CN113270953A - 一种永磁发电机转子 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种永磁发电机转子，其包括转轴，其还包括若干个扇形柱状的铁芯，所述铁芯沿圆周等距排布在所述转轴周圈，相邻的两个铁芯之间设有扁平状的第一永磁铁，所述铁芯的上下两端均设有扇形的第二永磁铁。本发明通过在铁芯的两侧面与上下两端设有的永磁铁，能够使得每个铁芯的两侧面与上下端面均用永磁铁同级覆盖，因此铁芯的圆周曲面(即瓦面)上形成的磁场能够显著的增强，其可替代单块永磁铁磁极；且铁芯、永磁铁的排布方式，可容易增加永磁铁的数量，以此可进一步地提升转子的磁场强度，以此可提升发电机发电效率。

Description

一种永磁发电机转子
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种永磁发电机转子。
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，更被普遍采用。但是目前有些永磁发电机存在磁场强度不足够，会导致其输出不高等问题。
发明内容
因此，基于以上背景，本发明提供一种能够显著地提高磁场强度，提升发电机输出的永磁发电机转子。
本发明通过以下技术方案实现：
一种永磁发电机转子，其包括转轴，其还包括若干个扇形柱状的铁芯，所述铁芯沿圆周等距排布在所述转轴周圈，相邻的两个铁芯之间设有扁平状的第一永磁铁，所述铁芯的上下两端均设有扇形的第二永磁铁。
对本发明进一步地描述，位于同一铁芯两侧面的第一永磁铁的相对面的磁极相同，位于同一铁芯两端的第二永磁铁的磁极相同。
对本发明进一步地描述，同一铁芯所对两侧的第一永磁铁的磁极与其上下两端所对第二永磁铁的磁极相同。
对本发明进一步地描述，所述铁芯的数量为6n(n为正整数)个，所述第一永磁铁的数量为6n(n为正整数)个，所述第二永磁铁的数量为12n(n为正整数)。
对本发明进一步地描述，所述铁芯的数量为6个或12个或36个，所述第一永磁铁的数量为6个或12个或36个，所述第二永磁铁的数量为12个或24个或72个。
采取上述技术方案，具有的有益效果如下：
本发明通过在铁芯的两侧面与上下两端设有的永磁铁，能够使得每个铁芯的两侧面与上下端面均用永磁铁同极覆盖，因此铁芯的圆周曲面(即瓦面)上形成的磁场能够显著的增强，其可替代单块永磁铁磁极；且铁芯、永磁铁的排布方式，可容易增加永磁铁的数量，以此可进一步地提升转子的磁场强度，以此可提升发电机发电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的截面结构示意图；
图3为本发明的第一永磁铁的磁极分布示范图；
图4为本发明的第一永磁铁和第二永磁铁的磁极分布示范图；
图5为实施例中验证试验所用铁块与永磁铁结构示意图，其中a为正三棱柱铁块结构示意图；b为扁长方体永磁铁结构示意图；c为扁三棱柱体永磁铁的结构示意图；
图中：1-铁芯；2-第一永磁铁；3-转轴；4-第二永磁铁。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“竖向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1：根据图1至图2所示的一种永磁发电机转子，其包括转轴3，其还包括若干个扇形柱状的铁芯1，所述铁芯1沿圆周等距排布在所述转轴3周圈，相邻的两个铁芯1之间设有扁平状的第一永磁铁2，所述铁芯1的上下两端均设有扇形的第二永磁铁4。
在具体实施时，所述第一永磁铁的形状为方形体。
参考图3和图4所示，位于同一铁芯1两侧面的第一永磁铁2的相对面的磁极相同，位于同一铁芯1两端的第二永磁铁4的磁极相同。
可以从图3上看出，顺时针方向上，第一永磁铁2的磁极分别为N-N-S-S-N-N-S-S-N-N，相邻的第一永磁铁均为同磁极相对。
从图4可以看出，位于同一铁芯1的上下两端面的第二永磁铁2均为同磁极相对。且同一铁芯1所对两侧的第一永磁铁2的磁极与其上下两端所对第二永磁铁4的磁极相同，即是扇形柱状的铁芯的四面同磁极覆盖，因此，本发明的转子同一端顺时针方向上相邻的铁芯上覆盖的磁极为异极。
以此，永磁铁磁极对另一永磁铁同极进出的磁通具有阻碍作用，以此可通过限制磁场磁通路径和磁通面积来增大磁场强度。
