二极三相交流发电机转速约每分钟3000转，四极交流

二极三相交流发电机的转速约为每分钟3000转，四极三相交流发电机的转速约为每分钟1500转。风力发电机的转速较低，小型风力发电机的转速约为每分钟几百转。发电机的转速约为每分钟几十转甚至十几转，必须提高齿轮箱的转速才能带动发电机按额定转速旋转。图1为带齿轮箱增速的水平轴风力机结构示意图。

图1-带齿轮箱提速的水平轴风力机

齿轮箱的使用会降低风力涡轮机的效率。变速箱是易损件。尤其是大功率高速齿轮箱2mw风力发电机参数，在风电塔顶环境下磨损极其严重，维修难度大。可以不使用齿轮箱直接驱动发电机旋转，用风力发电机的叶片来发电。这必须使用专用的低速发电机，称为直驱风力发电机。近年来，直驱式风力发电机已从小型风力发电机发展到大型风力发电机。自主知识产权的国产2MW永磁直驱风力发电机研制成功。据介绍，它是目前国外最大的风力发电机组。

低速发电机均为多极结构。水力发电机是低速多极发电机。目前风电机组使用的直驱发电机主要采用多极结构，包括多极内转子结构和多极外转子结构。, 但要求结构较轻。

近年来，高磁能永磁技术发展迅速，特别是稀土永磁材料钕铁硼在直驱发电机中得到广泛应用。采用永磁技术的直驱发电机结构简单，效率高。永磁直驱发电机在结构上主要分为轴式结构和盘式结构。轴结构的磁场方向为径向气隙磁通，分为内转子和外转子等；盘式结构磁场方向为轴向气隙磁通，分为中间转子、中间定子、多盘式等；最近几年，

图2为内转子直驱风力机结构示意图。其结构类似于水力发电机。定子上有三相绕组，转子由多个永磁体组成凸极结构。具体结构请参考《永磁内转子直驱风力发电机》课件。

图2-内转子直驱风力发电机

外转子永磁直驱风力发电机绕组在内定子上，绕组类似于普通三相交流发电机；转子在定子的外侧，由固定在外磁轭内圆面上的多个永磁体组成。磁极结构、外转子和风轮轮毂安装为一体并一起旋转。本专栏对外转子直驱风力发电机进行了专门介绍。图3为外转子直驱风力机结构示意图。

图3-外转子永磁直驱风力发电机

盘式永磁直驱风力发电机的定子和转子均为平面盘式结构。定子和转子沿轴向布置。有中间转子、中间定子和多盘结构。直驱风电机组特别介绍，图4为中间定子直驱风电机组结构示意图。

图4-盘式永磁直驱风力发电机

盘式永磁直驱风力发电机动画

也有采用上述结构的半直驱发电机，但极数不多，少量提速需要齿轮箱，因为极数少的发电机和低速齿轮，增速小 箱体的制造和维护相对方便，成本相对较低。因此，采用半直驱发电机和低速齿轮箱也是一种折衷方案。

直驱和半直驱发电机也广泛用于垂直轴风力发电机，多采用盘式永磁直驱风力发电机。相关内容请到《直驱垂直轴风力发电机》课件观看。

多极永磁直驱风力发电机的结构还有一个重要特点，就是绕组槽数与磁极数不是整数关系。这是因为当所有磁极对应槽数时，磁力线具有最短的磁路和转子与定子之间的强吸引力，使发电机很难启动。因此，启动阻力矩成为永磁发电机的一个重要参数，分数槽的设计可以更好的降低启动阻力矩。此外，分数槽设计还可以在磁极数相同的情况下减少槽数，降低制造难度。如何选择永磁发电机的极数和槽数是目前正在研究的新技术，解决方法很多。本专栏就不介绍了。在以下永磁直驱发电机的结构实例中仍沿用它。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使用的结构，采用多凸极结构。气隙中的磁通方向垂直于电机轴（径向磁通）。与普通发电机相比，只要求结构更轻。图1是多极内转子结构的定子和转子的局部视图，显示了磁通的方向。

图1-内转子发电机磁路

下面介绍内转子永磁直驱风力机模型的结构和组成，首先介绍发电机部分。

发电机定子铁芯采用硅钢片制成2mw风力发电机参数，具有良好的导磁性能。许多槽均匀分布在磁芯的内圆周上。定子绕组嵌入定子槽中，形成三相绕组。每相绕组由多个线圈组成。规则排列，见图2。为了清楚地展示定子铁芯的结构，该模型中的线圈槽数少于实际直驱发电机的线圈槽数。例如，50对磁极的定子的槽数为150个以上。

