专利名称：一种双定子直驱永磁风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电机设备，特别是关于一种双定子直驱永磁风力发电机。
背景技术：
目前，风力发电专用发电机正向高可靠性、低维护量、减少组件、降低成本、效率 高、集成度高的方向发展，大体趋势是单机容量不断增长。在变速恒频的风力发电系统中， 多采用双馈异步发电机和永磁同步发电机。其中，双馈异步发电机，由于存在齿轮箱，转子 上存在碳刷和滑环，进而使得系统成本高、可靠性差、维护量大，且噪声污染严重。并且当其 低负荷运行时，效率较低，特别是随着单机容量的增大，问题更加突出。因此直驱和无刷化 越来越受到关注。基于变速运行、变浆距调节、低转速、高效率、高功率因数的直驱永磁风力 发电机已成为未来的发展趋势，其具有以下几个优点1、该类型发电机采用永磁体励磁，消 除了励磁损耗，提高了效率，实现了无刷化。2、该类型发电机在运行时，不需要从电网吸收 无功功率来建立磁场，可以改善电网的功率因数。3、采用风力机对发电机直接驱动的方式， 取消了齿轮箱，提高了风力发电机组的效率和可靠性，降低了设备的维护量，减小了噪声污 染。但是，直驱永磁风力发电机由于与风力机直接连接，其转速低、极数多，定子、转子尺寸 大，呈扁平状结构，由此带来一个不容忽视的大电机的运输困难问题。而陆上很多风电场都 是设计在偏远的山区，从电机出厂到安装地，很可能会经过一些桥梁和涵洞，如果电机外径 太大，就不能顺利通过。还有一种使用情况是海上大型风电场选用直驱永磁风力发电机，风力发电机采 取分散风机控制直接并网方式。分散风机控制同时直接并网的方式属于一种柔性直流输电 方式，每台风力发电机有自己的换流器，通过并联多台风机，提高传输容量，并且可以分别 控制单台风机工作在其理想的状态，不会因为单一换流器故障导致全部风机不能输送电能 到电网。目前，低速永磁直驱风力发电机组海上柔性直流输电方式所采用的永磁发电机一 般为低压交流发电机，永磁发电机发出的交流电经升压变压器后，经整流装置变换为高压 直流电输出，并接到直流母线上，实现并网。但是这种类型发电机结构复杂，成本较高，效率 降低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种高效率、高可靠性、结构简单的双定子直 驱永磁风力发电机。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种双定子直驱永磁风力发电机，其 特征在于它包括内定子、外定子、杯形转子、前法兰、后法兰、壳体、主轴、前轴承、前轴套、 前轴承外盖、前轴承内盖、后轴承、后轴套、后轴承内盖、后轴承外盖、用于传递扭矩的锁紧 套和用于杯形转子轴向定位的锁紧螺母；所述内、外定子均包括定子铁芯，及安装于所述定 子铁芯内的多相绕组；所述杯形转子包括转子铁芯、支撑所述转子铁芯的支撑架，及安装于 所述转子铁芯上的N、S极性相异交错排列的永磁体；所述外定子固定在所述壳体上，所述内定子固定在与所述杯形转子的开口所对的前法兰或后法兰上；所述主轴通过所述前轴 承、前轴套、前轴承外盖、前轴承内盖、后轴承、后轴套、后轴承内盖和后轴承外盖，贯穿所述 前法兰、后法兰和杯形转子，并伸出所述前法兰之外，所述前法兰、后法兰均固定在所述壳 体上。所述外定子与所述杯形转子形成第一工作气隙，所述杯形转子与所述内定子形成
