CN101572454B - 用于永磁发电机的闭合磁路转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于永磁发电机的闭合磁路转子，包括转子架和固定安装在转子架上的磁性组件。该磁性组件进一步包括：导磁部件，安装在导磁部件的同一侧上表面上且彼此分开设置的两个磁体，该两个磁体顶面的磁性彼此相反，位于两个磁体之间的用于阻断在两个磁体之间的磁力线的隔磁部件，隔磁部件的高度小于两个磁体的高度，位于两个磁体之间且位于隔磁部件之上的闭磁块，该闭磁块用于闭合磁体的磁力线，以及两个分别位于两个磁体的顶面上的用于引导并聚合磁力线的磁极片。本发明的转子可以有效地防止磁力线的外漏，从而提高能量转换的效率，避免能量不必要的浪费。

Description

用于永磁发电机的闭合磁路转子

技术领域

本发明涉及一种转子，特别是涉及一种用于发电机的转子，尤其是涉及一种用于永磁发电机的闭合磁路转子。

背景技术

人类很早就认识到风能是一种可再生、无污染的绿色能源，而且目前世界各国已越来越重视对风力资源的开发和利用。据报道，目前全球风能装机容量已经超过1亿千瓦，而且据预测，到2020年，全球风能装机容量将达10亿千瓦，将占全球电力供应的7％～8％。我国初步探明可开发和利用的风电资源大概有7-12亿千瓦风电，因此可开发的风能潜力巨大，风电具有成为未来能源结构中重要组成部分的资源基础。随着对风力资源的加大开发利用，风力发电机也在向着效率高、低成本、结构简单等方向发展。

当前，结构简单的永磁风力发电机代表了当前风力发电机发展的新方向。永磁式发电机由于省去了传统的励磁式发电机的励磁绕组、碳刷、滑环结构，使得整机的结构简单，避免了励磁绕组易烧毁、断线，可靠性大为提高。永磁风力发电机的核心结构是发电机的转子，风力发电机将风能转化成电能的转化效率的高低，在很大程度上取决于发电机转子和定子的结构设计。

在本技术领域中，永磁发电机的磁路结构可以多种多样，但是漏磁路十分复杂而且漏磁通占的比例较大。而漏磁现象会造成器件局部过热，容易引起器件的老化，更为严重的是会增大能量损耗，降低风能转化成电能的效率，从而造成能量不必要的浪费。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种漏磁小，能量转换效率高且安装方便的发电机转子。

为了解决上述技术问题，本发明的转子包括转子架和固定安装在转子架上的磁性组件。磁性组件进一步包括：导磁部件，安装在导磁部件的同一侧表面上且彼此分开设置的两个磁体，该两个磁体的顶面的磁性彼此相反，位于两个磁体之间的用于阻断在两个磁体之间的磁力线的隔磁部件，位于两个磁体之间且位于隔磁部件之上的闭磁块，该闭磁块用于闭合磁体的磁力线，以及两个分别位于两个磁体的顶面上的用于引导并聚合磁力线的磁极片。

作为本发明的一种优选实施方式，在放置所述闭磁块时，其朝向磁体的一面的极性和与其临近的磁体的端面的极性相同。

作为本发明的另一种优选实施方式，隔磁部件的高度小于磁体的高度。

作为本发明的又一种优选实施方式，闭磁块和隔磁部件安装在一起的总体高度与磁体和磁极片安装在一起的总体高度大致相同。

作为本发明的再一种优选实施方式，每个磁极片具有与磁体的端面相连接的且面积相同的大端，以及与线圈相对应的且面积相同的小端。

作为本发明的另外一种优选实施方式，转子架的外形大致呈齿轮形状，在其中心沿着轴向方向上开设有一个用于安装发电机的转轴的中心孔，在转子架的外缘，并且沿着转子架的圆周方向上均匀地、间隔地开设有多个用于安装磁性组件的槽，在每一个槽中间可以安置一个磁性组件，槽沿转子架的轴向方向贯通开设，在槽与槽之间的部分形成用于固定安装磁性组件的安装架。

