永磁同步发电机的分类及特点

永磁同步发电机按照其磁通方向可分为径向磁通发电机、轴向磁通发电机以及横向磁通发电机。

1.径向磁通发电机

在径向磁通发电机中导体电流呈轴向分布，磁通沿径向从定子经气隙进入转子，这是最普通的永磁发电机形式。它具有结构简单、制造方便、漏磁小等优点。径向磁场永磁发电机可分为永磁体表贴式和永磁体内置式两种，其发电机结构类型如图6-1所示。径向磁场发电机用作直驱式风力发电机，大多为传统的内转子设计［图6-1（a）］，风力机和永磁体内转子同轴安装，这种结构的发电机定子绕组和铁芯通风散热好，温度低，定子外形尺寸小。还有一些为外转子结构设计［图6-1（b）］，风力机与发电机的永磁体外转子直接耦合，定子电枢安装在静止轴上，这种结构有永磁体安装固定、转子可靠性好和转动惯量大等优点，缺点是对电枢铁芯和绕组通风冷却不利，永磁体转子直径大，不易密封防护、安装和运输。径向磁通发电机结构简单、稳定，应用广泛，多数低速直驱式风力发电机都采用径向磁通结构。

图6-1　径向磁通发电机结构

2.轴向磁通发电机

轴向磁通发电机结构类型如图6-2所示，轴向磁通发电机的绕组物理位置被转移到端面，发电机的轴向尺寸相对较短。与径向磁通发电机相比，轴向磁通发电机的磁路长度更短。发电机中导体电流呈径向分布，有利于电枢绕组散热，可取较大电负荷，其中双定子中间转子盘式结构用得较多［图6-2（a）］，它具有结构紧凑、转动惯量大、通风冷却效果好、噪声低、轴向长度短、可多台串联等优点，便于提高气隙磁密、提高硅钢片利用率。缺点是直径大、永磁材料用量大、结构稳定性差。还有一种不常用的单定子结构，在永磁体结构轴向不对称时［图6-2（b）］存在单边磁拉力，如果磁路设计不合理，其漏磁通较大，在等电磁负荷下效率略低。(www.xing528.com)

图6-2　轴向磁通发电机结构

3.横向磁通发电机

横向磁通发电机的结构如图6-3所示，其磁路方向为转子的轴向方向。横向磁通发电机电枢绕组与主磁路在结构上完全解耦，可以根据需要调整磁路尺寸和线圈窗口来确定电机的电磁负荷，不存在传统电机在增加气隙磁通与绕组电流密度之间结构上的相互制约关系，从而获得较高的转矩密度，缺点是电机结构复杂，制造成本高。

图6-3　横向磁通发电机结构

这种发电机可以做成具有很多极对数的电机，且操作上可同时具有同步电机和永磁电机的特点，适用于直驱式风力发电。但是，横向磁通发电机的控制很复杂。此外，发电机气隙磁通是非正弦的，当发电机的转子转动时，磁路的变化是连续的、非线性的。这导致对这种电机进行设计分析的难度加大，给机组制造带来了很大困难。因此这种电机是否能够在风力发电系统中运行还有待进一步的深入研究。