永磁同步风力发电机的设计说明
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高速永磁同步风力发电机的电磁设计与计算
高速永磁同步风力发电机的电磁设计与计算介绍高速永磁同步风力发电机是一种高性能、高效率的风力发电机，通常用于海上风电场和高山风电场等场所。
其电磁设计与计算是实现高效率、高稳定性的关键步骤。
本文将介绍高速永磁同步风力发电机的电磁设计与计算方法。
风力发电机电磁设计与计算基本原理风能转换为机械能后，经过发电机转化为电能。
发电机的核心部分是转子和定子，其中转子为永磁体，定子为绕组。
当风力推动转子旋转时，旋转的永磁体会在定子绕组中诱发电流，由此产生电能输出。
因此，风力发电机的电磁设计主要涉及到定子绕组和永磁体的设计和计算。
定子绕组设计与计算定子绕组是风力发电机的核心组成部分之一，其主要作用是产生电流。
定子绕组设计的主要目标是提高电流产生的效率和稳定性。
定子绕组设计过程中需要考虑的主要因素包括导线材料、导线形状、绕组方式和绕组数量等。
在定子绕组设计中，需要先确定绕组的参数，包括匝数和线径。
匝数可以根据发电机的输出功率和电压等因素进行计算，一般需要根据实际情况进行调整。
线径可以根据匝数和电流大小计算得出。
绕组数量的选择主要取决于发电机的输出功率和空间限制等因素。
一般而言，绕组数量越多，输出电流的稳定性越高。
绕组方式的选择包括纵向绕组和横向绕组等多种方式，需要根据具体情况进行选择。
永磁体设计与计算永磁体是风力发电机转子的核心组成部分，其主要作用是提供转子磁场。
永磁体的设计和计算主要涉及到永磁体材料的选择和永磁体形状的优化。
在永磁体材料选择方面，需要考虑到饱和磁化强度、矫顽力、铁磁导率和温度系数等因素。
常用的永磁体材料包括NdFeB、SmCo等。
在永磁体形状优化方面，需要通过数学模型进行优化，使得永磁体的磁场分布均匀，从而提高风力发电机的效率和稳定性。
常用的永磁体形状包括弧形、长方形等。
结论高速永磁同步风力发电机的电磁设计与计算是实现高效率、高稳定性的关键步骤。
在定子绕组和永磁体的设计方面，需要充分考虑到空间限制和机械性能等因素，并通过数学模型的优化实现发电机的高效率和稳定性。
MW级直驱永磁同步风力发电机设计
未来，需要进一步开展直驱永磁同步风力发电机的优化设计和应用研究。例如， 通过提高发电机的额定功率和降低制造成本，可以进一步提高其经济性；还需 要加强该技术在不同环境和气候条件下的适应性和稳定性研究，为直驱永磁同 步风力发电机的广泛应用提供更加坚实的基础。
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展望未来，风力发电技术将在全球范围内得到更广泛的应用和发展。随着技术 的不断进步和市场需求的变化，MW级直驱永磁同步风力发电机的研究也将不断 深入。未来的研究将更多地如何提高发电机的效率和可靠性，降低制造成本和 维护成本，
以及如何更好地与电网进行连接和控制等方面的问题。随着数字化和智能化技 术的发展，将这些技术应用于风力发电机设计中也将成为未来的一个研究方向。
2、结构简单：该技术不需要增速齿轮箱，减少了机械损耗和故障率。
3、维护方便：由于结构简单，直驱永磁同步风力发电机的维护工作量较小， 降低了维护成本。
4、适应性强：该技术适用于不同规模的风电场，能够满足不同需求。
三、直驱永磁同步风力发电机的 应用场景
1、大型风电场：直驱永磁同步风力发电机适用于大型风电场，能够满足大规 模电力输出的需求。
MW级直驱永磁同步风力发电机设计
01 一、确定主题
目录
02 二、编写大纲
03 三、详细设计
04 四、结果分析05 五来自总结与展望06 参考内容
一、确定主题
随着环保意识的不断提高和可再生能源的广泛应用，风力发电技术得到了持续 发展。其中，MW级直驱永磁同步风力发电机由于其高效、可靠、维护成本低等 特点，成为了风力发电领域的研究热点。本次演示将详细介绍MW级直驱永磁同 步风力发电机的设计过
2、效率评估：通过对比不同设计方案和不同制造工艺下的发电机效率，选择 最优方案和工艺。
永磁同步风力发电机的设计
永磁同步风力发电机的设计概述永磁同步风力发电机是一种高效能、可靠性好、实用性强的风力发电机，是利用风能转化成电能的主要设备之一。
与传统的异步发电机相比，它具有转速高、功率密度大、体积小、结构简单等优点。
工作原理永磁同步风力发电机的工作原理与其他同步发电机基本相同，即利用永磁体和转子产生磁力线，通过定子线圈和电源之间的相互作用将机械能转换为电能。
具体来说，当转子转动时，永磁体和转子之间的磁场产生旋转磁流，切割了定子线圈上的导体，从而产生感应电动势，使发电机输出电能。
