專利名稱：一種軸向磁通永磁感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，具體涉及軸向磁通永磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)，屬于電機(jī)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著全球范圍的對(duì)能源和環(huán)境問題關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為一種新興的可持續(xù)能源的開發(fā)利用正在快速地發(fā)展。這其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的核心，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，它的性能直接關(guān)系到整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量和轉(zhuǎn)換效率。目前世界上大功率的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要分為兩種形式I、雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)
這種形式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通過齒輪箱將較低的風(fēng)速轉(zhuǎn)換為較高的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)子饋電實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電，風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率高。功率變換器功率僅為全部功率的三分之一，變換器成本較低。但由于系統(tǒng)必須使用電刷和滑環(huán)，降低了系統(tǒng)的可靠性，提高了制造和維護(hù)成本。同時(shí)，龐大的齒輪箱也降低了系統(tǒng)的可靠性。2、直驅(qū)型同步發(fā)電機(jī)這種形式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)直接與風(fēng)機(jī)相連，無需體積龐大的齒輪箱。但由于風(fēng)速較低，同步電機(jī)工作在較低轉(zhuǎn)速，使電機(jī)極對(duì)數(shù)變多，電機(jī)體積變大。同時(shí)，由于風(fēng)速的變化，發(fā)電機(jī)的輸出頻率也在變化，必須使用全功率整流/逆變器才能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，因此變換器成本較高。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，國(guó)外的學(xué)者提出了永磁感應(yīng)電機(jī)的概念，即在異步電機(jī)的基礎(chǔ)上加入永磁同步速轉(zhuǎn)子，以提高異步電機(jī)效率和功率因數(shù)。這一概念的提出使得多極對(duì)數(shù)低轉(zhuǎn)速異步電機(jī)得以實(shí)現(xiàn)，特別適合風(fēng)力發(fā)電需要的高效率、低維護(hù)費(fèi)用、低轉(zhuǎn)速等條件。但是這種電機(jī)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配困難的問題。目前國(guó)內(nèi)在這種永磁感應(yīng)電機(jī)方面的研究還比較少。如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN201020276795. 6所涉及的永磁感應(yīng)電機(jī)為徑向磁通結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)與國(guó)內(nèi)外相關(guān)理論研究一致，與本發(fā)明所涉及的軸向磁通盤式結(jié)構(gòu)的永磁感應(yīng)電機(jī)有明顯的區(qū)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種用于風(fēng)力發(fā)電的軸向磁通永磁感應(yīng)電機(jī)，在保證永磁感應(yīng)電機(jī)優(yōu)秀性能的同時(shí)大大簡(jiǎn)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性。本發(fā)明米用的技術(shù)方案為一種軸向磁通永磁感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括一個(gè)異步轉(zhuǎn)子、一個(gè)永磁轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子，所述永磁轉(zhuǎn)子安裝在異步轉(zhuǎn)子和定子之間；所述異步轉(zhuǎn)子包括異步轉(zhuǎn)子背鐵、以及用螺栓固定在異步轉(zhuǎn)子背鐵上的異步轉(zhuǎn)子銅盤；所述永磁轉(zhuǎn)子包括永磁轉(zhuǎn)子背鐵、用螺栓固定在永磁轉(zhuǎn)子背鐵兩側(cè)的開槽的永磁轉(zhuǎn)子鋁盤一和永磁轉(zhuǎn)子鋁盤二、以及嵌入永磁轉(zhuǎn)子鋁盤一和永磁轉(zhuǎn)子鋁盤二槽內(nèi)的永磁體；所述定子固定在機(jī)殼上，定子上有三相對(duì)稱繞組，直接與電網(wǎng)相連。作為優(yōu)選，所述異步轉(zhuǎn)子直接與風(fēng)力渦輪機(jī)相連或通過齒輪箱與風(fēng)力渦輪機(jī)相連。作為優(yōu)選，所述異步轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝有異步轉(zhuǎn)子軸承和異步轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸，所述永磁轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝有永磁轉(zhuǎn)子軸承和永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸，所述異步轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子相對(duì)獨(dú)立，相互之間沒有機(jī)械連接，異步轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于永磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。作為優(yōu)選，所述永磁體選用高磁能積的釹鐵硼材料，按極性均勻相間的順序放置，每塊永磁體均沿軸向充磁。作為優(yōu)選，所述定子采用三相對(duì)稱分布式繞組，可以有鐵芯，也可以沒有鐵芯。本發(fā)明電機(jī)運(yùn)行時(shí)，能量從風(fēng)機(jī)傳向異步轉(zhuǎn)子，從異步轉(zhuǎn)子傳向永磁轉(zhuǎn)子，再由永磁轉(zhuǎn)子傳向定子，最終傳入電網(wǎng)。風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)整異步轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)差，保證定子輸出頻率不變的電能。有益效果本發(fā)明的軸向磁通永磁感應(yīng)電機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn) I、本發(fā)明所示的永磁感應(yīng)電機(jī)可看作是一臺(tái)異步電機(jī)和一臺(tái)同步電機(jī)的有機(jī)結(jié)合，同時(shí)具有雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，無需借助電刷、滑環(huán)和變換器，電機(jī)可在保持較高效率和功率因數(shù)的前提下直接并網(wǎng)發(fā)電。2、采用軸向磁通盤式結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、散熱性能好等多種優(yōu)點(diǎn)，特別適合垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，配合垂直軸風(fēng)機(jī)所具有的風(fēng)能利用率高、啟動(dòng)風(fēng)速低、無噪音等優(yōu)點(diǎn)，將大大提高整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的性能。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I沿A-A方向的剖視圖；圖3為圖I沿B-B方向的剖視圖；圖4為本發(fā)明定子與轉(zhuǎn)子的爆炸圖。圖中各標(biāo)號(hào)1、異步轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸，2、異步轉(zhuǎn)子軸承，3、永磁體，4、永磁轉(zhuǎn)子背鐵，5、定子，6、機(jī)殼,7、永磁轉(zhuǎn)子軸承,8、異步轉(zhuǎn)子背鐵,9、永磁轉(zhuǎn)子招盤一，10、永磁轉(zhuǎn)子招盤二，
