直驅式混勵型風能發電機的製作方法

2023-05-22 11:39:21

專利名稱：直驅式混勵型風能發電機的製作方法
技術領域：
本發明直驅式混勵型風能發電機屬於風能發電機領域。 技術背景
現有的風能發電機可分為兩類 一類為已產業化的間驅式電磁型風能發電 機。葉片安裝在齒輪變速箱增速器的低速轉軸端，電磁式風能發電機安裝在齒
輪變速箱增速器的高速轉軸端，將風能帶動葉片轉速為10~30r/min的低轉速增 速至1500r/min的高轉速後再驅動電磁式風能發電機發電，為間驅式結構。存在 起動阻力大，在風速低的風區段不能發電、風電轉換效率低、齒輪變速箱增速 器笨重、昂貴、故障多、運行維護成本高和裝機成本高等技術缺陷。另一類為 不需要齒輪變速箱增速器的直驅式永磁風能發電機。葉片安裝在其轉軸上，當 風能帶動葉片轉速為10~30r/min的低轉速時就能直接驅動永磁風能發電機發 電，具有起動阻力小，風電轉換效率高，在風速較低的風區段也能發電。由於 永久磁鋼嵌入轉子上的位置為內置式轉子結構，轉子結構存在機械強度差、漏 磁大、氣隙磁密低和功率密度低、發電功率小、不能調節電壓變化和不能發電 併網等技術缺陷，難以實現產業化，至今仍處在樣機研製階段。

發明內容
本發明的目的在於提供一種採用永久磁場和電磁場共同勵磁發電的直驅式 混勵型風能發電機。可調節電壓變化、能發電併網、特設置環型式阻尼繞組減 小失步運轉，提高發電併網運行的平穩性和抗衝力。不需要齒輪變速箱增速器， 結構輕巧、起動阻力小、發電功率大、節能明顯、風電轉換效率高和功率密度 高，故障少、運行維護成本低和裝機成本低。攻破了現有的永磁風能發電機存 在磁拉力帶來運轉阻力大造成功率損失大的技術難關和攻破了現有的外置式轉
4子結構的永磁發電機受自身結構上的限制不能安裝環型阻尼式繞組的技術難 關，彌補了現有的外置式轉子結構的永磁風能發電機存在永久磁鋼固定難度大 和永久磁鋼在運轉中易破碎的技術缺陷。機殼外部安裝有散熱器，在自然環境 中發揮更好的散熱效果，機座上安裝有隨風向擺動的旋轉器，提高葉片的跟風 效率和風能利用率。
本發明採用的技術方案
本發明與現有技術相比，其優點在於
1、 採用永久磁鋼製造同心式瓦片形磁極或同心式凸梯形磁極，在同心式瓦 片形磁極或同心式凸梯形磁極兩側矩形面的軸向上開有凹型鍵槽。攻破了直 驅式混勵型風能發電機採用外置式轉子結構帶來永久磁鋼固定難度大和不 能安裝環型式阻尼繞組的技術難關，解決了外置式轉子結構在運轉中永久磁 鋼易破碎的技術難題，大大提高了永久磁鋼的抗拉強度和安裝效率。
2、 定子鐵心結構採用n等分的同心式定子鐵心拼裝合成，同心式定子鐵心 採用同心式定子衝片斜槽方式疊裝合成。攻破了現有的永磁風能發電機存在磁 拉力帶來運轉阻力大造成功率損失大的技術難關，大大提高了直驅式混勵型風 能發電機的風電轉換效率和發電功率。
3、 定子繞組結構採用n個繞制在定子鐵心上的獨立繞組連接構成。採用高 效率的自動化嵌線新工藝方法替代低效率的手工嵌線方法，實現了規模化低成 本生產，解決了現有的風能'發電機定子鐵心結構難以實現自動化嵌線新工藝的 技術難題。
4、 採用高強度材料製造空心的圓筒式轉子心可大大減少材料用量和體重， 在空心的圓筒式轉子心的外圓軸向上開有n個均勻分布的鍵槽固定同心式轉子 鐵心，拼裝合成轉子鐵心結構。在空心的圓筒式轉子心兩側的端蓋上開有帶鍵 槽的中心軸孔和n個通風孔，轉軸安裝在帶鍵槽的中心軸孔內，開通風孔有利 於轉子總成的散熱，大大提高了轉子總成的同心度和機械強度，彌補了現有的直驅式永磁風能發電機採用內置式轉子結構帶來機械強度差和散熱效果差的技 術缺陷。
5、 在轉子鐵心上開有n個均勻分布的凹型定位槽，在凹型定位槽內側面的 軸向上設有固定同心式瓦片形磁極或同心式凸梯形磁極的鍵條。將n個同心式 瓦片形磁極或同心式凸梯形磁極安裝固定在凹型定位槽內，有序排列成n對N 極和S極磁極結構，構成漏磁極小的外置式轉子結構。直驅式混勵型風能發電 機採用外置式轉子結構大大提高了氣隙磁密和發電功率，彌補了現有的直驅式 永磁風能發電機採用內置式轉子結構存在永久磁鋼漏磁大，氣隙磁密低和功率 密度低等技術缺陷。
