專利名稱：低速消諧同步發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機，尤其是低速消諧同步發(fā)電機。
背景技術：
風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。
其蘊量巨大，全球的風能約為2.74X109MW，其中可利用的風能為 2X107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。隨著全 球經(jīng)濟的發(fā)展，風能市場也迅速發(fā)展起來。風力發(fā)電機是利用風能驅(qū) 動槳葉帶動主軸，在定子與轉(zhuǎn)子發(fā)生相對位移的時候切割磁力線，在 線圈中產(chǎn)生電流。為了去掉高速發(fā)電機中的升速變速箱，低速直驅(qū)型 發(fā)電機的直徑都很大，具有較多的極對數(shù)。并采用一槽一極或多槽一 極的形式，如中國專利200610014289.8公開的"模快化定子結(jié)構(gòu)直 驅(qū)型低速永磁同步風力發(fā)電機"，該發(fā)電機將定子鐵心的內(nèi)徑圓周均 勻的分成ki扇區(qū)組，在每一扇區(qū)組A、 B、 C三相各占相同面積的l 個扇區(qū)，l個扇區(qū)屬于一相，每個扇區(qū)的定子鐵心上均勻的設置有k2 個大齒，在相鄰兩個大齒之間設置有1個大槽，相鄰大齒的齒距為一 個極距，相鄰的兩個扇區(qū)之間的定子鐵心上分別設置有l(wèi)個小槽，兩 個小槽之間設置有一個小齒，每一個大齒上繞制有整距集中線圈。該 發(fā)明的發(fā)電機線圈的端部最短，各齒上的集中線圈端部不相互疊壓； 各齒上的整距集中線圈是從第一個齒到最后一個齒連續(xù)纏繞的，非常 適合機械繞制，便于維修和更換，并且發(fā)電機能夠平穩(wěn)地輸出電功率。 其中小槽和小齒的設置解決了三相交流電A、 B、 C各相之間相角應 該相差120度的問題。但這種結(jié)構(gòu)也同時帶來鐵芯的結(jié)構(gòu)復雜、制造 難度大的問題，輸出電流諧波嚴重，難以滿足風力發(fā)電機直接并網(wǎng)發(fā) 電的要求

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無需升速變速箱，結(jié)構(gòu)簡單、加工制造 難度低，輸出電壓諧波含量低、可直接輸出正弦波交流電并網(wǎng)發(fā)電的 低速消諧同步發(fā)電機。
為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案
本發(fā)明所述的低速消諧同步發(fā)電機包括外殼和安裝在外殼內(nèi)的 主軸、轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子固定安裝在主軸上，在轉(zhuǎn)子的圓周上均勻分布多個 磁極，在外殼內(nèi)固定安裝有定子鐵芯，定子鐵芯中設置定子線圈，其 特征在于將定子鐵芯的的圓周平均分成兩個以上的定子扇區(qū)組，各 定子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的線圈槽，定子鐵芯上任意兩 相臨線圈槽之間齒的寬度相同；與定子扇區(qū)組相對應的轉(zhuǎn)子的圓周上 平均分成兩個以上的轉(zhuǎn)子扇區(qū)組，轉(zhuǎn)子扇區(qū)組的數(shù)量與定子扇區(qū)組的 數(shù)量相同，各轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的磁極，每一轉(zhuǎn) 子扇區(qū)組中磁極的數(shù)量比一個定子扇區(qū)組中線圈槽的數(shù)量相差兩個， 轉(zhuǎn)子圓周的上任意兩相臨磁極的極距相等；每一定子扇區(qū)組的線圈槽 中設置有三相定子線圈，各相定子線圈分別占有相同面積的扇區(qū)，并 按照Y接三相繞組的連接方式連接在一起。
