CN201332305Y - 风力发电机转子 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种永磁体块不均匀分布在转子表面的风力发电机转子，以解决现有永磁体块均匀分布在转子表面的风力发电机转子造成气隙磁密正弦度较差的不足。该风力发电机转子，其表面设有多块彼此间隔设置的永磁体块，转子的每一极包含至少两块永磁体块，其特征在于：转子极内永磁体块的间距小于极间永磁体块的间距。本实用新型转子极内永磁体块间距减小，而极间永磁体块间距变大，这样大大改善了气隙磁密波形，不但减小了电机的反电动势波形畸变率，也减小了谐波对电网的冲击，从而提高了电机效率和功率因数。

Description

风力发电机转子

技术领域

本实用新型涉及风力发电机技术领域，具体地说，涉及一种风力发电机转子。

背景技术

随着能源问题和环境问题的日益突出，风能作为一种清洁的可再生能源，取之不尽，用之不竭，很好地解决了燃料运输，灰渣处理和环境污染等问题。由于它是自然能源，在常规能源紧张和生态环境遭受污染的时代，风力发电越来越受到人们的重视。世界各国对风力发电的开发利用经过了一个漫长曲折的道路，一些经济发达国家在上个世纪70年代后期先后制定了发展规划，并投入了相当数量的开发资金，取得了显著成绩，现在正朝着大型化、商业化、实用化方向发展。自1990年以来，世界风力发电得到了飞速发展，风力发电装机容量几乎每3年翻一番，到2002年底世界总装机容量已超过3.1×10¹⁰W。预计到2010年装机容量将突破100GW。单机容量从80年代的100～450kW到90年代的500～750kW，目前并网型主力机组是MW级风电机组，正在向5MW的单机容量发展，风力机叶片直径已达80m，塔架高达到100m。

电励磁的同步电机和绕线转子感应电机皆需要通过滑环和电刷实现对转子绕组电流的控制。滑环与电刷之间流过较大的电流，而其相对运动靠滑动接触，除了机械磨损之外，还有电腐蚀，特别对于长期运行在具有潮湿、盐雾等气候条件下的电机，滑环电刷的磨损就更为严重，不仅需要定期维护，而且是容易产生故障的部位。为了提高系统的运行可靠性和实现免维护，无刷化一直是电机的发展趋向。普通笼型转子感应电机是无刷电机，但在变速恒频风电系统中难以直接应用。将二者结合起来，在变速恒频风电系统中最具应用前景的就是永磁电机。

稀土永磁材料的发展也为永磁风力发电机的研制提供了可靠的保证。世界上第一台电机就是永磁电机，但当时所用永磁材料的性能很低，不久被电励磁电机所取代。近几十年来，随着铝镍钻永磁、铁氧体永磁、特别是稀土永磁的相继问世，磁性能有了很大提高，许多电励磁电机又纷纷改用永磁体励磁。与电励磁电机相比，永磁电机有许多优点：稀土永磁材料的高磁能积使得同样输出功率时，整机重量减少30％，同体积时输出功率可增大至50％，同时可减小离心力，提高转速，降低电流强度，减少冷却问题，减少机械轴承问题；高剩磁使得气隙磁通密度较高，可节约铜绕组用量，降低电机成本；高矫顽力使得退磁危险降低，对各种磁体几何形状，磁化强度稳定，给定转子外形设计带来方便，电机的形状和尺寸可以灵活多样；良好的热稳定性(主要指稀土钴)使永磁电机工作可靠，无最低工作温度极限，最高工作温度可到250℃；价格相对低廉，储量较大，尤其我国拥有丰富的稀土资源，会使得电机成本较低，可大规模生产和推广。永磁电机不仅可以部分替代传统的电励磁电机，而且可以实现电励磁电机难以达到的高性能。因此开发、研制永磁风力发电机是势在必行的，特别是表贴式永磁同步发电机。

在大框号下的永磁风力发电机中，由于每极永磁体块体积较大，不易充磁和加工，所以把每极永磁体切割为相等的N块，并且所有永磁体块均匀的分在转子表面。但是由于同一极的永磁体块有间隙，造成气隙磁密正弦度变差，使其应有的优势没有能够明显的体现出来。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种永磁体块不均匀分布在转子表面的风力发电机转子，以解决现有永磁体块均匀分布在转子表面的风力发电机转子造成气隙磁密正弦度较差的不足。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种风力发电机转子，其表面设有多块彼此间隔设置的永磁体块，转子的每一极包含至少两块永磁体块，其特征在于：转子极内永磁体块的间距小于极间永磁体块的间距。

本实用新型中，转子极内永磁体块的间距分别相等，极间的永磁体块的间距也分别相等，进而保证电机的平稳运行。

为了便于安装，转子极内永磁体块的间距不小于转子圆周的1度角。

本实用新型中，多块永磁体块的间隙设有不导磁材料，既可以起到阻尼作用，又有利于对转子轭和永磁体的固定。

永磁体块外侧设有无纬玻璃丝带，以对永磁体起加固和防氧化的作用，同样使结构工艺较为简单，无纬玻璃丝带外侧还设有热套环，起保护丝带和永磁体的作用。

为了便简化铁心冲片程序，并降低成本，通风孔设置在转子转轴上。

本实用新型的风力发电机转子，转子极内永磁体块间距减小，而极间永磁体块间距变大，这样大大改善了气隙磁密波形，不但减小了电机的反电动势波形畸变率，也减小了谐波对电网的冲击，从而提高了电机效率和功率因数。

