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直驱式风力发电机篇1:直驱式风力发电机概述
直驱式风力发电机概述
Direct-Drive Wind Generator Overview
二极三相交流发电机转速约每分钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转，而风力机转速较低，小型风力机转速约每分钟最多几百转，大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十几转，必须通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。图1是一台采用齿轮箱增速的水平轴风力发电机组的结构示意图。
图1--齿轮箱增速的水平轴风力发电机组
使用齿轮箱会降低风力机效率，齿轮箱是易损件，特别大功率高速齿轮箱磨损厉害、在风力机塔顶环境下维护保养都较困难。不用齿轮箱用风力机浆叶直接带动发电机旋转发电是可行的，这必须采用专用的低转速发电机，称之为直驱式风力发电机。近些年直驱式风力发电机已从小型风力发电机向大型风力发电机应用发展，国内具有自主知识产权的2MW永磁直驱风力发电机已研制成功，据报道目前国外最大的风力发电机组已达7MW，是直驱式发电机组。
低转速发电机都是多极结构，水轮发电机就是低速多极发电机，目前风力机用的直驱式发电机主要采用多极构造，有多极内转子结构与多极外转子结构等，只是要求在结构上更轻巧一些。
近些年高磁能永磁体技术发展很快，特别是稀土永磁材料钕铁硼在直驱式发电机中得到广泛应用。采用永磁体技术的直驱式发电机结构简单、效率高。永磁直驱式发电机在结构上主要有轴式结构与盘式结构两种，轴式结构的磁场方向为径向气隙磁通，又分为内转子、外转子等；盘式结构的磁场方向为轴向气隙磁通，又分为中间转子、中间定子、多盘式等；近年来新型的双凸极发电机与开关磁阻发电机也在永磁直驱式发电机得到应用，新型的横向定子磁通永磁发电机正在研发推广中。
图2是一个内转子直驱式风力发电机组的结构示意图。其结构与水轮发电机相似，定子上有三相绕组，转子则由多个永久磁铁组成凸极结构，有关具体结构见“永磁内转子直驱式风力发电机组”课件。
图2--内转子直驱式风力发电机组
外转子永磁直驱式风力发电机的发电绕组在内定子上，绕组与普通三相交流发电机类似；转子在定子外侧，由固定在外磁軛内圆面上的多个永久磁铁组成内凸极结构，外转子与风轮轮毂安装成一体，一同旋转。本栏有对外转子直驱式风力发电机的专门介绍，图3是一个外转子直驱式风力发电机组的结构示意图。
图3--外转子永磁直驱式风力发电机
盘式永磁直驱式风力发电机的定子与转子都呈平面圆盘结构，定子与转子轴向排列，有中间转子、中间定子、多盘式等结构，本栏有对中间转子与中间定子直驱式风力发电机的专门介绍，图4是一个中间定子直驱式风力发电机组的组结构示意图。
图4--盘式永磁直驱式风力发电机
下面请观看盘式永磁直驱式风力发电机的旋转动画
盘式永磁直驱式风力发电机3D动画
还有一种半直驱发电机，结构也有上述几种，只不过极数没那么多而已，还需使用齿轮箱进行少量增速，由于极数较少的发电机与增速不大的低速齿轮箱制造维护都较方便，成本相对低廉，故采用半直驱发电机加低速齿轮箱也是一种折中的方案。
在垂直轴风力机中也广泛使用直驱与半直驱发电机，较多采用盘式永磁直驱式风力发电机，有关内容请到“直驱式垂直轴风力发电机”课件观看。
在多极式永磁直驱式风力发电机的结构上还有一个重要的特点，那就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起动非常困难。所以起动阻力矩也就成了永磁发电机的重要参数，采用分数槽设计就可以较好的减小起动阻力矩。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。如何选好永磁发电机的极数与槽数是目前正在研究中的新技术，方案也很多，本栏目就不作介绍了，在以下几种永磁直驱式发电机的结构示例中仍采用整数槽。
直驱式风力发电机篇2:直驱式垂直轴风力发电机
直驱式垂直轴风力发电机
Direct Drive Vertical Axis Wind Turbine
（2012年8月重新编辑更换部分图片）
升力型垂直轴风力机转速比阻力型垂直轴风力机快得多，与同规模水平轴风力机差不多，所以直驱式发电机在升力型垂直轴风力机应用很广泛。由于垂直轴风力机的特点，发电机可安装在地面，这就降低了对塔架的要求，在下面几幅图中介绍这种直驱式垂直轴风力发电机的基本结构。
