低速消諧同步發電機的製作方法

2023-05-22 17:44:46

專利名稱：低速消諧同步發電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發電機，尤其是低速消諧同步發電機。
背景技術：
風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。
其蘊量巨大，全球的風能約為2.74X109MW，其中可利用的風能為 2X107MW,比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。隨著全 球經濟的發展，風能市場也迅速發展起來。風力發電機是利用風能驅 動槳葉帶動主軸，在定子與轉子發生相對位移的時候切割磁力線，在 線圈中產生電流。為了去掉高速發電機中的升速變速箱，低速直驅型 發電機的直徑都很大，具有較多的極對數。並採用一槽一極或多槽一 極的形式，如中國專利200610014289.8公開的"模快化定子結構直 驅型低速永磁同步風力發電機"，該發電機將定子鐵心的內徑圓周均 勻的分成ki扇區組，在每一扇區組A、 B、 C三相各佔相同面積的l 個扇區，l個扇區屬於一相，每個扇區的定子鐵心上均勻的設置有k2 個大齒，在相鄰兩個大齒之間設置有1個大槽，相鄰大齒的齒距為一 個極距，相鄰的兩個扇區之間的定子鐵心上分別設置有l個小槽，兩 個小槽之間設置有一個小齒，每一個大齒上繞制有整距集中線圈。該 發明的發電機線圈的端部最短，各齒上的集中線圈端部不相互疊壓； 各齒上的整距集中線圈是從第一個齒到最後一個齒連續纏繞的，非常 適合機械繞制，便於維修和更換，並且發電機能夠平穩地輸出電功率。 其中小槽和小齒的設置解決了三相交流電A、 B、 C各相之間相角應 該相差120度的問題。但這種結構也同時帶來鐵芯的結構複雜、第隨 難度大的問題，輸出電流諧波嚴重，難以滿足風力發電機直接併網發 電的要求
發明內容
本實用新型的目的是提供一種無需升速變速箱，結構簡單、加工 製造難度低，輸出電壓諧波含量低、可直接輸出正弦波交流電併網發 電的低速消諧同步發電機。
為達到上述目的，本實用新型採用如下的技術方案 本實用新型所述的低速消諧同步發電機包括外殼和安裝在外殼 內的主軸、轉子，轉子固定安裝在主軸上，在轉子的圓周上均勻分布 多個磁極，在外殼內固定安裝有定子鐵芯，定子鐵芯中設置定子線圈， 其特徵在於將定子鐵芯的的圓周平均分成兩個以上的定子扇區組， 各定子扇區組中帶有數量相等、均勻分布的線圈槽，定子鐵芯上任意 兩相臨線圈槽之間齒的寬度相同；與定子扇區組相對應的轉子的圓周 上平均分成兩個以上的轉子扇區組，轉子扇區組的數量與定子扇區組 的數量相同，各轉子扇區組中帶有數量相等、均勻分布的磁極，每一 轉子扇區組中磁極的數量比一個定子扇區組中線圈槽的數量相差兩 個，轉子圓周的上任意兩相臨磁極的極距相等；每一定子扇區組的線
圈槽中設置有三相定子線圈，各相定子線圈分別佔有相同面積的扇
區，並按照Y接三相繞組的連接方式連接在一起。
所述的轉子包括相對設置的兩片爪極板，兩片爪極板之間固定安 裝有永磁體和勵磁鐵芯，勵磁鐵芯上纏繞勵磁線圈，永磁體和鐵芯均 勻分布在主軸的周圍，在主軸上通過平鍵固定安裝有連接套，兩片爪
極板分別固定安裝在連接套的兩端；爪極板為圓盤狀，其邊緣部分沿 圓周均勻分布多個齒狀的爪極，該爪極即為磁極，兩片爪極板以爪極 交錯排列的形式相對平行設置，相臨兩個帶有不同磁性的爪極構成一 個磁極對。
採用上述技術方案以後，本實用新型具有如下優點
1、 定子線圈的線圈槽均勻分布，結構簡單、生產加工難度低，
節約原材料，降低造價；
2、 輸出電壓諧波含量低，可滿足直接併網發電的要求；
3、 轉子和定子鐵芯分成相同結構的多個扇區組，對大直徑發電 機可實現模快化生產，降低生產和運輸成本，維修方便；