所述的轉(zhuǎn)子包括相對設置的兩片爪極板，兩片爪極板之間固定安 裝有永磁體和勵磁鐵芯，勵磁鐵芯上纏繞勵磁線圈，永磁體和鐵芯均 勻分布在主軸的周圍，在主軸上通過平鍵固定安裝有連接套，兩片爪 極板分別固定安裝在連接套的兩端；爪極板為圓盤狀，其邊緣部分沿 圓周均勻分布多個齒狀的爪極，該爪極即為磁極，兩片爪極板以爪極 交錯排列的形式相對平行設置，相臨兩個帶有不同磁性的爪極構(gòu)成一 個磁極對。
采用上述技術方案以后，本發(fā)明具有如下優(yōu)點-
1、 定子線圈的線圈槽均勻分布，結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)加工難度低， 節(jié)約原材料，降低造價；
2、 輸出電壓諧波含量低，可滿足直接并網(wǎng)發(fā)電的要求；
3、 轉(zhuǎn)子和定子鐵芯分成相同結(jié)構(gòu)的多個扇區(qū)組，對大直徑發(fā)電 機可實現(xiàn)?？旎a(chǎn)，降低生產(chǎn)和運輸成本，維修方便；4、 齒磁轉(zhuǎn)矩小，容易啟動，發(fā)電機震動幅度和噪音都大幅度減 小，可相應提高發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使輸出功率大。
5、 采用勵磁線圈改變磁通量的方法調(diào)整輸出電壓和無功功率， 動作快、輸出電壓調(diào)整范圍大，能滿足多種工作情況的需求；
6、 轉(zhuǎn)子和定子直接安裝在同一根軸上，安裝精度高，轉(zhuǎn)子和定 子鐵芯間的氣隙大幅度減小，可大幅度降低制造成本和動磁能耗。
7、 由于磁極的數(shù)量多于線圈槽的數(shù)量，可以很容易地設計成多 極，從而容易實現(xiàn)低速發(fā)電，并滿足并網(wǎng)頻率要求。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的A-A剖視圖； 圖3是爪極板的展開結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是輸出電壓的向量圖； 圖5是線圈槽的展開結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖l、圖2所示，本發(fā)明所述的低速消諧同步發(fā)電機，包括外 殼l和安裝在外殼l內(nèi)的主軸3、轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子固定安裝在主軸3上， 在轉(zhuǎn)子的圓周上均勻分布多個磁極9，轉(zhuǎn)子圓周的上任意兩相臨磁極 9的極距相等。在外殼1內(nèi)固定安裝有定子鐵芯7，定子鐵芯7中設 置定子線圈12。將定子鐵芯7的的圓周平均分成兩個以上的定子扇 區(qū)組，各定子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的線圈槽8，定子鐵 芯7上任意兩相臨線圈槽8之間齒的寬度相同；本實施例采用兩組定 子扇區(qū)組，每組定子扇區(qū)組均為180度的扇區(qū)，每一定子扇區(qū)組中均 勻分布18個大小相等的線圈槽8，三相定子線圈12各占連續(xù)的6個 線圈槽，如圖5所示。當然，定子扇區(qū)組與線圈槽8的數(shù)量可以根據(jù) 需要設定，每個定子扇區(qū)組中線圈槽8的數(shù)量為3的整數(shù)倍，且大于 等于6槽。定子扇區(qū)組的數(shù)量在2個以上的時候，主軸3所受的徑向 的磁力相互抵消，有利于減小發(fā)電機工作時的震動，降低噪音，延長 主軸3的使用壽命。線圈槽8的數(shù)量以及定子線圈12的繞制方式為 公知技術，在此不再詳述。所述的轉(zhuǎn)子包括相對設置的兩片爪極板2，兩片爪極板2之間固 定安裝有永磁體4和鐵芯51，鐵芯51上纏繞勵磁線圈5，勵磁線圈 5的兩端通過滑環(huán)11與外部的電路連接。永磁體4和鐵芯51均勻分 布在主軸l的周圍，在主軸3上通過平鍵固定安裝有連接套6，兩片 爪極板2分別固定安裝在連接套6的兩端；爪極板2為圓盤狀，其邊 緣部分沿圓周均勻分布多個齒狀的爪極21。如圖3所示，兩片爪極 板2以爪極21交錯排列的形式相對平行設置，相臨兩個帶有不同磁 性的爪極21構(gòu)成一個磁極對。
