小型垂直轴轴向磁通风力发电机设计文献综述

 2023-08-10 15:35:00
  1. 文献综述(或调研报告):

风力发电分类:

目前风力发电的形式可分为水平轴风力发电和垂直轴发电。而商业化风力发电主要用的是水平轴发电。其优点是风能利用效率高,并且制造工艺成熟。水平轴风力机旋转轴和地面水平,风机头部安装有3个风叶,风机尾部安装有迎风仪,如图1所示。但是水平轴风力机迎风装置控制复杂,发电机一般安装在高处才能有效利用风能,其维护和检修不便。在文献[1]中有详细的分析。

垂直轴风力机旋转轴与地面垂直,不需要迎风装置,叶轮旋转不受风向的影响。文献[2]分析所得垂直轴风力机能够捕获多方向风向,克服了水平轴风力发电机一些缺点,其风叶可安装在高层,发电机可安装在底层,对电机的安装、维护和检修带来很大方便。

发电机分类:

文献[3]中介绍,按照磁通方向的不同,发电机可分为径向磁通电机和轴向磁通电机。

径向磁场电机是目前广泛使用的电机,其有效磁场方向为径向,目前径向磁场电机的发展较为成熟,被大规模运用于工业中。但是随着工业迅速发展,人们对电机的要求更加严格,认识到径向磁场电机存在转子散热困难,铁心利用率低等缺点,并且随着电机制造技术和材料的发展,轴向磁场电机的制造问题得到了解决,轴向磁场电机开始在各方面得到了重视与应用。轴向磁场电机与传统径向电机不同,其磁通方向为轴向,载流导体系径向放置,定子和转子铁心为盘式结构,如图3所示。作为风力发电机使用,轴向磁场电机相比较于传统径向磁场电机,它可以实现多转子多定子的结构,气隙均匀平整,通风性能好,功率密度高。径向尺寸大,可实现多级低速。

轴向磁通永磁电机结构与设计:

文献[4]中介绍,轴向磁通永磁同步电机(AFPM)的主要拓扑结构根据定转子的数量和位置可以分为四大类:单定子单转子结构、双外转子中间定子结构、双外定子中间转子结构和多定子多转子结构。

AFPM的设计需要在满足各个参数和几何要求的情况下初步估算出电机的外径、内径、轴向长度,因此电机的尺寸方程被提出。目前主要有两种尺寸方程,第一种是文献[5]中记载的由E. Spooner采用的将转矩与基本电磁负荷以及几何参数一起考虑的方程。第二种是文献[6]介绍的由黄苏提出的基于功率密度的尺寸方程。

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