附图说明

图1为永磁体块均匀分布的风力发电机转子的结构示意图。

图2为本实用新型风力发电机转子的结构示意图。

图3为转子永磁体块均匀分布的风力发电机电动势波形图。

图4为采用本实用新型转子的风力发电机电动势波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1，由于风力发电机转子尺寸较大，外径通常都在数百毫米，因此每极永磁体块体积较大，不易充磁和加工，所以把每极永磁体切割为相等的多块，然后将所有永磁体块均匀的分在转子表面，图1的实例中，每块永磁体块之间的间距为2度圆周角，但是由于同一极内的永磁体块有间隙，造成气隙磁密正弦度变差。

参见图2，本实用新型的风力发电机转子，为了解决均匀分布的永磁体块带来的不足，减小了转子极内永磁体块的间距，增大了极间永磁体块的间距。本实施例中，对于其中一S极而言，极内永磁体块1(相对相邻的N极其也是极间永磁体块)、永磁体块2、永磁体块3和永磁体块4(相对相邻的N极其也是极间永磁体块)之间的间距缩小到1度圆周角，而相邻的S极和N极的极间永磁体块4和永磁体块5之间的间距扩大到5度圆周角，使得极内永磁体块的间距小于极间永磁体块的间距。为了保持电机的稳定运行，实际上每一极极内永磁体块的间距全部是相同的，同理所有极间永磁体块的间距也是相同的，再此就不一一叙述了。

极内永磁体块的间距越小越有利于改善气隙磁密，但如果太小会给永磁体块的安装带来很大的麻烦，因此极内永磁体块的间隔不应小于1度圆周角，本实施例中则采用了最小的间隔距离。

每块永磁体块的间隙均可设置不导磁材料，例如铝合金等，一方面可以起到阻尼作用，另一方面又有利于对转子轭和永磁体的固定。永磁体块的外侧则可捆绑无纬玻璃丝带6，有利于永磁体加固的同时，起到了防氧化的作用，无纬玻璃丝带6外侧再加装热套环7，再进一步对无纬玻璃丝带6和永磁体起保护作用，整个结构工艺都较为简单，并且进一步提高了高速运行发电机的可靠性。为了便简化铁心冲片程序，并降低成本，将通风孔8设置在转轴上。

安装时，首先在转子表面画一道线，在这条线旁边放置一永磁体块，仅用夹具固定住，并不涂抹胶水；然后在已经放置好的永磁体块一侧放置一个和所需间距空间等体积的不导磁材料，在不导磁材料旁边放置第二块永磁体块，将不导磁材料夹在两永磁体块之间，此时再将第二块永磁体块用夹具固定；重复上述步骤，将所有永磁体块和不导磁材料放置完毕。

放置最后一块永磁体的时候放不下(因为前面的排列太松散)或空隙太大(前面的排列太紧密)，将所有的永磁体块和不导磁材料进行调整。调整完毕后，松开某一块永磁体，涂抹胶水，将其固定住，永磁体块两边的非导磁材料还要放置在原来的位置上，这样依次涂抹胶水，将所有的永磁体块依次固定，最后每一块永磁体都要固定在需要的位置上。放置一天一夜后，缠上无纬玻璃丝带6和热套环7，完成整个安装。

参见图3和图4，通过对比可知，本实用新型改善了气隙磁密波形，减小了电机的反电动势波形畸变率，因此也减小了谐波对电网的冲击，从而提高了电机效率和功率因数。

另外，可以理解的是，本实施例仅仅是示意性的采用6极转子进行说明，并非对本实用新型限制，本实用新型的技术方案完全可以运用在8极或者更多极的转子上，而这些变化和改进同样落入本实用新型保护的范围中。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种风力发电机转子，其表面设有多块彼此间隔设置的永磁体块，转子的每一极包含至少两块永磁体块，其特征在于：转子极内永磁体块的间距小于极间永磁体块的间距。

2.如权利要求1所述的风力发电机转子，其特征在于：所述转子极内永磁体块的间距分别相等，转子极间永磁体块的间距分别相等。

3.如权利要求2所述的风力发电机转子，其特征在于：所述转子极内永磁体块的间距不小于转子圆周的1度角。

4.如权利要求1或2所述的风力发电机转子，其特征在于：所述永磁体块的间隙设有不导磁材料。

5.如权利要求4所述的风力发电机转子，其特征在于：所述不导磁材料为铝合金。

6.如权利要求1或2所述的风力发电机转子，其特征在于：所述永磁体块外侧设有无纬玻璃丝带。

7.如权利要求6所述的风力发电机转子，其特征在于：所述无纬玻璃丝带外侧设有热套环。

8.如权利要求1或2所述的风力发电机转子，其特征在于：转子的转轴上设有通风孔。

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