4、 齒磁轉矩小，容易啟動，發電機震動幅度和噪音都大幅度減 小，可相應提高發電機的轉速，使輸出功率大。
5、 採用勵磁線圈改變磁通量的方法調整輸出電壓和無功功率， 動作快、輸出電壓調整範圍大，能滿足多種工作情況的需求；
6、 轉子和定子直接安裝在同一根軸上，安裝精度高，轉子和定 子鐵芯間的氣隙大幅度減小，可大幅度降低製造成本和動磁能耗。
7、 由於磁極的數量多於線圈槽的數量，可以很容易地設計成多 極，從而容易實現低速發電，並滿足併網頻率要求。


圖1是本實用新型的一個實施例的結構示意圖； 圖2是圖1的A-A剖視圖； 圖3是爪極板的展開結構示意圖； 圖4是輸出電壓的向量圖； 圖5是線圈槽的展開結構示意圖。
具體實施方式

如圖l、圖2所示，本實用新型所述的低速消諧同步發電機，包 括外殼l和安裝在外殼l內的主軸3、轉子，轉子固定安裝在主軸3 上，在轉子的圓周上均勻分布多個磁極9，轉子圓周的上任意兩相臨 磁極9的極距相等。在外殼1內固定安裝有定子鐵芯7，定子鐵芯7 中設置定子線圈12。將定子鐵芯7的的圓周平均分成兩個以上的定 子扇區組，各定子扇區組中帶有數量相等、均勻分布的線圈槽8，定 子鐵芯7上任意兩相臨線圈槽8之間齒的寬度相同；本實施例採用兩 組定子扇區組，每組定子扇區組均為180度的扇區，每一定子扇區組 中均勻分布18個大小相等的線圈槽8，三相定子線圈12各佔連續的 6個線圈槽，如圖5所示。當然，定子扇區組與線圈槽8的數量可以 根據需要設定，每個定子扇區組中線圈槽8的數量為3的整數倍，且 大於等於6槽。定子扇區組的數量在2個以上的時候，主軸3所受的 徑向的磁力相互抵消，有利於減小發電機工作時的震動，降低噪音， 延長主軸3的使用壽命。線圈槽8的數量以及定子線圈12的繞制方 式為公知技術，在此不再詳述。
所述的轉子包括相對設置的兩片爪極板2，兩片爪極板2之間固 定安裝有永磁體4和鐵芯51，鐵芯51上纏繞勵磁線圈5，勵磁線圈 5的兩端通過滑環11與外部的電路連接。永磁體4和鐵芯51均勻分 布在主軸l的周圍，在主軸3上通過平鍵固定安裝有連接套6，兩片 爪極板2分別固定安裝在連接套6的兩端；爪極板2為圓盤狀，其邊 緣部分沿圓周均勻分布多個齒狀的爪極21。如圖3所示，兩片爪極 板2以爪極21交錯排列的形式相對平行設置，相臨兩個帶有不同磁 性的爪極21構成一個磁極對。
與定子扇區組相對應的轉子的圓周上平均分成兩個以上的轉子 扇區組，轉子扇區組的數量與定子扇區組的數量相同，在本實施例中， 當有兩個定子扇區組的時候，轉子扇區組也應該是兩個。各轉子扇區 組中帶有數量相等、均勻分布的磁極9，每一轉子扇區組中磁極9的 數量比一個定子扇區組中線圈槽的數量相差兩個，可以是多兩個，也 可以是少兩個。在本實施例中，當每一個定子扇區組中線圈槽的數量 是18個的時候，對應的轉子扇區組中磁極9的數量就是20個，當然 磁極9的數量也可以是16個；每一定子扇區組的線圈槽中設置有三 相定子線圈12，每相定子線圈12以波繞的繞線方式各佔連續的6個 線圈槽，如圖5所示，並按照三相交流電Y接三相繞組的連接方式 連接在一起。
工作的時候，永磁體4和勵磁線圈5產生的磁通量通過爪極板2 的引導到達爪極21，在兩組相對的爪極21之間產生強磁場，動力機 構帶動主軸3旋轉，使爪極21之間產生的強磁場繞主軸1旋轉，與 固定不動的定子線圈12產生切割磁力線的相對運動，在定子線圈12 中產生電勢。通過相應的電路連接即可將電勢轉變為電能輸出。
當需要改變輸出電能的電壓的時候，只要通過外部電路調整勵磁 線圈5中的勵磁電流的大小，即可改變爪極21之間產生的合成磁場 強度，從而最終改變改變輸出電能的電壓。這一部分外部調整電路為 現有公知技術，在此不再詳細論述。
在匝間短路時，當自動裝置把勵磁電流降為零的時候，鐵芯51 不僅不再產生磁勢，而且還會將永磁體4產生的磁通短路，使爪極21之間的合成磁場降低為接近零值，使匝間短路電流大大降低，從 而有效保護髮電機不被燒毀。