作为本发明的又一种优选实施方式，转子还包括用于将磁性组件固定在安装架上的安装片。

作为本发明的另外一种优选实施方式，在安装架的侧壁上，开设有用于安置安装片的侧壁凹槽，在导磁部件的侧壁上也开设有用于安置安装片的凹槽。当导磁部件装入转子架后，侧壁凹槽与导磁部件的凹槽共同形成的凹槽形状与安装片的外形大致一致。在安装片上开设有至少一个用于紧固件从中穿过的通孔，在侧壁凹槽内开设有用于接纳紧固件以便将安装片固定在凹槽内的侧壁安装孔，紧固件可以从安装片的通孔中穿过，再插入安装架的侧壁安装孔内，从而将安装片固定到安装架的侧壁上。

作为本发明的另外一种优选实施方式，在安装架的圆周表面上，分别开设有用于分别安置安装片的周面凹槽；在安装架的周面凹槽内且与安装片上的通孔分别相对应的位置上，开设有用于接纳紧固件以便将安装片固定在周面凹槽内的安装孔，紧固件可以分别从安装片的通孔中穿过，再分别插入凹槽内的安装孔内，而将安装片分别固定到安装架的周面上。

根据本发明的转子由于在其磁性组件的磁体中部安装了用于封闭磁力线的闭磁块，因此可有效地防止磁力线的外漏，从而可以避免元器件的过热现象，更重要的是，还可以提高能量转换的效率，避免能量不必要的浪费。同时，在磁体顶部设置的磁极片具有聚磁作用，由此可以进一步防止磁力线的外漏，从而进一步提高能量的转换效率。采用安装片将磁性组件固定在安装架上的做法使得安装方法简单、易行，便于磁性组件的安装和更换。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的转子的使用状态参考图；

图2是图1所示转子的磁体的立体图；

图3是图2所示磁体的主视图；

图4是图1所示转子的转子架的主视图；

图5是图4所示转子架的左视图；

图6(a)是图1所示转子的一个安装片的立体图；

图6(b)是图1所示转子的另一个安装片的立体图；以及

图6(c)是图1所示转子的再一个安装片的立体图。

具体实施方式

下面将参照附图详细地对本发明的优选实施方式进行说明。

如图1所示，本发明的永磁发电机的转子包括转子架2和固定安装在转子架2上的磁性组件1。转子的外形大致呈圆柱形，其中心开设有一个中心孔12，转子轴可以从转子的中心孔12中穿过。转子轴可以通过花键、平键等以键的方式与转子的中心孔12进行连接，以限制转子轴在转子的中心孔12中的周向运动。另外，在转子轴上还可以设置有限位装置，用以限制转子在转子轴上的轴向运动。

在转子轴上可以设置多个转子，转子的具体数量可以依据功率设计的需要来进行选定。例如，可以将一个转子设计成具有500KW的发电功率；而当需要2000KW的发电功率时，可以在转子轴上排列设置4个转子，这样4个转子的总发电功率就是2000KW。采用这种组合式的阵列式结构，可以使得风力发电机的单位千瓦造价随着机组容量的增加而成本降低，由此彻底改变了传统的单位千瓦造价随机组容量的增加而增加的结论。

如图2所示，磁性组件1可以进一步包括导磁部件3，该导磁部件3可以由硅钢片叠装而成。当然，本发明的转子导磁部件3的材料不仅限于硅钢，只要能达到导磁的效果，选用其它材料也可以，例如采用纯铁、碳钢、合金钢或其他软磁材料。在导磁部件3的侧面靠近其顶面且沿平行于顶面的方向开有凹槽22，该凹槽22用于安置如图6(b)所示的侧壁安装片14。

