TW201547157A - 永磁式旋轉電機 - Google Patents

Abstract

目的在於提供一種對永久性磁體的保護及運轉時的冷卻性能提升有貢獻之永磁式旋轉電機。具備：永久性磁體(3)；旋轉件鐵心(5)，係被設在永久性磁體(3)，且被層積在旋轉軸方向；間隔件(14)，係被設在相鄰的旋轉件鐵心(5)間；以及永久性磁體保護構件(20)，係被配置成設在永久性磁體(3)與旋轉件鐵心(5)之間，且在旋轉件鐵心(5)間藉由間隔件(14)彼此而被分隔的空間裡保持維繫在徑方向。

Description

永磁式旋轉電機

本發明有關永磁式旋轉電機，例如有關適合風力發電的永磁式旋轉電機。

近年來，風力發電導入量躍增加，著眼於單機容量增加所致之經濟性提升及發電機的高效率化、小型輕量化，1MW以上大容量永磁式旋轉電機的要求日益增高。

適用於風力發電用的大容量永磁式旋轉電機方面，是被要求有20年左右的長壽命的緣故，永久性磁體的性能被要求要能保持20年左右。在通常的永久性磁體方面，以在永久性磁體表面施以塗布的方式是考慮到抗環境性，但在埋入磁體構造的旋轉件的場合，是有在磁體插入時傷到塗布的問題。因此在磁體插入時，保護塗布的構件變得有必要。

而且在大容量機體的場合例如即便效率越高，其損失的絶對值也會變大。為此，把發熱密度做到與小容量機體差不多以減少損失的話，無論如何永磁式旋轉 電機的大小都得加大。在永磁式旋轉電機的大小加大的場合，重量增加導致製造成本、進而風車的建設成本會增加的緣故，所以有必要縮小永磁式旋轉電機的大小，提升發熱密度。

為了使高發熱密度的旋轉電機成立，有必要強化冷卻構造。在不使用通常的永久性磁體的旋轉電機之下，是考慮到設計通道來做為一個解決方案，但在大容量的永磁式旋轉電機設計通道的例子，至今幾乎是沒有，特別是考慮到與磁體保護構件的關係的例子是沒有的。

於專利文獻1，揭示有防止永久性磁體的破損，且得到馬達特性優異的永久性磁體埋入型馬達的旋轉件的方法。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2012-257390號專利公報

專利文獻1記載的技術，係提示有一種分別插入有利用使讓永久性磁體及上述永久性磁體與磁力線交叉的2面予以露出並予以包圍的非磁性體所構成的蓋件之永久性磁體埋入型馬達的旋轉件，但特別是有關冷卻方面 是沒有被考慮到的。

本發明，其目的在於提供一種對永久性磁體的保護及運轉時的冷卻性能提升有貢獻之永磁式旋轉電機。

有關本發明的永磁式旋轉電機，係為了解決上述課題，具備：永久性磁體；旋轉件鐵心，係被設在該永久性磁體，且被層積在旋轉軸方向；間隔件，係被設在軸方向上相鄰的前述旋轉件鐵心間；以及永久性磁體保護構件，係被配置成設在前述永久性磁體與前述旋轉件鐵心之間，且在前述旋轉件鐵心間藉由前述間隔件彼此而被分隔的空間裡保持維繫在徑方向。

