專利名稱：小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)：
風(fēng)電是清潔的可再生能源。風(fēng)力發(fā)電機常見有交流異步發(fā)電機、雙饋異步發(fā)電機 和永磁同步發(fā)電機，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了包括釹鐵硼在內(nèi)的永磁材料的風(fēng)力發(fā)電機。小 型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機按安裝形式分水平軸(臥式)和垂直軸(立式)兩種，小型垂直軸 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸通常借助聯(lián)軸器與增速箱聯(lián)接，而增速箱再與固定風(fēng)機的垂 直軸聯(lián)接，采用該結(jié)構(gòu)的垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機組較笨重且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了發(fā)電機 組的重量和成本，長期運行較容易產(chǎn)生故障，故維護保養(yǎng)工作量大，而現(xiàn)場進行安裝時非常 不便且勞動強度大，提高了施工現(xiàn)場的安裝條件?，F(xiàn)有的小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機普遍采用內(nèi)置式安裝磁鋼所構(gòu)成的切向 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，極數(shù)較少、影響槽極比的合理配比，難以提升發(fā)電質(zhì)量，已成為制約風(fēng)力發(fā) 電經(jīng)濟性的瓶頸之一，且由于極數(shù)較少，故頻率也很低，轉(zhuǎn)子用磁鋼的利用程度低，導(dǎo)致磁 鋼的體積較大，這不但使得風(fēng)力發(fā)電機的體積相應(yīng)變得較大且成本上揚。有鑒于此，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機亟需改進。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供垂直軸風(fēng)輪可直接安裝在發(fā)電 機轉(zhuǎn)子軸上的結(jié)構(gòu)簡化、重量輕、制造成本低的適于低速的小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電 機，使得該風(fēng)力發(fā)電機頻率符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場安裝方便、運行時維護保養(yǎng)要求低。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供如下技術(shù)方案小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，包括定子、轉(zhuǎn)子、前端蓋、后端蓋和垂直軸，定子 由機殼、定子繞組和定子鐵芯組成，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸和磁鋼，轉(zhuǎn)子軸的前端伸出前端蓋外而 其后端位于后端蓋內(nèi)，轉(zhuǎn)子還包括轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)筒的外緣均勻分布有若干道槽，每道槽上固定有 瓦片狀磁鋼；定子鐵芯的槽形為斜槽，其傾斜角度為13° 14° ；垂直軸和轉(zhuǎn)子軸為同一 條軸。上述定子槽數(shù)和磁極數(shù)配合比為12 5，定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子磁極數(shù)可以是48槽20 極、72槽30極或96槽40極中的一種。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果1、本實用新型中的垂直軸和轉(zhuǎn)子軸為同一條軸，由于其軸伸端可直接安裝渦輪式 或H型等各種垂直軸風(fēng)輪，省卻了增速箱、聯(lián)軸器等部件，該結(jié)構(gòu)簡潔、重量輕、成本得以大 大降低，進而降低了發(fā)電機組重量，免去了對增速箱維護保養(yǎng)工作，在現(xiàn)場進行安裝時降低 了勞動強度大、安裝成本和施工現(xiàn)場的安裝條件。2、定子鐵芯的槽形設(shè)計為傾斜角度13° 14°的斜槽，該槽形結(jié)構(gòu)可起到消除 齒諧波電動勢對電壓波形的影響。[0012]3、轉(zhuǎn)筒的外緣固定多片瓦片形結(jié)構(gòu)的磁鋼，這種多極表面徑向轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，不 但為槽極比的合理配比設(shè)計創(chuàng)造了條件，而且更適宜與低速直驅(qū)式風(fēng)輪相匹配，在轉(zhuǎn)速一 定的情況下，風(fēng)力發(fā)電機頻率符合了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(20HZ以上)，這使得磁鋼的利用程度得到提 升，降低了所需磁鋼的體積，風(fēng)力發(fā)電機的成本得到大幅度降低。4、優(yōu)化設(shè)計了定子槽數(shù)和磁極數(shù)的配合比，減少了輸出電壓諧波分量的影響及降 低電壓波形正弦性畸變率，改善發(fā)電機電勢波形，提高了發(fā)電機性能，從而提高了發(fā)電質(zhì)量。
以下結(jié)合附圖就本實用新型作進一步詳細(xì)說明。

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，其中轉(zhuǎn)筒外緣未安裝上磁鋼；圖3是本實用新型的轉(zhuǎn)子俯視圖，其中轉(zhuǎn)筒外緣安裝了磁鋼。
