)上存有技術(shù)偏見(jiàn)，認(rèn)為結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的少槽少極 結(jié)構(gòu)在使用上會(huì)導(dǎo)致徑向電磁力過(guò)大、震動(dòng)劇烈和噪聲大的問(wèn)題，一 直以來(lái)只用于小型或者微型發(fā)電機(jī)中。低速大轉(zhuǎn)矩的發(fā)電機(jī)通常是采 用相對(duì)復(fù)雜的多槽多極結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的少槽少極結(jié)構(gòu)在低速 大轉(zhuǎn)矩的發(fā)電機(jī)中并沒(méi)有使用和嘗試的記載。
另外，在公開(kāi)號(hào)為CN101017998A
公開(kāi)日為2007年8月15日的 專利文獻(xiàn)中公開(kāi)了一種采用雙定子結(jié)構(gòu)的直驅(qū)式勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其 通過(guò)雙定子結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)提高功率密度，捕獲最大風(fēng)能，雖然達(dá)到一定 的使用效果，但是，采用該種結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)只能單純提高功率密度，在 風(fēng)速寬范圍變化的狀況下工作不穩(wěn)定，并且在單純提高功率密度的情 況下，制造成本過(guò)高。
實(shí)用新型內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型要的目的在于提供一種結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的一種小型直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
另外一個(gè)目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用可靠、風(fēng) 能利用率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
一種小型直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括機(jī)殼，機(jī)殼通過(guò)軸承安 裝有轉(zhuǎn)軸，機(jī)殼內(nèi)安裝固定有主定子和副定子，主定子套在副定子的 外圍，主定子和副定子上分別有主定子繞組和副定子繞組，主定子與 副定子之間設(shè)有與轉(zhuǎn)軸連接的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子上有分別與主定子和副 定子相對(duì)應(yīng)的外永磁體和內(nèi)永磁體，副定子繞組中的一組繞組連接有 直流電源供電調(diào)節(jié)控制端。
進(jìn)一步，所述的定子和轉(zhuǎn)子為少槽少極結(jié)構(gòu)。一種小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)和電能存儲(chǔ)器，風(fēng) 力機(jī)直接與發(fā)電機(jī)連接，所述發(fā)電機(jī)為直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī) 包括機(jī)殼，機(jī)殼通過(guò)軸承安裝有轉(zhuǎn)軸，機(jī)殼內(nèi)安裝固定有主定子和副 定子，主定子套在副定子的外圍，主定子和副定子上分別有主定子繞 組和副定子繞組，主定子與副定子之間設(shè)有與轉(zhuǎn)軸連接的轉(zhuǎn)子，所述 轉(zhuǎn)子上有分別與主定子和副定子相對(duì)應(yīng)的外永磁體和內(nèi)永磁體，副定 子繞組中的一組繞組連接有直流電源供電調(diào)節(jié)控制端，主定子繞組和 副定子繞組的輸出端通過(guò)電纜與電能存儲(chǔ)器和用電設(shè)備連接，副定子 繞組的繞組連接有直流電源供電調(diào)節(jié)器，直流電源供電調(diào)節(jié)器連接控 制器，控制器的輸入端連接風(fēng)力機(jī)，對(duì)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行速度檢測(cè)。
進(jìn)一步，所述的定子和轉(zhuǎn)子為少槽少極結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的有益效果是由于該電機(jī)采用雙定子結(jié)構(gòu)，可以采 用功率調(diào)節(jié)和能量補(bǔ)償?shù)姆椒ū３诛L(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定，由副定子和 轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩阻尼式速度調(diào)節(jié)，解決了上述直驅(qū)式勵(lì) 磁雙定子風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)法解決的技術(shù)難題，在風(fēng)力不足時(shí)發(fā)電進(jìn)行功 率補(bǔ)償，在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，主定子為發(fā)電機(jī)直接供電，副定子空轉(zhuǎn)， 整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的工作效率能夠有效提高，并且發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)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，操作過(guò)程簡(jiǎn)單。進(jìn) 一步，所述的定子和轉(zhuǎn)子為少槽少極結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)低速大扭矩輸入， 具有高的功率密度，能夠取消齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，既減小了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 的整體體積，又可以避免齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損導(dǎo)致出現(xiàn)故障，提高整個(gè) 發(fā)電系統(tǒng)的工作效率。并且該少槽少極結(jié)構(gòu)在提高功率密度方面而言， 已經(jīng)達(dá)到了上述直驅(qū)式勵(lì)磁雙定子風(fēng)力發(fā)電機(jī)中內(nèi)定子的作用，而且效果更好，制造成本能夠大大地有效降低，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。


