直驱式永磁同步风力发电机概述
永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。
一、永磁同步发电机的特点
1.与传统电励磁同步发电机比较
同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n0=60f/p，其中n0为同步转速，p为极对数。现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。
永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点：
（1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。
（2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。
（3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。
（4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。
（5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。
（6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。
（7）永磁体存在退磁的可能。
目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机，永磁同步发电机在很多应用场合有逐步代替电励磁同步发电机的趋势。
2.与非直驱式双馈风力发电机比较
虽然双馈风力发电机是目前应用最广泛的机型，但随着风力发电机组单机容量的增大，双馈型风力发电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是不用齿轮箱而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生。从中长期来看，直驱型和半直驱型传动系统在大型风力发电机组中的占比将逐步上升。在大功率变流技术和高性能永磁材料日益发展完善的背景下，大型风力发电机组越来越多地采用直驱式永磁同步发电机。
学号
密级 公开
xxxxxxxxx本科生毕业设计
风力发电机传动系统的设计
学院名称：培黎工程技术学院
专业名称：机械设计制造及其自动化
学生姓名：马
指导教师：同 教授
二○一三年五月
BACHELOR'S DEGREE THESIS OF
LANZHOU CITY UNIVERSITY
Design of Transmission System of Wind
Power Generator
College : School of Bailie Engineering & Technology
Subject : Mechanic Design Manufacturing and Automation
Name : Ma
Directed by : Professor Tong Changhong
May 2013
郑重声明
本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。
本人签名： 日期：
摘 要
风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，传动系统是风电机组的核心系统，而齿轮箱又为双馈式风电机组传动系统的核心部件，备受国内外风电行业和研究机构的关注。但由于国内齿轮箱的研究起步晚，技术薄弱，尤其在目前兆瓦级风力发电机中，其属于易过载和过早损坏率较高的部件，且易出故障。与之相对应的，直驱式风力发电机具备低风速时高效率、低噪音等优点，但直驱式发电机组在风力发电越来越大型化发展的今天，其过于庞大的低速发电机运输、吊装困难，制造成本较高。二者相比较，考虑到结构、经济问题，我们就不得不重新思考如何提高齿轮箱的传动效率，从而提高传动系统的传动效率。
酒 泉 职 业 技 术 学 院
毕业设计（论 文）
12 级 风能与动力技术 专业
题 目：1.5MW永磁直驱风力发电机组
发电机的分析
毕业时间： 二O一五年六月
学生姓名： 孙其军
指导教师： 甄亮
班 级： 12级风电（2）班
2014 年 6月20日
酒泉职业技术学院 2015 届各专业
毕业论文（设计）成绩评定表
姓名 班级 专业
指导教师第一次指导意见
年 月 日
指导教师第二次指导意见
年 月 日
指导教师第三次指导意见
年 月 日
指导教师评语及评分
成绩： 签字（盖章） 年 月 日
答辩小组评价意见及评分
成绩： 签字（盖章） 年 月 日
教学系毕业实践环节指导小组意见
签字（盖章） 年 月 日
学院毕业实践环节指导委员会审核意见
签字（盖章） 年 月 日
目录
摘要： ........................................................................................................... 4
一、绪论 ....................................................................................................... 4
永磁同步发电机的结构
直驱式永磁发电机在结构上主要有轴向与盘式两种结构，轴向结构又分为内转子、外转子等；盘式结构又分为中间转子、中间定子、多盘式等；另外还有双凸极发电机与开关磁阻发电机。
一、内转子永磁同步发电机
1.结构模型
图6-9为内转子永磁同步风力发电机组的结构模型。与普通交流电机一样，永磁同步发电机也由定子和转子两部分组成，定子、转子之间有空气隙，转子由多个永久磁铁构成。图6-10为内转子永磁同步发电机的结构模型。
图6-9 内转子永磁同步风力发电机组的结构模型
图6-10 内转子永磁同步发电机的结构模型
2.定子结构
永磁同步发电机的定子铁芯通常由0.5mm厚的硅钢片制成以减小铁耗，上面冲有均匀分布的槽，槽内放置三相对称绕组。定子槽形通常采用与永磁同步电动机相同的半闭口槽，如图6-11所示。为有效削弱齿谐波电动势和齿槽转矩，通常采用定子斜槽。
定子绕组通常由圆铜线绕制而成，为减少输出电压中的谐波含量，大多采用双层短距和星形接法，小功率电机中也有采用单层绕组的，特殊场合也采用正弦绕组。
3.转子结构
由于永磁同步发电机不需要起动绕组，转子结构比异步启动永磁同步电动机简单，有较充足的空间放置永磁体。转子通常由转子铁芯和永磁体组成。转子铁芯既可以由硅钢片叠压而成，也可以是整块钢加工而成。
根据永磁体放置位置的不同，将转子磁极结构分为表面式和内置式两种。表面式转子结构的永磁体固定在转子铁芯表面，结构简单，易于制造。内置式转子结构的永磁体位于转子铁芯内部，不直接面对空气隙，转子铁芯对永磁体有一定的保护作用，转子磁路的不对称产生磁阻转矩，相对于表面式结构可以产生更强的气隙磁场，有助于提高电机的过载能力和功率密度，但转子内部漏磁较大，需要采取一定的隔磁措施，转子结构和加工工艺复杂，且永磁体用量多。
图6-11 典型永磁同步发电机的结构示意图
1—定子铁芯；2—定子槽；3—转子铁芯；4—永磁体；5—轴
