CN202231587U - 电励磁与复合励磁的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电励磁风力发电机，包括转子、定子、前端盖、后端盖以及发电机壳，定子套装于转子的外部，二者之间设置有气隙，所述的转子包括转轴、线圈座、励磁线圈以及爪极；所述的线圈座套装于转轴并固装于后端盖上的，励磁线圈安装于线圈座内；所述的爪极套装于线圈座外部，爪极设置有驱端爪极和电端爪极，驱端爪极固装于转轴上，驱端爪极和电端爪极之间设置有间隙并通过非导磁隔离体连接；所述的线圈座与电端爪极接口处设置为匹配的台阶状；其中，线圈座与转轴之间设置有气隙，线圈座与电端爪极之间设置有气隙，线圈座与驱端爪极之间设置有气隙。本专利采用电励磁及复合励磁发电，风力发电机起动无阻力，在低风速下，风叶起动非常容易，无需考虑叶片的预先起动角度，便于控制，稳定性好，适合于恶劣环境，耐温高，制造容易，成本低，损耗低，使用寿命超出纯永磁发电机的两倍以上。

Description

电励磁与复合励磁的风力发电机

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机技术，特别是一种电励磁与复合励磁的风力发电机。

背景技术

现有的直驱式风力发电机转f大多都用钕铁硼等纯永磁体做成磁极，风力发电机转子旋转过程中与定子切割磁感线发出电，用纯永磁体制作的风力发电机，起动时有一定的启动阻力，起动困难，成本高，耐温低，受环境影响大，受年限限制，磁场衰减，容易失磁，降低功率。专利号为201010106667.1，专利名称为“一种爪极电机”的实用新型专利公开了一种爪极电机，这种机构的爪极电机不但结构复杂，需要电刷和滑环等结构才能够工作，最为关键的是磁轭线圈套在磁轭模芯外部，磁轭模芯的两端分别与驱端爪极和电端爪极装配在一起，磁钢组件被衔在驱端爪极和电端爪极之间，发电机在励磁工作时，磁钢组件和磁轭线圈之间产生的磁场会相互抵消，甚至磁通直接从N极爪进入S极爪，产生短路。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对永磁风力发电机和现有爪极式风力发电机的不足，提供一种爪极式电励磁与复合励磁风力发电机。

本实用新型的技术方案为：一种电励磁风力发电机，包括转子、定子、前端盖、后端盖以及发电机壳，定子套装于转子的外部，二者之间设置有气隙，所述的转子包括转轴、线圈座、励磁线圈以及爪极；所述的线圈座套装于转轴并固装于后端盖上的，励磁线圈安装于线圈座内；所述的爪极套装于线圈座外部，爪极设置有驱端爪极和电端爪极，驱端爪极固装于转轴上，驱端爪极和电端爪极之间设置有间隙并通过非导磁隔离体连接；所述的线圈座与电端爪极接口处设置为匹配的台阶状；其中，线圈座与转轴之间设置有气隙，线圈座与电端爪极之间设置有气隙，线圈座与驱端爪极之间设置有气隙。

优选的是：所述的线圈座上设置有一块圆筒状的永磁体，其中，励磁线圈嵌娤于线圈座的外部，永磁体嵌娤于线圈座的内部。

优选的是：所述的爪极的每个爪设置为梯形柱。

优选的是：所述的爪极设置为凸爪极，凸爪极的每个爪设置为平行四边形柱。

本实用新型的有益效果为：本专利采用电励磁及复合励磁发电，风力发电机起动无阻力，在低风速下，风叶起动非常容易，无需考虑叶片的预先起动角度，便于控制，稳定性好，适合于恶劣环境，耐温高，制造容易，成本低，损耗低，使用寿命超出纯永磁发电机的两倍以上。转轴上装有驱动爪极和电端爪极，驱动爪极和电端爪极通过非导磁隔离体连接(驱动爪极和电端爪极爪型一致)，构成转子。驱动爪极和电端爪极交叉组合，用非导磁隔离体连接，并有一定间隙，爪极与定子铁芯之间的气隙距离小于左右两爪之间的间隙，左右两爪之间的间隙可防止磁通直接从N极爪进入S极爪，产生短路，还可以消弱高次谐波电势及高次齿谐波电势。凸爪极比普通爪极磁场面积大一些，效率稍高。非导磁隔离体连接爪极，起固定连接作用，还可防止漏磁。本实用新型一种为包含永磁体的复合励磁线圈座，另一种不包含永磁体的电励磁线圈座，缠绕上励磁线圈后，构成两种形式的励磁绕组，励磁线圈座用螺栓固定在风力发电机后端盖上，励磁线圈线头从后端盖引出，省去了电刷和滑环，减少了机械损耗，大大提高了使用寿命。线圈座及爪极具备储存磁场的作用，当发电机通电一次后，磁场在其材料上，保存不小于2000小时的磁场储存，降低了励磁损耗。复合励磁线圈座包含电励磁线圈座的优点，并且线圈座内壁嵌装有永磁体，发电机无需初励磁，靠永磁体产生的电磁根据不同的转速会自动调压，在这种混合励磁的结构上，永磁体不会受年限或温度的影响而失磁，因为它与电磁混合，通电后产生电磁会给它自动补充磁场，磁场储存很稳定，发电机在高转速时，无需励磁绕组工作，可完成无励磁发电。

