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

盘式永磁直驱式风力发电机动画

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。

内转子直驱发电机

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

把定子（含绕组）安装在电机定子机座内，机座上有发电机与风轮的主轴，还有固定发电机的法兰，下图是从两个方向看的视图。

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。

内转子直驱式永磁风力发电机组剖视图

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

在轮毂外安装导流罩，把3个叶片依次安装到轮毂上，组装好风轮，见下图。

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

下面通过动画让这个内转子直驱式永磁风力发电机转起来。

外转子直驱发电机

外转子电机的特点是定子固定在靠轴中间位置不动，转子在定子的外围旋转，也属径向气隙磁通结构，与内转子结构相比是转子与定子换了个位置，图1是外转子发电机平面图，定子在电机内部称为内定子，转子在电机外周，称为外转子。

图1—外转子发电机平面图

图2是定子与转子的局部图，内定子铁芯外圆周均匀分布着许多槽，用来嵌装绕组；外转子内圆周贴有永磁体磁极，磁通方向如图所示。外转子旋转时，绕组切割磁力线感生电势。

图2--外转子发电机的磁路

直驱外转子永磁风力发电机

下面介绍直驱外转子永磁风力发电机组的组成与结构，通过一个永磁外转子发电机模型介绍其构造，图3左图是内定子铁心图，定子铁心由导磁良好的硅钢片叠成，定子铁心外周有许多槽，发电机的绕组就嵌装在槽内，绕组是按三相规律分布（图3右图）。

一般大型直驱风力发电机外转子有30至40对磁极，定子槽数为180至240个左右。为了清晰显示内定子铁心的构造，本模型的线圈槽数比实际直驱发电机要少得多。

图3--直驱发电机内定子铁心与绕组

定子铁心安装在定子支架上，定子支架一端有安装到机舱机座的法兰，另一端是外转子转轴，也是风力发电机的主轴，主轴要负担整个风轮与外转子的重量与风力，主轴与法兰盘要有很高的强度（图4）。

图4—直驱发电机内定子结构

图5是外转子结构剖视图，在两个方向展示其结构。外转子如同一个桶套在定子外侧，由导磁良好的铁质材料制成，在“桶”的内圆周固定有永久磁铁做成的磁极，“桶”就是转子的磁轭，这种结构的优点之一是磁极固定较容易，不会因为离心力而脱落，外转子磁轭固定在转子轴套上。

图5—直驱发电机外转子结构

把外转子安装在发电机主轴上，组成外转子发电机，图6从两个方向展示其结构。外转子轴套既固定外转子，还要安装整个风轮，承受很大的负荷，所以通过两个大轴承安装在发电机主轴上。

直驱外转子永磁风力发电机组

风力发电机安装时，先把机舱吊装在塔架顶端，机舱内固定有机座，机座上有安装直驱发电机的法兰（图7）。

图7--机舱机座图

发电机吊装到机舱旁，把发电机机舱端法兰与机座法兰紧固连接在一起（图8）。

图8--安装直驱发电机

叶片安装在轮毂上，组成风轮，把风轮吊装到发电机旁，用高强度螺栓把风轮轮毂法兰与外转子连接轮毂法兰固定在一起，风轮与外转子就可同步旋转，也就是发电机与风轮直接连接同步旋转。在轮毂外部有导流罩，机舱还有电器柜，控制系统，电机散热系统，测风装置等。

图9是外转子直驱式永磁风力发电机组模型的结构图。

图9--外转子永磁直驱式风力发电机

下面来看一个外转子永磁直驱式风力发电机的动画，可清楚看到外转子如何与风轮同步运转的。

外转子永磁直驱式风力发电机动画

【来源】电力知识课堂返回搜狐，查看更多