所述铁芯1的数量为6个，所述第一永磁铁2的数量为6个，所述第二永磁铁4的数量为12个。
为验证本发明的永磁铁的排布，能够显著提高转子磁场强度，作出如下实验。
永磁发电机的发电效率跟部件磁体的磁极强度有关，即磁极强度愈大，则发电效率愈高。因而，要改进永磁发电机的发电效率，选配更强的磁场至关重要。
根据磁场强度(即磁通密度)B等于磁通量
Figure BDA0003085636070000031
与磁通面积s的比值，即
Figure BDA0003085636070000032
由此可知磁场中某点一定截面内磁通量增大，或者使磁场中一定磁通量的磁通面积减小，都可使该截面中的磁场强度增大。以此为基础，接下来做如下实验：
实验器材:一个正三棱柱体铁块(见图5a)；两个扁长方体永磁铁(见图5b)，和两个扁三棱柱体永磁铁(见图5c)，正三棱柱体铁块的棱长(尺寸没有限定要求)约10cm；底面为等边三角形平面，边长约5cm。两个扁长方体永磁铁形状相同，它们的最大长方形侧面(为磁极)和正三棱柱体铁块的长方形侧面形状相同。两块扁三棱柱体永磁铁形状相同,底面为等边三角形(为磁极)，且与三棱柱体铁块底面三角形形状相同。四块永磁铁厚约0.5cm。
操作方法：
用四块永磁铁同极将三棱柱体铁块的两个侧面和两底面完全覆盖(长方形磁极平面和等边三角形磁极分别与三棱柱体铁块的长方形侧面和等边三角形底面重合)。四个永磁铁同极同时覆盖在铁块表面，彼此间还有些斥力，但不大，稍用力按压可使之附贴在铁块表面。这样操作的目的是迫使四个永磁铁同极的磁通只能从三棱柱体铁块的没有被覆盖的侧面通过，在这侧面内的磁通量约等于覆盖铁块表面的四块永磁铁磁极磁通量之和，而其磁通面积却比四块磁极覆盖铁块表面之和的二分之一还小，从而达到增加铁块该侧面内的磁场强度之目的。此时再用其它铁块同一部位接触铁块之未被覆盖侧面和永磁铁磁极，就会发现铁块该表面(侧面)的磁引力比永磁铁磁极的引力明显大两倍多(用吊重比较)，这表明铁块的未被覆盖侧面的磁场强度比永磁铁磁极强度大两倍多。
依上述实验操作增加磁场强度，还须注意减小磁场中磁路的磁阻，并以此为前提。
如果上述实验中用其它非导磁物质三棱柱体代替铁块，那么四块永磁铁同极很难同时覆盖同形状的非导磁物质三棱柱体表面，彼此之间斥力比较大得多，尽管尽力使四块永磁铁同极覆盖其表面，而未被磁极覆盖侧面的磁场强度仍很难增大，甚至比永磁铁磁极强度更小。这表明用非导磁物质(如铜、铝、木头或空隙......)代替导磁物质(即铁块)作为磁路一部分，则该部分磁路的磁阻较大,磁通通过的量较小得多，因而不能增大磁场强度。根据磁阻公式Rm＝L/μA，Rm为磁阻，L为磁路长度，μ为磁介质的磁导率，A为磁路的横截面积。因而，在减小一定磁通量的磁通面积以增加磁场强度时，为避免磁路的磁阻增大，有必要选用磁导率较大的物质(如纯铁等)作为磁路，或尽量减小非导磁物质在磁路中的分量；同时减小磁路的长度。
根据上述实验，可以验证本发明的铁芯与永磁铁的排布可以获得更强磁场，可用以替代永磁发电机的单块永磁铁，可提高发电机的发电效率。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种永磁发电机转子，其包括转轴，其特征在于，其还包括若干个扇形柱状的铁芯，所述铁芯沿圆周等距排布在所述转轴周圈，相邻的两个铁芯之间设有扁平状的第一永磁铁，所述铁芯的上下两端均设有扇形的第二永磁铁。
2.根据权利要求1所述的一种永磁发电机转子，其特征在于，位于同一铁芯两侧面的第一永磁铁的相对面的磁极相同，位于同一铁芯两端的第二永磁铁的磁极相同。
3.根据权利要求1所述的一种永磁发电机转子，其特征在于，同一铁芯所对两侧的第一永磁铁的磁极与其上下两端所对第二永磁铁的磁极相同。
4.根据权利要求1所述的一种永磁发电机转子，其特征在于，所述铁芯的数量为6n(n为正整数)个，所述第一永磁铁的数量为6n(n为正整数)个，所述第二永磁铁的数量为12n(n为正整数)。
5.根据权利要求4所述的一种永磁发电机转子，其特征在于，所述铁芯的数量为6个或12个或36个，所述第一永磁铁的数量为3个或12个或36个，所述第二永磁铁的数量为12个或24个或72个。
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