CN103973009A - 发电机永磁转子的结构布置 - Google Patents

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Abstract

电机中的永磁转子的结构布置，其包括多个插槽，所述多个插槽具有轴向插入的永磁体以形成电机的电极。磁体布置在插槽中，插槽形成在构成转子机械结构的磁板的几何结构中。轴向插槽将转子堆叠板的几何结构分成两个由被称为桥接部的窄的磁性带分开的区域，通过所述桥接部，分散磁通量被调节。由于所述桥接部上的凹部，由此所建立的分散磁通量被减少至少20%。

Description

发电机永磁转子的结构布置
技术领域
本发明涉及发电机转子中的永磁体的布置。所举例的发电机是本发明中所描述的特定实施例中用于获得电的多兆瓦（multimegawatt）发电机。
背景技术
永磁发电机被特定地设计以满足当前的需要。其是高性能发电机，具有增加故障与故障之间的平均时间的特点，因此对于降低这些机器的维护成本非常有效。
通常用来发电的发电机是同步电机，其具有凸出的电极或圆筒形转子。但是，因各种原因，包括维护少、效率高以及更大的可靠性，永磁发电机不断进入市场。永磁电机可以进一步区分为表面配置永磁发电机，即SPMSM（表面永磁体同步电机）和内部配置永磁发电机，即IPMSM（内部永磁体同步电机）。
表面配置永磁发电机本质上包括由磁性材料制造的转子毂，永磁体附加到其上。如果需要，可以围绕转子的外径用合成或金属材料制造附加的环。
在内部磁体发电机中，磁体不位于转子表面上而是嵌入在安置在转子内部的轴向壳体内。这种结构使得更加有利于机电妥协。
本发明聚焦于IPMSM（内部永磁体同步电机）型的永磁发电机，其磁体容纳在安置在转子内部的轴向插槽。
当构造IPMSM型发电机时，构成转子的机械结构通常包括叠层磁板，该叠层磁板彼此隔离并堆叠。以这种方式制造的转子结构具有传输转子中的磁通量的主要作用，除了支撑旋转运动的机械作用外。
这种形状的磁板的几何结构具有两个区域，也就是从转子的外径横跨到容纳磁体的插槽的外部区域和用于磁板剩余部分的其它内部区域。两个区域通过被称为桥接部的窄的带连接在一起。分散磁通量的循环发生在该桥接部区域。这是对产生扭矩没有贡献的磁通量并且必须被最小化从而更加有效率地利用磁性材料。
目前需要要求更大的发电机功率容量以及因此更大的尺寸。在磁带宽方面，转子设计尺寸超过了市场上可以获得的数值，因此在转子中需要分段的结构。
分段转子结构的这种实例必须适应转子形状，从而充分地固定磁体，同时使分散磁通量最小化。
例如，专利CN101494397描述了一种配置有位于铁转子芯上的插槽内的永磁体的变速发电机。
在上述布置中，没有降低永磁体之间的分散磁通量的特定指示。
发明内容
本发明示出了在转子上形成的一些轴向插槽，从而将分段磁板分成两个分开的区域：从外径横跨到容纳磁体的插槽的转子的外部区域；以及对应于磁板的剩余部分的内部区域。考虑到旋转的转子所产生的离心力，两个区域由被称为桥接部的窄的磁性带连接。
该桥接部区域的存在与磁体之间的分散磁通量紧密相关。本专利限定术语分散磁通量为磁体所产生的磁通量的一部分，其没有到达定子并且因此对电机中产生转矩没有作用。磁体的形状被设计成使得一个磁体朝向定子传导其磁通量而下一个磁体被安置在相反的方向上从而产生电机的电极。由磁体所产生的磁通量具有穿过桥接部的低磁阻路径并且倾向于通过这些桥接部返回，构成分散磁通量。该分散磁通量，其通常涉及磁体所产生的总磁通量的高达30%，需要减少，该减少本应该通过使用更大体积的磁体来弥补。
本发明的目的在于修改极间区域中特别是上述限定为桥接部的区域中的电机转子的磁板的形状。该几何形状修改的目的在于减少从磁体到磁体的直接分散磁通量，以及相应地减少总磁通量。因此，通过其更有效率的使用，这有助于减小电机转子中的磁体体积。
附图说明
图1描绘了具有容纳在转子中的轴向插槽内的嵌入磁体的IPMSM结构的常见实施例。
图2描绘了用于分段磁板及其内部磁体的形状的已知IPMSM结构的现有技术的细节。
图3描绘了分散磁通量在桥接部区域内流经的路径的细节。
图4描绘了根据本发明的桥接部区域的详细实施例。
图5描绘了当穿过桥接部区域时分散磁通量流经的路径的新细节。
具体实施方式
图1描绘了根据电机横截面具有八个电极的电机的实施例的方法。构成该电机的元件的组成是永磁发电机内的常见结构，因此，其被认为是落入已知的现有技术。在该布置中，定子1包括外环并且在其上示出了线圈的凹槽。转子2包括内环并且由多个磁板形成，所述磁板具有用于容纳永磁体3的一些轴向插槽。转子单元2以四个磁板组件形成，具有标记磁板组件之间接合的线。
如图2所示，在转子中形成的轴向插槽（仅局部地图示）具有适当大小的尺寸从而容纳磁体3，将磁板分成两个清楚分开的部分：靠近转子外径的外部区域6以及对应于磁板的剩余部分的内部区域5。连接外部区域6和内部区域5的区域是磁板上被称为桥接部7的窄的部分。该桥接部区域7的存在与磁体之间的分散磁通量紧密相关。
图3阐释了由磁体3所产生的磁通量如何具有穿过桥接部7的低磁阻路径，倾向于通过这些桥接部返回并构成分散磁通量9。磁体3的形状被设计成使得一个磁体朝向定子11传导其磁通量而下一个磁体被安置在相反的方向10上。
如图4中所示，本发明描绘了连接外部区域6和内部区域5并包括凹部8的区域中的形状。虽然桥接部区域7中的凹部8在优选实施例中表示为斜面形的，但不能排除执行相同功能的其它形状，并且可以在磁板上形成不同的轮廓。
图5阐释了由磁体3所产生的分散磁通量的上部路径的消除。这样做减少了分散磁通量9同时维持了朝向定子11的磁通量和在相反的方向10上流动的磁通量。分散磁通量11的减少可以估计为减少20%。

