专利名称：小型垂直轴永磁同步风力发电机的制作方法
技术领域：
小型垂直轴永磁同步风力发电机
技术领域：
本实用新型涉及一种小型垂直轴永磁同步风力发电机，属于风力发电技术领域。背景技术：
风电是清洁的可再生能源。风力发电机常见有交流异步发电机、双馈异步发电机 和永磁同步发电机，现有技术中已经公开了包括钕铁硼在内的永磁材料的风力发电机。小 型永磁同步风力发电机按安装形式分水平轴(卧式)和垂直轴(立式)两种，小型垂直轴 永磁同步风力发电机的转子轴通常借助联轴器与增速箱联接，而增速箱再与固定风机的垂 直轴联接，采用该结构的垂直轴永磁同步风力发电机组较笨重且结构复杂，增加了发电机 组的重量和成本，长期运行较容易产生故障，故维护保养工作量大，而现场进行安装时非常 不便且劳动强度大，提高了施工现场的安装条件。现有的小型垂直轴永磁同步风力发电机普遍采用内置式安装磁钢所构成的切向 转子磁路结构，极数较少、影响槽极比的合理配比，难以提升发电质量，已成为制约风力发 电经济性的瓶颈之一，且由于极数较少，故频率也很低，转子用磁钢的利用程度低，导致磁 钢的体积较大，这不但使得风力发电机的体积相应变得较大且成本上扬。有鉴于此，现有结构的小型垂直轴永磁同步风力发电机亟需改进。
实用新型内容本实用新型针对上述现有技术存在的不足而提供垂直轴风轮可直接安装在发电 机转子轴上的结构简化、重量轻、制造成本低的适于低速的小型垂直轴永磁同步风力发电 机，使得该风力发电机频率符合国家相关标准、现场安装方便、运行时维护保养要求低。为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案小型垂直轴永磁同步风力发电机，包括定子、转子、前端盖、后端盖和垂直轴，定子 由机壳、定子绕组和定子铁芯组成，转子包括转子轴和磁钢，转子轴的前端伸出前端盖外而 其后端位于后端盖内，转子还包括转筒，转筒的外缘均勻分布有若干道槽，每道槽上固定有 瓦片状磁钢；定子铁芯的槽形为斜槽，其倾斜角度为13° 14° ；垂直轴和转子轴为同一 条轴。上述定子槽数和磁极数配合比为12 5，定子槽数和转子磁极数可以是48槽20 极、72槽30极或96槽40极中的一种。本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果1、本实用新型中的垂直轴和转子轴为同一条轴，由于其轴伸端可直接安装涡轮式 或H型等各种垂直轴风轮，省却了增速箱、联轴器等部件，该结构简洁、重量轻、成本得以大 大降低，进而降低了发电机组重量，免去了对增速箱维护保养工作，在现场进行安装时降低 了劳动强度大、安装成本和施工现场的安装条件。2、定子铁芯的槽形设计为倾斜角度13° 14°的斜槽，该槽形结构可起到消除 齿谐波电动势对电压波形的影响。[0012]3、转筒的外缘固定多片瓦片形结构的磁钢，这种多极表面径向转子磁路结构，不 但为槽极比的合理配比设计创造了条件，而且更适宜与低速直驱式风轮相匹配，在转速一 定的情况下，风力发电机频率符合了相关标准(20HZ以上)，这使得磁钢的利用程度得到提 升，降低了所需磁钢的体积，风力发电机的成本得到大幅度降低。4、优化设计了定子槽数和磁极数的配合比，减少了输出电压谐波分量的影响及降 低电压波形正弦性畸变率，改善发电机电势波形，提高了发电机性能，从而提高了发电质量。
以下结合附图就本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型结构示意图；图2是本实用新型的转子结构示意图，其中转筒外缘未安装上磁钢；图3是本实用新型的转子俯视图，其中转筒外缘安装了磁钢。
