專利名稱：磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進的發(fā)電機，特別是一種高性能和直接驅(qū)動領(lǐng)域的磁通切換型橫向 磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機。
背景技術(shù)：
能源危機的加劇，制約全球經(jīng)濟的提升，并威脅著人類社會可持續(xù)發(fā)展，大力開發(fā)利 用新能源和可再生能源已成為全球多數(shù)國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。相比于其它形 式的可再生能源，風(fēng)能(Wind Power)成熟度最高，經(jīng)濟性最好。到2010年，全球風(fēng)電 裝機總?cè)萘繉⑦_230GW,中國約IOGW，發(fā)展勢頭迅猛，開發(fā)利用前景廣闊。風(fēng)力發(fā)電 機(Wind Generator)是風(fēng)電系統(tǒng)的關(guān)鍵核心裝備，其電氣和機械性能的優(yōu)劣直接影響著 風(fēng)電能量轉(zhuǎn)換的效率以及系統(tǒng)的成本與可靠性。
由于風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速較低，中小功率的為幾十~幾百轉(zhuǎn)/分，MW級的只有十幾轉(zhuǎn)/分， 根據(jù)電機原理，要達到一定的功率，且要減小電機直徑、減輕其體積和重量，就必須顯著 增大電磁力。電磁力正比于磁通量和電流，傳統(tǒng)的徑向磁通和軸向磁通電機中，導(dǎo)向磁通 的鐵心和傳導(dǎo)電流的導(dǎo)線處于同一平面內(nèi)，在電機直徑一定的情況下，增加鐵心面積和增 大導(dǎo)體截面積相互矛盾。幸運的是，橫向磁通電機(Transverse Flux Motor-TFM)可以解 決這一問題，其電樞繞組與主磁路在結(jié)構(gòu)上完全解耦，因此可以根據(jù)需要獨立調(diào)整線圈窗 口和磁路尺寸來確定電機的電、磁負荷，從而可以獲得很高的轉(zhuǎn)矩密度。
近幾年雖然國內(nèi)外眾多機構(gòu)對橫向磁通發(fā)電機進行了大量的研究工作，但是還存在一 些問題亟待改進和解決?，F(xiàn)有的橫向磁通永磁電機，相鄰兩組轉(zhuǎn)子鐵心只對應(yīng)一組定子鐵 心，磁通的空間利用率偏低，繞組的有效長度比例不高，轉(zhuǎn)矩密度還有提高的空間。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問通本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度的磁通 切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機。
技術(shù)方案本發(fā)明的磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機，定子是由分布在轉(zhuǎn)子周圍的若干定子鐵心及電樞繞組構(gòu)成，每個定子鐵心呈U型，兩邊分別嵌入第一永磁體、第 二永磁體，該兩永磁體磁極方向相對，定子中放置環(huán)形繞組，每相相鄰兩個定子鐵心的第 一永磁體、第二永磁體磁極相反；各轉(zhuǎn)子鐵心的尺寸相同，每相相鄰兩個轉(zhuǎn)子鐵心左、右 分別對齊間隔排列，轉(zhuǎn)子鐵心采用硅鋼片疊制，并安裝在非導(dǎo)磁材料圓筒上形成一個轉(zhuǎn)子 整體，并與電機轉(zhuǎn)軸相連，最后通過軸承與機殼相連。
各定子鐵心的尺寸相同，且釆用硅鋼片疊制，并安裝在非導(dǎo)磁材料的機殼套簡內(nèi)形成 一個定子整體。所述的三組定子鐵心和三組轉(zhuǎn)子鐵心并排在電機軸方向，并使得每組定子 鐵心相差120度電角度，或者使得每組轉(zhuǎn)子鐵心相差120度電角度，構(gòu)成三相發(fā)電機。
定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心為極數(shù)2p的電機時，每相具有2p個定子鐵心和2p的轉(zhuǎn)子鐵心。 第一永磁體、第二永磁體選用釹鐵砌材料。定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心位置可以互換，構(gòu)成外轉(zhuǎn) 子、內(nèi)定子的結(jié)構(gòu)形式。