在导磁部件3的顶面上彼此分开地设置有两个磁体4，这两个磁体4的顶面的极性相反。通常采用粘接剂将这两个磁体4粘接在导磁部件3的同一侧面上，优选地可以采用热合胶来将两个磁体4和导磁部件3粘接在一起。在导磁部件3的表面上以及两个磁体4之间的空隙内安装有隔磁部件5，其用于阻断在两个磁体4之间泄漏的磁力线。该隔磁部件5可以以粘接的方式安装在导磁部件3上，具体地说，通常可以采用粘接剂将隔磁部件5粘接在导磁部件3上，而且所述粘接剂优选地采用热合胶。该隔磁部件5的高度小于磁体4的高度，其可以采用铜作为材料。

继续参照图2，在位于两个磁体4之间且位于隔磁部件5之上安装有闭磁块6，其可以以粘接的方式安装在隔磁部件5的顶面上，并可以优选地采用热合胶来进行上述操作。该闭磁块6用于闭合两个磁体4的磁力线。闭磁块6朝向磁体4的一面9的极性和与其临近的磁体4的顶面8的极性相同。这样，当有磁力线从磁体4的顶面8向着另一个磁体4的方向泄漏时，由于闭磁块6的极性与顶面8的极性相反，在磁场斥力的作用下，闭磁块6可以有效地屏蔽顶面8泄漏的磁力线，由此提高了磁能的利用效率。

在磁体4的两个顶面8上分别粘接有用于引导并聚合磁力线的磁极片7，优选地可以采用热合胶来进行上述操作。每个磁极片7具有与磁体4相粘接且面积相同的大端10，以及与定子线圈相对应的且面积相同的小端11。之所以设计成这样一种上端小、下端大的结构是因为，根据磁场强度设计的需要以及优化结构设计的结果，磁体4的顶面8的面积要大于定子线圈围成的面积。如果没有磁极片7的聚磁作用，那么从磁体4的顶面8的N极穿出的磁力线会有一部分无法进入定子线圈，从而影响有效的磁场强度，并可能降低磁体使用效率，造成能源浪费。然而，在磁体4的顶面8上安装有磁极片7之后，从磁体顶面8的N极穿出的磁力线就可以在磁极片7的聚合作用下，全部从磁极片7的大端10进入而后再从其小端11穿出，再进入到定子线圈。这个过程就像是水流进入漏斗一样，磁力线从大端10进入磁极片7，而从小端11穿出磁极片7，所有的磁力线都被聚拢到一起，由此形成磁通密度很高的磁力线。这样一来，就会大大减少磁力线的泄漏以及磁能的浪费，从而能够提高发电机的工作效率。

当然，磁极片7的形状并不仅限于如图2所示的形状，只要其具有能够起到引导并聚合磁力线作用的任何形状都在本发明的保护范围之内。

在转子工作时，磁力线从其中一个磁体4的N极穿出，进入磁极片7的大端10。然后在磁极片7的引导聚合作用下，从磁极片7的小端11穿出，再穿入定子的线圈之后从另一个磁体4的S极穿入。之后，磁力线再从其N极穿出而进入导磁部件3，以大致平行于导磁部件3顶面的路线穿过整个导磁部件3，而后再从导磁部件3穿出而进入磁体4的S极，从而形成完整的闭合的磁力线。

如图3所示，隔磁部件5的高度B小于磁体4的高度A。但是，闭磁块6和隔磁部件5安装在一起的总体高度C与磁体4和磁极片7安装在一起的总体高度D大致相同。这样的设计一方面能够有效地防止漏磁，另一方面还便于安装。