设计参数永磁同步风力发电机的设计参数主要包括额定电压、额定功率、额定转速、极对数等。
其中，额定电压和额定功率是发电机的最基本参数，反映了发电机的额定性能；额定转速则影响发电机的效率和电力特性，是设计中非常关键的参数；极对数则决定了发电机的转速与电压之间的关系，与发电机的最大输出功率密切相关。
设计流程永磁同步风力发电机的设计流程主要包括选择永磁材料、定子绕组设计、转子设计和磁路设计等步骤。
首先，选择合适的永磁材料，一般以稀土永磁材料为主。
其次，根据设计参数确定定子线圈的形状、绕组方式和导线截面积等参数。
然后，进行转子设计，计算出转子的参数和永磁体的磁通量。
最后，利用磁路分析软件对整个发电机的磁路进行仿真，确定各部分的参数，以实现最佳性能。
设计考虑在永磁同步风力发电机的设计过程中，需要考虑以下几个方面：1.磁路设计：合理的磁路设计能够提高发电机的效率和功率密度，应根据具体的设计参数确定磁路参数。
2.转子设计：转子的设计需要考虑转速、扭矩、惯量等因素，应根据具体的要求进行设计。
3.定子线圈设计：定子线圈是发电机中重要的部件之一，应根据具体的设计要求选择合适的材料和绕组方式。
4.控制系统设计：永磁同步发电机需要配备相应的控制系统来保证其稳定性和可靠性。
永磁同步风力发电机是一种高效、高性能、高可靠性的风力发电技术，经过科学合理的设计，可以实现最佳性能和最大限度的能量收取。
永磁同步风力发电机的设计
永磁同步风力发电机的设计
永磁同步风力发电机的设计原理是基于磁场相互作用的。
它由发电机主机和控制系统两部分组成。
发电机主机包括永磁体、定子和转子。
永磁体产生一个恒定的磁场，而转子则根据风力的作用旋转。
通过磁场相互作用，产生感应电流，从而实现电能的转换。
在永磁同步风力发电机的设计中，需要考虑以下几个方面。
首先是永磁体的选择。
永磁体应具有高磁能积和稳定的磁性能，以确保发电机的高效运行。
其次是定子的设计。
通过合理布置定子的线圈，可以增加磁通，并提高发电机的输出功率。
最后是转子的设计。
转子应具有低风阻和高转速的特点，以提高发电机的转动效率。
永磁同步风力发电机相比传统风力发电机具有许多优势。
首先，永磁同步风力发电机具有更高的转速范围。
传统风力发电机的转速受限于同步发电机的特性，而永磁同步风力发电机可以实现更高的转速，从而提高发电效率。
其次，永磁同步风力发电机具有更高的功率密度。
由于永磁同步风力发电机采用高效的永磁体，其功率密度可以达到传统发电机的几倍。
最后，永磁同步风力发电机具有更低的维护成本。
传统风力发电机由于使用了大量的齿轮传动装置，容易发生故障，而永磁同步风力发电机通过减少传动装置的使用，降低了维护成本。
综上所述，永磁同步风力发电机是一种具有很大潜力的新型发电机。
通过合理的设计和优化，可以实现更高的转速、更高的功率密度和更低的维护成本。
随着技术的不断进步，相信永磁同步风力发电机将在风力发电领域发挥重要的作用。
高速永磁同步风力发电机的电磁设计与计算
高速永磁同步风力发电机的电磁设计与计算前言高速永磁同步风力发电机因其高效、高输出功率、低维护成本等优点而备受青睐。
其关键部件之一是电磁部分的设计，本文将介绍高速永磁同步风力发电机的电磁设计与计算方法。
理论基础高速永磁同步风力发电机是一种变磁阻式永磁同步发电机，其原理基于Maxwell方程组。
在设计和计算时需要考虑以下几个方面：磁路设计磁路是高速永磁同步风力发电机中非常重要的部分，其设计需要考虑到产生足够的磁通密度和磁场强度。
具体可采用有限元法进行模拟和优化。
永磁材料永磁材料是高速永磁同步风力发电机的核心部件，其质量和机械性能直接影响电机的工作效率和运行寿命。
一般采用高性能稀土永磁材料。
反电动势高速永磁同步风力发电机在工作时会产生一定的反电动势，其大小与转速成正比，需要进行精确的计算。
计算方法高速永磁同步风力发电机的电磁设计和计算主要包括以下几个方面：磁路设计磁路设计需要考虑到磁路漏磁和齿槽效应等因素。
可根据磁路模型进行计算，得到磁通密度和磁势分布等数据，以确定永磁材料和铁芯尺寸。
永磁材料选择永磁材料的选择需要考虑到材料的磁性能、热稳定性和耐腐蚀性等因素。
根据设计需要和预算等因素综合考虑，确定采用的永磁材料类型及数量。
反电动势计算反电动势的计算需要考虑到转子的磁链和定子的磁链等因素，并根据电机的转速等参数确定其大小。
磁力计算磁力是高速永磁同步风力发电机中一项重要的参数，其大小与磁通密度和磁场强度等因素有关。
可根据设计模型和有限元分析等方法进行计算。
结论高速永磁同步风力发电机的电磁设计和计算是一个复杂且关键的过程，需要充分考虑各种因素，确保电机的工作效率和运行寿命。