與定子扇區(qū)組相對應的轉(zhuǎn)子的圓周上平均分成兩個以上的轉(zhuǎn)子 扇區(qū)組，轉(zhuǎn)子扇區(qū)組的數(shù)量與定子扇區(qū)組的數(shù)量相同，在本實施例中， 當有兩個定子扇區(qū)組的時候，轉(zhuǎn)子扇區(qū)組也應該是兩個。各轉(zhuǎn)子扇區(qū) 組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的磁極9，每一轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中磁極9的 數(shù)量比一個定子扇區(qū)組中線圈槽的數(shù)量相差兩個，可以是多兩個，也 可以是少兩個。在本實施例中，當每一個定子扇區(qū)組中線圈槽的數(shù)量 是18個的時候，對應的轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中磁極9的數(shù)量就是20個，當然 磁極9的數(shù)量也可以是16個；每一定子扇區(qū)組的線圈槽中設置有三 相定子線圈12，每相定子線圈12以波繞的繞線方式各占連續(xù)的6個 線圈槽，如圖5所示，并按照三相交流電Y接三相繞組的連接方式 連接在一起。
工作的時候，永磁體4和勵磁線圈5產(chǎn)生的磁通量通過爪極板2 的引導到達爪極21，在兩組相對的爪極21之間產(chǎn)生強磁場，動力機 構(gòu)帶動主軸3旋轉(zhuǎn)，使爪極21之間產(chǎn)生的強磁場繞主軸1旋轉(zhuǎn)，與 固定不動的定子線圈12產(chǎn)生切割磁力線的相對運動，在定子線圈12 中產(chǎn)生電勢。通過相應的電路連接即可將電勢轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵觥?br> 當需要改變輸出電能的電壓的時候，只要通過外部電路調(diào)整勵磁 線圈5中的勵磁電流的大小，即可改變爪極21之間產(chǎn)生的合成磁場 強度，從而最終改變改變輸出電能的電壓。這一部分外部調(diào)整電路為 現(xiàn)有公知技術，在此不再詳細論述。
在匝間短路時，當自動裝置把勵磁電流降為零的時候，鐵芯51 不僅不再產(chǎn)生磁勢，而且還會將永磁體4產(chǎn)生的磁通短路，使爪極
621之間的合成磁場降低為接近零值，使匝間短路電流大大降低，從 而有效保護發(fā)電機不被燒毀。
在本實施例中，由于每一轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中磁極9的數(shù)量比對應的定 子扇區(qū)組中線圈槽8的數(shù)量多兩個，使磁相角增加360度，A、 B、 C 各相定子線圈12產(chǎn)生的電動勢相互形成120度的相角差，正好符合 三相交流電的要求。由于磁極9的數(shù)量與線圈槽8的數(shù)量不相等，各 線圈槽8中產(chǎn)生的電勢的相角就會依次發(fā)生偏移，并且這種相角的偏 差逐個累加。在本實施例中相臨的線圈槽8具有120/6=20度的相位 差，定子線圈12每一相占有6個線圈槽，相位差累積后，合成相角 為(6-1) *20/2=50度，如附圖4所示，圖中AH、 BH、 CH分別為A、 B、 C三相疊加的合成電動勢相量，EA1、 EA2、 EA3、 EA4、 EA5、 EA6分別為A相的6個線圈槽8中產(chǎn)生的電動勢。由于每相合成電 動勢是由不同相角的電動勢疊加而成，不同相角的電勢疊加以后產(chǎn)生 的諧波電壓含量會大幅度減小，有利于直接并網(wǎng)發(fā)電。
磁極9的數(shù)量比線圈槽8的數(shù)量少兩個的情況下，其工作原理同上。
當然，上述磁極9也可以采用普通的永磁體，只要其數(shù)量和排列 方式符合上述要求即可。