如图4和图5所示，转子架2的外形大致呈齿轮形状，在其中心沿着轴向方向上开设有一个用于安装发电机的转轴的中心孔12。在转子架2的外缘并且沿着转子架2的圆周方向上，均匀地、有一定间隔地开设有多个用于安装磁性组件1的槽13，在每一个槽13的中间可以安置一个磁性组件1。槽13沿转子架2的轴向方向贯通开设，并且在槽13与槽13之间的部分形成用于固定安装磁性组件1的安装架16。在安装架16的侧壁26上且大致在安装架16中间的位置上，开设有用于安置侧壁安装片14的侧壁凹槽19。当导磁部件3装入槽13之后，该凹槽19与导磁部件3的侧壁凹槽22相配合，以形成用于容纳如图6(a)所示的侧壁安装片14的凹槽。该凹槽的形状与侧壁安装片14的外形大致一致，并稍大于侧壁安装片14的外形，以便能够使安装片14轻松地装入该凹槽中。

如图4和图6所示，在侧壁安装片14上开设有至少一个用于紧固件从中穿过的通孔21，在安装架16的侧壁上的凹槽19内开设有用于接纳紧固件、以便将侧壁安装片14固定在凹槽19和凹槽22内的侧壁安装孔20。紧固件可以从侧壁安装片14的通孔21中穿过，再插入安装架16的侧壁安装孔20内并固定好，从而将侧壁安装片14固定到安装架16的侧壁26上。

如图5和图6所示，在安装架16的圆周面27上，分别开设有用于分别安置如图6(b)和图6(c)所示的安装片15、24的周面凹槽17。在安装架16的周面凹槽17内开设有用于接纳紧固件、以便将安装片15、24分别固定在周面凹槽17内的安装孔18。在安装片15、24上且与安装孔18相对应的位置上，分别相应地开设有至少一个用于紧固件从中穿过的通孔23、25。紧固件可以分别从安装片15、24的通孔23、25中穿过，再分别插入凹槽17内的安装孔18内并固定好，从而将安装片15、24分别固定到安装架16的周面27上。

如图6(a)所示，作为本发明的一个具体实施例，侧壁安装片14大致为两头呈半圆形的长条，而且在靠近侧壁安装片14的半圆形的两个端部分别开有用于紧固件从中穿过的通孔21。该侧壁安装片14的长度以能够将磁性组件1固定到安装架16上为宜。

如图6(b)所示，作为本发明的一个具体实施例，安装片15可以为上端大、下端小的倒梯形形状，而且在该安装片15上开设有用于紧固件从中穿过的通孔23。安装片15的斜面28的倾斜角度与磁极片7的斜面的倾斜角度相配合，而其宽度要稍大于安装架16的宽度，以能够将磁性组件1固定到安装架16上为宜。

如图6(c)所示，作为本发明的一个具体实施例，安装片24的底面为长方形，在其相对应的两个边上分别向同侧斜上方延伸有两个卡边29，该卡边29用于固定磁性组件1的闭磁块6。卡边29与底面可以是一整块材料加工而成，也可以分别加工卡边29和底面，然后将卡边29通过焊接、铆接等连接方式安装到底面上而形成一个整体。卡边29的倾斜角度与闭磁块6侧壁的倾斜角度相配合，以能够将闭磁块6固定到安装架16上为宜。

转子的安装过程是这样的：首先，将导磁部件3、磁体4、隔磁部件5、闭磁块6、磁极片7通过粘接等方式组合成一个整体的磁性组件1；然后，将成为一体的磁性组件1安装到槽13内；接着，将安装片14、15、24分别用紧固件固定在转子架2上。这样一来，安装在槽13内的磁性组件1就不会随着转子的运动而产生随意的晃动。

以上所披漏的仅为本发明的优选实施例，当然不能以此来限定本发明的权利保护范围，可以理解，依据本发明所附权利要求中限定的实质和范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种用于永磁发电机的闭合磁路转子，包括转子架(2)和固定安装在所述转子架(2)上的磁性组件(1)其中，

