各相独立的五相永磁风力发电机的制作方法

本发明涉及一种各相独立的五相永磁风力发电机，属于特种电机技术领域。

背景技术：

近年来，风力发电增长迅猛,，已成为增长最快的新能源。风力发电机承担将风能转换为电能的任务,是风力发电系统中的核心部件。随着风力发电整体技术的发展，风力发电机也由早期的直流发电机、笼型异步发电机等演变为当前的双馈异步发电机和低速直驱永磁同步发电机等。

由于永磁电机具有高功率密度、高效率、高可靠性、低维护成本和电网兼容性好、低电压穿越能力强的特点而成为最具发展前景的风力发电解决方案。但是，目前永磁发电机一般均将永磁体贴装于转子的表面,导致转子强度不足且安装工艺较为复杂。为了克服转子永磁类电机的缺陷,永磁体置于定子侧的一类电机已经成为研究热点。

目前，在风力发电系统中已经广泛使用永磁电机，但其中大多数电机的永磁体仍置于转子侧。例如申请号为201610902586.X的专利申请：场调制永磁风力发电机，提出了一种场调制永磁风力发电机，包括定子和套设在定子上的转子。定子为圆筒状且外壁上沿径向方向部分向外延伸形成多根定子齿，定子齿上绕制有双层定子绕组；转子包括多个扇形的转子永磁体和多个扇形的转子铁心，转子永磁体和转子铁心间隔设置并连接形成一个完整的环形的转子。

另外，也有一些相关专利文献，例如申请号为201510057751.1的专利申请：一种无铁芯双气隙轴向磁通永磁风力发电机，提出了一种无铁芯双气隙轴向磁通永磁风力发电机，包括主轴、转子和定子。转子含两个对称分布于定子两侧的转子盘，转子盘内侧面向定子均设有永磁体，。定子包括定子线圈绕组及其支撑件，定子采用不重叠三相对称的单层集中式绕组。该发明具有结构简单，启动轻便，发电效率和质量高，噪声小，非常适用于小型直驱式垂直轴风力发电系统，可广泛应用于城市、牧区、海岛、渔船等要求发电设备移动灵活性好，发电质量和效率较高的场合。

目前已有的风力发电机的研究报道，也有永磁体置于定子侧的的研究报道，但至今未检索到关于定子子铁心相对独立且不同定子极极弧长度匹配关系的研究报道。同时现有文献各相之间并未实现有效的隔离，因此故障绕组可能会对非故障绕组产生负面影响甚至造成故障的传播。因此需要提出一种新的两相绕组互相隔离的新型五相永磁风力发电机。

技术实现要素：

所要解决的技术问题：提供一种五相互相隔离、故障不能传播的永磁风力发电机。

为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：

各相独立的五相永磁风力发电机，包括定子铁心(2)、外转子铁心(1)、永磁体(5)、电枢绕组(6)、定子固定块(3)和轴(4)，所述外转子铁心(1)由风力发电机涡轮直接驱动，其特征在于：

外转子铁心(1)有16X个向内侧凸出的转子极，X为正整数，16X转子极均布；所述转子极极弧长占极距长的一半；

定子铁心(2)共有5X个子铁心，每个子铁心有三个定子极，其中中间的一个定子极的极弧长度为转子极弧长度的1.53倍；每个子铁心上两侧的定子极宽与转子极宽相等；子铁心上中间的定子极与两侧的定子极之间嵌有永磁体(5)，永磁体(5)沿圆周的切向充磁且同一个子铁心上的两个永磁体(5)充磁方向相反；

5X个子铁心均匀的固定在定子固定块(3)上，定子固定块(3)由非导磁材料制成；

子铁心两侧的定子极皆绕有集中式的电枢绕组(6)；

任意两个子铁心中间凹槽的槽口机械角为8.8/X度。

如上所述的各相独立的五相永磁风力发电机，其特征在于：沿圆周方向上的电枢绕组(6)依次是A相、C相、B相、D相、C相、E相、D相、A相、E相、B相……，依次循环X次；各个子铁心上逆时针方向一侧定子极上的电枢绕组(6)绕向相同，各个子铁心上顺时针方向一侧定子极上的电枢绕组(6)与逆时针一侧定子极上的电枢绕组(6)的绕向相反。