本文所介绍的方法和计算步骤可作为参考，具体实践中还需结合实际情况进行优化和修改。
高电感永磁同步风力发电机的设计和分析
出现上 述 问题 。文 献 ［ ］ 出 了基 于 高 电感 永 磁 同 １提 步 电机 的电流 型 风力 发 电 系统 。与传 统 的 电 流 型并 网逆变 器相 比 ，它 的优 势 在 于 拓 扑 简 单 ，省 去直 流
高 电感永磁同步风力发电机的设 计和分 析
黄荣赓 ，等
高 电感 永磁 同步风 力发 电机 的 设 计 和 分 析
黄荣赓 ，茆美琴 ，喻
摘
莉
２ ００ ） ３０ ９
（ 合肥工业大学 教育部光伏 系统工程研究 中心 ，合肥
要 ：根 据新 型 的基 于电流源 型风力发 电系统 的要求 ，采用 分数 槽集 中绕组 设计 了输 出功率 为 １ ｗ的高 电感 ０ｋ
１ 高 电感永磁 同步发 电机特性
高 电感永 磁 发 电机 的等 效 模 型可 用 反 电动 势 电 压 源和 串联 电感 表 示 ，其 负 载 用 一 个 电 阻 来 模 拟 。
电压 平衡 方程 为 ：
Ｅ ＝ｗ ｊ Ｌ， ＋ （） １ （） ２
变换器 提 出 了较 高 的要 求 。相 反 高 电感 电 机 由于 大 电感 的存 在 ，它 的 工 作 电 流接 近短 路 电流 ，就 不会
永 磁同步发 电机 ，并运用有 限元法 分析 了电机 在 不 同负载 情 况下 工作 特 性 。分 析结 果 表 明 ，电机 的齿槽 转 矩较 小 ，电机绕组 的感应 电动势 接近正弦 ，在一定 的转 速范 围内 ，电机输 出的 电流经整 流器 整流 以后 ，其 直流 电流 波
动小 ，满足 电流型风力发 电系统控制 要求 。 关键 词 ：永磁 同步发 电机 ；高 电感 ；风力 ；有 限元
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｆ ａ ｔ ｎ ｌｓ ｔ ｏ ｃ ｎｒ ｔ ｄ ｗ ｎ ｉ ｇ ｅ ｅ ａ ｏ ｔ ｄ ｔ ｅ ｉｎ ａ ｐ ｏ ｏｙ ｅ ｏ ０ ｋ ｉ ｈ ｉ ｄ ｃ — ｓ ｒ ｃ ： ｒ ｃ ｉ ａ －ｌ ｎ ｅ ｔ ｅ ｉ ｄ ｎ ｓ ｗ ｒ ｄ ｐ ｅ ｏ ｄ ｓｇ ｒ ｔｔ ｐ ｆ １ Ｗ ｈ【 ｎ ｕ ｔ ｏ ｏ ｃ ａ ｇ ａ ｔ ｅ ｍａ ｅ ｔ ｇ ｅ ｅ ｅ － ｔｒ ｉ ｅ ｍ ｆ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｅ ｎ ｏ ｒ ｓ ｓ ｍ ａ ｅ ｎ ｃ ｒｅ ｔ ｎ ｅ ｐ ｒ ｎ ｎ ｍａ ｎ ｔｇ ｎ ｒａｏ ｎ ｔｒ ｏ ｅ ｕ ｒ ｅ ｎ ｓ ｆ ａ ｎ ｗ ｗｉｄ ｐ ｗｅ ｙ ｔ ｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ｒ ｎ ｅ
高 电感永磁同步风力发电机的设 计和分 析
黄荣赓 ，等
高 电感 永磁 同步风 力发 电机 的 设 计 和 分 析
黄荣赓 ，茆美琴 ，喻
摘
莉
２ ００ ） ３０ ９
（ 合肥工业大学 教育部光伏 系统工程研究 中心 ，合肥
要 ：根 据新 型 的基 于电流源 型风力发 电系统 的要求 ，采用 分数 槽集 中绕组 设计 了输 出功率 为 １ ｗ的高 电感 ０ｋ
１ 高 电感永磁 同步发 电机特性
高 电感永 磁 发 电机 的等 效 模 型可 用 反 电动 势 电 压 源和 串联 电感 表 示 ，其 负 载 用 一 个 电 阻 来 模 拟 。
电压 平衡 方程 为 ：
Ｅ ＝ｗ ｊ Ｌ， ＋ （） １ （） ２
变换器 提 出 了较 高 的要 求 。相 反 高 电感 电 机 由于 大 电感 的存 在 ，它 的 工 作 电 流接 近短 路 电流 ，就 不会
永 磁同步发 电机 ，并运用有 限元法 分析 了电机 在 不 同负载 情 况下 工作 特 性 。分 析结 果 表 明 ，电机 的齿槽 转 矩较 小 ，电机绕组 的感应 电动势 接近正弦 ，在一定 的转 速范 围内 ，电机输 出的 电流经整 流器 整流 以后 ，其 直流 电流 波
动小 ，满足 电流型风力发 电系统控制 要求 。 关键 词 ：永磁 同步发 电机 ；高 电感 ；风力 ；有 限元
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盘式永磁同步风力发电机的设计_刘金泽
