CN201774325U - 用于1.5mw永磁直驱风力发电机的磁钢 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢，该磁钢横截面为长方形，其中央设有通孔，其上表面为拱形，下表面为拱形，侧面包括上侧面、中侧面、下侧面。与现有技术相比，本实用新型具有结构简单、工艺性好、成本低等优点。

Description

用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢

技术领域

本实用新型涉及一种用于发电机磁钢，尤其是涉及一种用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢。

背景技术

永磁同步发电机从结构上可分外转子和内转子两种，我们知道气隙、直径和电机容量的关系。很显然同一气隙和直径的电机，外转子结构和内转子结构相比，在电气性能是没有区别的。

内转子方式的永磁电机的磁钢是固定在转子外侧或外表面，如果内转子的永磁电机的永磁体是在内转子的外表面固定的，则一般采用在永磁体外面加一个压环用来保护磁体。另外一种方法则是将磁体紧固在特殊加工的转子上的燕尾槽内，用槽楔方式固定。但不论用何种方式固定，其加工要求都很高、很严格。这样就造成加工难度大，成本高。

但是由于内转子方式的永磁电机的磁钢是固定在转子外侧或外表面，如果电机转速较高，则离心力会很大(离心力F＝m·ω2·R)，为防止永磁体的磁体被离心力破碎，第一种方法是，如果内转子的永磁电机的永磁体是在内转子的外表面固定的，则一般采用在永磁体外面加一个压环用来保护磁体。另外一种方法则是将磁体紧固在特殊加工的转子上的燕尾槽内，用槽楔方式固定。但不论用何种方式固定，其加工要求都很高、很严格。这样就造成加工难度大，成本高。

内转子永磁同步发电机中可有四种形式的转子磁路，分别为径向式、切向式、轴向式和混合式，在实际的应用中，常以切向结构和径向磁化结构居多，由于径向磁化结构因为磁极直接面对气隙，具有小的漏磁系数，且其磁轭为一整块导磁体，同时避免了轴向励磁时轴向尺寸过大的问题，因此，工艺实现容易，而且径向磁化结构中，气隙磁感应强度接近永磁体的工作点磁感应强度，虽然没有切向结构那么大的气隙磁密，但也不会太低，所以径向结构具有明显的优越性，也是大型风力发电机设计中应用较多的转子磁路结构。

在切向磁化结构中，永磁体的磁化方向与气隙磁通轴线接近垂直且离气隙较远，其漏磁比径向式结构要大，在切向磁化结构中，永磁体呈并联状态，由两块稀土永磁体提供发电机的每极磁通，可提高气隙磁密，尤其在极数多的情况更为突出。

切向式转子磁路结构由于永磁体和极靴的固定方式不同，通常可分为切向套环式结构和切向槽楔式结构。永磁材料，尤其在稀土钴永磁材料的抗拉强度很低，如果转子上无防护措施，等发电机转子直径较大或高速运转时，转子表面所承受的离心力将使永磁体出现损坏，所以一般在高速运转的同步发电机转子外表加一个套环，通过套环把永磁体和软铁极靴都固定在相应的位置。

切向套环式转子磁路结构的磁通路径为：永磁体N极→软铁极靴→套环的磁性材料段→软铁极靴→永磁体S极。从磁通路径可以看出，套环的一部分是主磁路的组成部分，要求导磁性好，而套环的另一部分是两磁极的间隔，需要隔磁。因此套环是由高精度、高电阻率的磁性金属材料和非磁材料构成。而永磁体和软铁极靴和套环内壁之间是主磁通的路径，零件必须进行高精度加工。

切向槽楔式结构中永磁体用槽楔固定，工艺和结构比较简单，有的发电机将转子沿轴向分为几段，每段为一个磁盘，装配时，先将每一磁盘分别进行组装，再将所有磁盘套装在转轴上。

径向式转子磁路结构中永久磁体磁化方向与气隙磁通轴线一致且离气隙较近，漏磁系数较切向结构小，径向磁化结构中和稀土永磁体工作于路障状态，只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通。因此气隙磁密相对较低。径向式转子磁路结构中永磁体的形状主要有环形、星形、瓦片型和矩形四种。