所述磁性组件(1)包括：导磁部件(3)；安装在所述导磁部件(3)的同一侧上表面上且彼此分开设置的两个磁体(4)，该两个磁体(4)的顶面(8)的磁性彼此相反；位于所述两个磁体(4)之间的用于阻断在两个磁体(4)之间的磁力线的隔磁部件(5)；位于所述两个磁体(4)之间且位于所述隔磁部件(5)之上的闭磁块(6)，该闭磁块(6)用于闭合所述磁体(4)的磁力线；以及两个分别位于所述两个磁体(4)的顶面(8)上的用于引导并聚合磁力线的磁极片(7)；

所述转子架(2)的外形大致呈齿轮形状，在其中心沿着轴向方向上开设有一个用于安装发电机的转轴的中心孔(12)；在所述转子架(2)的外缘，并且沿着所述转子架(2)的圆周方向上均匀地、彼此间隔地开设有多个用于安装所述磁性组件(1)的槽(13)，在每一个所述槽(13)中间可以安置一个磁性组件(1)，所述槽(13)沿所述转子架(2)的轴向方向贯通开设，在所述槽(13)之间的部分形成用于固定安装所述磁性组件(1)的安装架(16)；

还包括用于将所述磁性组件(1)固定在所述安装架(16)上的安装片(14，15，24)。

2.根据权利要求1所述的用于永磁发电机的闭合磁路转子，其特征在于，在放置所述闭磁块(6)时，其朝向所述磁体(4)的一面(9)的极性和与其临近的所述磁体(4)的顶面(8)的极性相同。

3.根据权利要求1或2所述的用于永磁发电机的闭合磁路转子，其特征在于，所述隔磁部件(5)的高度小于所述磁体(4)的高度。

4.根据权利要求1或2所述的用于永磁发电机的闭合磁路转子，其特征在于，所述闭磁块(6)和所述隔磁部件(5)安装在一起的总体高度与所述磁体(4)和所述磁极片(7)安装在一起的总体高度大致相同。

5.根据权利要求1或2所述的用于永磁发电机的闭合磁路转子，其特征在于，所述每个磁极片(7)具有与磁体(4)的顶面(8)相连接的且面积相同的大端(10)，以及与线圈相对应的且面积相同的小端(11)。

6.根据权利要求1所述的用于永磁发电机的闭合磁路转子，其特征在于，在所述安装架(16)的侧壁(26)上，开设有用于安置所述安装片(14)的侧壁凹槽(19)，在所述导磁部件(3)的侧壁上也开设有用于安置所述安装片(14)的凹槽(22)；当所述导磁部件(3)装入所述转子架(16)后，所述侧壁凹槽(19)与所述导磁部件(3)的凹槽(22)共同形成的凹槽形状与所述安装片(14)的外形大致一致；在所述安装片(14)上开设有至少一个用于紧固件从中穿过的通孔(21)，在所述侧壁凹槽(19)内开设有用于接纳所述紧固件、以便将所述安装片(14)固定在所述凹槽内的侧壁安装孔(20)，所述紧固件可以从所述安装片(14)的通孔(21)中穿过，再插入所述安装架(16)的侧壁安装孔(20)内，从而将所述安装片(14)固定到所述安装架(16)的侧壁(26)上。

7.根据权利要求1所述的用于永磁发电机的闭合磁路转子，其特征在于，在所述安装片(15，24)上分别相应地开设有至少一个用于紧固件从中穿过的通孔(23，25)；在所述安装架(16)的圆周面(27)上，分别开设有用于分别安置所述安装片(15，24)的周面凹槽(17)；在所述安装架(16)的周面凹槽(17)内且与所述安装片(15，24)上的通孔(23，25)分别相对应的位置上，开设有用于接纳所述紧固件以便将所述安装片(15，24)分别固定在所述周面凹槽(17)内的安装孔(18)，所述紧固件可以分别从所述安装片(15，24)的通孔(23，25)中穿过，再分别插入所述凹槽(17)内的安装孔(18)内，而将所述安装片(15，24)分别固定到所述安装架(16)的周面(27)上。

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