根據本發明，可以提供一種對永久性磁體的保護及運轉時的冷卻性能提升有貢獻之永磁式旋轉電機。

1‧‧‧固定件

2‧‧‧旋轉件

3‧‧‧永久性磁體

4‧‧‧磁體插入孔

5‧‧‧旋轉件鐵心

6‧‧‧軸

7‧‧‧輻

8‧‧‧上線圈

9‧‧‧下線圈

10‧‧‧線圈

11‧‧‧固定件齒

12‧‧‧固定件槽

13‧‧‧固定件鐵心

14‧‧‧通道件

15‧‧‧旋轉件通道

16‧‧‧通道件

17‧‧‧固定件通道

18‧‧‧空隙

19‧‧‧極間通風道

20‧‧‧磁體保護構件

21‧‧‧框架

22‧‧‧冷卻器

23‧‧‧風扇

24‧‧‧旋轉件封裝

25‧‧‧固定件封裝

26‧‧‧風的流動

31‧‧‧風的流動

32‧‧‧風的流動

41‧‧‧通風道

61‧‧‧磁體保護構件

[圖1]為表示本發明的第一實施例的永磁式旋轉電機之2極份的剖視圖。(實施例1)

[圖2]為表示本發明的第一實施例的永磁式旋轉電機之軸方向剖視圖。(實施例1)

[圖3]為表示本發明的第一實施例的旋轉件之鳥瞰圖。(實施例1)

[圖4]為表示本發明的第一實施例的永久性磁體與磁體保護構件之圖。(實施例1)

[圖5]為表示本發明的第一實施例的旋轉件封裝與磁體保護構件的關係之軸方向剖視圖。(實施例1)

[圖6]為表示本發明的第二實施例的永久性磁體與磁體保護構件之圖。(實施例2)

以下，使用圖面說明本發明之永磁式旋轉電機的實施例。尚且各圖中的同一部分賦予相同編號。下述終歸到底是實施例，並非乃是有意圖把本發明的實施態樣限制在下述具體的態樣之意旨。也可以無關於下述實施例，進行種種的變形等。

[實施例1]

於圖1，表示本發明的永磁式旋轉電機的第1實施例之36極162槽的永磁式旋轉電機的2極份。極數或槽數終歸到底是例示。

在本實施例，主要是說明有關從數百kW到數十MW容量的永磁式旋轉電機。於圖1所示樣態，有關本實施例的永磁式旋轉電機主要是利用以下所構成：成為旋轉軸的軸6、介隔著輻7隨軸6的旋轉而旋轉且具備永久 性磁體3之旋轉件2、以及與旋轉件2之間設有間隙18且在旋轉件2的外徑側與旋轉件2對向配置之固定件1。

固定件1成為把線圈10分布捲繞在設在固定件鐵心13的固定件齒11之分布繞組固定件，使該分布繞組連續在圓周方向。固定件鐵心13，係與旋轉件鐵心5在徑方向介隔著間隙而配置的同時被層積在旋轉軸方向。線圈10具有UVW之3相繞線，在本實施例所示之構造中，作為其中一例，說明有關做有槽數為162且電性為36的磁極之場合。而且線圈10係在固定件齒11之間的固定件槽12配置有上線圈8、下線圈9之上下2個線圈。尚且，在本實施例是舉分布繞組固定件為例進行說明，但並非是限定在該捲繞法，也可以是其他的捲繞法。作為其他例，例如有在固定件齒集中線圈捲繞之集中繞組。

旋轉件2，具有：介隔著輻7被連接到軸6且被層積在軸6的軸方向之旋轉件鐵心5、被配置到設在旋轉件鐵心5內部的外徑側的磁體插入孔4內之永久性磁體3、以及保護永久性磁體3之永久性磁體保護構件(以下，簡稱磁體保護構件)20；旋轉件隨著軸6的旋轉而旋轉。磁體保護構件20被固定在永久性磁體3，但以設在永久性磁體3與旋轉件鐵心5之間的方式也是可以保護永久性磁體3。尚且，若為可以傳遞力矩的根數的話，輻7的根數幾根皆可。在本實施例，雖沒有全部圖示，是選擇8根。而且，在本實施例，是成為配置同極的磁體成V字 型的構造，使用2個從徑方向傾斜的永久性磁體3來形成1極。在本實施例，在所鄰接的磁極間，設有被設在旋轉件鐵心5的外形側端部且成為連通在軸方向的連通部之極間通風道19，因而變得更容易通風，但永磁式旋轉電機的溫度有餘裕的話，亦可不設極間通風道19。而且為了在徑方向設有讓風通過的通道，配置作為間隔件而發揮功能之通道件14。通道件14，具有：位在永久性磁體3彼此的中間且延伸在徑方向的部分、以及在其圓周方向兩側分別與永久性磁體3平行配置的部分。本實施例的配置終歸是一個例子，其他的配置若為風可以通過的配置的話也沒有問題。鄰接的輻7所形成的空間連通在旋轉軸方向，形成連通部。冷媒係通過該連通部，比起永久性磁體3更在內徑側，送入在軸方向上。