由于每個定子線圈電流產(chǎn)生的磁極和轉(zhuǎn)子磁極存在不同的相位 差，并均勻地周期性變化，所以發(fā)電機的合成齒磁轉(zhuǎn)矩大大減小，有 利于風力發(fā)電機的啟動并減少震動幅度。
權利要求
1、低速消諧同步發(fā)電機，包括外殼(1)和安裝在外殼(1)內(nèi)的主軸(3)、轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子固定安裝在主軸(3)上，在轉(zhuǎn)子的圓周上均勻分布多個磁極，在外殼(1)內(nèi)固定安裝有定子鐵芯(7)，定子鐵芯(7)中設置定子線圈，其特征在于將定子鐵芯的的圓周平均分成兩個以上的定子扇區(qū)組，各定子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的線圈槽(8)，定子鐵芯(7)上任意兩相臨線圈槽(8)之間齒的寬度相同；與定子扇區(qū)組相對應的轉(zhuǎn)子的圓周上平均分成兩個以上的轉(zhuǎn)子扇區(qū)組，轉(zhuǎn)子扇區(qū)組的數(shù)量與定子扇區(qū)組的數(shù)量相同，各轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的磁極(9)，每一轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中磁極(9)的數(shù)量比一個定子扇區(qū)組中線圈槽的數(shù)量相差兩個，轉(zhuǎn)子圓周的上任意兩相臨磁極(9)的極距相等；每一定子扇區(qū)組的線圈槽中設置有三相定子線圈，各相定子線圈分別占有相同面積的扇區(qū)，并按照Y接三相繞組的連接方式連接在一起。
2、 根據(jù)權利要求1所述的低速消諧同步發(fā)電機，其特征在于 所述的轉(zhuǎn)子包括相對設置的兩片爪極板(2)，兩片爪極板(2)之間 固定安裝有永磁體(4)和勵磁鐵芯(51)，勵磁鐵芯(51)上纏繞勵 磁線圈(5)，永磁體(4)和鐵芯(51)均勻分布在主軸(1)的周圍， 在主軸(3)上通過平鍵固定安裝有連接套(6)，兩片爪極板(2)分 別固定安裝在連接套(6)的兩端；爪極板(2)為圓盤狀，其邊緣部 分沿圓周均勻分布多個齒狀的爪極(21)，該爪極(21)即為磁極(9)， 兩片爪極板(2)以爪極(21)交錯排列的形式相對平行設置，相臨 兩個帶有不同磁性的爪極(21)構(gòu)成一個磁極對。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機，尤其是低速消諧同步發(fā)電機。包括外殼和安裝在外殼內(nèi)的主軸、轉(zhuǎn)子、定子鐵芯。將定子鐵芯的圓周平均分成兩個以上的定子扇區(qū)組，各定子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等的線圈槽，與定子扇區(qū)組相對應的轉(zhuǎn)子的圓周上平均分成兩個以上轉(zhuǎn)子扇區(qū)組，各轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等的磁極，轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中磁極的數(shù)量比定子扇區(qū)組中線圈槽的數(shù)量相差兩個，每一定子扇區(qū)組的線圈槽中設置有三相定子線圈，并按照Y接三相繞組的連接方式連接在一起。該發(fā)電機定子線圈的線圈槽均勻分布，結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)加工難度低，節(jié)約原材料，降低造價；輸出電壓諧波含量低，可滿足直接并網(wǎng)發(fā)電的要求。
文檔編號H02K21/12GK101510712SQ200810014560
公開日2009年8月19日 申請日期2008年2月15日 優(yōu)先權日2008年2月15日
發(fā)明者王光順, 王雪霖 申請人:王光順