一種磁懸浮雙定子永磁風力發電的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種磁懸浮雙定子永磁風力發電機，包括主軸、軸向定子、徑向內定子、轉子、徑向外定子和風葉，軸向定子為兩個，軸向定子和所述徑向內定子均固定在主軸上，每個軸向定子上嵌套有軸向懸浮繞組，所述徑向內定子上嵌有第一發電繞組，所述徑向外定子上依次嵌有徑向懸浮繞組和第二發電繞組，所述轉子為U形轉子，所述轉子的兩懸臂均位于所述第一發電繞組和所述第二發電繞組之間，所述轉子的每個懸臂的內表面與外表面分別貼有內貼永磁體和外貼永磁體，所述轉子的兩懸臂連接段位于所述兩個軸向定子之間，所述風葉固定在所述轉子的兩懸臂連接段上。本發明使得發電機的工作效率及耐環境性顯著增強；同時采用雙定子的結構，提升了發電量。
【專利說明】一種磁懸淳雙定子永磁風力發電機
【技術領域】
[0001] 本發明涉及直驅式磁懸浮風力發電機領域，尤其涉及一種新型的磁懸浮雙定子發 電機，特別適合用于風力發電等可再生能源發電系統中。
【背景技術】
[0002] 將磁懸浮繞組和電機定子繞組有規律的繞在一起，實現電機的無軸承化，最早是 由R. Bosch于八十年代提出的。現階段磁懸浮應用比較廣泛的領域有磁懸浮異步電機、磁 懸浮永磁同步電機和磁懸浮開關磁阻電機。雙定子永磁電機實際上是相當于兩個永磁電 機，其充分利用了發電機內部空間，提高了發電機功率密度和利用率，且降低了生產成本。 而將磁懸浮技術應用于雙定子永磁發電機中，國內外幾乎是沒有的。
[0003] 將磁懸浮技術應用到傳統的風力發電機系統中，具有以下幾個特點：磁懸浮技術 應用于傳統的風力發電機轉子系統中使得轉子能夠實現自懸浮，省去了傳統的軸承；大幅 度降低了轉子和軸承之間的摩擦力、摩擦力矩；運用磁懸浮技術后無需潤滑和密封，耐環境 性強；能夠實現風力發電機的"輕風起動、微風發電"。
【發明內容】
[0004] 為了能夠充分利用發電機的內部空間，提高發電架功率密度和利用率，本發明提 供一種能夠實現自懸浮的雙定子永磁風力發電機。
[0005] 本發明米取的技術方案為：一種磁懸浮雙定子永磁風力發電機，一種磁懸浮雙定 子永磁風力發電機，其特征在于，包括主軸、軸向定子、徑向內定子、轉子、徑向外定子和風 葉，所述軸向定子為兩個，所述軸向定子和所述徑向內定子均固定在所述主軸上，所述每個 軸向定子上嵌套有軸向懸浮繞組，所述徑向內定子上嵌有第一發電繞組，所述徑向外定子 上依次嵌有徑向懸浮繞組和第二發電繞組，所述轉子為U形轉子，所述轉子的兩懸臂均位 于所述第一發電繞組和所述第二發電繞組之間，所述轉子的每個懸臂的內表面與外表面分 別貼有內貼永磁體和外貼永磁體，所述轉子的兩懸臂連接段位于所述兩個軸向定子之間， 所述風葉固定在所述轉子的兩懸臂連接段上。
[0006] 上述方案中，所述第一發電繞組與第二發電繞組均采用分數槽集中繞組接線方 式。
[0007] 上述方案中，所述徑向懸浮繞組為四套，每套所述徑向懸浮繞組相互獨立，分別用 四個獨立的控制電路來控制所述徑向懸浮繞組的懸浮力。
[0008] 上述方案中，所述內貼永磁體與所述外貼永磁體的對數為22對，且極數和極弧系 數都相同，永磁體磁路結構采用串聯結構。
[0009] 上述方案中，所述兩個軸向懸浮繞組分別用二個獨立的控制電路來控制每個軸向 懸浮繞組的軸向懸浮力。
[0010] 本發明的技術效果：通過磁懸浮技術實現風力發電機轉子的自懸浮，使得發電機 的工作效率及耐環境性顯著增強；同時采用雙定子的結構，提升了發電量。
【專利附圖】
【附圖說明】 toon] 圖1為本發明裝置的軸向結構示意圖； 圖2為本發明裝置的徑向結構示意圖； 圖3為本發明裝置的軸向定子側視結構圖。
[0012] 圖4為本發明裝置的徑向懸浮繞組接線圖。
[0013] 其中：1、徑向外定子；2、徑向懸浮繞組；3、外貼永磁體；4、風葉；5、軸向定子；6、 第二發電繞組；7、內貼永磁體；8、主軸；9、徑向內定子；10、第一發電繞組；11、轉子；12、軸 向懸浮繞組； ?表示懸浮繞組中電流的流出，X表示懸浮繞組中電流流入。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0015] 如圖1、圖2和圖3所示，一種新型磁懸浮雙定子永磁風力發電機，由主軸8、軸向 定子5、徑向內定子9、轉子11和徑向外定子1組成；所述徑向內定子9內嵌入第一發電繞 組10,所述徑向內定子9與所述主軸8固定連接；所述軸向定子5內嵌入軸向懸浮繞組12， 所述軸向定子5與所述主軸8固定連接；所述轉子11的內表面與外表面分別貼有內貼永磁 體7和外貼永磁體3,所述轉子11與所述風葉4連接；所述徑向外定子1嵌入第二發電繞 組6和徑向懸浮繞組2,所述徑向外定子槽分為內外兩層，所述第二發電繞組6嵌于所述徑 向外定子槽內層，所述徑向懸浮繞組2嵌于所述徑向外定子槽外層所述徑向懸浮繞組、軸 向懸浮繞組共同控制電機轉子的穩定懸浮。