磁體保護構件20被配置成在軸方向上相鄰的旋轉件鐵心5間且藉由在通道件14而被分隔的空間裡保持維繫在徑方向。因此，該空間從徑方向內側朝外側送冷媒是不會有妨礙的。或是磁體保護構件20被配置成在該空間不分斷在徑方向。分斷的話會變成遮蔽到從徑方向內側朝外側流動的冷媒，但沒有分斷的緣故，這樣不會發生冷媒的遮斷。在本實施例中，在軸方向上相鄰的旋轉件鐵心5間且藉由通道件14而被分隔的空間，係相當於用旋轉件通道15所涵蓋到的空間。

在本實施例，磁體保護構件20的形狀成為把略長方體形狀的永久性磁體3從軸方向兩側予以包挾之ㄈ 字形狀。換言之，磁體保護構件20，具有：設在永久性磁體3與旋轉件鐵心5之間且在軸6方向上的部位(ㄈ字，上下邊的連結部)、以及從該部位的軸方向兩端沿永久性磁體3的外形而屈曲的部位(ㄈ字，上下邊的連結部)。此乃是在朝軸方向插入磁體之際，變成僅對磁體保護構件20施加軸方向的力之樣態，擔任更加減少施加到永久性磁體3的衝擊的任務。磁體保護構件20被配置成從永久性磁體3的徑方向內側與徑方向外側的兩端包挾住永久性磁體3。

於圖2表示第一實施例的永磁式旋轉電機的軸方向剖視圖與通風經路。風的流動係如箭頭26的樣子流動。為了通風，旋轉件2係把使用了0.5mm厚等的矽鋼板之旋轉件鐵心5層積到某個程度的厚度來構成旋轉件封裝24，其中於旋轉件封裝24間，經由包挾以例如鋁或鐵等的金屬所作成的通道件14的方式構成旋轉件通道15，作為通風道。固定件1也同樣，把使用了0.5mm厚等的矽鋼板之固定件鐵心13層積到某個程度的厚度來構成固定件封裝25，其中於固定件封裝25間，經由包挾以鋁或鐵等的金屬所作成並作為間隔件而發揮功能的通道件16的方式構成固定件通道17。

在本實施例，在永磁式旋轉電機的框架21的上部安裝有與永久性磁體旋轉電機的外部進行熱交換之冷卻器22，於前述冷卻器22的兩側安裝有風扇23。在本實施例，風扇23為把外部動力作為必要之型式，但亦可使 用安裝到軸6的風扇。

因風扇23所引起之風的流動26，係在旋轉件1裡通過輻7之間(內徑側的連通部)、空隙18、極間通風道19之其中任一者朝軸方向內側輸送。輻7之間的連通部係與旋轉件通道15連通，通過輻7之間的軸方向的風的流動，係通過旋轉件通道15朝圓周方向導入。通過旋轉件通道15的風，係介隔著空隙18朝固定件通道17流動，回到冷卻器22。在冷卻器22進行與旋轉電機外部的熱交換，進行旋轉電機的冷卻。尚且，冷卻器22的冷媒可為空氣、水、或是其他的冷媒，可以除去旋轉電機的損失的話就沒有問題。如此形成永磁式旋轉電機內的風的流動。在旋轉件通道15除去永久性磁體3的發熱、或旋轉件鐵心5的發熱。在固定件通道17除去固定件鐵心13、線圈10的發熱。