圖1是本實(shí)用新型發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1,本實(shí)用新型的一種小型直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包 括機(jī)殼1，機(jī)殼1通過(guò)軸承安裝有轉(zhuǎn)軸2,機(jī)殼1內(nèi)安裝固定有主定子 3和副定子4，主定子3套在副定子4的外圍，主定子3和副定子4 上分別有主定子繞組5和副定子繞組6，主定子3與副定子4之間設(shè) 有與轉(zhuǎn)軸2連接的轉(zhuǎn)子7，所述轉(zhuǎn)子7上有分別與主定子3和副定子4 相對(duì)應(yīng)的外永磁體8和內(nèi)永磁體9，副定子繞組6中的一組繞組連接 有直流電源供電調(diào)節(jié)控制端。
進(jìn)一步，作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，極數(shù)和槽數(shù)優(yōu)化配合，所述的定子和轉(zhuǎn)子為少槽少極結(jié)構(gòu)，其 具有極高的功率密度。具體可以如下，所述主定子為9槽結(jié)構(gòu)，所述 轉(zhuǎn)子為8極或者10極結(jié)構(gòu)。
另外，進(jìn)一步，所述定子繞組為三相，三相3組繞組120°集中 嵌放。
本實(shí)用新型的一種小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)和電 能存儲(chǔ)器，風(fēng)力機(jī)直接與發(fā)電機(jī)連接，所述發(fā)電機(jī)為直驅(qū)永磁同步發(fā) 電機(jī)，發(fā)電機(jī)包括機(jī)殼1，機(jī)殼1通過(guò)軸承安裝有轉(zhuǎn)軸2，機(jī)殼1內(nèi)安裝固定有主定子3和副定子4，主定子3套在副定子4的外圍，主定 子3和副定子4上分別有主定子繞組5和副定子繞組6，主定子3與 副定子4之間設(shè)有與轉(zhuǎn)軸2連接的轉(zhuǎn)子7，所述轉(zhuǎn)子7上有分別與主 定子3和副定子4相對(duì)應(yīng)的外永磁體8和內(nèi)永磁體9，副定子繞組6 中的一組繞組連接有直流電源供電調(diào)節(jié)控制端，主定子繞組5和副定 子繞組6的輸出端通過(guò)電纜與電能存儲(chǔ)器和用電設(shè)備連接，其中，副 定子繞組6的輸出端通過(guò)供電開(kāi)關(guān)連接在電纜上，副定子繞組6的繞 組還連接有直流電源供電調(diào)節(jié)器，直流電源供電調(diào)節(jié)器連接控制器， 另一端通過(guò)直流電供電開(kāi)關(guān)連接電能存儲(chǔ)器，控制器的輸入端連接風(fēng) 力機(jī)，對(duì)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行速度檢測(cè)。
如圖1所示，所述的定子和轉(zhuǎn)子可以為少槽少極結(jié)構(gòu)。具體為， 所述主定子、副定子為9槽結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子為8極或者10極結(jié)構(gòu)。優(yōu) 選，所述定子繞組為三相，三相3組繞組120。集中嵌放。
由于該發(fā)電機(jī)屬于少槽少極結(jié)構(gòu)，為高密度磁路，定子繞組匝數(shù) 比多極永磁同步發(fā)電機(jī)多數(shù)十倍，充分利用槽隙空間增加繞組匝數(shù)以 獲得在低速運(yùn)行情況下產(chǎn)生較高的反電勢(shì)電壓，在低速條件下，可直 接輸出220V電壓，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為恒速、恒頻、固定槳矩、雙定子雙轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)，控制方式采用功率調(diào)節(jié)和能量補(bǔ)償?shù)姆椒ū３窒到y(tǒng)的穩(wěn)定，因 此本實(shí)用新型是一種新型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
采用上述雙定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，可以對(duì)副定子的相關(guān)部件進(jìn)行直 流電源供電調(diào)節(jié)，可以具有轉(zhuǎn)矩阻尼式速度調(diào)節(jié)的作用。
當(dāng)風(fēng)速合適，在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，主電機(jī)為發(fā)電機(jī)直接供電，副 定子空轉(zhuǎn)；當(dāng)風(fēng)速較大，在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí)，對(duì)副定子繞組之一供直流
電，電流大小由風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋決定，使之成為轉(zhuǎn)矩阻尼式速度調(diào)節(jié)；
當(dāng)風(fēng)速較小，在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行時(shí)，副定子繞組投入發(fā)電運(yùn)行， 其電能與主電機(jī)的電纜并網(wǎng)，此種操作是功率調(diào)節(jié)式補(bǔ)償。
另外，本實(shí)用新型的發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)在使用時(shí)，對(duì)有頻率要求的動(dòng) 力裝置可通過(guò)頻率預(yù)定裝置提升供電頻率，對(duì)于頻率無(wú)要求的可直接 供電使用。
另外，起動(dòng)阻力矩是由齒槽效應(yīng)引起的，本實(shí)用新型的的試驗(yàn)中其 影響極小，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)定子不需斜槽，并且繞組匝數(shù)數(shù)倍高于多極發(fā)電 機(jī)，且反電勢(shì)電壓也很高，通過(guò)導(dǎo)線的電流比多極電機(jī)要小，電流是 發(fā)熱的主要因素，電流小對(duì)散熱有利，同時(shí)，此發(fā)電機(jī)為低頻發(fā)電機(jī)， 電機(jī)鐵損很少，故不會(huì)發(fā)熱，可以使磁鋼的物理性能不受沖擊和影響。
在控制技術(shù)方面，風(fēng)速具有隨機(jī)的波動(dòng)性，導(dǎo)致風(fēng)能利用率時(shí)大時(shí) 小，因此要有一個(gè)控制方式，通過(guò)控制保證電能質(zhì)量的同時(shí)最大限度 的捕獲風(fēng)能，本實(shí)用新型風(fēng)電系統(tǒng)具有較高的效率。