所述內貼永磁體7與所述外貼永磁體3的對數 為22。所述第一發電繞組10與第二發電繞組6均采用分數槽集中繞組接線方式。所述徑 向懸浮繞組2為四套，每套所述徑向懸浮繞組2相互獨立，分別用四個獨立的控制電路來控 制徑向懸浮力。所述轉子11為U型。所述軸向懸浮繞組12分別用二個獨立的控制電路來 控制軸向懸浮力。
[0016] 所述控制系統在徑向的懸浮控制原理是：如圖3所示，徑向外定子1共有24個槽， 每套徑向懸浮繞組2各占6個槽，即共有四套懸浮繞組，通過單獨控制每個所述徑向懸浮繞 組2中電流的大小，以獲得所需的懸浮力。X方向上的懸浮力是由所述徑向懸浮繞組2中的 電流i xl和ix2控制，當ixi導通時，產生X正方向的懸浮力，反過來，當ix2導通時，產生X負 方向的懸浮力；同理，y方向上也可以產生正、負方向上的懸浮力；X方向上和y方向懸浮力 可以合成任意方向的懸浮力，從而實現發電機的所述轉子11徑向的自懸浮功能。圖中i xl+、 ixl-和ix2+、ix2-為X軸正方向和負方向所流入和流出的電流，i yl+、iyl-和iy2+、iy2-為y軸正 方向和負方向所流入和流出的電流。以徑向上一個自由度為例說明，若所述轉子11向χ正 方向偏移一定距離，使得X正方向的氣隙長度縮短，負方向的氣隙長度增大，即導致在X方 向上正方向的氣隙磁密大于負方向的氣隙磁密，為了使得所述轉子11回到平衡位置，可以 增加 χ負方向所述徑向懸浮繞組2中的電流ix2+、ix2_，減小χ正方向所述徑向懸浮繞組2中 的電流i xl+、i+，所述轉子11就可以回到平衡位置。徑向其他方向上的懸浮控制原理與之 相同。
[0017] 所述控制系統在軸向的懸浮控制原理是：通過調整所述軸向定子5上的懸浮繞組 電流大小，使得所述轉子11回到軸向的平衡位置。若所述轉子11在軸向受到向右的力，使 得所述轉子11整體向右偏移，此時所述轉子11與左邊所述軸向定子5間的氣隙長度大于 所述轉子11與右邊所述軸向定子5之間的氣隙長度，這時可以增大左邊所述軸向定子5上 的所述軸向懸浮繞組12的電流，同時減小右邊所述軸向定子5上的所述軸向懸浮繞組12 的電流，就可以使得所述轉子11回到軸向的平衡位置。
【權利要求】
1. 一種磁懸浮雙定子永磁風力發電機，其特征在于，包括主軸（8)、軸向定子（5)、徑向 內定子（9)、轉子（11)、徑向外定子（1)和風葉（4)，所述軸向定子（5)為兩個，所述軸向定子 (5 )和所述徑向內定子（9 )均固定在所述主軸（8 )上，所述每個軸向定子（5 )上嵌套有軸向 懸浮繞組（12)，所述徑向內定子（9)上嵌有第一發電繞組（10)，所述徑向外定子（1)上依次 嵌有徑向懸浮繞組（2 )和第二發電繞組（6 )，所述轉子（11)為U形轉子，所述轉子（11)的兩 懸臂均位于所述第一發電繞組（10)和所述第二發電繞組（6)之間，所述轉子（11)的每個懸 臂的內表面與外表面分別貼有內貼永磁體（7)和外貼永磁體（3)，所述轉子（11)的兩懸臂 連接段位于所述兩個軸向定子（5)之間，所述風葉（4)固定在所述轉子（11)的兩懸臂連接 段上。
2. 如權利要求1所述的一種磁懸浮雙定子永磁風力發電機，其特征在于，所述第一發 電繞組（10)與第二發電繞組（6)均采用分數槽集中繞組接線方式。
3. 如權利要求1所述的一種磁懸浮雙定子永磁風力發電機，其特征在于，所述徑向懸 浮繞組（2)為四套，每套所述徑向懸浮繞組（2)相互獨立，分別用四個獨立的控制電路來控 制所述徑向懸浮繞組（2)的懸浮力。
4. 如權利要求1所述的一種磁懸浮雙定子永磁風力發電機，其特征在于，所述內貼永 磁體（7)與所述外貼永磁體（3)的對數為22對，且極數和極弧系數都相同，永磁體磁路結構 采用串聯結構。
5. 如權利要求1所述的一種磁懸浮雙定子永磁風力發電機，其特征在于，所述兩個軸 向懸浮繞組（12)分別用二個獨立的控制電路來控制每個軸向懸浮繞組（12)的軸向懸浮 力。
【文檔編號】H02N15/00GK104052219SQ201410285045
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】于焰均, 劉賢興 申請人:江蘇大學