Claims (7)

1.一种多兆瓦发电机永磁转子的结构布置，所述多兆瓦发电机具有被称为内部永磁体同步电机的内部配置，所述多兆瓦发电机永磁转子的结构布置包括：分段磁板的堆垛，一个或多个插槽形成在其上，永磁体插入所述插槽中，其中，在转子中形成的轴向插槽将磁板分成两个清楚分开的部分：靠近转子外径的外部区域（6）和对应于磁板的剩余部分的内部区域（5）在磁板上形成被称为桥接部（7）的窄的区域，并且由于桥接部的窄的部分上的材料凹部，减少的分散磁通量流动通过桥接部。
2.根据权利要求1所述的发电机永磁转子的结构布置，其中，凹部位于分段磁板的外径（间隙）上，且其优选地具有斜面形状。
3.根据权利要求1所述的发电机永磁转子的结构布置，其中，转子的机械结构包括堆叠的和分段的磁板，并且所使用的段的长度基于市场上可以获得的带宽。
4.根据权利要求1所述的发电机永磁转子的结构布置，其中，永磁体是烧结的钕基磁体。
5.根据权利要求1所述的发电机永磁转子的结构布置，其中，永磁体是长方体并且轴向地插入在转子的磁板上形成的壳体中。
6.根据权利要求1所述的发电机永磁转子的结构布置，其中，分散磁通量减少的估计值为减少至少20%。
7.根据权利要求1所述的发电机永磁转子的结构布置，其中，所述插槽的径向深度与磁体的高度具有同样的尺寸。
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