在本實施例中，由於每一轉子扇區組中磁極9的數量比對應的定 子扇區組中線圈槽8的數量多兩個，使磁相角增加360度，A、 B、 C 各相定子線圈12產生的電動勢相互形成120度的相角差，正好符合 三相交流電的要求。由於磁極9的數量與線圈槽8的數量不相等，各 線圈槽8中產生的電勢的相角就會依次發生偏移，並且這種相角的偏 差逐個累加。在本實施例中相臨的線圈槽8具有120/6=20度的相位 差，定子線圈12每一相佔有6個線圈槽，相位差累積後，合成相角 為(6-1) *20/2=50度，如附圖4所示，圖中AH、 BH、 CH分別為A、 B、 C三相疊加的合成電動勢相量，EA1、 EA2、 EA3、 EA4、 EA5、 EA6分別為A相的6個線圈槽8中產生的電動勢。由於每相合成電 動勢是由不同相角的電動勢疊加而成，不同相角的電勢疊加以後產生 的諧波電壓含量會大幅度減小，有利於直接併網發電。
磁極9的數量比線圈槽8的數量少兩個的情況下，其工作原理同上。
當然，上述磁極9也可以採用普通的永磁體，只要其數量和排列 方式符合上述要求即可。
由於每個定子線圈電流產生的磁極和轉子磁極存在不同的相位 差，並均勻地周期性變化，所以發電機的合成齒磁轉矩大大減小，有 利於風力發電機的啟動並減少震動幅度。
權利要求1.低速消諧同步發電機，包括外殼(1)和安裝在外殼(1)內的主軸(3)、轉子，轉子固定安裝在主軸(3)上，在轉子的圓周上均勻分布多個磁極，在外殼(1)內固定安裝有定子鐵芯(7)，定子鐵芯(7)中設置定子線圈，其特徵在於將定子鐵芯的的圓周平均分成兩個以上的定子扇區組，各定子扇區組中帶有數量相等、均勻分布的線圈槽(8)，定子鐵芯(7)上任意兩相臨線圈槽(8)之間齒的寬度相同；與定子扇區組相對應的轉子的圓周上平均分成兩個以上的轉子扇區組，轉子扇區組的數量與定子扇區組的數量相同，各轉子扇區組中帶有數量相等、均勻分布的磁極(9)，每一轉子扇區組中磁極(9)的數量比一個定子扇區組中線圈槽的數量相差兩個，轉子圓周的上任意兩相臨磁極(9)的極距相等；每一定子扇區組的線圈槽中設置有三相定子線圈，各相定子線圈分別佔有相同面積的扇區，並按照Y接三相繞組的連接方式連接在一起。
2、 根據權利要求1所述的低速消諧同步發電機，其特徵在於 所述的轉子包括相對設置的兩片爪極板(2)，兩片爪極板(2)之間 固定安裝有永磁體(4)和勵磁鐵芯(51)，勵磁鐵芯(51)上纏繞勵 磁線圈(5)，永磁體(4)和鐵芯(51)均勻分布在主軸(1)的周圍， 在主軸(3)上通過平鍵固定安裝有連接套(6)，兩片爪極板(2)分 別固定安裝在連接套(6)的兩端；爪極板(2)為圓盤狀，其邊緣部 分沿圓周均勻分布多個齒狀的爪極(21),該爪極(21)即為磁極(9)， 兩片爪極板(2)以爪極(21)交錯排列的形式相對平行設置，相臨 兩個帶有不同磁性的爪極(21)構成一個磁極對。
專利摘要本實用新型涉及一種發電機，尤其是低速消諧同步發電機。包括外殼和安裝在外殼內的主軸、轉子、定子鐵芯。將定子鐵芯的圓周平均分成兩個以上的定子扇區組，各定子扇區組中帶有數量相等的線圈槽，與定子扇區組相對應的轉子的圓周上平均分成兩個以上轉子扇區組，各轉子扇區組中帶有數量相等的磁極，轉子扇區組中磁極的數量比定子扇區組中線圈槽的數量相差兩個，每一定子扇區組的線圈槽中設置有三相定子線圈，並按照Y接三相繞組的連接方式連接在一起。該發電機定子線圈的線圈槽均勻分布，結構簡單、生產加工難度低，節約原材料，降低造價；輸出電壓諧波含量低，可滿足直接併網發電的要求。
文檔編號H02K1/27GK201199663SQ20082001765
公開日2009年2月25日 申請日期2008年2月15日 優先權日2008年2月15日
發明者王光順, 王雪霖 申請人:王光順