11、異步轉(zhuǎn)子銅盤。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1、2、3和4所不,一種軸向磁通永磁感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī),包括一個(gè)異步轉(zhuǎn)子、一個(gè)永磁轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子5，所述永磁轉(zhuǎn)子安裝在異步轉(zhuǎn)子和定子5之間；所述異步轉(zhuǎn)子包括異步轉(zhuǎn)子背鐵8、以及用螺栓固定在異步轉(zhuǎn)子背鐵8上的異步轉(zhuǎn)子銅盤11;所述永磁轉(zhuǎn)子包括永磁轉(zhuǎn)子背鐵4、用螺栓固定在永磁轉(zhuǎn)子背鐵4兩側(cè)的開槽的永磁轉(zhuǎn)子鋁盤一 9和永磁轉(zhuǎn)子鋁盤二 10、以及嵌入永磁轉(zhuǎn)子鋁盤一 9和永磁轉(zhuǎn)子鋁盤二 10槽內(nèi)的永磁體3 ；
所述定子5固定在機(jī)殼6上，定子5上有三相對(duì)稱繞組，直接與電網(wǎng)相連。所述異步轉(zhuǎn)子直接與風(fēng)力渦輪機(jī)相連或通過齒輪箱與風(fēng)力渦輪機(jī)相連。所述異步轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝有異步轉(zhuǎn)子軸承2和異步轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸I，所述永磁轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝有永磁轉(zhuǎn)子軸承7和永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸，所述異步轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子相對(duì)獨(dú)立，相互之間沒有機(jī)械連接，異步轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于永磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。所述定子5采用三相對(duì)稱分布式繞組，可以有鐵芯，也可以沒有鐵芯。所述永磁體3選用高磁能積的釹鐵硼材料，按極性均勻相間的順序放置，每塊永磁體3均沿軸向充磁。10塊永磁體3按照?qǐng)D3所示的方式，N-S相間地分布。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種軸向磁通永磁感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī),其特征在于包括一個(gè)異步轉(zhuǎn)子、一個(gè)永磁轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子，所述永磁轉(zhuǎn)子安裝在異步轉(zhuǎn)子和定子之間； 所述異步轉(zhuǎn)子包括異步轉(zhuǎn)子背鐵、以及用螺栓固定在異步轉(zhuǎn)子背鐵上的異步轉(zhuǎn)子銅盤； 所述永磁轉(zhuǎn)子包括永磁轉(zhuǎn)子背鐵、用螺栓固定在永磁轉(zhuǎn)子背鐵兩側(cè)的開槽的永磁轉(zhuǎn)子鋁盤一和永磁轉(zhuǎn)子鋁盤二、以及嵌入永磁轉(zhuǎn)子鋁盤一和永磁轉(zhuǎn)子鋁盤二槽內(nèi)的永磁體； 所述定子固定在機(jī)殼上，定子上有三相對(duì)稱繞組，直接與電網(wǎng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種軸向磁通永磁感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述異步轉(zhuǎn)子直接與風(fēng)力渦輪機(jī)相連或通過齒輪箱與風(fēng)力渦輪機(jī)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種軸向磁通永磁感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述異步轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝有異步轉(zhuǎn)子軸承和異步轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸，所述永磁轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝有永磁轉(zhuǎn)子軸承和永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸，所述異步轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子相對(duì)獨(dú)立，相互之間沒有機(jī)械連接，異步轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于永磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種軸向磁通永磁感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述永磁體選用高磁能積的釹鐵硼材料，按極性均勻相間的順序放置，每塊永磁體均沿軸向充磁。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種軸向磁通永磁感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述定子采用三相對(duì)稱分布式繞組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軸向磁通永磁感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括一個(gè)異步轉(zhuǎn)子、一個(gè)定子和夾在其中的永磁轉(zhuǎn)子，其中異步轉(zhuǎn)子是一個(gè)銅盤，可直接與由風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)相連，也可通過齒輪箱與風(fēng)力渦輪機(jī)相連；兩側(cè)均貼有永磁體的永磁轉(zhuǎn)子并不與異步轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，而是通過另外一套軸系自由旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速比異步轉(zhuǎn)子低，保持一定的轉(zhuǎn)差；定子固定在外殼上，定子三相繞組直接與電網(wǎng)相連；三者均為軸向盤式結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、散熱性能好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明無需像雙饋式發(fā)電機(jī)一樣借助電刷向異步轉(zhuǎn)子饋電，也無需像直驅(qū)式發(fā)電機(jī)一樣通過全功率逆變器與電網(wǎng)連接，就可以在切入風(fēng)速和切出風(fēng)速范圍內(nèi)完成變速恒頻并網(wǎng)發(fā)電。
文檔編號(hào)H02K16/02GK102882335SQ201210403240
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者黃允凱, 王春森 申請(qǐng)人:東南大學(xué)