[发明专利]永磁体发电机

说明书

技术领域

本发明涉及发电机。更具体地，本发明涉及用于与风力涡轮机一起使用的永磁体发电机的设计。本发明延伸至用于制造永磁体发电机的方法。

背景技术

发电机是将机械能转换成电能的装置并且是众所周知的。法拉第定律中能够发现这些发电机的基本操作原理，法拉第定律在最基本的形式中陈述了在垂直通过磁场的电导体的端部之间产生电势差。更具体地，在任何闭合电路中感应的电动势(EMF)等于通过电路的磁通量的时间变化率。

发电机在其最简单的形式中包括转子和定子。转子是发电机的旋转部分而定子是固定部分。一种特定类别的发电机使用安装在转子或定子上的永磁体(PM)以建立发电机中的磁场(磁通)。这些发电机称为永磁体发电机。导电材料(通常为铜线)的线圈固定到发电机的定子或转子上，并且当转子相对于定子旋转时，磁场相对于导电绕组的运动在绕组中感应出电流。如此感应的电流可以随后用于给电器供电或者通过例如使电池充电来储存电荷。

发电机目前使用在多种应用中，但是正变得越来越普遍地用于风力发电机中，这主要是因为借助于风力发出的电被认为是清洁的能源。风力发电机将风的动能转换成机械(主要是旋转)能，随后将机械能转换成有用的电能。基本的风力发电机包括安装在用于在风中旋转的轴上的多个翼型叶片。该旋转被赋予发电机的转子，发电机进而发电。

传统的风力发电机存在多个缺点。一个这种缺点是大多数这种发电机利用铁芯定子。除了与铁芯相关的高成本以外，它们还沉重并且需要另外的资源和支持以安装、稳定和维护。铁芯定子还经受齿槽转矩，这是由于PM电机的转子的永磁体与定子槽之间的相互作用而产生的转矩。它也被称为定位转矩或“无电流”转矩。齿槽转矩对于铁芯发电机的操作而言是不期望的成分。其在较低速度时是特别突出的并且自身表现为不连续旋转。

传统的风力发电机的另外的缺点是与其维修和维护相关的费用。具体地，当在转子或定子上的绕组磨损或有缺陷时，需要高度熟练的技术人员进行维修或维护。传统的铁芯定子的重量和难操纵性也经常需要使用机械或技术人员组以进行甚至常规的维护。

一种改进型风力发电机(已经获得一些成功，尤其是在风力发电机中获得一些成功)被公知为双侧转子、空气芯式永磁体发电机。由于其空气芯定子，发电机不会存在上述由重铁芯发电机所导致的一些缺点。这些发电机具有多个优点，例如无芯损耗、零齿槽转矩，定子与转子之间无吸引力以及可原位更换故障定子的能力。但是，定子仍然难以维修和维护，并且仍然需要高度熟练的技术人员和昂贵的设备来做这些。另外，这些机器经受两个PM转子之间的大的吸引力，并且由于它们具有转子与定子之间的较大空气隙的事实而通常需要较大数量的PM磁体进行操作。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供一种至少部分缓解上述问题中的一些的永磁体发电机。

根据本发明，提供了一种用于永磁体发电机的空气芯定子，所述空气芯定子包括：基部，所述基部具有围绕其表面的间隔开的附接结构；以及多个定子模块，每个定子模块具有互补附接结构，其中，所述定子模块各包括至少一个非重叠导电绕组，并且借助于所述附接结构以并列配置的方式可释放地固定至所述基部，以形成基本圆形的定子本体。

本发明的另外的特征设置为使所述基部为圆盘形并且限定有围绕其周缘的孔，所述孔用作所述附接结构；并且每个定子模块由聚合物树脂、优选地由环氧树脂一体模制而成，并且具有局部圆形外表面、弧形本体和凸缘，所述凸缘沿所述本体的凹入曲率的方向从所述本体的边缘基本垂直地突出，所述互补附接结构为在所述凸缘中限定且间隔开的孔，以与位于所述基部上的所述附接结构相配准，从而容许将所述模块栓接至所述基部。

本发明的又一特征提供为使所述模块的所述外表面在所有所述模块固定至所述基部时形成基本连续的环状定子表面；所述定子模块的所述本体在固定至所述基部时形成从所述基部基本垂直突出的基本连续的环状定子本体；每个定子模块包括以并列配置的方式布置在所述弧形本体上的多个基本椭圆形导电线圈，线圈的纵向轴线彼此基本平行且延伸跨过所述环状定子本体的宽度；所述线圈为非重叠的且紧凑缠绕的，并且在模制所述定子模块期间嵌入所述聚合物树脂内，而所述线圈的连接区域延伸到所述模块的外部以用于在所述模块本体外部的电连接。