6、 在轉子鐵心上設有n個均勻分布的轉子齒構成電磁極，可調節發電併網 的切入電壓。在轉子齒上開有阻尼孔，將阻尼導條裝入阻尼孔中，在阻尼導條 的兩端上安裝阻尼導環，構成環型式阻尼繞組。可減小失步運轉，提高發電並 網運行的平穩性和抗衝力。
7、 在轉子鐵心上開有n個均勻分布的線槽，在線槽中嵌有勵磁繞組產生電
磁場調節電壓的變化，攻破了現有的永磁風能發電機不能調節電壓變化和發電 併網難度大的技術難關。
8、 轉子鐵心結構採用n等分的同心式轉子鐵心拼裝合成，同心式轉子鐵心 採用同心式轉子衝片疊裝合成，大大提高了材料的使用率和安裝效率。
9、 在機殼外部的軸向上安裝有導風管，在導風管的外部安裝有導風罩，構 成風冷式散熱器，在自然環境中發揮更好的散熱效果。在機座上安裝有隨風向 擺動的旋轉器，提高葉片的跟風效率和風能利用率。


圖l、圖2為本發明整機結構示意圖3、圖4為本發明定子鐵心結構示意圖5、圖6為本發明同心式定子衝片結構示意圖；圖7、圖8為本發明轉子鐵心結構示意圖9、圖10為本發明同心式轉子衝片結構式意圖ll、圖12、圖13、圖14為本發明同心式瓦片形磁極或同心式凸梯形磁 極結構示意圖15、圖16為本發明阻尼導環結構示意圖17、圖18為本發明阻尼導條結構示意圖。
具體實施例方式
參閱圖l、圖2結構示意圖所示1、為定子總成；2、為轉子總成;4、為機 殼；5、為勵磁機；6、為制動器；33、為轉軸；34、為軸乘；40、為端蓋；41、 為風冷式散熱器;42、為機座；43、為機罩；50、為電壓調節器。
參閱圖3、圖4結構示意圖所示10、為定子鐵心；14、為定子繞組。 參閱圖5、圖6結構示意圖所示11、為同心式定子衝片；12、為焊槽；13、 為定子槽。
參閱圖7、圖8結構示意圖所示3、為圓筒式轉子心端蓋；20、為轉子鐵 心；25、為轉子勵磁繞組；28、為阻尼導條；29、為阻尼導環；30、為圓筒式 轉子心鍵槽；31、為圓筒式轉子心帶鍵槽的中心軸孔；32、為圓筒式轉子心端 蓋通風孔；33、為轉軸；35、為同心式瓦片形磁極或同心式凸梯形磁極。
參閱圖9、圖IO結構示意圖所示21、為同心式轉子衝片；22、為凹型定 位槽；23、為鍵條；24、為轉子槽；26、為轉子齒；27、為阻尼孔。
參閱圖11、圖12、圖13、圖14結構示意圖所示35、為同心式瓦片形磁 極或同心式凸梯形磁極；36、為同心式瓦片形磁極或同心式凸梯形磁極凹型鍵 槽。
參閱圖15、圖16結構示意圖所示29、為阻尼導環。 參閱圖17、圖18結構示意圖所示28、為阻尼導條。 本發明將n個同心式瓦片形磁極或同心式凸梯形磁極[35]安裝在轉子鐵心[20]上的凹型定位槽[22]內，採用凹型定位槽[22]內側面上的軸向鍵條[23]固 定在同心式瓦片形磁極或同心式凸梯形磁極[35]兩側矩形面上的凹型鍵槽[36] 內，將同心式瓦片形磁極或同心式凸梯形磁極固定在凹型定位槽[22]內，構成n 對N極和S極磁極結構。將阻尼導條[28]裝入轉子齒[26]上的阻尼孔[27]中， 在阻尼導條[28]的兩端上安裝阻尼導環[29]，構成環型式阻尼繞組。定子總成 [1]安裝在機殼[4]的內圓裡，端蓋[40]安裝在機殼[4]內圓兩端的止口上，軸乘 [34]的外圈安裝在端蓋[40]中心位置的軸乘室內，軸乘[34]的內圈安裝在轉軸 [33]的兩端上，轉子總;[2]安裝在定子總成[1]的內圓裡，勵磁機[5]的轉子安 裝在轉軸[33]上，勵磁機[5]的定子安裝在端蓋[40]上，制動器[6]安裝在端蓋 [40]上，電壓調節器[50]安裝在勵磁機[5]上或其它位置上，機罩[43]安裝在機 殼[4]的兩端上，可完成整機組裝。
權利要求
1、一種直驅式混勵型風能發電機，包括定子總成[1]、轉子總成[2]、機殼[4]、勵磁機[5]、制動器[6]、端蓋[40]、散熱器[41]、旋轉式機座[42]、機罩[43]及電壓調節器[50]等其特徵在於定子總成[1]安裝在機殼[4]的內圓裡，端蓋[40]安裝在機殼[4]內圓兩端的止口上，軸乘[34]的外圈安裝在端蓋[40]中心位置的軸乘室內，軸乘[34]的內圈安裝在轉軸[33]的兩端上，轉子總成[2]安裝在定子總成[1]的內圓裡，勵磁機[5]的轉子安裝在轉軸[33]上，勵磁機[5]的定子安裝在端蓋[40]上，制動器[6]安裝在端蓋[40]上。
