[发明专利]大容量外转子三面定子横向磁通永磁风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种横向磁通发电机，特别是一种利用三面气隙的高性能和直接驱动领域的大容量外转子三面定子横向磁通永磁风力发电机。

背景技术

化石能源的不可再生性和对环境的严重污染威胁着人类社会可持续发展，大力开发利用新能源和可再生能源等清洁能源已成为全球多数国家的共识。可再生能源技术中风能开展相关研究较早，技术最为成熟，经济性最好。全球风电装机总容量已突破230GW，我国风能资源丰富，发展势头迅猛，开发利用前景广阔。风力发电机（Wind Generator）是风电系统的核心装备，其电气和机械性能的优劣直接影响着风电能量转换的效率以及系统的成本与可靠性。

根据电机原理，一定功率前提下要减小电机直径、体积和重量，就必须增大电磁力。电磁力正比于磁通量和电流，传统径向磁通和轴向磁通电机中，导向磁通的铁心和传导电流的导线处于同一平面内，在电机直径一定的情况下，增加铁心面积和增大导体截面积相互矛盾。横向磁通电机（Transverse Flux Motor-TFM）解决了这个问题，其电枢绕组与主磁路在结构上完全解耦，因此可以根据需要独立调整线圈截面积和磁路尺寸来确定电机的电、磁负荷，获得更高的转矩密度。

近年来，虽然国内外众多研究机构对横向磁通电机开展了大量的研究工作，但是还存在一些问题亟待改进和解决。现有的横向磁通永磁电机只限于定子铁心沿电机径向或者轴向开口，构成单相电机。用作三相电机时则要在电机轴的方向并排三组相同的定转子结构，空间利用率较低，转矩密度还有很大的提升空间。整合了两种定子开口朝向的电机结构更加紧凑，因此设计此款大容量外转子三面定子横向磁通永磁风力发电机。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种外转子型式、高功率密度和高转矩密度的大容量外转子三面定子横向磁通永磁风力发电机。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种大容量外转子三面定子横向磁通永磁风力发电机，该发电机包括定子和转子，转子通过轴承与定子相连。

定子包括固定轴、非导磁材料圆筒、U型定子铁心及电枢绕组；

定子铁心包括第一组定子铁心、第二组定子铁心、第三组定子铁心；电枢绕组包括第一电枢绕组、第二电枢绕组、第三电枢绕组；

固定轴上固定非导磁材料圆筒，非导磁材料圆筒内部安放三组U型定子铁心；其中第一组定子铁心和第二组定子铁心沿固定轴轴向开口且第一组定子铁心和第二组定子铁心开口方向相反，第三组定子铁心沿发电机径向开口，任一组定子铁心都按周向以相邻定子铁心之间间隔两倍极距的方式均匀排列；第一组定子铁心的半闭口槽内安放第一电枢绕组、第二组定子铁心的半闭口槽内安放第二电枢绕组、第三组定子铁心的半闭口槽内安放第三电枢绕组；

转子包括永磁体对、桥嵌在转子壳内的磁桥；其中，

永磁体对包括第一永磁体对、第二永磁体对和第三永磁体对；磁桥包括第一磁桥、第二磁桥和第三磁桥；

第一永磁体对粘接在第一磁桥上，第二永磁体对粘接在第二磁桥上，第三永磁体对粘接在第三磁桥上；

第一永磁体对连同第一磁桥与第一组定子铁心相对设置，第二永磁体对连同第二磁桥与第二组定子铁心相对设置，第三永磁体对连同第三磁桥与第三组定子铁心相对设置。

优选的，三组定子铁心按照“品”字形结构安放，第一组定子铁心、第二组定子铁心和第三组定子铁心均由硅钢片叠制而成。

优选的，第一永磁体对中永磁体的对数是第一组定子铁心个数的两倍，第二永磁体对中永磁体的对数是第二组定子铁心个数的两倍，第三永磁体对中永磁体的对数是第三组定子铁心个数的两倍；永磁体采用钕铁硼材料。

优选的，所有磁桥的总个数与永磁体的总对数相同；第一磁桥的个数是第一组定子铁心个数的两倍，第二磁桥的个数是第二组定子铁心个数的两倍，第三磁桥的个数是第三组定子铁心个数的两倍；磁桥由硅钢片叠制而成。

优选的，每对永磁体对中两个永磁体的磁极方向相反；任意相邻永磁体对之间相邻的任意两个永磁体的磁极方向亦相反。

优选的，第一组定子铁心、第二组定子铁心和第三组定子铁心中，任意两组定子铁心之间相差120度电角度；

或者第一组永磁体、第二组永磁体和第三组永磁体中任意两组永磁体之间相差120度电角度。