专利名称：低速消谐同步发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机，尤其是低速消谐同步发电机。
背景技术：
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。
其蕴量巨大，全球的风能约为2.74X109MW，其中可利用的风能为 2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。随着全 球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。风力发电机是利用风能驱 动桨叶带动主轴，在定子与转子发生相对位移的时候切割磁力线，在 线圈中产生电流。为了去掉高速发电机中的升速变速箱，低速直驱型 发电机的直径都很大，具有较多的极对数。并采用一槽一极或多槽一 极的形式，如中国专利200610014289.8公开的"模快化定子结构直 驱型低速永磁同步风力发电机"，该发电机将定子铁心的内径圆周均 匀的分成ki扇区组，在每一扇区组A、 B、 C三相各占相同面积的l 个扇区，l个扇区属于一相，每个扇区的定子铁心上均匀的设置有k2 个大齿，在相邻两个大齿之间设置有1个大槽，相邻大齿的齿距为一 个极距，相邻的两个扇区之间的定子铁心上分别设置有l个小槽，两 个小槽之间设置有一个小齿，每一个大齿上绕制有整距集中线圈。该 发明的发电机线圈的端部最短，各齿上的集中线圈端部不相互叠压； 各齿上的整距集中线圈是从第一个齿到最后一个齿连续缠绕的，非常 适合机械绕制，便于维修和更换，并且发电机能够平稳地输出电功率。 其中小槽和小齿的设置解决了三相交流电A、 B、 C各相之间相角应 该相差120度的问题。但这种结构也同时带来铁芯的结构复杂、制造 难度大的问题，输出电流谐波严重，难以满足风力发电机直接并网发 电的要求
发明内容
本发明的目的是提供一种无需升速变速箱，结构简单、加工制造 难度低，输出电压谐波含量低、可直接输出正弦波交流电并网发电的 低速消谐同步发电机。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案
本发明所述的低速消谐同步发电机包括外壳和安装在外壳内的 主轴、转子，转子固定安装在主轴上，在转子的圆周上均匀分布多个 磁极，在外壳内固定安装有定子铁芯，定子铁芯中设置定子线圈，其 特征在于将定子铁芯的的圆周平均分成两个以上的定子扇区组，各 定子扇区组中带有数量相等、均匀分布的线圈槽，定子铁芯上任意两 相临线圈槽之间齿的宽度相同；与定子扇区组相对应的转子的圆周上 平均分成两个以上的转子扇区组，转子扇区组的数量与定子扇区组的 数量相同，各转子扇区组中带有数量相等、均匀分布的磁极，每一转 子扇区组中磁极的数量比一个定子扇区组中线圈槽的数量相差两个， 转子圆周的上任意两相临磁极的极距相等；每一定子扇区组的线圈槽 中设置有三相定子线圈，各相定子线圈分别占有相同面积的扇区，并 按照Y接三相绕组的连接方式连接在一起。
所述的转子包括相对设置的两片爪极板，两片爪极板之间固定安 装有永磁体和励磁铁芯，励磁铁芯上缠绕励磁线圈，永磁体和铁芯均 匀分布在主轴的周围，在主轴上通过平键固定安装有连接套，两片爪 极板分别固定安装在连接套的两端；爪极板为圆盘状，其边缘部分沿 圆周均匀分布多个齿状的爪极，该爪极即为磁极，两片爪极板以爪极 交错排列的形式相对平行设置，相临两个带有不同磁性的爪极构成一 个磁极对。
采用上述技术方案以后，本发明具有如下优点-
1、 定子线圈的线圈槽均匀分布，结构简单、生产加工难度低， 节约原材料，降低造价；
2、 输出电压谐波含量低，可满足直接并网发电的要求；
