[发明专利]一种集成磁性齿轮外转子风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是一种集成磁性齿轮外转子风力发电机。

背景技术

在风力发电系统中，风吹动风叶片，带动风轮机转动；风轮机的转动又带动发电机转动，从而产生电能。对于中、大规模风轮机来说，风叶片的转动速度一般很慢，大约在100转/分钟左右。而对于发电机来说，电机的转速越高，意味着电机的能量密度越大，电机的体积越小、重量越轻。因此，发电机往往被设计成具有较高的额定转速，大约在2000转/分钟左右。这样一来，为了匹配风轮机的低转速和发电机的高转速，往往需要配备一个升速齿轮箱来连接风轮机和发电机。众所周知，机械齿轮箱依赖金属齿的啮合来实现转矩/力的传递以及转速的改变。这种黏着机构无可避免的会带来很多问题，比如：1)存在摩擦损耗；2)存在机械噪声与振动；3)需要定期维护和润滑，等。这都加大了风电系统的制造、安装和维护成本，降低了能量转换效率。

为了摆脱机械齿轮箱带来的种种问题，近年来，研究人员开发了多种直驱式风力发电机。这些发电机的共同点在于，它们都具有较低的额定转速，可以直接与风轮机相连接。如前文中提到的，这些风力发电机也存在共同的问题，他们的体积很大、重量很重，难于制造和安装。尽管越来越多的新结构、新材料得以应用，以期望能提高直驱式风力发电机的功率密度，但迄今为止，尚未出现令人十分满意的解决方案。

既然机械齿轮箱的问题是由于金属齿的啮合造成的，于是人们考虑利用磁体间磁场的相互作用来实现不接触的变速传动，而基于这一想法所研制出的齿轮通常被称作磁性齿轮。由于没有了黏着机构，磁性齿轮可以克服前述机械齿轮的种种弊端。此外，磁性齿轮还能提供过载自保护功能。现有的磁性齿轮分为磁体直接耦合型和磁场调制型两大类。前者因为在任何瞬间只有极少部分磁体参与转矩传递，所以可以提供的转矩密度远低于机械齿轮，而后者因为大大改善了磁体的利用率，所以其转矩密度达到了与机械齿轮相当的程度。

磁性齿轮的出现为风力发电系统的设计带来了新的思路，如何利用磁性齿轮来取代机械齿轮，甚至将磁性齿轮集成到发电装置当中，提出具有更高功率密度和更高传动效率的风力发电系统将是非常值得研究人员关注的方向。

公开号为200810036366.9的中国专利公开了一种直接驱动复合型永磁电机，包括一个自控式永磁电机和一个同心式磁性齿轮，所述自控式永磁电机与同心式磁性齿轮同心集合成双定子双转子结构，即由磁性齿轮的外转子和外定子，以及永磁电机的内转子和内定子采用套筒式结构集合构成同心式结构，其中内转子的杯型体上周向均布P1对永磁体，外转子杯型体的内壁周向均布嵌装P2对永磁磁钢，且P1＜P2；外定子为磁阻式定子，其上有，NS个周向均布的铁心齿极，即杯型铁心周向均布开槽，槽内填充非导磁材料，且NS＝P1+P2或NS＝P2-P1；内定子由内定子铁心上绕制电枢绕组构成。该专利舍弃了机械传动部件，提高了系统的传动效率，减小体积，相对机械传动部件来说降低了成本。然而，由于增加了内定子作为发电定子，且发电的电枢绕组是嵌在单独的内定子上，而调磁环并未得到充分的利用，出现部件冗余现象，因此，使得成本增加了；另外，上述专利的内转子的内外表面都贴有永磁体，永磁体用量较大。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是提出一种无需使用独立发电定子的，从而避免部件冗余的，且低成本的集成磁性齿轮外转子风力发电机

本发明的一种集成磁性齿轮外转子风力发电机，包括

定子机构，所述定子机构包括机轴，与所述机轴连接的支撑机构，和设于所述支撑机构上的调磁铁心机构；

轴承机构，与所述机轴连接；

转子机构，通过所述轴承机构与所述定子机构同轴连接，所述转子机构包括外转子和内转子，所述定子机构内嵌于所述外转子，由空气隙隔开；所述内转子内嵌于所述定子机构，由空气隙隔开；其中，所述外转子上设有外转子铁心和相邻磁极相反的外转子永磁体，所述内转子上设有内转子铁心和相邻磁极相反的内转子永磁体；所述调磁铁心机构包括若干个沿所述支撑机构周向分布的调磁铁心块，每两个相邻的所述调磁铁心块间具有空气槽，和安置于所述空气槽内的电枢绕组；其中，所述电枢绕组的极对数与所述内转子永磁体的极对数相等。

上述的风力发电机，所述调磁铁心块为均匀分布，每个所述空气槽内均安置有所述电枢绕组。

上述的风力发电机，所述调磁铁心块的块数等于所述外转子永磁体的极对数与所述内转子永磁体的极对数之和。

上述的风力发电机，所述外转子上安装有风叶片。