技术领域
[0001] 一种低转动惯量的永磁
风力电机，属于特种电机技术领域
背景技术
[0002] 随着资源的日益枯竭和环境保护意识的加强，风力发电机作为具有竟争力，具有发展前途的一项
可再生能源技术，在全球范围内得到重视，风力发电机技术呈现出快速发展的势头。传统的风力发电机有直流电机、异步和同步交流电机，不论何种电机，均有
定子和
转子两大部件组成，靠转子在变化的
磁场内的转动，绕组产生感应电动势，从而将风轮捕获的
风能转化为
电能。
[0003] 永磁风力电机具有高功率
密度、高效率、高可靠性、低维护成本和
电网兼容性能好的特点，是风力发电机最具发展前景的技术。但是，目前永磁发电机一般将
永磁体贴装于转子的表面，导致转子强度不足且安装工艺较为复杂。
[0004] 目前在风力发电系统广泛使用永磁电机，大多数电机的永磁体仍置于转子侧。例如
申请号：201610902586.X的
专利申请：场调制永磁风力发电机，包括定子和套设在定子的转子。定子为圆筒状且外壁上沿径向方向部分向
外延伸形成多根定子齿，定子齿上绕制有双层定子绕组；转子包括多个扇形的转子永磁体和多个扇形的转子
铁心，转子永磁体和转子铁心间隔设置并连接形成一个完整的环形转子。
[0005] 另外，也有一些相关的专利文献，例如申请号为：201710165453.3：各相独立的五相永磁风力发电机。包括定子铁心、外转子铁心、
电枢绕组、定子固定
块和轴。该
发明电机定子铁心相互独立，绕在定子极上的绕组因此互相隔离，当其中一相出现故障时，其余绕组可以容错运行，提高了系统的可靠性。
[0006] 申请号：200910309803.4的专利：一种直驱永磁风力发电机。包括
心轴，心轴上部为环状阶梯形，主
轴承内圈安装于心轴上部，主
轴承内圈一端面与心轴台阶端面
接触，
主轴承内圈另一端面与
挡板接触。该发明的主轴承重量轻，定子和转子间气隙调整方便，
密封圈可换。
[0007] 还有专利申请号：201510057751.1的专利：一种无铁心双气隙轴向磁通永磁风力发电机。该发明电机具有结构简单，启动轻便发电效率和
质量高，噪声小，它适用于小型直驱式垂直轴风力发电系统，可广泛应用于城市、海岛、渔船等发电设备移动灵活性好，发电质量和效率较高的场合。
[0008] 本发明的技术转子铁心转动惯量小，响应迅速；具备消弱减磁电枢反应、提高功率密度的第二绕组，因此非常适合作为微风起动的风力发电机。转动惯量作为电机的一项参数指标，对电机的很多性能都有影响：转动惯量将导致电机的机电时间常数变大、灵敏度差、转矩
波动较大、在低速运转时不平稳，换向火花带来无线电干扰，并影响电机寿命，使电机的使用受到一定限制。因此降低转动惯量可以有效的提高直流
伺服电机快速响应能力、实现高
精度，改善性能的目标。
发明内容
[0009] 为了发明一种低转动惯量永磁风力电机，提供一种适合微风起动的风力发电机。本发明技术采取以下技术方案：
[0010] 一种低转动惯量的永磁风力电机，包括轴、电枢铁心、第一电枢绕组、第二电枢绕组、转子铁心、永磁体、永
磁铁心和
外壳，其特征在于：
[0011] 呈圆盘状的第一转子铁心固定在轴上，转子铁心的圆盘上均有4k个均布的扇形通孔，k为正整数；转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的永磁铁心和电枢铁心，永磁铁心朝向转子铁心的一侧均匀固定有6k个呈扇形的永磁体，沿圆周方向相邻的永磁体充磁方向相反；
[0012] 电枢铁心朝向转子铁心的一侧均布有12k个扇形凸起的电枢极，每两个电枢极上绕有一个第一电枢绕组，第一电枢绕组的中心线在轴向上与永磁体的中心线对齐；沿顺
时针方向的第奇数个电枢极上绕制有第二电枢绕组，第二电枢绕组为集中式绕组；绕在同一个极上的第一电枢绕组和第二电枢绕组
串联。
[0013] 一种低转动惯量的永磁风力电机，其特征在于：永磁体的扇形
角度为30/k度。
[0014] 一种低转动惯量的永磁风力电机，其特征在于：电枢铁心和永磁铁心由绕轴线卷绕的
硅钢片进行线切割制成。
[0015] 本发明的有益效果是：