本发明的有益效果是：

1电机的各相绕组互相隔离，可以把故障限制在一相内，以减小故障相对其它相造成负面影响，防止故障传播；

2电机具备五相绕组，容错能力高；

3转子上无永磁体，工作可靠；

4总的磁链较短，磁阻小，铁耗少；

5绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高；

6具备外转子，可以直接由风力发电机涡轮直接驱动。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明X=1的一种各相独立的五相永磁风力发电机的结构示意图。其中，1、外转子铁心，2、定子铁心，3、定子固定块，4、轴，5、永磁体，6、电枢绕组。

图2是本发明一种各相独立的五相永磁风力发电机的充磁方向示意图。其中，1、外转子铁心，2、定子铁心，3、定子固定块，4、轴，5、永磁体，6、电枢绕组。

图3是本发明绕组绕制方法。

图4是本发明各相磁链仿真图。

图5是任意两个子铁心中间凹槽的槽口角度。

具体实施方式

本发明提供一种各相独立的五相永磁风力发电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的各相独立的五相永磁风力发电机的实施例，在本实施例中，X=1。五相永磁风力发电机由定子铁心(2)、外转子铁心(1)、永磁体(5)、电枢绕组(6)、定子固定块(3)和轴(4)组成。五相永磁风力发电机的外转子铁心(1)由风力发电机涡轮直接驱动，外转子铁心(1)上有16个向内侧凸出的转子极，16个转子极均布，转子极极弧长占极距长的一半；电机定子铁心(2)上共有5个子铁心，每个子铁心有三个定子极，其中中间的一个定子极的极弧长度为转子极弧长度的1.53倍，每个子铁心上两侧的定子极宽与转子极宽相等；子铁心上中间的定子极与两侧的定子极之间嵌有永磁体(5)，子铁心两侧的定子极皆绕有集中式的电枢绕组(6)。5个子铁心均匀的固定在定子固定块(3)上，定子固定块(3)为非导磁材料，各个子铁心上的磁链不经过定子固定块(3)。

如图2所示的一种各相独立的五相永磁风力发电机的充磁方向示意图，电机定子铁心(2)上共有5X个子铁心，每个子铁心有三个定子极，子铁心上中间的定子极与两侧的定子极之间嵌有永磁体(5)，永磁体(5)沿圆周的切向充磁且同一个子铁心上的两个永磁体(5)充磁方向相反。

图3给出了绕组绕制方法。由于本实施例X=1，因此沿圆周方向上的电枢绕组(6)依次是A相、C相、B相、D相、C相、E相、D相、A相、E相、B相；各个子铁心上逆时针方向一侧定子极上的电枢绕组(6)绕向相同，各个子铁心上顺时针方向一侧定子极上的电枢绕组(6)与逆时针一侧定子极上的电枢绕组(6)的绕向相反。

图4给出了本发明各相磁链仿真图。可以看出各相磁链完全对称且各相磁链在一个周期内均布，即之间相差72度电角度。

图5给出了任意两个子铁心中间凹槽的槽口角度，该角度为机械角8.8度。

下面给出本发明提供的各相独立的五相永磁风力发电机工作原理。

五相永磁风力发电机的磁动势是由电机定子铁心子铁心上嵌有的永磁体提供的。由于同一个子铁心上的两个永磁体充磁方向相反，两个永磁体需要通过中间定子极，然后再经过气隙、转子极、转子轭部，最后再经由气隙分别到达两侧的定子极，形成两个闭合磁路。每个定子子铁心都固定在定子固定块上，且定子固定块为非导磁材料，各个子铁心上的磁链不经过定子固定块，因此各个子铁心上的绕组是相对独立的。五相永磁风力发电机的外转子铁心由风力发电机涡轮直接驱动，使外转子按某一方向旋转时，由于每相电枢绕组所匝链的磁链发生变化，绕组将产生感应电动势，当绕组与外接负载连接时，则电机发电，向负载输送电能。当负载或转速变化时，可通过调节器来维持恒定电压输出。

需要指出的是，本发明的创新点不是简单的选取或优化问题。本申请电枢定子极弧系数、转子极弧系数、永磁定子极极弧系数等具有无穷多个的配合，加上各个极之间的角度也不一样，因此在没见到本申请的技术内容、且不具备的创造性思维的研究人员无法在有限时间内求出最可行的方案。

另外，为了防止审查员在掌握本申请的技术方案后降低对本申请创造性的评判，本申报书并没有给出关键参数的设计依据，例如中间的一个定子极的极弧长度为转子极弧长度的1.53倍的原因，也没有给出各个电枢极不是均布而是有偏转的计算方法。这个弧长、偏转角度是经过内部复杂的详细计算得出的，也必须与其他参数一起配合才能得到本申请的内容。而且这些参数也并不是简单的仿真和有限元一维搜索等得到的。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。