发电机在地面的直驱式垂直轴风力发电机
图1是一个直驱式永磁内转子发电机模型，是多极发电机，采用内转子结构，结构与水轮发电机类似，只是转子励磁采用永久磁体。转子旋转在定子绕组中产生电流输出。
图1 直驱式永磁内转子发电机
发电机安装在钢结构的塔架基座上，塔架基座的柱与梁还要支持塔架与风轮的重量与侧向力，见图2。
图2 直驱式永磁内转子发电机的安装
塔架安装在塔架基座上，见图3。
图3 垂直轴风力机塔架与发电机的安装
风轮在塔架顶端，风轮轴通过传动轴连接在地面的发电机，发电机与风轮同步旋转，见图4。
图4 发电机在下方的直驱式垂直轴风力发电机
发电机在塔架上方的直驱式垂直轴风力发电机
把直驱发电机安装在塔架上部，风轮与发电机连成一体。在下面几幅图中介绍这种直驱式垂直轴风力发电机的基本结构。
发电机采用薄盘式永磁发电机，定子由盘式铁芯与线圈组成，转子由多个永磁磁极组成。定子固定在定子托盘上，图5是装有托盘的塔架，在托盘中心上方固定有一根转轴，发电机的与风轮将安装在该轴上。
图5 垂直轴风力机塔架上部的托盘与转轴
绕上线圈的盘式定子铁芯固定在定子托盘上，见图6。
图6 装在垂直轴风力机塔架上部的定子
转子采用永久磁体作磁极，为减小电机厚度不用专门的磁轭，电机的上端盖就是转子的磁轭，磁极直接固定在端盖内下面，电机上端盖与风轮架中轴连为一体，暂且称为风轮转子，在风轮转子中轴上下端内部安装有轴承，见图7。
图7 盘式直驱发电机转子与磁极
把风轮转子安装在主轴上，风轮转子与主轴通过轴承相连接，轴承承受风轮转子的重力与径向力。转子磁极与定子铁芯有很小的间隙，风轮转子可绕主轴自由旋转，转子磁轭与定子托盘共同组成发电机外壳，见图8。
图8 盘式直驱式风力发电机剖面图
图9是安装在塔架顶上的盘式直驱风力发电机。
图9 垂直轴风力机塔架上部的直驱式风力发电机
叶片上方支架固定在风轮转子中轴上方，下方支架固定在发电机上端盖外侧边缘，支架外侧固定叶片，见图10。
图10 直驱式风力发电机剖面图
下面是安装完毕的直驱式垂直轴风力发电机外观图。
图11 发电机在塔架上方的直驱式垂直轴风力发电机
采用较薄的盘式多极发电机直接与风轮成为一体，较紧凑，省去长而笨重的主传动轴，而且盘式机对风的阻碍小，对气流流动影响小。对于中小型、微型垂直轴风力发电机这种结构比较适用。
直驱式风力发电机篇3:内转子永磁直驱风力发电机
内转子永磁直驱风力发电机
With Internal Rotor Direct-drive Generator
内转子永磁直驱风力发电机的结构采用普通发电机广泛采用的结构，采用多凸极结构，其气隙中的磁通方向与电机轴垂直（径向磁通）。与普通发电机相比只是要求在结构上更轻巧一些。图1是多极内转子结构的定子与转子局部图，显示了磁通的走向。
图1--内转子发电机的磁路
下面通过一个内转子永磁直驱风力发电机模型来介绍其结构与组成，先介绍发电机部分。
发电机定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，铁芯内圆周均匀分布着许多槽，定子绕组嵌放在定子槽内，组成三相绕组，每相绕组由多个线圈组成，按一定规律排列，见图2。为了清晰显示定子铁心的构造，本模型的线圈槽数比实际直驱发电机要少一些，例如一个50对磁极的定子槽数为150个或更多。
图2--定子铁心与绕组
转子是多极结构，在转子磁轭外圆周贴有多个永磁体磁极，形成多凸极转子，相邻永磁体外表面极性相反，磁通方向如图1所示。转子磁轭通过转子支撑体固定在电机转轴套上，见图3。
图3--永磁体凸极转子
转子安装在定子内周，与定子之间有很小的气隙，可自由旋转，见图4。转子旋转时，定子绕组切割磁力线感生电势。
图4--定子与转子
下面介绍内转子直驱式风力发电机组的基本结构。
在塔架顶部的机舱里有支撑整个机组的机座，机座下部底盘装有偏航电机，在机座上有固定发电机定子的机架，见图5。
图5--机舱内的机组机座
把内转子永磁发电机的定子安装在机架上，见图6。
图6--安装定子
把永磁极转子安装在主轴上，见图7
图7--安装转子
把装有叶片的轮毂安装在机座的转轴上，轮毂上装有变桨机构，轮毂与转子固定连接，风轮与转子同步旋转，见图8。
图8--内转子直驱式永磁风力发电机组组成
在轮毂外部安装导流罩，在机舱安装电器柜，控制系统，润滑系统，测风装置等。图9是一个内转子直驱式永磁风力发电机组的结构示意图。
图9--内转子直驱式永磁风力发电机组剖视图