在本實施例，旋轉件通道15與固定件通道17係在軸方向以等間隔(沒有必要是嚴格的等間隔，實質上等間隔即可。)對向，旋轉件軸方向端部係以旋轉件鐵心為終點，但不限於本構造，亦可通道不一致、通道的幅相異、通道的數目相異、或是旋轉件軸方向端部在旋轉件鐵心以外為終點者。在旋轉件通道15與固定件通道17在軸方向上以等間隔對向的場合，特別是在徑方向可以減少流動的損失，對冷卻性提升更有貢獻。

為了更詳細說明圖2的旋轉件通道15，於圖3表示第一實施例的旋轉件鐵心部2極、2旋轉件封裝份 的鳥瞰圖。而且，於圖4表示2個份的第一實施例的永久性磁體3與磁體保護構件20。如圖3所示，隨著旋轉件封裝被層積在軸方向，藉由通道件16形成旋轉件通道15。圖3的紙面左側為軸中心，從軸中心部向外徑方向如箭頭31般流動風。此時，磁體保護構件20為覆蓋永久性磁體整面的形狀，變成擋住旋轉件通道15的形狀，不流動如箭頭32之樣的風，通風抵抗增加，結果通風量降低。在此，如圖4所示的本實施例般，以在永久性磁體3的兩側面形成磁體保護構件20使得以產生通風道41的方式，如圖3的箭頭32般流動風，可以確保必要的通風量。具體方面，在本實施例，磁體保護構件20做成為具有以下的樣子：設在永久性磁體3與旋轉件鐵心5之間軸6方向上的部位、以及從該部位的兩端沿永久性磁體3的外形屈曲的部位。

於圖5表示第一實施例的磁體保護構件20與旋轉件封裝24、通風道41之關係。經由把圖4般的永久性磁體3與磁體保護構件20連結在軸方向上的方式，明白於旋轉件封裝24間，產生通風道41。

而且、旋轉件鐵心5係層積矽鋼板等的薄板而構成的緣故，開孔在旋轉件鐵心5的永久性磁體插入孔4係在軸方向具有微少的段差。為此，在已把永久性磁體3軸方向插入到永久性磁體插入孔4內的場合，因為微少的段差導致永久性磁體3的塗布剝落等傷害，長期可靠性下降。在此，利用把磁體保護構件20位置在永久性磁體 3與旋轉件鐵心5之間的方式，防止永久性磁體插入孔4與永久性磁體3直接接觸，防止受傷。特別是，若磁體保護構件20涵蓋並覆蓋到永久性磁體3之軸方向全體的話，有可能受傷的露出部分不會存在，是為較佳。

而且，在本實施例，於磁體保護構件20是採用鋁，但亦可為其他的塑膠或樹脂、金屬。採用金屬構件的場合係不會短路永久性磁體3的磁束，故使用非磁性體者為佳。

而且，在本實施例雖未圖示，在本實施例對永久性磁體3使用塗布、其他的保護材料也沒有任何問題的。

而且，是期望永久性磁體3與磁體保護構件41是用接著劑等來固定。

磁體保護構件20係經由被配置成在軸方向上相鄰的旋轉件鐵心5間且藉由通道件14而被分隔的空間裡保持維繫在徑方向，或者是被配置成不分斷在徑方向的方式，可以讓冷媒從徑方向內側流到外側，可以提升運轉時的冷卻性能。經由提升冷卻性能，可以提高永磁式旋轉電機的發熱密度，變成也可以圖求永磁式旋轉電機的小型化。而且在提高冷卻性的另一方面，磁體保護構件20是設在永久性磁體3與旋轉件鐵心5之間的緣故，於組裝時等不會傷到永久性磁體。

[實施例2]