为了尽可能地减小转子的直径，提高气隙磁密，同时考虑到稀土永磁的矫顽力高，永磁体磁化方向长度可以小，现多采用瓦片形永磁体和矩形永磁体。矩形永磁体的加工费低，磁化均匀，同样永磁材料的磁性能最好。瓦片形永磁体也可以用矩形永磁体条组成，以减小永磁体加工费用。调节瓦片形永磁体的宽度和矩形永磁体极靴的形状和宽度，也就是调节极靴系数，可以改善气隙磁场波形。

混合式转子磁路结构是在径向和切向都放置永磁体，它可以在一定的转子直径下提供更高的气隙磁密，或者要可以在气隙磁密相同的情况下缩小转子体积。在切向永磁体的径向永磁体的尺寸相同的情况下，减少永磁体用量。混合式转子结构复杂，对转子槽型和永磁体的加工精度要求高，制造费时。

轴向式转子的代表结构是爪极式转子，其优点是永磁体形状简单，磁性能好，磁化均匀，利用率高，缺点是爪极结构复杂，制造困难、费时，容量大的机组，爪极受离心力大，需采用专门紧固措施，爪极和法兰盘所占转子体积的比例较大，电机质量增加，不宜制成工频发电机，爪极中脉动损耗较大，效率下降。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、工艺性好、成本低的用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢，其特征在于，该磁钢横截面为长方形，其中央设有通孔，其上表面为拱形，下表面为拱形，侧面包括上侧面、中侧面、下侧面。

所述的通孔包括上部分、下部分，其中上部分为倒圆台体，下部分为圆柱体。

所述的上表面与下表面的拱形的圆弧直径相同。

所述的上侧面为矩形。

所述的中侧面为拱形。

所述的下侧面为矩形。

该磁钢表面镀锌层。

与现有技术相比，本实用新型具有结构简单、工艺性好，成本比传统方式降低10～12％左右。取得良好效果。

(1)磁钢外形为长方形形状，底面有与转子外圆半径相同的弧度，侧面为圆弧形制作简单方便。因底面有与转子外圆半径相同的弧度，使底面能与转子外圆完美吻合，厌氧胶涂层薄厚均匀，磁体受到的紧固力均匀，粘合牢靠。

(2)磁钢中心有一用来穿固定螺钉的通孔，使按装时定位方便、准确，且使转子外圆制造只需加工外圆和钻孔，工艺简单，精度要求低，成本低。

(3)磁钢侧面为圆弧形，不仅使成型时脱模性能好，还使旋转磁场的变化相对平滑，降低由旋转磁场的变化因起的震动和噪声。

(4)高密度玻璃纤维布和环氧树脂胶环绕封闭层有很强的机械结构强度，可有效防止钕铁硼磁钢脱落和氧化。

(5)只需改变磁体体积，不需改变形状，就可获得不同的磁能积，用于不同功率的永磁直驱风力发电机。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的图1的B-B方向上剖视图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1、图2所示，一种用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢，该磁钢横截面为长方形，其中央设有通孔，其上表面2为拱形，下表面7为拱形，侧面包括上侧面6、中侧面4、下侧面3。所述的通孔包括上部分1、下部分5，其中上部分1为倒圆台体，下部分5为圆柱体。所述的上表面2与下表面7的拱形的圆弧直径相同。所述的上侧面6为矩形。所述的中侧面4为拱形。所述的下侧面3为矩形。

