直驱式风力发电机技术应用

风能作为一种洁净的可再生能源，随着技术逐步成熟，今后的运行成本会低于水电

和火电，发展前景非常广阔。目前的风力发电机单机容量的不断增大，

 变速恒频、变桨

矩型风力机逐渐占据了主导地位。齿轮箱是在目前

MW 级风力发电机组中过载和过早损

坏率较高的部件，国外开始研制一种直接驱动型的风力发电机

 组（亦称：无齿轮风力

发动机），这种机组采用多级异步电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这
一传统部件（结构特征见下图），具备低噪声、提高机

 组寿命、减小机组体积、降低运行

维护成本、较低的噪音、低风速时高效率等多种优点，在今后风力机发展中有很大的发展
空间［

1～4］。

　　

1995 年美国纽约州的一家

研究机构设计出一种新型可变
磁阻发电机，即使风力发动机中的磁性装置取代了机械的齿轮箱。该设计的特点在于大
量的极有一个比

6 个极造价还便宜的卷绕结构，可变磁阻电机的极结构能够承受万向操

作而不需要提高造价［

1］。

　　

2000 年，加拿大 M.eng. M. Dubois 博士提出风力发电机中的齿轮箱置于电机和转子

之间对部分工作负载的效率提高不利，而且较易受损耗，若使用一个和风力机转速相同
的电机就可以免

 去齿轮箱。事实上在水力电站应用直驱式低速旋转电机并不新鲜，然而

应用于风力发电机则仍有一些问题需要研究，如

University of Durham， Chalmers 

University of technology in Goteborg and Darmstadt University of Technology 等高校研究了
风力机中电机的合适重量；最适合的机型（同步、永磁、可变磁阻等型式）选择；电流和
压力的波动所导致的最高扭矩密度；联

 网用的变流器的选择；采取何种措施达到应有

的噪音水平；在目前推荐使用由多个模块组成，方便运输，且某部件失效时仍可正常运
行的电机的情况下，是否能设计

 不含额外损耗的电机；永磁电机由于高效高扭矩密度

而越来越多地被采用，这是否会导致过量的铁损耗，磁性材料的选择，如何磁化这些材
料，在运行或失效的情况

 下如何防止消磁状况［4］。

　　

1997 年的风机力市场上出现了兼具无齿轮、变速变浆距等特征的风力机， 这些高产

能、运行维护成本低的先进机型有

E-33、E-48、E-70 等型号，容量从 330kW 至 2MW，由

德国

 ENERCON GmbH 公司制造，它们的制造始于 1992 年［4］。2000 年瑞典 ABB 公

司研制成功了

3MW 的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力

发电机

Windformer，容量 3MW、高约 70m、风扇直径约 90m［5，6］。2003 年在 Okinawa

电力公司开始运行的

MWT-S2000 型风力机是日本三菱重工首度完全自行制造的 2MW

级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片［

12］。下表为部分风

力机制造商所申请的直驱式风力机的相关专利：