第二工作气隙。所述双定子直驱永磁风力发电机采用串联磁路结构，通过所述永磁体，组成通过 所述内、外定子，以及所述杯形转子、第一工作气隙和第二工作气隙的串联磁路。所述N、S极性相异交错排列的永磁体安装于所述转子铁芯内、外表面所述N、S极性相异交错排列的永磁体安装于转子铁芯内外成形槽内。所述内、外定子槽数一样，极对数一样，所述内、外定子的多相绕组均采用分数槽 单节距绕组形式，对应两同相绕组反相串连。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明的双定子直驱永磁风 力发电机由于转速低、极数多，并且采用的双定子结构形式能充分利用了电机的内部空间， 在相同体积条件下，与普通单定子机构相比，电机的输出电压及输出功率可提高40% 100%，因此，有效地提高了电机的性能体积比。2、本发明由于两内定子和两外定子的多相 绕组均采用分数槽单节距绕组形式，这种绕组结构形式容易实现机器自动化下线，减低绕 组下线的复杂程度；更主要的是这种分数槽单节距绕组可以减小绕组的端部长度，使得整 个电机的长度减小，体积减小，重量减轻；绕组端部长度的减小，减小了用铜量，也降低了绕 组的铜损耗，使得电机的成本降低，效率提高。3、本发明由于采用分数槽单节距绕组结构 形式的永磁直驱风力发电机，电机的极数和槽数的最小公倍数较大，可以削弱由非正弦波 分布的磁场感应电势中的谐波分量和齿谐波分量，并且可以大幅度减小由齿槽效应引起的 定位转矩，这是低速直驱永磁发电机运行中的一个重要指标。4、本发明由于采用的双定子 直驱永磁风力发电机在转速较低的风力发电系统中可以有效地提高输出电压和电机的性 能体积比，并能有效地解决陆上大型直驱永磁风力发电机的运输问题和海上大型直驱永磁 风力发电机组采用柔性直流输电方式所要求的高压输出问题。本发明可以广泛应用于各种 海、陆风力发电场中。
图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明应用于直驱风力发电机组中的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，为本发明所提供的双定子直驱永磁风力发电机，它包括内定子1、外 定子2、杯形转子3、前法兰4、后法兰5、壳体6、主轴7、前轴承8、前轴套9、前轴承外盖10、 前轴承内盖11、后轴承12、后轴套13、后轴承内盖14、后轴承外盖15、用于传递扭矩的锁紧 套16和用于杯形转子3轴向定位的锁紧螺母17。内、外定子1、2均包括定子铁芯，及安装于定子铁芯内的多相绕组。杯形转子3包括转子铁芯、支撑转子铁芯的支撑架，及安装于转子铁芯内、外表面或安装于转子铁芯内外 成形槽内的N、S极性相异交错排列的永磁体，且杯形转子3的开口可以与前法兰4对应，也 可以与后法兰5对应。外定子2与壳体6固定在一起，内定子1与杯形转子3的开口所对 的前法兰4或后法兰5固定在一起。外定子2与杯形转子3形成第一工作气隙，杯形转子 3与内定子1形成第二工作气隙。主轴7通过前轴承8、前轴套9、前轴承外盖10、前轴承内 盖11、后轴承12、后轴套13、后轴承内盖14和后轴承外盖15，贯穿前法兰4、后法兰5和杯 形转子3，并伸出前法兰4之外。前法兰4、后法兰5与壳体6固定在一起。上述实施例中，内、外定子1、2槽数一样，极对数一样，内、外定子1、2的多相绕组 均采用分数槽单节距绕组形式，对应两同相绕组反相串连。本发明的双定子直驱永磁风力发电机采用串联磁路结构，通过在转子铁芯内、外 表面或内、外成形槽内粘贴极性相异且交错排列的永磁体，组成通过内、外定子1、2，以及杯 形转子3、第一工作气隙和第二工作气隙的串联磁路。如图2所示，本发明的双定子直驱永磁发电机的主轴7直接与风力机的轮毂18相 连，所述双定子直驱永磁发电机的后法兰5与机架19相连。风力发电机采用交流并网方式 时，本发明的双定子直驱永磁发电机的定子输出绕组与之配套的全功率变流器相连，实现 风力发电机的变速恒频；风力发电机采用柔性直流输电方式时，本发明的双定子直驱永磁 发电机的定子输出绕组与一可控整流器相连，实现风力发电机的变速恒压直流输出。上述各实施例中，还可以在结构上、连接上、内外定子绕组结构形式上有其它变 化，基于本发明技术方案上的变化和改进，不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