有益效果定子鐵心中放置一對永磁體，且相鄰兩個定子鐵心中的永磁體磁化方向相 反，結(jié)合相鄰兩個轉(zhuǎn)子鐵心左、右分別對齊間隔排列的結(jié)構(gòu)特點，可以實現(xiàn)磁通切換的功 能，可以避免相鄰兩個轉(zhuǎn)子鐵心只對應(yīng)一個定子鐵心的情況，當該電機的極數(shù)2p時，每 相具有2p個定子鐵心和2p的轉(zhuǎn)子鐵心，即一個轉(zhuǎn)子鐵心對應(yīng)于一個定子鐵心，從而提高 了電機磁通的利用率。此外，還有效地縮短了繞組的無效長度，在一定程度上提高了電機 的轉(zhuǎn)矩密度。
該電機的各定子鐵心尺寸相同，各轉(zhuǎn)子鐵心尺寸也相同，且都可用硅鋼片疊制而成。 各定子鐵心安裝在非導(dǎo)磁材料機殼圓形套筒內(nèi)，形成定子整體；各轉(zhuǎn)子鐵心安置在非導(dǎo)磁 材料圓筒上，形成轉(zhuǎn)子整體，并且與電機轉(zhuǎn)軸相連。由于采用了硅鋼片疊制，可以有效地 減少電機的漏磁通，從而可以提高電機的功率因數(shù)。


圖1是磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖(一相一對極)； 圖2是磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機的剖面圖(一相)； 圖3是f。磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機的主磁通
圖4是^磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機的主磁通。
以上圖中有發(fā)電機定子鐵心l，第一永磁體2、第二永磁體3，電樞繞組4，轉(zhuǎn)子鐵心 5,發(fā)電機轉(zhuǎn)軸6，機殼7，非導(dǎo)磁材料轉(zhuǎn)子圓筒8，軸承9。
具體實施例方式
本發(fā)明的磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機由定子、轉(zhuǎn)子所組成。為了更好的利用 橫向磁通的空間利用率，在定子鐵心的兩端，分別嵌入一塊磁極方向相對的永磁體，每相 相鄰兩個定子鐵心中的永磁體磁化方向相反，各定子鐵心都用硅鋼片疊制，且尺寸相同， 并置于非導(dǎo)磁材料機殼套筒內(nèi)，形成定子整體。定子鐵心中的永磁體采用釹鐵硼材料。
各轉(zhuǎn)子鐵心僅有硅鋼片疊制，結(jié)構(gòu)簡單，各轉(zhuǎn)子鐵心尺寸相同，每相相鄰兩個轉(zhuǎn)子鐵 心左、右分別對齊間隔排列，置于非導(dǎo)磁材料圓筒上，構(gòu)成轉(zhuǎn)子整體。
當發(fā)電機為m相時，每相結(jié)構(gòu)之間的電角度相差360/m度。特別地，作為三相發(fā)電 機時，每相結(jié)構(gòu)之間的電角度相差120度。此外，當該電機的極數(shù)2p時，每相具有2p個 定子鐵心和2p的轉(zhuǎn)子鐵心。因此可以有效地利用其空間。
電機磁通切換原理如下
該電機轉(zhuǎn)子存在兩個不同的交錯位置。
當轉(zhuǎn)子處于位置一時，相鄰兩個單元永磁產(chǎn)生的穿過定子繞組的磁通方向同為一個方 向；而當轉(zhuǎn)子處于和位置一相差180度電角度的位置二時，磁通方向切換為另一個方向。 轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)時，定子繞組中匝鏈的磁通方向呈周期性改變，從而感應(yīng)出感應(yīng)電勢，實現(xiàn) 機電能量轉(zhuǎn)換。
如圖1所示，對于單相發(fā)電機來說，該磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機的實體模 型主要由以下幾個部分組成定子鐵心l、第一永磁體2、第二永磁體3、電樞繞組4、轉(zhuǎn) 子鐵心5、發(fā)電機轉(zhuǎn)軸6，非導(dǎo)磁材料定子套筒7和非導(dǎo)磁材料轉(zhuǎn)子圓筒8組成。各定子 由定子鐵芯1和電樞繞組4和第一永磁體2、第二永磁體3構(gòu)成；轉(zhuǎn)子部分包括相鄰且左、 右分別對齊間隔排列的轉(zhuǎn)子鐵心5構(gòu)成。各定子鐵心l尺寸一致，且采用硅鋼片疊制，并 安裝在非導(dǎo)磁材料套筒7內(nèi)形成一個定子整體。各轉(zhuǎn)子鐵心5尺寸一致，且采用硅鋼片疊 制，并安裝在非導(dǎo)磁材料圓筒8上形成一個轉(zhuǎn)子整體，并與發(fā)電機轉(zhuǎn)軸6相連，并通過軸 承9與電機機殼相連。以增強發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)工作時的堅固性和可靠性，保證發(fā)電機在運 轉(zhuǎn)過程中的平穩(wěn)運行。