2. College of electric and information engineering，Hunan institute of engineering，xiangtan 411104 ，China） Abstract ： The design of a disc type permanent magnet synchronous wind power generator with double rotors and single stator is discussed in this paper． Using soft magnet compound （ SMC ） material to form the stator core and using the backtoback winding of simple construction to wind the core of the machine make the configuration of the machine easy． The disc type PMSG of 5kVA is designed by conventional equivalent magnetic circuit method and analyzed by finite element method for verification of design． The computation and simulation results verify the effect of the proposed method． Key words： soft magnet compound （ SMC ） material； disc type； permanent magnet machine； synchronous generator 铁心绕组的电枢是由绕组注塑而成 ， 优点是重量轻， 消除了定子铁心损耗， 齿槽转矩和噪声， 使风力发 电机在微风下也能旋转。 缺点是电机的有效气隙长 度增加，在永磁体用量相同的情况下电机输出的功 3］用实验和解析法分析了铁心设计 率减小。文献［ 对风 力 发 电 机 输 出 功 率 的 影 响。 研 究 发 现， 采 用 1mm 厚带网孔的铁心时， 输出的电功率比没有铁心 结构的增加了 13. 5% 。 有铁心的电枢是通过将硅钢 片带料沿周向卷绕而成。 定子铁心分为有槽和无槽 两种。铁心开槽时，可以减小气隙而增大气隙磁密， 减小所需永磁体用量，因而可以节约发电机的成本。 但轴向磁场电机的有槽电枢铁心的制造很困难， 并 ［4 ］ 且绕组很难绕制，槽满率很低 。 近来，软磁复合 （ SMC ） 材料低频特性的改善使 得它在电机设计中获得了广泛的兴趣。 SMC 材料独 特的优点是： 它可以使复杂结构容易成形。 这可以 克服传统的有槽定子叠片铁心制造中的一些缺陷 。
MW级直驱永磁同步风力发电机的电磁设计
摘要由于永磁同步发电机结构简单、无需励磁绕组、效率高，因而在中小型风力发电机中得到广泛的应用。
并且随着高性能永磁材料制造工艺的提高，大容量的风力发电系统也倾向于使用永磁同步发电机。
且直驱式具有总体积小、效率高、安装和维护费用低、可靠性高、对风能波动和负载变化反应快等优点。
本课题选择内转子永磁同步发电机作为设计类型,先通过电磁计算确定永磁同步发电机的基本参数，进行电机的初始设计；再分析电机在各种运行状态下的性能，在此基础上设计电机的通风系统并进行通风计算及分析；最后完成MW级直驱永磁同步风力发电机的电磁设计。
本课题旨在研究目前已在国外处于主流地位的MW级永磁风力发电机，熟悉大型风力发电机设计的特点，并且大力发展风电技术对于解决能源危机、缓解环境污染状况都有十分重要的意义。
关键词：风力发电，永磁同步发电机，直接驱动，内转子，通风冷却ABSTRACTAs the permanent magnet synchronous generator is simple, no excitation winding, high efficiency, so it is widely used in the medium and small wind generators. With high-performance permanent magnetic materials and manufacturing processes improved, large-capacity wind power systems tend to use permanent magnet synchronous generator.And has a total volume of direct drive, high efficiency, low cost installation and maintenance, high reliability, wind power fluctuations and load changes and quick response.Therefore, I