一种双定子直驱永磁风力发电机，其特征在于它包括内定子、外定子、杯形转子、前法兰、后法兰、壳体、主轴、前轴承、前轴套、前轴承外盖、前轴承内盖、后轴承、后轴套、后轴承内盖、后轴承外盖、用于传递扭矩的锁紧套和用于杯形转子轴向定位的锁紧螺母；所述内、外定子均包括定子铁芯，及安装于所述定子铁芯内的多相绕组；所述杯形转子包括转子铁芯、支撑所述转子铁芯的支撑架，及安装于所述转子铁芯上的N、S极性相异交错排列的永磁体；所述外定子固定在所述壳体上，所述内定子固定在与所述杯形转子的开口所对的前法兰或后法兰上；所述主轴通过所述前轴承、前轴套、前轴承外盖、前轴承内盖、后轴承、后轴套、后轴承内盖和后轴承外盖，贯穿所述前法兰、后法兰和杯形转子，并伸出所述前法兰之外，所述前法兰、后法兰均固定在所述壳体上。
2.如权利要求1所述的一种双定子直驱永磁风力发电机，其特征在于所述外定子与 所述杯形转子形成第一工作气隙，所述杯形转子与所述内定子形成第二工作气隙。
3.如权利要求1所述的一种双定子直驱永磁风力发电机，其特征在于所述双定子直 驱永磁风力发电机采用串联磁路结构，通过所述永磁体，组成通过所述内、外定子，以及所 述杯形转子、第一工作气隙和第二工作气隙的串联磁路。
4.如权利要求2所述的一种双定子直驱永磁风力发电机，其特征在于所述双定子直 驱永磁风力发电机采用串联磁路结构，通过所述永磁体，组成通过所述内、外定子，以及所 述杯形转子、第一工作气隙和第二工作气隙的串联磁路。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种双定子直驱永磁风力发电机，其特征在于 所述N、S极性相异交错排列的永磁体安装于所述转子铁芯内、外表面
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种双定子直驱永磁风力发电机，其特征在于 所述N、S极性相异交错排列的永磁体安装于转子铁芯内外成形槽内。
7.如权利要求1或2或3或4所述的一种双定子直驱永磁风力发电机，其特征在于 所述内、外定子槽数一样，极对数一样，所述内、外定子的多相绕组均采用分数槽单节距绕 组形式，对应两同相绕组反相串连。
8.如权利要求5所述的一种双定子直驱永磁风力发电机，其特征在于所述内、外定子 槽数一样，极对数一样，所述内、外定子的多相绕组均采用分数槽单节距绕组形式，对应两 同相绕组反相串连。
9.如权利要求6所述的一种双定子直驱永磁风力发电机，其特征在于所述内、外定子 槽数一样，极对数一样，所述内、外定子的多相绕组均采用分数槽单节距绕组形式，对应两 同相绕组反相串连。
全文摘要
本发明涉及一种双定子直驱永磁风力发电机，它包括内定子、外定子、杯形转子、前法兰、后法兰、壳体、主轴、前轴承、前轴套、前轴承外盖、前轴承内盖、后轴承、后轴套、后轴承内盖、后轴承外盖、锁紧套和锁紧螺母；内、外定子均包括定子铁芯，及安装于定子铁芯内的多相绕组，外定子固定在壳体上，内定子固定在与杯形转子的开口所对法兰上；杯形转子包括转子铁芯、支撑转子铁芯的支撑架，及安装于转子铁芯上极性相异交错排列的永磁体；主轴通过前轴承、前轴套、前轴承外盖、前轴承内盖、后轴承、后轴套、后轴承内盖和后轴承外盖贯穿前法兰、后法兰和杯形转子，并伸出前法兰，前法兰、后法兰固定在壳体上。本发明能有效地提高电机的提高电机效率、降低电机成本。本发明可以广泛应用于各种海、陆风力发电场中。
文档编号H02K3/28GK101917101SQ201010247288
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者施文江, 秦明, 肖珊彩 申请人:国电联合动力技术有限公司