2、 根據權利要求1所述的直驅式混勵型風能發電機，其特徵在於所述的同 心式瓦片形磁極或同心式凸梯形磁極[35]採用永久磁鋼製造，在同心式瓦片形 磁極或同心式凸梯形磁極[35]兩側矩形面的軸向上開有凹型鍵槽[36]。
3、 根據權利要求1所述的直驅式混勵型風能發電機，其特徵在於所述的定 子鐵心[10]上開有n個均勻分布的焊槽[12]和定子槽[13]，定子鐵心結構[10] 採用n等分的同心式定子鐵心拼裝合成，同心式定子鐵心採用同心式定子衝片[ll]斜槽方式疊裝合成。
4、 根據權利要求1所述的直驅式混勵型風能發電機，其特徵在於所述的轉 子鐵心[20]上設有n個均勻分布的轉子齒[26]，轉子鐵心[20]上開有n個均勻 分布的凹型定位槽[22]和轉子槽[24]，轉子鐵心結構[20]採用n等分的同心式 轉子鐵心拼裝合成，同心式轉子鐵心採用同心式轉子衝片[21]疊裝合成。
5、 根據權利要求1所述的直驅式混勵型風能發電機，其特徵在於所述的定 子繞組[14]結構採用n個繞制在定子鐵心[10]上的獨立繞組連接構成，轉子勵 磁繞組[25]結構採用n個繞制在轉子鐵心[20]上的獨立勵磁繞組連接構成。
6、 根據權利要求1所述的直驅式混勵型風能發電機，其特徵在於所述的空 心的圓筒式轉子心採用高強度材料製造，空心的圓筒式轉子心外圓的軸向上開有n個均勻分布的鍵槽[30]固定同心式轉子鐵心，拼裝合成轉子鐵心[20]結構， 空心的圓筒式轉子心兩側的端蓋[3]上開有帶鍵槽的中心軸孔[31]和開有n個通 風孔[32]，轉軸[33]安裝在帶鍵槽的中心軸孔[31]內。
7、 根據權力要求1所述的直驅式混勵型風能發電機，其特徵在於所述的轉 子鐵心[20]上開有n個均勻分布的凹型定位槽[22]，在凹型定位槽[22]內側面 的軸向上設有固定同心式瓦片形磁極或同心式凸梯形磁極[35]的鍵條[23]，將n 個同心式瓦片形磁極或同心式凸梯形磁極[35]安裝固定在凹型定位槽[22]內， 有序排列成n對N極和S極磁極結構。
8、 根據權利要求1所述的直驅式混勵型風能發電機，其特徵在於所述的轉 子鐵心[20]上設有n個均勻分布的轉子齒[26]，轉子齒[26]上開有阻尼孔[27]， 阻尼導條[28]裝入阻尼孔[27]內，阻尼導條的兩端上安裝阻尼導環[29]，構成 環型式阻尼繞組。
9、 根據權利要求1所述的直驅式混勵型風能發電機，其特徵在於所述的電 壓調節器[50]可恆定發電頻率，調節勵磁電流的大小變化和改變勵磁電流正極 或負極的極性，電壓調節器[50]安裝在勵磁機[5]上或其它位置上。
10、 根據權利要求1所述的直驅式混勵型風能發電機，其特徵在於所述的 機殼[4]外部的軸向上安裝有導風管，導風管的外部安裝有導風罩，構成風冷式 散熱器[41]，機座[42]上安裝有隨風向擺動的旋轉器，機罩[43]安裝在機殼[4]的兩端上。
全文摘要
本發明涉及一種採用永久磁場和電磁場共同勵磁發電的直驅式混勵型風能發電機。可調節電壓變化、能發電併網、特設置環型式阻力繞組減小失步運轉，提高發電併網運行的平穩性和抗衝力。不需要齒輪變速箱增速器，結構輕巧、起動阻力小、發電功率大、節能明顯、風電轉換效率高和功率密度高，故障少、運行維護成本低和裝機成本低。機殼外部安裝有散熱器，在自然環境中發揮更好的散熱效果，機座上安裝有隨風向擺動的旋轉器，提高葉片的跟風效率和風能利用率。攻破了現有的永磁風能發電機存在磁拉力帶來運轉阻力大造成功率損失大的技術難關，解決了現有的外置式轉子結構的永磁風能發電機存在的技術難題，應用前景廣泛。
文檔編號H02K19/38GK101656452SQ20081004181
公開日2010年2月24日 申請日期2008年8月18日 優先權日2008年8月18日
發明者波 於 申請人:波 於