CN101640442A - 一种永磁发电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁发电机转子。由筒状磁轭、磁轭台、瓦状永磁体、轮辐和转轴组成。永磁铁和磁轭台用无磁不锈钢螺栓紧固在筒状磁轭上，永磁体在转子的最外缘，永磁体的极性沿圆周交替排列。磁轭台减少了相邻磁体间的漏磁，提高了永磁体的利用率。本转子磁路设计合理，结构简单，安装方便，永磁铁用量少，特别适合于低转速的大型风力发电机。

Description

一种永磁发电机转子

技术领域

本发明涉及一种发电机转子，特别涉及永磁发电机转子。

背景技术

永磁发电机转子由于其不需要励磁电源，省略了碳刷和导流环，既节省了励磁的能耗，也减少了维修次数，又延长了寿命。因此，在高性能磁体钕铁硼发明后，永磁转子发电机获得越来越多的应用，尤其在对于输出波形要求不高的场合，例如风力发电机，侧更被普遍采用。

从上世纪90年代至今，已有二十几种永磁发电机转子申请了中国专利。由于以前钕铁硼的机械强度差，打孔费时，成品率低，因此这些专利(例如，中国专利公开号CN2586284，公开日2003.11.12，发明名称为“笼式永磁发电机转子；公开号CN201146415，公开日2008.11.05，发明名称为”插片式稀土永磁发电机转子，等等)，多数采用嵌入法或插入法将磁体安装到磁轭中，但这使很大一部分磁力线被磁轭短路，明显降低了永磁体的有效磁通(主磁通)。另外，由于磁体和定子矽钢片之间隔着永磁体的保护层，尤其是保护层为非导磁材料时，使转子和定子之间的有效气隙增加，增加了磁阻，降低了气隙中的磁通密度，从而降低了发电机的输出。对大型风力发电机而言，其每台发电机的磁体用量以吨计。因此，提高磁体利用率，从而减少永磁体的用量，有其重要的经济和结构意义。

随着钕铁硼机械性能的提高和加工工艺的成熟，在钕铁硼上打孔已是容易、廉价和成品率很高的事了。事实上打孔引起的磁通量只损失约百分之一左右，打孔引起的磁通畸变也不大，而且在某些场合，例如风力发电机，对输出波形要求很低，故永磁体上打安装孔不会影响发电机的性能，这些进步为本发明提供了技术支持。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺点，提供一种永磁体利用率(永磁体的磁动势利用率)高和安装方便的永磁转子结构。

本发明的技术方案概述如下；由高导磁率的筒状磁轭1、瓦状的高导磁率的磁轭台2、瓦状永磁体3、转轴4和轮辐5组成，其特征在于：瓦状磁轭台2沿圆周等距离排布于筒状磁轭的圆柱表面，相邻磁轭台之间留有空隙6；磁体3安装在磁轭台2上，并且磁体3的底面与磁轭台2的外表面重合；磁体内的磁力线方向为径向，相邻磁体的极性相反。

理论和实验都证明，当气隙中磁通密度变化时，磁轭中的磁通密度也变化，从而在磁轭中产生涡流，引起能量损耗。为了减少该损耗，本发明中的筒状磁轭1、瓦状磁轭台2和齿状磁轭7，都由矽钢片叠合而成。

为便于安装，本发明中的瓦状磁体上钻有沉头孔或阶梯孔9。磁轭台上钻有通孔8，磁轭上也钻有安装孔，无磁不锈钢螺栓16先后穿过瓦状永磁体，磁轭台和磁轭，将永磁体和磁轭台紧固在磁轭上。

为了结构简单起见，本发明中也采用将磁轭台和筒状磁轭做成一体的方案，成为齿状磁轭7(见图5)。

当在叠合的矽钢片上沿矽钢片平面方向钻孔有难度时。在筒状磁轭1和磁轭台2分开的方案中，在矽钢片13中夹3-15毫米厚的环状铁板10，铁板的位置是使瓦状永磁体和磁轭台的安装孔8、9正好和铁板上的安装孔15重合。

在筒状磁轭和磁轭台做成一体的方案中，也可在矽钢片中夹3-15毫米厚的齿状铁板，并使瓦状永磁体的安装孔和齿状铁板上的安装孔重合。

在要求不高的场合，筒状磁轭1和磁轭台2可以用整块低碳钢或软铁做成。

本发明与现有技术相比有如下有益效果：

(1)本发明中的磁路较合理。磁力线的回路是(见图1)：从第一块瓦状磁体的N极出发-气隙-定子-气隙-相邻(第二块)磁体的S极-第二块磁体下的磁轭台-筒状磁轭-第一块磁体下的磁轭台，回到第一块磁体。由于磁体不是埋在磁轭中，尤其是磁轭台的存在，减少了漏磁，使尽可能多的磁力线进入定子，提高了磁体的利用率，减少了磁体用量，减轻了发电机转子的重量和转动惯量，降低了造价。

(2)磁路中除环状安装铁板和齿状安装铁板(也可不用铁板)外，都用矽钢片，这使涡流热损耗减少，转子温升减小，从而永磁体的温升减小。这使永磁体不易退磁或可以采用矫顽力较低的永磁铁。