3、 转子和定子铁芯分成相同结构的多个扇区组，对大直径发电 机可实现模快化生产，降低生产和运输成本，维修方便；4、 齿磁转矩小，容易启动，发电机震动幅度和噪音都大幅度减 小，可相应提高发电机的转速，使输出功率大。
5、 采用励磁线圈改变磁通量的方法调整输出电压和无功功率， 动作快、输出电压调整范围大，能满足多种工作情况的需求；
6、 转子和定子直接安装在同一根轴上，安装精度高，转子和定 子铁芯间的气隙大幅度减小，可大幅度降低制造成本和动磁能耗。
7、 由于磁极的数量多于线圈槽的数量，可以很容易地设计成多 极，从而容易实现低速发电，并满足并网频率要求。
图1是本发明的一个实施例的结构示意图； 图2是图1的A-A剖视图； 图3是爪极板的展开结构示意图； 图4是输出电压的向量图； 图5是线圈槽的展开结构示意图。
具体实施例方式
如图l、图2所示，本发明所述的低速消谐同步发电机，包括外 壳l和安装在外壳l内的主轴3、转子，转子固定安装在主轴3上， 在转子的圆周上均匀分布多个磁极9，转子圆周的上任意两相临磁极 9的极距相等。在外壳1内固定安装有定子铁芯7，定子铁芯7中设 置定子线圈12。将定子铁芯7的的圆周平均分成两个以上的定子扇 区组，各定子扇区组中带有数量相等、均匀分布的线圈槽8，定子铁 芯7上任意两相临线圈槽8之间齿的宽度相同；本实施例采用两组定 子扇区组，每组定子扇区组均为180度的扇区，每一定子扇区组中均 匀分布18个大小相等的线圈槽8，三相定子线圈12各占连续的6个 线圈槽，如图5所示。当然，定子扇区组与线圈槽8的数量可以根据 需要设定，每个定子扇区组中线圈槽8的数量为3的整数倍，且大于 等于6槽。定子扇区组的数量在2个以上的时候，主轴3所受的径向 的磁力相互抵消，有利于减小发电机工作时的震动，降低噪音，延长 主轴3的使用寿命。线圈槽8的数量以及定子线圈12的绕制方式为 公知技术，在此不再详述。所述的转子包括相对设置的两片爪极板2，两片爪极板2之间固 定安装有永磁体4和铁芯51，铁芯51上缠绕励磁线圈5，励磁线圈 5的两端通过滑环11与外部的电路连接。永磁体4和铁芯51均匀分 布在主轴l的周围，在主轴3上通过平键固定安装有连接套6，两片 爪极板2分别固定安装在连接套6的两端；爪极板2为圆盘状，其边 缘部分沿圆周均匀分布多个齿状的爪极21。如图3所示，两片爪极 板2以爪极21交错排列的形式相对平行设置，相临两个带有不同磁 性的爪极21构成一个磁极对。
与定子扇区组相对应的转子的圆周上平均分成两个以上的转子 扇区组，转子扇区组的数量与定子扇区组的数量相同，在本实施例中， 当有两个定子扇区组的时候，转子扇区组也应该是两个。各转子扇区 组中带有数量相等、均匀分布的磁极9，每一转子扇区组中磁极9的 数量比一个定子扇区组中线圈槽的数量相差两个，可以是多两个，也 可以是少两个。在本实施例中，当每一个定子扇区组中线圈槽的数量 是18个的时候，对应的转子扇区组中磁极9的数量就是20个，当然 磁极9的数量也可以是16个；每一定子扇区组的线圈槽中设置有三 相定子线圈12，每相定子线圈12以波绕的绕线方式各占连续的6个 线圈槽，如图5所示，并按照三相交流电Y接三相绕组的连接方式 连接在一起。
工作的时候，永磁体4和励磁线圈5产生的磁通量通过爪极板2 的引导到达爪极21，在两组相对的爪极21之间产生强磁场，动力机 构带动主轴3旋转，使爪极21之间产生的强磁场绕主轴1旋转，与 固定不动的定子线圈12产生切割磁力线的相对运动，在定子线圈12 中产生电势。通过相应的电路连接即可将电势转变为电能输出。
当需要改变输出电能的电压的时候，只要通过外部电路调整励磁 线圈5中的励磁电流的大小，即可改变爪极21之间产生的合成磁场 强度，从而最终改变改变输出电能的电压。这一部分外部调整电路为 现有公知技术，在此不再详细论述。
在匝间短路时，当自动装置把励磁电流降为零的时候，铁芯51 不仅不再产生磁势，而且还会将永磁体4产生的磁通短路，使爪极