在經(jīng)濟(jì)性方面，發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，因無(wú)齒輪箱和槳葉 變矩裝置，運(yùn)行可靠性提高，在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)不需維護(hù)。
該系統(tǒng)可以適用于分散供電、獨(dú)立供電、農(nóng)田的小型水利用電， 減少集中供電的工程投資，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能單位成本低于集 中供電的煤電成本。
由于采用了上述結(jié)構(gòu)定子和轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)，可以采用功率調(diào)節(jié)和 能量補(bǔ)償?shù)姆椒ū３诛L(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定，由副定子進(jìn)行轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)， 保持恒速，和在風(fēng)力不足時(shí)發(fā)電進(jìn)行功率補(bǔ)償，在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，主電機(jī)為發(fā)電機(jī)直接供電，副定子空轉(zhuǎn)，整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的工作效率能夠 有效提高，并且發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)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，操作過(guò)程簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求1. 一種小型直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括機(jī)殼，機(jī)殼通過(guò)軸承安裝有轉(zhuǎn)軸，其特征在于機(jī)殼內(nèi)安裝固定有主定子和副定子，主定子套在副定子的外圍，主定子和副定子上分別有主定子繞組和副定子繞組，主定子與副定子之間設(shè)有與轉(zhuǎn)軸連接的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子上有分別與主定子和副定子相對(duì)應(yīng)的外永磁體和內(nèi)永磁體，副定子繞組中的一組繞組連接有直流電源供電調(diào)節(jié)控制端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征 在于所述的定子和轉(zhuǎn)子為少槽少極結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種小型直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征 在于所述主定子和副定子為9槽結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子為8極或者10極 結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或者3所述的一種小型直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)， 其特征在于所述定子繞組為三相，三相3組繞組120。集中嵌放。
5. —種小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)和電能存儲(chǔ)器，風(fēng)力 機(jī)直接與發(fā)電機(jī)連接，其特征在于所述發(fā)電機(jī)為直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)包括機(jī)殼，機(jī)殼通過(guò)軸承安裝有轉(zhuǎn)軸，機(jī)殼內(nèi)安裝固 定有主定子和副定子，主定子套在副定子的外圍，主定子和副定子 上分別有主定子繞組和副定子繞組，主定子與副定子之間設(shè)有與轉(zhuǎn) 軸連接的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子上有分別與主定子和副定子相對(duì)應(yīng)的外永 磁體和內(nèi)永磁體，副定子繞組中的一組繞組連接有直流電源供電調(diào) 節(jié)控制端，主定子繞組和副定子繞組的輸出端通過(guò)電纜與電能存儲(chǔ) 器和用電設(shè)備連接，副定子繞組的繞組連接有直流電源供電調(diào)節(jié)器，直流電源供電調(diào)節(jié)器連接控制器，控制器的輸入端連接風(fēng)力機(jī)，對(duì) 風(fēng)力機(jī)進(jìn)行速度檢測(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述 的定子和轉(zhuǎn)子為少槽少極結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述主定子和副定子為9槽結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子為8極或者10極結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述 定子繞組為三相，三相3組繞組120°集中嵌放。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種小型直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)包括機(jī)殼，機(jī)殼通過(guò)軸承安裝有轉(zhuǎn)軸，機(jī)殼內(nèi)安裝固定有主定子和副定子，主定子套在副定子的外圍，主定子和副定子上分別有主定子繞組和副定子繞組，主定子與副定子之間設(shè)有與轉(zhuǎn)軸連接的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子上有分別與主定子和副定子相對(duì)應(yīng)的外永磁體和內(nèi)永磁體，副定子繞組中的一組繞組連接有直流電源供電調(diào)節(jié)控制端。發(fā)電系統(tǒng)還包括有電能存儲(chǔ)器、直流電源供電調(diào)節(jié)器、控制器等，該發(fā)電機(jī)可以采用功率調(diào)節(jié)和能量補(bǔ)償?shù)姆椒ū３诛L(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定，整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的工作效率能夠有效提高。
文檔編號(hào)H02K16/00GK201307818SQ20082020302
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者吳金華, 徐繼鴻, 趙少俊 申請(qǐng)人:鶴山市鶴龍機(jī)電有限公司