choose the Inner Rotor Permanent Magnet Synchronous Generator as my design types. first I identified the basic parameters of permanent magnet synchronous generator by electromagnetic computing, for the initial motor design; further analysis the motor performance under various operating conditions. in this Based on the design of electrical and ventilation systems for ventilation calculation; Finally, analysis of the the results is to complete MW class direct drive permanent magnet synchronous wind turbine design.the study of this issue now is in a mainstream position in foreign country to MW-class wind turbine permanent magnet, and my aim also are familiar with the characteristics of large-scale wind turbine design . Of course, developing wind power technology for solving the energy crisis, environmental mitigation conditions are very important significance.Keywords: wind generation, permanent magnet synchronous generator, direct-driveninner-rotor, air-cooling目录1 绪论 (1)1.1 风力发电的意义 (1)1.2 风力发电机的种类 (2)1.3 本课题研究的意义和主要研究内容 (3)1.4 本章小结 (4)2 风力发电机选型 (5)2.1 风力发电机的发展现状 (5)2.2 各类风力发电机类型比较 (5)2.3 主要设计目标 (6)2.4 永磁风力发电机的设计特点 (7)2.5 本章小结 (7)3 风力发电机的电磁设计 (8)3.1等效磁路法简介 (8)3.2 电机使用材料的选择 (8)3.3 永磁同步发电机基本参数的确定 (9)3.4电磁设计 (11)3.5 本章小结 (28)4 MA TLAB仿真和曲线图 (29)4.1 计算机仿真 (29)4.1.1 计算机仿真的概念 (29)4.1.2 本课题采用的工具和分析方法 (30)4.2 仿真与曲线图 (32)4.2.1仿真框图与曲线图 (32)4.3 本章小结 (36)5 结论 (37)参考文献 (38)致谢 (40)1 绪论1.1 风力发电的意义目前，在全世界范围内，风力发电发展势头迅猛。
永磁同步电机设计参数-概述说明以及解释
永磁同步电机设计参数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:永磁同步电机作为一种高效、节能的电机类型，在各种应用领域备受关注。
其设计参数的选择对电机性能和效率有着重要影响。
因此，本文旨在探讨永磁同步电机设计参数的优化方法，以提高电机的性能和效率。
首先，我们将介绍永磁同步电机的工作原理和结构特点，包括永磁材料的选择、定子和转子的设计等方面。
然后，我们将重点讨论永磁同步电机设计中的关键要点，如磁场分布、转矩性能、效率等方面，以帮助读者深入了解设计参数的重要性。
接着，我们将介绍设计参数优化的方法，包括仿真分析、实验验证、优化算法等方面。
这些方法将有助于工程师们更好地设计永磁同步电机，提高其性能指标。
最后，我们将总结本文的主要观点，并展望未来研究的方向，以期为永磁同步电机设计和应用提供有益的参考。
通过对设计参数的深入研究和优化，我们有信心能够进一步提升永磁同步电机的性能和效率，推动其在各个领域的广泛应用。
1.2 文章结构：本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将对永磁同步电机设计参数进行概述，介绍文章的结构以及研究目的。