(3)本发明用无磁不锈钢螺栓安装，磁体及磁轭台安装和拆卸都方便。

附图说明

图1是本发明转子的横截面图。

图2为瓦状永磁体。

图3为瓦状磁轭台。

图4是由矽钢片叠合而成的筒状磁轭的轴剖面图。两侧为夹板14。

图5为齿状磁轭7的横截面图。图中1为筒状磁轭和磁轭台未合一时磁轭的位置，图中2为未合一时磁轭台的位置。

图6为叠合矽钢片夹带有铁板的磁轭(安装孔15未全画)。图6(a)为正视图，(b)为左视图。

图7为磁体和磁轭台用螺栓安装图。

图中：磁轭1，磁轭台2，永磁铁3，转轴4，轮辐5，磁轭台之间的空隙6，齿状磁轭7(将筒状磁轭和磁轭台合成一体)，磁轭台安装孔8，永磁铁安装孔9，环状铁板10，转子和定子之间的间隙11，定子12，叠合矽钢片13，夹板14，磁轭上的安装孔15，安装螺栓16。

具体实施方式

实施例1：

图1为实施例1的结构的横截面图。瓦状永磁铁3和由矽钢片叠成的磁轭台2用不锈钢螺栓16固定在由矽钢片叠成的筒状磁轭1上(见图7)。磁体3上有沉头孔9(见图2)，使安装螺栓头沉入磁体中。磁轭台上有通孔8(见图3)，可让螺栓16穿过。磁轭1装在带有轴4的轮辐5上，形成转子总体。磁轭台的作用是减少磁力线自我短路，使更多的磁力线进入定子，参与发电。在本发明中磁力线从第一块磁体的N极出发，经气隙11，定子12，再经气隙11，进入相邻的永磁体的S极，经该磁体下的磁轭台、磁轭1，再进入第一块磁体下的磁轭台，再回到第一块磁铁，完成磁回路。由于除气隙11以外，磁力线都在高导磁材料中走，故磁路的磁阻小，其有效磁通密度高。本发明的磁轭台之间留有空隙6，这除了减少相邻磁体间的漏磁以外，还起到冷却风道的作用。为使筒状磁轭1成为牢固的整体，在矽钢片上涂绝缘粘结剂，两端贴上厚夹板14，压实后用轴向螺栓紧固(未画)；磁轭台也作相同的处理。当单块永磁体的轴向长度比转子短时，用几块永磁体轴向拼接.

实施例2：

将矽钢片冲压成图5的形状。叠合后用轴向螺栓(未画)穿牢，使磁轭台和筒状磁轭成为一体，称齿状磁轭7。实施例2的其余部分跟实施例1相同。

实施例3：

在实施例1的由矽钢片叠合而成的磁轭中，夹入与矽钢片形状相同的3-15毫米厚的环状铁板10，铁板的位置是使磁轭台的安装孔8与铁板上的安装孔15重合。这是为避免在矽钢片叠层中在平行于表面打孔有困难时采用的方案。

实施例4：

在实施例1要求不高的场合，筒状磁轭和磁轭台都用软铁或低碳钢做成。

Claims (8)

1.一种永磁发电机转子，由高导磁率的筒状磁轭(1)、瓦状的高导磁率的磁轭台(2)、瓦状永磁体(3)、转轴(4)和轮辐(5)组成，其特征在于：瓦状磁轭台(2)沿圆周等距离排布于筒状磁轭的圆柱表面，相邻磁轭台之间留有空隙(6)；永磁体(3)安装在磁轭台(2)上，并且永磁体(3)的底面与磁轭台(2)的外表面重合；磁体内的磁力线方向为径向，相邻磁体的极性相反。

2.根据权利要求1所述之永磁发电机转子，其特征在于：其筒状磁轭(1)由冲压矽钢片叠合压紧而成，并加轴向螺栓使其成一体。

3.根据权利要求1所述之永磁发电机转子，其特征在于：转子中，其筒状磁轭和瓦状磁轭台做成一体，即将矽钢片冲成齿轮状，再叠合和紧固成整体，这部件定义为齿状磁轭(7)。

4.根据权利要求1所述之永磁发电机转子，其特征在于：瓦状磁轭台上沿径向钻有安装孔(8)。

5.根据权利要求1或3所述之永磁发电机转子，其特征在于：转子中，其瓦状永磁体(3)上钻有沉头孔或阶梯孔(9)，利用螺栓(16)和沉头孔或阶梯孔(9)将瓦状永磁体(3)及磁轭台(2)固定于筒状磁轭(1)上。

6.根据权利要求2所述之永磁发电机转子，其特征在于：筒状磁轭由矽钢片和厚度为3-15毫米厚的形状与矽钢片相同的环状铁板(10)叠合而成，铁板的位置使永磁体的沉头安装孔(9)和环状铁板的外圆上的安装孔(15)重合。

7.根据权利要求3所述之永磁发电机转子，其特征在于：齿状磁轭由矽钢片和3-15毫米厚的形状和矽钢片相同的齿状铁板(10)叠合而成，铁板的位置使永磁体的安装孔(9)和铁板上的安装孔(15)重合。

8.根据权利要求1所述之永磁发电机转子，其特征在于：转子中，其磁轭(1)和磁轭台(2)由低碳钢或软铁制成。

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