二極三相交流發電機的轉速約為每分鐘3000轉，四極三相交流發電機的轉速約為每分鐘1500轉。風力發電機的轉速較低，小型風力發電機的轉速約為每分鐘幾百轉。發電機的轉速約為每分鐘幾十轉甚至十幾轉，必須提高齒輪箱的轉速才能帶動發電機按額定轉速旋轉。圖1為帶齒輪箱增速的水平軸風力機結構示意圖。

圖1-帶齒輪箱提速的水平軸風力機

齒輪箱的使用會降低風力渦輪機的效率。變速箱是易損件。尤其是大功率高速齒輪箱2mw風力發電機參數，在風電塔頂環境下磨損極其嚴重，維修難度大。可以不使用齒輪箱直接驅動發電機旋轉，用風力發電機的葉片來發電。這必須使用專用的低速發電機，稱為直驅風力發電機。近年來，直驅式風力發電機已從小型風力發電機發展到大型風力發電機。自主知識產權的國產2MW永磁直驅風力發電機研制成功。據介紹，它是目前國外最大的風力發電機組。

低速發電機均為多極結構。水力發電機是低速多極發電機。目前風電機組使用的直驅發電機主要采用多極結構，包括多極內轉子結構和多極外轉子結構。, 但要求結構較輕。

近年來，高磁能永磁技術發展迅速，特別是稀土永磁材料釹鐵硼在直驅發電機中得到廣泛應用。采用永磁技術的直驅發電機結構簡單，效率高。永磁直驅發電機在結構上主要分為軸式結構和盤式結構。軸結構的磁場方向為徑向氣隙磁通，分為內轉子和外轉子等；盤式結構磁場方向為軸向氣隙磁通，分為中間轉子、中間定子、多盤式等；最近幾年，

圖2為內轉子直驅風力機結構示意圖。其結構類似于水力發電機。定子上有三相繞組，轉子由多個永磁體組成凸極結構。具體結構請參考《永磁內轉子直驅風力發電機》課件。

圖2-內轉子直驅風力發電機

外轉子永磁直驅風力發電機繞組在內定子上，繞組類似于普通三相交流發電機；轉子在定子的外側，由固定在外磁軛內圓面上的多個永磁體組成。磁極結構、外轉子和風輪輪轂安裝為一體并一起旋轉。本專欄對外轉子直驅風力發電機進行了專門介紹。圖3為外轉子直驅風力機結構示意圖。

圖3-外轉子永磁直驅風力發電機

盤式永磁直驅風力發電機的定子和轉子均為平面盤式結構。定子和轉子沿軸向布置。有中間轉子、中間定子和多盤結構。直驅風電機組特別介紹，圖4為中間定子直驅風電機組結構示意圖。

圖4-盤式永磁直驅風力發電機

盤式永磁直驅風力發電機動畫

也有采用上述結構的半直驅發電機，但極數不多，少量提速需要齒輪箱，因為極數少的發電機和低速齒輪，增速小 箱體的制造和維護相對方便，成本相對較低。因此，采用半直驅發電機和低速齒輪箱也是一種折衷方案。

直驅和半直驅發電機也廣泛用于垂直軸風力發電機，多采用盤式永磁直驅風力發電機。相關內容請到《直驅垂直軸風力發電機》課件觀看。

多極永磁直驅風力發電機的結構還有一個重要特點，就是繞組槽數與磁極數不是整數關系。這是因為當所有磁極對應槽數時，磁力線具有最短的磁路和轉子與定子之間的強吸引力，使發電機很難啟動。因此，啟動阻力矩成為永磁發電機的一個重要參數，分數槽的設計可以更好的降低啟動阻力矩。此外，分數槽設計還可以在磁極數相同的情況下減少槽數，降低制造難度。如何選擇永磁發電機的極數和槽數是目前正在研究的新技術，解決方法很多。本專欄就不介紹了。在以下永磁直驅發電機的結構實例中仍沿用它。整數槽。

內轉子直驅發電機

內轉子永磁直驅風力發電機的結構采用普通發電機廣泛使用的結構，采用多凸極結構。氣隙中的磁通方向垂直于電機軸（徑向磁通）。與普通發電機相比，只要求結構更輕。圖1是多極內轉子結構的定子和轉子的局部視圖，顯示了磁通的方向。

圖1-內轉子發電機磁路

下面介紹內轉子永磁直驅風力機模型的結構和組成，首先介紹發電機部分。

發電機定子鐵芯采用硅鋼片制成2mw風力發電機參數，具有良好的導磁性能。許多槽均勻分布在磁芯的內圓周上。定子繞組嵌入定子槽中，形成三相繞組。每相繞組由多個線圈組成。規則排列，見圖2。為了清楚地展示定子鐵芯的結構，該模型中的線圈槽數少于實際直驅發電機的線圈槽數。例如，50對磁極的定子的槽數為150個以上。