對于m相發(fā)電機來說，在電機軸6的方向上，相應(yīng)的共有m組同樣的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)， 并且使得每組結(jié)構(gòu)的電角度相差360/m度(m為相數(shù))。
外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機也適用于此。
此外，從提高電機氣隙磁密和磁鋼的熱穩(wěn)定性考慮，選擇具有較高矯頑力的釹鐵硼永 磁材料作為電機第一永磁體2、第二永磁體3的材料。
權(quán)利要求
1、一種磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機，其特征是定子是由分布在轉(zhuǎn)子周圍的若干定子鐵心(1)及電樞繞組(4)構(gòu)成，每個定子鐵心(1)呈U型，兩邊分別嵌入第一永磁體(2)、第二永磁體(3)，該兩永磁體磁極方向相對，定子中放置環(huán)形繞組(4)，每相相鄰兩個定子鐵心(1)的第一永磁體(2)、第二永磁體(3)磁極相反；各轉(zhuǎn)子鐵心(5)的尺寸相同，每相相鄰兩個轉(zhuǎn)子鐵心(5)左、右分別對齊間隔排列，轉(zhuǎn)子鐵心(5)采用硅鋼片疊制，并安裝在非導(dǎo)磁材料圓筒(8)上形成一個轉(zhuǎn)子整體，并與電機轉(zhuǎn)軸(6)相連，最后通過軸承(9)與機殼(7)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利1所述的磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機，其特征是各 定子鐵心(1)的尺寸相同，且采用硅鋼片疊制，并安裝在非導(dǎo)磁材料的機殼(7)套筒內(nèi)形成一個定子整體。
3、 根據(jù)權(quán)利1所述的磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機，其特征是所 述的三組定子鐵心(1)和三組轉(zhuǎn)子鐵心(5)并排在電機軸(6)方向，并使 得每組定子鐵心(1)相差120度電角度，或者使得每組轉(zhuǎn)子鐵心(5)相差120 度電角度，構(gòu)成三相發(fā)電機。
4、 根據(jù)權(quán)利l所述的磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機，其特征是定 子鐵心(1)和轉(zhuǎn)子鐵心(5)為極數(shù)2p的電機時，每相具有2p個定子鐵心(1) 和2p的轉(zhuǎn)子鐵心(5)。
5、 根據(jù)權(quán)利1所述的磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機，其特征是第 一永磁體(2)、第二永磁體(3)選用釹鐵硼材料。
6、 根據(jù)權(quán)利l所述的磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機，其特征是定 子鐵心(1)和轉(zhuǎn)子鐵心(5)位置可以互換，構(gòu)成外轉(zhuǎn)子、內(nèi)定子的結(jié)構(gòu)形式。
全文摘要
磁通切換型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機是一種高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度和直接驅(qū)動式的新型橫向磁通永磁風(fēng)力發(fā)電機。定子是由分布在轉(zhuǎn)子周圍的若干定子鐵心(1)及電樞繞組(4)構(gòu)成，每個定子鐵心(1)呈U型，兩邊分別嵌入第一永磁體(2)、第二永磁體(3)，該兩永磁體磁極方向相對，定子中放置環(huán)形繞組(4)，每相相鄰兩個定子鐵心(1)的第一永磁體(2)、第二永磁體(3)磁極相反；各轉(zhuǎn)子鐵心(5)的尺寸相同，每相相鄰兩個轉(zhuǎn)子鐵心(5)左、右分別對齊間隔排列，轉(zhuǎn)子鐵心(5)采用硅鋼片疊制，并安裝在非導(dǎo)磁材料圓筒(8)上形成一個轉(zhuǎn)子整體，并與電機轉(zhuǎn)軸(6)相連，最后通過軸承(9)與機殼(7)相連。
文檔編號H02K21/18GK101577449SQ200910026058
公開日2009年11月11日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者奕 馮, 林鶴云, 顏建虎 申請人:東南大學(xué)