在正文部分，将详细讨论永磁同步电机设计参数的概述，关键设计要点以及设计参数优化方法。
最后在结论部分，对全文进行总结，分析设计参数对性能的影响，并展望未来研究方向。
通过这样的结构，读者将对永磁同步电机设计参数有一个更深入的了解，为相关领域的研究工作提供参考和指导。
1.3 目的：本文旨在探讨永磁同步电机设计参数对其性能影响的关键因素，通过对设计参数的优化方法和关键设计要点的详细分析，帮助读者更好地了解永磁同步电机的设计过程，提高电机的性能和效率。
同时，通过对设计参数对性能的影响进行总结和展望未来研究方向，有助于推动永磁同步电机在工业和汽车领域的应用和发展，促进清洁能源技术的进步和普及。
2.正文2.1 永磁同步电机设计参数概述永磁同步电机是一种高效、节能且性能优越的电动机，在现代工业生产中得到广泛应用。
盘式永磁同步风力发电机的设计
采 用结构简单 的背靠 背绕 组 ，使电机的制造变得容易 。用等效磁路 法对 ５ｋ Ａ盘式永磁 同步发 电机进 行 了设计 ，并 Ｖ 用 有限元法对其进行 了验 证 ，计算和仿真结果表 明此设计方案 是可行的。
关 键词 ：软磁复合材料 ； 盘式 ； 永磁 电机 ；同步发 电机
中图分类号 ：Ｔ ５ ；Ｔ ４ Ｍ３ １ Ｍ３ １
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径向磁场永磁发电机可分为两种：永磁体表贴式和永磁体内置式。表贴式转 子结构简单、极数增加容易、永磁体都粘在转子表面上，但是，这需要高磁积能 的永磁体（如钕铁硼等）来提供足够的气隙磁密。考虑到永磁体的机械强度，此 种结构永磁电机高转速运行时还需转子护套。内置式转子机械强度较高，但制造 工艺相对复杂，制造费用较高。
a)径向式结构
b)切向式结构
1－永磁体 2－硅钢片 3－轴 4－隔磁套 5－紧固套 图 1-1 径向式、切向式永磁电机结构图
（2）切向式永磁发电机 结构如图 1-1 b)所示。切向式转子磁路结构中， 永磁体磁化方向与气隙磁通轴线接近垂直且离气隙较远，其漏磁比轴向式结构、 径向式结构要大。但是，在切向式结构中永磁体并联作用，有两个永磁体截面对 气隙提供每极磁通，可提高气隙磁密，尤其在极数较多的情况下更为突出。因此 适合于极数多且要求气隙磁密高的永磁同步发电机[2]。
减小齿槽转矩的方法，大体可以分为两类：①采用新型结构电机，如无槽电 机、磁悬浮电机等。②在传统结构上进行参数优化，如合理地选取极弧系数，采 用合适的极槽配合，改变槽开口宽度（或使用磁性槽楔），采用斜槽、斜极、添
加辅助槽、磁极偏移等措施。
1.2 本文的主要研究内容
本设计主要按照任务书中的要求进行三相永磁同步风力发电机的结构设计， 在此基础上进行仿真和优化，选取最佳的设计方案。利用有限元软件分析，探讨 不同参数对电机性能（空载特性、负载特性、齿槽转矩等）的影响。
由于有限元法开发周期较长，所以目前永磁电机电磁设计仍较多采用磁路
法。通过磁路计算，初步确定电机的各部分结构和参数，编写计算程序，并核算 其性能。本章的内容就是给出永磁同步发电机的主要结构和关键参数的选取和确 定方式，初步确定电机的各部分尺寸和结构。
2.2 发电机主要尺寸的确定
本电机设计采用表贴式内转子结构，由于电机的电磁负荷较大，初选永磁体 牌号为 N38。硅钢片分为冷轧硅钢片和热轧硅钢片。冷轧硅钢片磁饱和性能比热 轧硅钢片好，因电机的磁负荷比较高，极槽数多，考虑到齿部的饱和问题，选用 冷轧硅钢片，牌号为 DW315-50。电机的转轴上不存在交变磁场，只需要提供足 够的机械强度即可，因此材料选为 10 号钢。机壳材料选用密度较小的铝，以减 轻电机重量。电枢铜线对电机的性能影响不大，选择常用材料即可。
1.1 小型永磁风力发电机的基本结构
按照永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，永磁发电机可分为径向 式、切向式和轴向式。
（1）径向式永磁发电 径向式转子磁路结构中永磁体磁化方向与气隙 磁通轴线一致且离气隙较近，漏磁系数较切向结构小，径向磁化结构中的永磁体 工作于串联状态，只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通，因此气隙磁 密相对较低。这种结构具有简单、制造方便、漏磁小等优点。
径向磁场电机用作直驱风力发电机，大多为传统的内转子设计。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心通风散热好，温度低， 定子外形尺寸小；也有一些外转子设计。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 动惯量大的优点，缺点是对电枢铁心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[1]。表贴式和径向式的结构如图 1-1 a)所示。