[0016] 1 转子铁心带通孔的转盘，质量轻，转动惯量小，响应迅速；
[0017] 2各相绕组完全隔离，永磁体和电枢绕组隔离，
短路电流不会引起故障的传播，提高了可靠性；
[0018] 3定转子导磁面积大，在同样饱和的磁密下，本申请的技术磁通量大，反电势高，电机功率大；
[0019] 4永磁体和电枢绕组易于
散热，能适合高温运行环境；
[0020] 5电机转子结构简单，不仅提高了电机转子的机械强度，而且更适合高速转动；
[0021] 6总的磁链较短，硅钢片磁阻小，铁耗少。
附图说明
[0022] 图1是本发明技术一种低转动惯量永磁风力电机的纵剖图。其中，1轴， 2风力发电机
涡轮，3电枢铁心，4第一电枢绕组，5第二电枢绕组，6转子铁心，7永磁体，8永磁铁心，9外壳。
[0023] 图2是永磁极示意图。其中，7永磁体，8永磁铁心。
[0024] 图3转子铁心示意图。其中，1轴，6转子铁心。
[0025] 图4是电枢极示意图。其中，3电枢铁心，4第一电枢绕组，5第二电枢绕组。
具体实施方式
[0026] 图1是本发明技术一种低转动惯量永磁风力电机的纵剖图。其中，1轴， 2风力发电机涡轮，3电枢铁心，4第一电枢绕组，5第二电枢绕组，6转子铁心，7永磁体，8永磁铁心，9外壳。其特征在于：
[0027] 呈圆盘状的第一转子铁心固定在轴上，转子铁心的圆盘上均有4k个均布的扇形通孔，k为正整数；转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的永磁铁心和电枢铁心，永磁铁心朝向转子铁心的一侧均匀固定有6k个呈扇形的永磁体，沿圆周方向相邻的永磁体充磁方向相反；
[0028] 电枢铁心朝向转子铁心的一侧均布有12k个扇形凸起的电枢极，每两个电枢极上绕有一个第一电枢绕组，第一电枢绕组的中心线在轴向上与永磁体的中心线对齐；沿顺时针方向的第奇数个电枢极上绕制有第二电枢绕组，第二电枢绕组为集中式绕组；绕在同一个极上的第一电枢绕组和第二电枢绕组串联。
[0029] 一种低转动惯量的永磁风力电机，其特征在于：电枢铁心、转子铁心和永磁铁心皆由导磁材料制成。
[0030] 图2是永磁极示意图。其中，7永磁体，8永磁铁心。转子铁心的两侧分别是固定在外壳上的永磁铁心和电枢铁心，永磁铁心朝向转子铁心的一面均匀固定有6个呈扇形的永磁体，沿圆周方向相邻的永磁体充磁方向相反；永磁体的扇形角度为30度。
[0031] 图3转子铁心示意图。其中，1轴，6转子铁心。呈圆盘状的第一转子铁心固定在轴上，转子铁心的圆盘上均有4个均布的扇形通孔。
[0032] 图4是电枢极示意图。其中，3电枢铁心，4第一电枢绕组，5第二电枢绕组。电枢铁心朝向转子铁心的一侧均布有12个扇形凸起的电枢极，每两个电枢极上绕有一个第一电枢绕组，第一电枢绕组的中心线在轴向上与永磁体的中心线对齐；沿顺时针方向的第奇数个电枢极上绕制有第二电枢绕组，第二电枢绕组为集中式绕组；绕在同一个极上的第一电枢绕组和第二电枢绕组串联。
[0033] 其工作原理：由于本发明的励磁源永磁体和电枢极在轴向上对齐，因此当转子铁心能导磁的部分与电枢极对齐时，该电枢极
匝链的磁阻最小、电枢绕组磁链最大；当转子铁心的扇形通孔对齐电枢极时，该电枢极匝链的磁阻最大、电枢绕组磁链最小。
[0034] 当转子铁心能导磁的部分逐渐靠近电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。当转子铁心能导磁的部分脱离电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。
[0035] 由于本申请电机电枢绕组与永磁体的互感、电枢绕组匝链的磁链也在不断变化，因此如果移动转子铁心，则电枢绕组会产生感应电动势。这就是本申请电机作为发电机运行的原理。
[0036] 本申请电机作为
电动机运行时，给产生正的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的转矩；给产生负的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的转矩。