621之间的合成磁场降低为接近零值，使匝间短路电流大大降低，从 而有效保护发电机不被烧毁。
在本实施例中，由于每一转子扇区组中磁极9的数量比对应的定 子扇区组中线圈槽8的数量多两个，使磁相角增加360度，A、 B、 C 各相定子线圈12产生的电动势相互形成120度的相角差，正好符合 三相交流电的要求。由于磁极9的数量与线圈槽8的数量不相等，各 线圈槽8中产生的电势的相角就会依次发生偏移，并且这种相角的偏 差逐个累加。在本实施例中相临的线圈槽8具有120/6=20度的相位 差，定子线圈12每一相占有6个线圈槽，相位差累积后，合成相角 为(6-1) *20/2=50度，如附图4所示，图中AH、 BH、 CH分别为A、 B、 C三相叠加的合成电动势相量，EA1、 EA2、 EA3、 EA4、 EA5、 EA6分别为A相的6个线圈槽8中产生的电动势。由于每相合成电 动势是由不同相角的电动势叠加而成，不同相角的电势叠加以后产生 的谐波电压含量会大幅度减小，有利于直接并网发电。
磁极9的数量比线圈槽8的数量少两个的情况下，其工作原理同上。
当然，上述磁极9也可以采用普通的永磁体，只要其数量和排列 方式符合上述要求即可。
由于每个定子线圈电流产生的磁极和转子磁极存在不同的相位 差，并均匀地周期性变化，所以发电机的合成齿磁转矩大大减小，有 利于风力发电机的启动并减少震动幅度。
权利要求
1、低速消谐同步发电机，包括外壳(1)和安装在外壳(1)内的主轴(3)、转子，转子固定安装在主轴(3)上，在转子的圆周上均匀分布多个磁极，在外壳(1)内固定安装有定子铁芯(7)，定子铁芯(7)中设置定子线圈，其特征在于将定子铁芯的的圆周平均分成两个以上的定子扇区组，各定子扇区组中带有数量相等、均匀分布的线圈槽(8)，定子铁芯(7)上任意两相临线圈槽(8)之间齿的宽度相同；与定子扇区组相对应的转子的圆周上平均分成两个以上的转子扇区组，转子扇区组的数量与定子扇区组的数量相同，各转子扇区组中带有数量相等、均匀分布的磁极(9)，每一转子扇区组中磁极(9)的数量比一个定子扇区组中线圈槽的数量相差两个，转子圆周的上任意两相临磁极(9)的极距相等；每一定子扇区组的线圈槽中设置有三相定子线圈，各相定子线圈分别占有相同面积的扇区，并按照Y接三相绕组的连接方式连接在一起。
2、 根据权利要求1所述的低速消谐同步发电机，其特征在于 所述的转子包括相对设置的两片爪极板(2)，两片爪极板(2)之间 固定安装有永磁体(4)和励磁铁芯(51)，励磁铁芯(51)上缠绕励 磁线圈(5)，永磁体(4)和铁芯(51)均匀分布在主轴(1)的周围， 在主轴(3)上通过平键固定安装有连接套(6)，两片爪极板(2)分 别固定安装在连接套(6)的两端；爪极板(2)为圆盘状，其边缘部 分沿圆周均匀分布多个齿状的爪极(21)，该爪极(21)即为磁极(9)， 两片爪极板(2)以爪极(21)交错排列的形式相对平行设置，相临 两个带有不同磁性的爪极(21)构成一个磁极对。
全文摘要
本发明涉及一种发电机，尤其是低速消谐同步发电机。包括外壳和安装在外壳内的主轴、转子、定子铁芯。将定子铁芯的圆周平均分成两个以上的定子扇区组，各定子扇区组中带有数量相等的线圈槽，与定子扇区组相对应的转子的圆周上平均分成两个以上转子扇区组，各转子扇区组中带有数量相等的磁极，转子扇区组中磁极的数量比定子扇区组中线圈槽的数量相差两个，每一定子扇区组的线圈槽中设置有三相定子线圈，并按照Y接三相绕组的连接方式连接在一起。该发电机定子线圈的线圈槽均匀分布，结构简单、生产加工难度低，节约原材料，降低造价；输出电压谐波含量低，可满足直接并网发电的要求。
文档编号H02K21/12GK101510712SQ200810014560
公开日2009年8月19日 申请日期2008年2月15日 优先权日2008年2月15日
发明者王光顺, 王雪霖 申请人:王光顺