具体实施方式参照图1 图3所示，小型垂直轴永磁同步风力发电机，包括定子、转子、前端盖 10、后端盖11和垂直轴5’，定子由机壳1和带定子绕组3的定子铁心2压装而成，定子铁心 2上嵌放有定子绕组3，转子安装于定子内，转子由转子轴5、磁钢7和转筒4组成，转子轴5 伸出前端盖10外而其后端位于后盖端11内，转子轴由安装在前端盖10的前轴承8和安装 在后端盖11的后轴承9支承，前轴承8采用深沟球轴承，后轴承9则采用角接触球轴承，以 承受径向和轴向双向载荷。转筒4的外圆柱面上均勻铣有与磁极数相同数量的槽40，每道 槽40上固定有瓦片形磁钢7;定子铁芯2的槽形为斜槽20，其倾斜角度为13° 14°，此 角度的斜槽结构可以起到消除齿谐波电动势对电压波形的影响；垂直轴5’和转子轴5为同 一条轴，其轴伸端可按风轮结构设计，以满足直接安装风轮(图中未示出)的需要，风轮可 以是涡轮式或H型等多种结构。其中，转子的转筒4由低碳钢精密铸造成一体，与常见的由硅钢片叠铆成型的普 通转子相比，具有结构简单，加工方便的优点，为提高传动的可靠性，转筒4与转子轴通过 键6联结，压装固定在一起以传递转矩。磁钢7其材料采用价格适中，磁能积、剩磁、矫顽力很高的超强磁体一钕铁硼为永 磁材料，以保证发电机足够大的气隙磁密，满足了发电机技术条件要求。为有利于将磁钢7 安装到转筒4的槽40上，将其底面加工成平面，与之相应转筒4的槽40的底面亦为平面， 磁钢7可以通过结构胶粘贴上去，也可以通过沉头螺钉将其与转筒4固定在一起。定子的槽数与磁极数的配比称为槽极比，本实用新型的槽极比为12 5，具体地 说，定子槽数和磁极数可以选择48槽20极、72槽30极或96槽40极中的其中一种。小型永磁同步风力发电机，其额定转速η较低(一般200r/min以下)，而增大频率 可以提高磁钢的利用程度，减少所需磁钢的体积。为保证其频率符合有关标准(20赫兹以 上)，根据f = η. ρ/60,转速η —定时，频率f与极对数ρ成正比，从提高频率的角度出发， 应选择较多的极对数P (本实用新型的转子磁钢采用20极 40极)，因此在转子磁路的设 计上选择多极表面径向磁路结构较为有利。[0023] 由于该小型垂直轴永磁同步风力发电机采用了以上的设计和结构，使该发电机具 有发电性能好、频率符合要求、效率高、体积小、结构简单、成本低、运行可靠、免维护，可直 接安装风轮，较好地满足了小型直驱垂直轴风力发电机组的需要，因此，具有广阔的市场前景。
权利要求小型垂直轴永磁同步风力发电机，包括定子、转子、前端盖、后端盖和垂直轴，定子由机壳、定子绕组和定子铁芯组成，转子包括转子轴和磁钢，转子轴的前端伸出前端盖外而其后端位于后端盖内，其特征在于转子还包括转筒，转筒的外缘均匀分布有若干道槽，每道槽上固定有瓦片状磁钢；定子铁芯的槽形为斜槽，其倾斜角度为13°～14°；垂直轴和转子轴为同一条轴。
2.如权利要求1所述的小型垂直轴永磁同步风力发电机，其特征在于所述定子槽数 和磁极数配合比为12 5。
3.如权利要求2所述的小型垂直轴永磁同步风力发电机，其特征在于所述定子槽数 和磁极数为48槽20极、72槽30极或96槽40极中的一种。
4.如权利要求1所述的小型垂直轴永磁同步风力发电机，其特征在于所述转子轴由 安装在前端盖的前轴承和安装在后端盖的后轴承支承，所述转筒与转子轴由键联结。
专利摘要本实用新型公开了一种小型垂直轴永磁同步风力发电机，属于风力发电技术领域。它包括定子、转子、前端盖、后端盖和垂直轴，定子由机壳、定子铁芯和定子绕组组成，转子包括转子轴和磁钢，转子轴伸出前端盖外而其后端盖位于后盖内，转子还包括转筒，转筒的外缘均匀分布有若干道槽，每道槽上固定有瓦片状的磁钢，定子铁芯的槽形为斜槽，其倾斜角度为13°～14°，垂直轴和转子轴为同一条轴。由于采用上述技术方案，使得磁钢的利用程度得到提升，该结构简单、重量轻、成本得以大大降低，进而降低了发电机组重量，免去了对增速箱维护保养工作，在现场进行安装时降低了劳动强度大和施工现场的安装条件。
文档编号H02K1/12GK201708669SQ20102017364
公开日2011年1月12日 申请日期2010年4月25日 优先权日2010年4月25日
发明者施伯永, 汤六明 申请人:汤六明