具體實施方式參照圖1 圖3所示，小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，包括定子、轉(zhuǎn)子、前端蓋 10、后端蓋11和垂直軸5’，定子由機殼1和帶定子繞組3的定子鐵心2壓裝而成，定子鐵心 2上嵌放有定子繞組3，轉(zhuǎn)子安裝于定子內(nèi)，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子軸5、磁鋼7和轉(zhuǎn)筒4組成，轉(zhuǎn)子軸5 伸出前端蓋10外而其后端位于后蓋端11內(nèi)，轉(zhuǎn)子軸由安裝在前端蓋10的前軸承8和安裝 在后端蓋11的后軸承9支承，前軸承8采用深溝球軸承，后軸承9則采用角接觸球軸承，以 承受徑向和軸向雙向載荷。轉(zhuǎn)筒4的外圓柱面上均勻銑有與磁極數(shù)相同數(shù)量的槽40，每道 槽40上固定有瓦片形磁鋼7;定子鐵芯2的槽形為斜槽20，其傾斜角度為13° 14°，此 角度的斜槽結(jié)構(gòu)可以起到消除齒諧波電動勢對電壓波形的影響；垂直軸5’和轉(zhuǎn)子軸5為同 一條軸，其軸伸端可按風(fēng)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計，以滿足直接安裝風(fēng)輪(圖中未示出)的需要，風(fēng)輪可 以是渦輪式或H型等多種結(jié)構(gòu)。其中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)筒4由低碳鋼精密鑄造成一體，與常見的由硅鋼片疊鉚成型的普 通轉(zhuǎn)子相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，加工方便的優(yōu)點，為提高傳動的可靠性，轉(zhuǎn)筒4與轉(zhuǎn)子軸通過 鍵6聯(lián)結(jié)，壓裝固定在一起以傳遞轉(zhuǎn)矩。磁鋼7其材料采用價格適中，磁能積、剩磁、矯頑力很高的超強磁體一釹鐵硼為永 磁材料，以保證發(fā)電機足夠大的氣隙磁密，滿足了發(fā)電機技術(shù)條件要求。為有利于將磁鋼7 安裝到轉(zhuǎn)筒4的槽40上，將其底面加工成平面，與之相應(yīng)轉(zhuǎn)筒4的槽40的底面亦為平面， 磁鋼7可以通過結(jié)構(gòu)膠粘貼上去，也可以通過沉頭螺釘將其與轉(zhuǎn)筒4固定在一起。定子的槽數(shù)與磁極數(shù)的配比稱為槽極比，本實用新型的槽極比為12 5，具體地 說，定子槽數(shù)和磁極數(shù)可以選擇48槽20極、72槽30極或96槽40極中的其中一種。小型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，其額定轉(zhuǎn)速η較低(一般200r/min以下)，而增大頻率 可以提高磁鋼的利用程度，減少所需磁鋼的體積。為保證其頻率符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(20赫茲以 上)，根據(jù)f = η. ρ/60,轉(zhuǎn)速η —定時，頻率f與極對數(shù)ρ成正比，從提高頻率的角度出發(fā)， 應(yīng)選擇較多的極對數(shù)P (本實用新型的轉(zhuǎn)子磁鋼采用20極 40極)，因此在轉(zhuǎn)子磁路的設(shè) 計上選擇多極表面徑向磁路結(jié)構(gòu)較為有利。[0023] 由于該小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機采用了以上的設(shè)計和結(jié)構(gòu)，使該發(fā)電機具 有發(fā)電性能好、頻率符合要求、效率高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運行可靠、免維護，可直 接安裝風(fēng)輪，較好地滿足了小型直驅(qū)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機組的需要，因此，具有廣闊的市場前景。
權(quán)利要求小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，包括定子、轉(zhuǎn)子、前端蓋、后端蓋和垂直軸，定子由機殼、定子繞組和定子鐵芯組成，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸和磁鋼，轉(zhuǎn)子軸的前端伸出前端蓋外而其后端位于后端蓋內(nèi)，其特征在于轉(zhuǎn)子還包括轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)筒的外緣均勻分布有若干道槽，每道槽上固定有瓦片狀磁鋼；定子鐵芯的槽形為斜槽，其傾斜角度為13°～14°；垂直軸和轉(zhuǎn)子軸為同一條軸。
2.如權(quán)利要求1所述的小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述定子槽數(shù) 和磁極數(shù)配合比為12 5。
3.如權(quán)利要求2所述的小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述定子槽數(shù) 和磁極數(shù)為48槽20極、72槽30極或96槽40極中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子軸由 安裝在前端蓋的前軸承和安裝在后端蓋的后軸承支承，所述轉(zhuǎn)筒與轉(zhuǎn)子軸由鍵聯(lián)結(jié)。
專利摘要本實用新型公開了一種小型垂直軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。它包括定子、轉(zhuǎn)子、前端蓋、后端蓋和垂直軸，定子由機殼、定子鐵芯和定子繞組組成，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸和磁鋼，轉(zhuǎn)子軸伸出前端蓋外而其后端蓋位于后蓋內(nèi)，轉(zhuǎn)子還包括轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)筒的外緣均勻分布有若干道槽，每道槽上固定有瓦片狀的磁鋼，定子鐵芯的槽形為斜槽，其傾斜角度為13°～14°，垂直軸和轉(zhuǎn)子軸為同一條軸。由于采用上述技術(shù)方案，使得磁鋼的利用程度得到提升，該結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本得以大大降低，進而降低了發(fā)電機組重量，免去了對增速箱維護保養(yǎng)工作，在現(xiàn)場進行安裝時降低了勞動強度大和施工現(xiàn)場的安裝條件。
文檔編號H02K1/12GK201708669SQ20102017364
公開日2011年1月12日 申請日期2010年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月25日
發(fā)明者施伯永, 湯六明 申請人:湯六明