图 2-定子铁芯和绕组

将定子（包括绕组）安装在电机定子框架中。机架上有发电机主轴和风轮，还有固定发电机的法兰。下图是两个方向的视图。

转子具有多极结构。转子轭的外圆周上附有多个永磁极，以形成多凸极转子。相邻永磁体的外表面极性相反，磁通方向如图1所示。转子磁轭通过转子支架固定在电机轴套上，如图3所示。

图3-永磁凸极转子

转子安装在定子的内圆周上，与定子之间有很小的气隙，可以自由旋转，如图4所示。转子旋转时，定子绕组切割磁力线，感应出电位。

图 4-定子和转子

下面介绍内转子直驱风力发电机的基本结构。

内转子直驱永磁风力机剖视图

在塔顶的机舱内，有一个支撑整个装置的底座。底座下底盘装有偏航电机，底座上有固定发电机定子的框架，如图5所示。

图5-机舱内的船员基地

将内转子永磁发电机定子安装在机架上，如图6所示。

图 6-安装定子

将永磁极转子安装在主轴上，见图7

图 7-安装转子

在轮毂外安装导流板，将3片叶片依次安装在轮毂上，组装风轮，如下图所示。

将装有叶片的轮毂安装在机座轴上，轮毂上装有变桨机构，轮毂与转子固定连接，风轮与转子同步转动，如图8所示。

图8-内转子直驱永磁风力机的组成

在轮毂外安装导流板，在机舱内安装电气柜、控制系统、润滑系统、测风装置等。

图9为内转子直驱永磁风力机结构示意图。

图9-内转子直驱永磁风力发电机剖视图

通过下面的动画让内转子直驱永磁风力发电机旋转起来。

外转子直驱发电机

外转子电机的特点是定子固定在轴的中间，转子在定子的外围旋转。也属于径向气隙磁通结构。与内转子结构相比，转子和定子的位置发生了变化。图1是外转子发电机的平面图。定子在电机内部称为内定子，转子在电机的外圆周上，称为外转子。

图1-外转子发电机平面图

图2是定子和转子的局部视图。内定子铁芯的外圆周上有许多均匀分布的槽，用于嵌入绕组；外转子内圆周贴有永磁磁极，磁通方向如图所示。当外转子旋转时，绕组切割磁力线以感应出电势。

图2-外转子发电机磁路

直驱外转子永磁风力发电机

下面介绍一种直驱外转子永磁风力发电机的组成和结构。该结构通过永磁外转子发电机模型介绍。图3左图为内定子铁芯图。定子铁芯采用硅钢片制成，具有良好的导磁性能。，定子铁芯外圆周上有许多槽，发电机的绕组嵌在槽内，绕组按三相规律分布（图3右）。

一般大型直驱风力发电机的外转子有30～40对磁极，定子槽数在180～240个左右。这个模型中的线圈槽比实际的直驱发电机少得多。

图 3-直驱发电机中的定子铁芯和绕组

定子铁心安装在定子支架上。定子支架的一端有一个法兰安装在机舱底座上，另一端是外转子轴，它也是风力发电机的主轴。主轴承受整个风轮和外转子的重量和风力。它必须具有法兰的高强度（图 4）.

图4—直驱发电机内定子结构

图5是外转子结构的剖视图，从两个方向表示其结构。外转子就像一个套在定子外面的桶。它由具有良好磁导率的铁材料制成。“桶”的内圆周固定有由永磁体制成的磁极。“桶”是转子的轭。优点之一是更容易固定磁极，不会因离心力而脱落。外转子轭固定在转子轴套上。

图5——直驱发电机外转子结构

将外转子安装在发电机主轴上，构成外转子发电机。图6从两个方向展示了它的结构。外转子轴套不仅固定外转子，还要安装整个风轮，承受重载荷，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

安装风力发电机时，首先将机舱吊装在塔顶，将机座固定在机舱内。底座上有一个用于安装直驱发电机的法兰（图片7）.

图 7-机舱框图

发电机吊装在机舱一侧，发电机机舱端法兰与机座法兰连接牢固（图8）.

图 8-安装直驱发电机

叶片安装在轮毂上，形成一个风轮。风轮被吊到发电机的一侧。风轮轮毂法兰与外转子连接轮毂法兰用高强度螺栓固定在一起。风轮与外转子可同步旋转。即发电机与风轮直接相连，同步旋转。轮毂外有导流板，机舱内还有电气柜、控制系统、电机冷却系统、测风装置等。

图9为外转子直驱永磁风力机模型结构示意图。

图9-外转子永磁直驱风力发电机

让我们来看看一个外转子永磁直驱风力发电机的动画。您可以清楚地看到外转子如何与风轮同步运行。

外转子永磁直驱风力发电机动画