盘式永磁同步发电机的特点和应用

由于盘式发电机的轴向尺寸短、直径大，易制成多极结构，有较高的功率和质量比，而且可以做得较薄，安装在垂直轴风力发电机的转轮上对风的阻力小，因此是直驱式垂直轴风力发电机的优选机型。盘式发电机的定子与转子都呈平面圆盘结构，采用轴向气隙磁通，定子与转子轴向交替排列，有中间定子、中间转子等结构。

1.中间定子盘式永磁同步风力发电机

图6-16是中间定子盘式永磁同步风力发电机组的结构示意图。

图6-16　中间定子盘式永磁同步风力发电机组的结构示意图

由于盘式发电机通过定子绕组的磁力线是轴向走向，在发电机旋转时绕轴运行，所以定子的硅钢片是绕制的，在两侧有绕组的嵌线槽。在定子线槽内分布着定子绕组，按三相布置连接，如图6-17所示。定子铁芯固定在机座的支架上。

盘式转子由磁轭与永久磁铁组成，图6-18为左面转子示意图和磁极分布。右面转子结构与左面转子结构相同，完全对称。

图6-17　中间定子盘式永磁同步风力发电机定子结构示意图

图6-18　左面转子示意图和磁极分布

图6-19为左右转子间的磁力线走向图。

图6-19　中间定子盘式永磁同步风力发电机左右转子间的磁力线走向图

图6-20　转子与定子装配图

图6-21　组装好的中间定子盘式永磁同步发电机

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图6-22　中间定子盘式永磁同步发电机的剖面图

把转子与定子装配在一起，如图6-20所示，安装上左右端盖，图6-21为组装好的中间定子盘式永磁同步发电机。图6-22为中间定子盘式永磁同步发电机的剖面图。

2.中间转子盘式永磁同步风力发电机

中间转子盘式永磁同步发电机的定子铁芯有左右两个，图6-23是一个盘式定子，由于盘式发电机通过定子绕组的磁力线是轴向走向，在电机旋转时绕轴运行，所以定子的硅钢片是绕制的，在一侧有绕组的嵌线槽。

在定子线槽内分布着定子绕组，按三相布置，单个绕组呈扇形，如图6-23（b）所示。定子有两个，右定子与左定子结构相同，只是方向相反。

中间转子盘式永磁同步发电机的转子由永磁体组成，磁铁固定在非导磁材料制成的转子支架上。图6-24是中间转子盘式永磁同步发电机的转子结构图，每块磁铁的磁极在转子的两面。中间转子盘式永磁同步发电机的转子与定子的布置如图6-25所示。安装时，先把左定子固定在左端盖中，装上转子，把右定子固定在右端盖中，左右端盖扣紧固定，发电机就组装好了。

图6-23　中间转子盘式永磁同步发电机的定子结构图

图6-24　中间转子盘式永磁同步发电机的转子结构图

图6-25　中间转子盘式永磁同步发电机转子与定子布置图

图6-26为中间转子盘式永磁同步发电机磁力线在转子与定子间的走向。为进一步理解中间转子盘式永磁同步发电机的结构，图6-27给出了其剖面图。

图6-26　磁力线在转子与定子间的走向

图6-27　中间转子盘式永磁同步发电机的剖面图

永磁同步风力发电机结构的一个重要的特点是绕组的槽数与磁极数不成整数关系，这是因为当所有磁极与槽数整齐对应时，磁力线有最短磁路，转子与定子间的强大吸引力会使发电机的启动非常困难。所以启动阻力矩成为永磁同步发电机的重要参数，采用分数槽设计就可以较好地减小启动阻力矩。另外分数槽设计还可以在同数目磁极下减少线槽数，降低制造难度。