CN109639006B - 永磁风力发电机永磁转子磁极结构 - Google Patents

永磁风力发电机永磁转子磁极结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁风力发电机新型永磁转子磁极结构，用于永磁嵌入式凸极发电机，包括定子铁芯、转子磁极和转子铁轭，其特征在于，所述转子磁极采用铁轭外边框呈弧形结构的凸极式磁极结构，转子磁极内永磁体分成三段，形成U形聚磁结构，在转子铁轭上部设置若干磁桥，用于调整磁路、优化电感特性。优点：本发明的独特的U形结构的永磁体使得永磁体的可调角度更大，聚磁能力优于一般的内置式永磁电机，因此同功率下使用永磁材料少，节约生产成本；本发明的永磁转子磁极结构的最大输出功率比传统的内置式永磁体结构最大输出功率要大。

Description

永磁风力发电机永磁转子磁极结构
技术领域
本发明涉及一种永磁风力发电机永磁转子磁极结构，属于永磁电机磁极技术领域。
背景技术
近年来，随着海上风电场的快速发展，为了降低风电场的维护成本，人们研究开发了高可靠性的发电机。在湿度和盐雾环境下，内置永磁(IPM)发电机比表面安装的永磁同步发电机更能保护永磁体。在传统的设计方案中往往采用“一”字型或V型永磁体非凸极结构，然而采用这类永磁风力发电机结构，存在一些需要解决的问题：由于内置式永磁电机比表贴式永磁电机的漏磁现象更严重，在一定程度上同功率电机所采用的永磁材料比表贴式更多，因此制造成本更高；其交轴电感大于直轴电感，使发电机的总电磁输出功率降低；传统内置式通风散热性差，永磁体可能在高温下遭受不可逆退磁等。为了改善发电机的特性，需要做一些优化工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供永磁风力发电机永磁转子磁极结构。
为解决上述技术问题，本发明提供一种永磁风力发电机永磁转子磁极结构，用于永磁嵌入式凸极发电机，包括定子铁芯、转子磁极和转子铁轭，其特征在于，所述转子磁极采用铁轭外边框呈弧形结构的凸极式转子磁极，转子磁极内永磁体分成三段，形成U形聚磁结构，在U型聚磁结构上部设置磁桥，用于调整磁路、优化电感特性。
进一步地，所述U形聚磁结构和磁桥安装于铁轭外边框内。
进一步地，所述磁桥设在U形聚磁结构的U形上部。
进一步地，所述铁轭外边框通过固定件固定在转子铁轭上，铁轭外边框两侧为弧形边框。
进一步地，所述固定件采用螺栓。
进一步地，每段所述永磁体两端均设有非磁性材料。
本发明所达到的有益效果：
本发明的独特的U形结构的永磁体使得永磁体的可调角度更大，聚磁能力优于一般的内置式永磁电机，因此同功率下使用永磁材料少，节约生产成本；本发明的永磁转子磁极结构使得直轴电抗大于交轴电抗，最大输出功率比传统的内置式永磁体输出功率要大；弧形边框有利于减小漏磁，两弧形边框磁极之间形成了通风道，比传统的内置式永磁磁极的空气流通性好，从而增强电机散热性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明U型结构与传统V型结构气隙磁通密度分布图；
图3和图4分别为本发明结构对应的直轴和交轴电感在不同电流下的数值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种永磁风力发电机永磁转子磁极结构，用于永磁嵌入式凸极发电机，包括定子铁芯(1)、转子U型磁极(2)、磁桥(4)、转子极铁轭边框(5)、非磁性材料(6)及转子铁轭(7)，定子铁芯(1)上设有定子齿(3)，所述转子磁极采用铁轭外边框呈弧形结构的凸极式转子磁极，转子磁极内永磁体分成三段，形成U形聚磁结构，在转子铁轭上部设置三段磁桥(4)，用于调整磁路、优化电感特性。
根据公式
Figure GDA0003099583750000021
其中P是输出功率，E是空载电动势，V是绕组端电压，ω是旋转角速度，δ是功角，Ld、Lq分别为直轴和交轴电感。通过公式可知
Ld-Lq＞0 (2)
Figure GDA0003099583750000022
如图3和图4所示为本发明U型磁极结构所对应的直轴和交轴电感，可以看出，其直轴电感要大于交轴电感，从而使得带有本发明U型磁极转子结构的电机最大输出功率比传统的内置式永磁体结构输出功率要大。
本实施例中，所述U形聚磁结构和磁桥(4)安装于转子铁轭外边框(5)内。
本实施例中，所述磁桥(4)设在U形聚磁结构的U形上部，能够减小交轴电抗，使得交轴电抗小于直轴电抗，增大电机的最大输出电磁功率。
本实施例中，所述转子铁轭外边框(5)通过螺栓固定在转子铁轭上，铁轭外边框两侧为弧形边框。弧形边框有利于减小漏磁，两弧形边框磁极之间形成了通风道，比传统的内置式永磁磁极的空气流通性好，从而增强电机散热性能。
本实施例中，每段所述永磁体(2)两端均设有非磁性材料(6)，起到减小漏磁和增强磁极机械强度的作用。第一段永磁体和第三段永磁体向上设置，第二段永磁体水平设置在第一段永磁体和第三段永磁体下方，通过在每段永磁体两端填设非磁性材料构成一个完整的U形结构，U形结构的永磁体使得永磁体的可调角度更大，聚磁能力优于一般的内置式永磁电机，因此同功率下使用永磁材料少，节约生产成本，图2所示为本发明中U型结构与传统V型结构气隙磁通密度分布图，两种结构的永磁体采用相同的体积，可以看出，本发明中U型结构比传统V型结构的气隙磁通密度更大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种永磁风力发电机永磁转子磁极结构，用于永磁嵌入式凸极发电机，包括定子铁芯、转子磁极和转子铁轭，其特征在于，所述转子磁极采用铁轭外边框呈弧形结构的凸极式磁极结构，转子磁极内永磁体分成三段，形成U形聚磁结构，在转子铁轭上部设置若干磁桥，用于调整磁路、优化电感特性；
转子铁轭外边框固定在转子铁轭上，转子铁轭外边框两侧为弧形边框，弧形边框有利于减小漏磁，两弧形边框磁极之间形成通风道；
U形聚磁结构和磁桥安装于铁轭外边框内；
U形聚磁结构中第一段永磁体和第三段永磁体向上设置，第二段永磁体水平设置在第一段永磁体和第三段永磁体下方，且第一段永磁体和第三段永磁体的长度均小于第二段永磁体的长度；通过在每段永磁体两端填设非磁性材料构成一个完整的U形结构，U形结构使得永磁体的可调角度大；
磁桥设在U形聚磁结构的U形上部，且有三根，包括中间磁桥和两根侧磁桥，两根侧磁桥呈“八” 字形，两根侧磁桥的底端均指向永磁体端部的非磁性材料。
2.根据权利要求1所述的永磁风力发电机永磁转子磁极结构，其特征在于，转子铁轭外边框通过螺栓固定在转子铁轭上。
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