圖 2-定子鐵芯和繞組

將定子（包括繞組）安裝在電機定子框架中。機架上有發電機主軸和風輪，還有固定發電機的法蘭。下圖是兩個方向的視圖。

轉子具有多極結構。轉子軛的外圓周上附有多個永磁極，以形成多凸極轉子。相鄰永磁體的外表面極性相反，磁通方向如圖1所示。轉子磁軛通過轉子支架固定在電機軸套上，如圖3所示。

圖3-永磁凸極轉子

轉子安裝在定子的內圓周上，與定子之間有很小的氣隙，可以自由旋轉，如圖4所示。轉子旋轉時，定子繞組切割磁力線，感應出電位。

圖 4-定子和轉子

下面介紹內轉子直驅風力發電機的基本結構。

內轉子直驅永磁風力機剖視圖

在塔頂的機艙內，有一個支撐整個裝置的底座。底座下底盤裝有偏航電機，底座上有固定發電機定子的框架，如圖5所示。

圖5-機艙內的船員基地

將內轉子永磁發電機定子安裝在機架上，如圖6所示。

圖 6-安裝定子

將永磁極轉子安裝在主軸上，見圖7

圖 7-安裝轉子

在輪轂外安裝導流板，將3片葉片依次安裝在輪轂上，組裝風輪，如下圖所示。

將裝有葉片的輪轂安裝在機座軸上，輪轂上裝有變槳機構，輪轂與轉子固定連接，風輪與轉子同步轉動，如圖8所示。

圖8-內轉子直驅永磁風力機的組成

在輪轂外安裝導流板，在機艙內安裝電氣柜、控制系統、潤滑系統、測風裝置等。

圖9為內轉子直驅永磁風力機結構示意圖。

圖9-內轉子直驅永磁風力發電機剖視圖

通過下面的動畫讓內轉子直驅永磁風力發電機旋轉起來。

外轉子直驅發電機

外轉子電機的特點是定子固定在軸的中間，轉子在定子的外圍旋轉。也屬于徑向氣隙磁通結構。與內轉子結構相比，轉子和定子的位置發生了變化。圖1是外轉子發電機的平面圖。定子在電機內部稱為內定子，轉子在電機的外圓周上，稱為外轉子。

圖1-外轉子發電機平面圖

圖2是定子和轉子的局部視圖。內定子鐵芯的外圓周上有許多均勻分布的槽，用于嵌入繞組；外轉子內圓周貼有永磁磁極，磁通方向如圖所示。當外轉子旋轉時，繞組切割磁力線以感應出電勢。

圖2-外轉子發電機磁路

直驅外轉子永磁風力發電機

下面介紹一種直驅外轉子永磁風力發電機的組成和結構。該結構通過永磁外轉子發電機模型介紹。圖3左圖為內定子鐵芯圖。定子鐵芯采用硅鋼片制成，具有良好的導磁性能。，定子鐵芯外圓周上有許多槽，發電機的繞組嵌在槽內，繞組按三相規律分布（圖3右）。

一般大型直驅風力發電機的外轉子有30～40對磁極，定子槽數在180～240個左右。這個模型中的線圈槽比實際的直驅發電機少得多。

圖 3-直驅發電機中的定子鐵芯和繞組

定子鐵心安裝在定子支架上。定子支架的一端有一個法蘭安裝在機艙底座上，另一端是外轉子軸，它也是風力發電機的主軸。主軸承受整個風輪和外轉子的重量和風力。它必須具有法蘭的高強度（圖 4）.

圖4—直驅發電機內定子結構

圖5是外轉子結構的剖視圖，從兩個方向表示其結構。外轉子就像一個套在定子外面的桶。它由具有良好磁導率的鐵材料制成。“桶”的內圓周固定有由永磁體制成的磁極?！巴啊笔寝D子的軛。優點之一是更容易固定磁極，不會因離心力而脫落。外轉子軛固定在轉子軸套上。

圖5——直驅發電機外轉子結構

將外轉子安裝在發電機主軸上，構成外轉子發電機。圖6從兩個方向展示了它的結構。外轉子軸套不僅固定外轉子，還要安裝整個風輪，承受重載荷，所以通過兩個大軸承安裝在發電機主軸上。

直驅外轉子永磁風力發電機組

安裝風力發電機時，首先將機艙吊裝在塔頂，將機座固定在機艙內。底座上有一個用于安裝直驅發電機的法蘭（圖片7）.

圖 7-機艙框圖

發電機吊裝在機艙一側，發電機機艙端法蘭與機座法蘭連接牢固（圖8）.

圖 8-安裝直驅發電機

葉片安裝在輪轂上，形成一個風輪。風輪被吊到發電機的一側。風輪輪轂法蘭與外轉子連接輪轂法蘭用高強度螺栓固定在一起。風輪與外轉子可同步旋轉。即發電機與風輪直接相連，同步旋轉。輪轂外有導流板，機艙內還有電氣柜、控制系統、電機冷卻系統、測風裝置等。

圖9為外轉子直驅永磁風力機模型結構示意圖。

圖9-外轉子永磁直驅風力發電機

讓我們來看看一個外轉子永磁直驅風力發電機的動畫。您可以清楚地看到外轉子如何與風輪同步運行。

外轉子永磁直驅風力發電機動畫