（3）轴向式永磁发电机 轴向磁通发电机绕组物理位置被转移到端面， 电机的轴向尺寸相对较短。与径向磁场电机相比，轴向磁通电机的磁路长度要短 些。电机中导体电流呈径向分布，这样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，结构如图 1-2 所示。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。在永磁体结构轴向不对称时，存在单边磁拉力，如果磁路设计不合理，漏 磁通大，在等电磁负荷下，效率略低。
哈尔滨工业大学
《交流永磁同步电机理论》课程报告
题 目：永磁同步风力发电机的设计
院
(系) 电气工程及其自动化
学
科 电气工程
授课教师
学
号
研究生
二〇一四年六月
第 1 章 小型永磁发电机的基本结构
小型风力发电机因其功率低，体积小，一般没有减速机构，多为直驱型。发 电机型式多种多样，有直流发电机、电励磁交流发电机、永磁电机、开关磁阻电 机等。其中永磁电机因其诸多优点而被广泛采用。
设计的技术要求如下： （1）基本参数
额定功率：
额定功率因数：
额定频率：
额定转速：
额定线电压最大值： 电压波形：正弦波 定位力矩： （2）结构参数
（Y 接）
最大外径：
电机长度： 转子永磁体采用表贴式结构
第 2 章 永磁同步风力发电机的电磁设计
2.1 引言
永磁同步风力发电机，同传统的永磁同步发电机一样，在设计时要重点考虑 固有电压调整率、电压波形畸变率和功率密度等性能。同时，作为直驱式风力发 电机，也需要根据其自身的工作特性考虑其特殊的性能要求，如相电流较大、定 位力矩较小等。如何提高电机的功率密度和减小定位力矩是本次设计的难点。
2.2.1 主要尺寸基本关系式
永磁同步发电机的主要尺寸是电枢直径(定子内径) 和轴向计算长度 ，
与传统电机一样，主要尺寸的基本关系式：
Di1Lin 6.1104
Pi
i AB K Kdp
(2-1)
式中有的量是技术要求给定的(计算电磁功率 和转速 )，或是变化范围不
大的(计算极弧系数 ，气隙磁场波形系数 和绕组系数 )，可以通过初选电 磁负荷来确定电机尺寸。但在本设计中，因技术要求中给定了电机的直径和长度 范围，因此可直接按照给定的外形尺寸来确定电机的主要尺寸。初定定子外径 148mm，内径 110mm，轴向长度 170mm。
1—定子 1 2—转子 3—定子 2 图 1-2 盘式永磁电机定、转子结构图
永磁发电机用于风力发电可以省去电励磁发电机的电刷、滑环等装置，结构 简单，但也需要满足一些特殊的要求。风力发电要求起动风速低，这就要求永磁 电机的定位力矩要尽量小，因此设计时要尽量减小齿槽转矩。另外直驱式风力发 电机工作转速低，极数多，考虑到风力发电机的工作环境，在保证电机性能的条 件下，体积应设计的尽量小。所以定位力矩和性能体积比成为该电机在设计上的 两个主要问题。
a)径向式结构
b)切向式结构
1－永磁体 2－硅钢片 3－轴 4－隔磁套 5－紧固套 图 1-1 径向式、切向式永磁电机结构图
（2）切向式永磁发电机 结构如图 1-1 b)所示。切向式转子磁路结构中， 永磁体磁化方向与气隙磁通轴线接近垂直且离气隙较远，其漏磁比轴向式结构、 径向式结构要大。但是，在切向式结构中永磁体并联作用，有两个永磁体截面对 气隙提供每极磁通，可提高气隙磁密，尤其在极数较多的情况下更为突出。因此 适合于极数多且要求气隙磁密高的永磁同步发电机[2]。
减小齿槽转矩的方法，大体可以分为两类：①采用新型结构电机，如无槽电 机、磁悬浮电机等。②在传统结构上进行参数优化，如合理地选取极弧系数，采 用合适的极槽配合，改变槽开口宽度（或使用磁性槽楔），采用斜槽、斜极、添
加辅助槽、磁极偏移等措施。
1.2 本文的主要研究内容
本设计主要按照任务书中的要求进行三相永磁同步风力发电机的结构设计， 在此基础上进行仿真和优化，选取最佳的设计方案。利用有限元软件分析，探讨 不同参数对电机性能（空载特性、负载特性、齿槽转矩等）的影响。
由于有限元法开发周期较长，所以目前永磁电机电磁设计仍较多采用磁路
法。通过磁路计算，初步确定电机的各部分结构和参数，编写计算程序，并核算 其性能。本章的内容就是给出永磁同步发电机的主要结构和关键参数的选取和确 定方式，初步确定电机的各部分尺寸和结构。
2.2 发电机主要尺寸的确定