磁钢为中心处有一个可以用沉头螺钉固定的通孔，且上视与下视为长方形，底面有与转子外圆半径相同的弧度，侧面为圆弧形，磁钢表面镀锌。

主要技术参数：

永磁材料型号：烧结钕铁硼42SH，

(1)剩磁(Br)：≥1.23～1.29T；

(2)最大磁能积(BH)max：≥36MGOe；

(3)内禀矫顽力(Hcj)：≥19kOe；

(4)内禀矫顽力(Hcj)的温度系数：优于-0.55％/℃(20℃～150℃)；

(5)大块磁体粘接性能达到：室温，剪切强度＞10MPa，120℃，剪切强度＞5MPa。粘接层绝缘＞500MΩ。

本实用新型的内转子的外表面固定磁钢的新方法是用固定螺钉、厌氧胶、绝缘板压条和高密度玻璃纤维布和环氧树脂胶环绕封闭整个转子的外表面的复合式固定方法。

由于本实用新型的磁钢是专门用于风力发电的永磁直驱发电机，请注意必须用于直驱型电机。因为直驱型电机是低速电机，其最高转速也不允许超过30转/分。

磁钢的中心有一用来穿固定螺钉的通孔，表面镀锌。安装时先在要安装磁钢的转子外壳表面涂上厌氧胶，再将磁钢的通孔与安装孔对正，然后每片磁钢中心用1Cr18Ni9Ti的不导磁的不锈钢沉头螺钉压紧定位。在磁钢之间的隔离层是绝缘板。

在所有的磁钢安装完毕后，再以0.1mm厚的高密度玻璃纤维布和环氧树脂胶环绕封闭整个转子的外表面。

这种高密度玻璃纤维布和环氧树脂胶环绕封闭层有很强的机械结构强度，可有效防止钕铁硼磁钢脱落和氧化。本设计具有了双层紧固和良好的防止钕铁硼磁钢氧化作用。

本实用新型的创新处是由于本磁钢的使用，可以使用于永磁风力发电机的磁钢有了一种全新的复合式固定新方法。

因为永磁电机的高品质永磁材料如钕铁硼永磁材料，是金属铁、稀土钕及非金属硼的混合物。其中磁钢制造是先制作各种合金薄板，再将各种材料破碎后按设计比例制成混合物，然后再按设计形状和尺寸压制成型。永磁电机使用的永磁体压制成型后还需进行高温烧结和热处理，最后再进行表面处理。由于这种永磁体制备工艺的原因，永磁体的抗拉伸强度是不可能做得很高的。

但是由于常规内转子方式的永磁电机的磁钢是固定在转子外侧或外表面，如果电机转速较高，则离心力会很大(离心力F＝m·ω2·R)，通常发电机磁体为避免应力集中，不使磁体在离心力作用下碎裂，因而磁体上禁止有孔洞。

由于本实用新型的磁钢是专门用于风力发电的永磁直驱发电机，请注意必须用于直驱型电机。因为直驱型电机是低速电机，其最高转速也不允许超过30转/分。我们经过认真分析研究，永磁直驱风力发电机内转子上磁体所受离心力只是常规电机的几千分之一。

例如直径相同，磁钢质量也相同的6级电机的额定转速1000转/分，而我公司1.5MW永磁电机的额定转速仅为20转/分，因此我公司1.5MW永磁电机额定转速时的离心力仅为磁体质量相同且直径也相同的6级电机所受离心力的1/2500。我公司1.5MW电机磁体所受离心力要小得多！

因此这样我们就设计出一种不同于常规高速电机的内转子制作方法。本设计中，磁钢外形为长方形，中心有一用来穿固定螺钉的通孔。磁刚形状简单，制作方便。我公司1.5MW永磁直驱风力发电机采用本设计结构简单、工艺性好，成本比传统方式降低10％左右。取得良好效果。

Claims (7)

1.一种用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢，其特征在于，该磁钢横截面为长方形，其中央设有通孔，其上表面为拱形，下表面为拱形，侧面包括上侧面、中侧面、下侧面。

2.根据权利要求1所述的一种用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢，其特征在于，所述的通孔包括上部分、下部分，其中上部分为倒圆台体，下部分为圆柱体。

3.根据权利要求1所述的一种用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢，其特征在于，所述的上表面与下表面的拱形的圆弧直径相同。

4.根据权利要求1所述的一种用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢，其特征在于，所述的上侧面为矩形。

5.根据权利要求1所述的一种用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢，其特征在于，所述的中侧面为拱形。

6.根据权利要求1所述的一种用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢，其特征在于，所述的下侧面为矩形。

7.根据权利要求1所述的一种用于1.5MW永磁直驱风力发电机的磁钢，其特征在于，该磁钢表面镀锌层。

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