附图说明

图1为本实用新型爪极式电励磁装置转子的剖视图

图2为本实用新型爪极式复合励磁装置转子的剖视图

图3为本实用新型凸爪极式电励磁装置转子的剖视图

图4为本实用新型凸爪极式复合励磁装置转子的剖视图

图5为本实用新型总装的剖视图

图6为本实用新型爪极式转子外形效果图

图7为本实用新型凸爪极式转子外形效果图

图8为本实用新型励磁线圈外形绕线图

图9为本实用新型无刷复合励磁转子结构剖视图

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式：

如图1、3、6、7所示，一种电励磁风力发电机，包括转子1、定子2、前端盖3、后端盖4以及发电机壳5，定子2套装于转子1的外部，二者之间设置有气隙，所述的转子1包括转轴6、线圈座7、励磁线圈8以及爪极；所述的线圈座7套装于转轴6并固装于后端盖4上的，励磁线圈8安装于线圈座7内；所述的爪极套装于线圈座7外部，爪极设置有驱端爪极9和电端爪极10，驱端爪极9固装于转轴6上，驱端爪极9和电端爪极10之间设置有间隙并通过非导磁隔离体11连接；所述的线圈座7与电端爪极10接口处设置为匹配的台阶状；其中，线圈座7与转轴6之间设置有气隙12，线圈座7与电端爪极10之间设置有气隙13，线圈座7与驱端爪极9之间设置有气隙14。如图1、3、6所示：所述的爪极的每个爪设置为梯形柱。如图1、3、7所示：所述的爪极设置为凸爪极，凸爪极的每个爪设置为平行四边形柱。

风力发电机叶片迎风转动，带动转子转动时，达到一定转速，靠转子内的剩磁切割磁力线，使发电机定子绕组产生电压，进入控制器，再输出励磁电压，接入励磁绕组，建立电压开始励磁，也可根据不同转速自动调整励磁绕组、励磁电流，使风力发电机输出稳定的电压。

线圈座7与电端爪极10的接口处有气隙13，接口处呈台阶状，有助于磁场顺利传到驱端爪极9上，防止漏磁，励磁线圈8不动为固定位置，固定在发电机后端盖4上，转轴6与线圈座7有一定气隙12，当励磁线圈8通上直流电时，电磁场通过气隙传到转轴6上，从线圈座7传入驱端爪极9形成N极，传入电端爪极10形成S极，使转子上的爪极产生N极和S极的磁场，形成了无刷结构，当转子旋转时，切割磁力线发电，发出电后，定子绕组通过控制器完成了自励，因为转子合金材料，工作一次，就会在爪极上储存一定的磁场，在下次旋转时，无需再采用电充磁。

如图2、4、5、6、7、9所示，一种复合励磁风力发电机，所述的线圈座7上设置有圆筒状的永磁体15，其中，励磁线圈8嵌娤于线圈座7的外部，永磁体15嵌娤于线圈座7的内部。如图2、4、6所示：所述的爪极的每个爪设置为梯形柱。如图3、4、7所示：所述的爪极设置为凸爪极，凸爪极的每个爪设置为平行四边形柱。

励磁线圈8的长度与永磁体15的长度一致，安装在电磁绕组的中心位置，充磁方向为两端充磁，A端为N极，B端为S极，永磁体15的中心孔穿在电机转轴6上，并与电机转轴6有一定的气隙，线圈座7与电端爪极10之间设置有气隙12，线圈座7与驱端爪极9之间设置有气隙14，磁场通过气隙传到转轴6上，线圈座7上绕上励磁线圈8，通过气隙传到驱端爪极9上为N极，通过气隙将磁场传到电端爪极10上为S极，当控制器给励磁绕组通电后，会加大磁场强度，发电机在发电过程中，当需要停车时，可通过控制器将定子和转子完全能实现电磁制动，使风力发电机的在短时间内停机；当低速运转或需要加大励磁磁场时，通过控制器自动接通励磁绕组，使磁场强度增大；当转速升高时，需要减弱励磁绕组的励磁电流，甚至切断励磁电流，有利于控制发电机功率的大小，大大减少了励磁功率，使发电机的电压控制更稳定。采用这种方式，发电机无需初励磁，靠永磁体产生的电磁根据不同的转速会自动调压，在这种混合励磁的结构上，永磁体不会受年限或温度的影响而失磁，因为它与电磁混合，通电后产生电磁会给它自动补充磁场，磁场储存很稳定，与全靠永磁结构的风力发电机相比，纯永磁结构会根据温度的影响超低温或高温或年久问题，自行失磁，使发电机的功率在不同情况下衰减，减少使用寿命。

Claims (4)

1.一种电励磁风力发电机，包括转子、定子、前端盖、后端盖以及发电机壳，定子套装于转子的外部，二者之间设置有气隙，其特征在于：所述的转子包括转轴、线圈座、励磁线圈以及爪极；所述的线圈座套装于转轴并固装于后端盖上的，励磁线圈安装于线圈座内；所述的爪极套装于线圈座外部，爪极设置有驱端爪极和电端爪极，驱端爪极固装于转轴上，驱端爪极和电端爪极之间设置有间隙并通过非导磁隔离体连接；所述的线圈座与电端爪极接口处设置为匹配的台阶状；其中，线圈座与转轴之间设置有气隙，线圈座与电端爪极之间设置有气隙，线圈座与驱端爪极之间设置有气隙。

2.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于：所述的线圈座上设置有圆筒状的永磁体，其中，励磁线圈嵌娤于线圈座的外部，永磁体嵌娤于线圈座的内部。

3.如权利要求1或2所述的风力发电机，其特征在于：所述的爪极的每个爪设置为梯形柱。

4.如权利要求1或2所述的风力发电机，其特征在于：所述的爪极设置为凸爪极，凸爪极的每个爪设置为平行四边形柱。 

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