本电机设计采用表贴式内转子结构，由于电机的电磁负荷较大，初选永磁体 牌号为 N38。硅钢片分为冷轧硅钢片和热轧硅钢片。冷轧硅钢片磁饱和性能比热 轧硅钢片好，因电机的磁负荷比较高，极槽数多，考虑到齿部的饱和问题，选用 冷轧硅钢片，牌号为 DW315-50。电机的转轴上不存在交变磁场，只需要提供足 够的机械强度即可，因此材料选为 10 号钢。机壳材料选用密度较小的铝，以减 轻电机重量。电枢铜线对电机的性能影响不大，选择常用材料即可。
1.1 小型永磁风力发电机的基本结构
按照永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，永磁发电机可分为径向 式、切向式和轴向式。
（1）径向式永磁发电 径向式转子磁路结构中永磁体磁化方向与气隙 磁通轴线一致且离气隙较近，漏磁系数较切向结构小，径向磁化结构中的永磁体 工作于串联状态，只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通，因此气隙磁 密相对较低。这种结构具有简单、制造方便、漏磁小等优点。
径向磁场电机用作直驱风力发电机，大多为传统的内转子设计。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心通风散热好，温度低， 定子外形尺寸小；也有一些外转子设计。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 动惯量大的优点，缺点是对电枢铁心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[1]。表贴式和径向式的结构如图 1-1 a)所示。
（3）轴向式永磁发电机 轴向磁通发电机绕组物理位置被转移到端面， 电机的轴向尺寸相对较短。与径向磁场电机相比，轴向磁通电机的磁路长度要短 些。电机中导体电流呈径向分布，这样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，结构如图 1-2 所示。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。在永磁体结构轴向不对称时，存在单边磁拉力，如果磁路设计不合理，漏 磁通大，在等电磁负荷下，效率略低。
哈尔滨工业大学
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题 目：永磁同步风力发电机的设计
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(系) 电气工程及其自动化
学
科 电气工程
授课教师
学
号
研究生
二〇一四年六月
第 1 章 小型永磁发电机的基本结构
小型风力发电机因其功率低，体积小，一般没有减速机构，多为直驱型。发 电机型式多种多样，有直流发电机、电励磁交流发电机、永磁电机、开关磁阻电 机等。其中永磁电机因其诸多优点而被广泛采用。
设计的技术要求如下： （1）基本参数
额定功率：
额定功率因数：
额定频率：
额定转速：
额定线电压最大值： 电压波形：正弦波 定位力矩： （2）结构参数
（Y 接）
最大外径：
电机长度： 转子永磁体采用表贴式结构
第 2 章 永磁同步风力发电机的电磁设计
2.1 引言
永磁同步风力发电机，同传统的永磁同步发电机一样，在设计时要重点考虑 固有电压调整率、电压波形畸变率和功率密度等性能。同时，作为直驱式风力发 电机，也需要根据其自身的工作特性考虑其特殊的性能要求，如相电流较大、定 位力矩较小等。如何提高电机的功率密度和减小定位力矩是本次设计的难点。
2.2.1 主要尺寸基本关系式
永磁同步发电机的主要尺寸是电枢直径(定子内径) 和轴向计算长度 ，
与传统电机一样，主要尺寸的基本关系式：
Di1Lin 6.1104
Pi
i AB K Kdp
(2-1)
式中有的量是技术要求给定的(计算电磁功率 和转速 )，或是变化范围不
大的(计算极弧系数 ，气隙磁场波形系数 和绕组系数 )，可以通过初选电 磁负荷来确定电机尺寸。但在本设计中，因技术要求中给定了电机的直径和长度 范围，因此可直接按照给定的外形尺寸来确定电机的主要尺寸。初定定子外径 148mm，内径 110mm，轴向长度 170mm。
1—定子 1 2—转子 3—定子 2 图 1-2 盘式永磁电机定、转子结构图
永磁发电机用于风力发电可以省去电励磁发电机的电刷、滑环等装置，结构 简单，但也需要满足一些特殊的要求。风力发电要求起动风速低，这就要求永磁 电机的定位力矩要尽量小，因此设计时要尽量减小齿槽转矩。另外直驱式风力发 电机工作转速低，极数多，考虑到风力发电机的工作环境，在保证电机性能的条 件下，体积应设计的尽量小。所以定位力矩和性能体积比成为该电机在设计上的 两个主要问题。