使用圖6表示第二實施例的永久性磁體與磁體保護構件之關係。在本實施例，一個磁體保護構件61是設成涵蓋在：在旋轉軸方向鄰接之複數個永久性磁體3、與設有所鄰接之複數個永久性磁體3之旋轉件鐵心5之間。如圖6所示以形成磁體保護構件61使得在軸方向連結2個磁體的方式，可以減少磁體插入時的插入次數。有關這些以外的特點，係與實施例1同樣，省略在此的重複說明。

在上述各實施例，實施鄰接在旋轉軸方向的磁體保護構件彼此相互接觸的樣態。經此，連續在旋轉軸方向的磁體保護構件可以傳遞軸方向的力。此乃是在組裝時，在插入永久性磁體的情況下，簡單完成插入，插入後，對於防止永久性磁體移動在軸方向特別有貢獻。

尚且，在上述各實施例，作為一個具體例，是說明了有關磁體保護構件20做成為具有以下的場合：設在永久性磁體3與旋轉件鐵心5之間軸6方向上的部位、以及從該部位的兩端沿永久性磁體3的外形屈曲的部位；但亦可以為例如磁體保護構件在旋轉件鐵心間具有旋轉軸方向的長度為相異的部位。在磁體保護構件在旋轉件鐵心間具有旋轉軸方向的長度為相異的部位之樣態下，於旋轉軸方向產生段差，朝徑方向的風可以流動。

更進一步，作為磁體保護構件在旋轉件鐵心間具有旋轉軸方向的長度為相異的部位的場合之具體的態樣，磁體保護構件在旋轉件鐵心間至少可以部分地中斷。 若至少一部分中斷的話，於旋轉軸方向所產生的空間變大，朝徑方向的風會更加容易流動。

而且，磁體保護構件係亦可做成在旋轉件鐵心間，比起作為間隔件而發揮功能的通道件，其旋轉軸方向的長度為短的樣態。

1‧‧‧固定件

3‧‧‧永久性磁體

4‧‧‧磁體插入孔

14‧‧‧通道件

15‧‧‧旋轉件通道

20‧‧‧磁體保護構件

24‧‧‧旋轉件封裝

31‧‧‧風的流動

32‧‧‧風的流動

Claims (14)

1. 一種永磁式旋轉電機，具備：永久性磁體；旋轉件鐵心，係被設在該永久性磁體，且被層積在旋轉軸方向；間隔件，係被設在相鄰的前述旋轉件鐵心間；以及永久性磁體保護構件，係被配置成設在前述永久性磁體與前述旋轉件鐵心之間，且在前述旋轉件鐵心間藉由前述間隔件彼此而被分隔的空間裡保持維繫在徑方向。
2. 如請求項1之永磁式旋轉電機，其中，前述永久性磁體保護構件係在前述旋轉件鐵心間具有前述旋轉軸方向的長度為相異的部位。
3. 如請求項2之永磁式旋轉電機，其中，前述永久性磁體保護構件係在前述旋轉件鐵心間至少部分地中斷。
4. 如請求項3之永磁式旋轉電機，其中，前述永久性磁體保護構件被配置成包挾前述永久性磁體。
5. 如請求項4之永磁式旋轉電機，其中，前述永久性磁體保護構件，具有：設在前述永久性磁體與前述旋轉件鐵心之間旋轉軸方向上的部位、以及從該部位的旋轉軸方向兩端沿前述永久性磁體的外形屈曲的部位。
6. 如請求項1至5中任1項之永磁式旋轉電機，其 中，前述永久性磁體保護構件係在前述旋轉件鐵心間，比起前述間隔件，其前述旋轉軸方向的長度為短。
7. 如請求項1至5中任1項之永磁式旋轉電機，其中，一個前述永久性磁體保護構件是設成涵蓋在：在旋轉軸方向鄰接之複數個前述永久性磁體、以及設有該所鄰接的複數個前述永久性磁體之旋轉件鐵心之間。
8. 如請求項1至5中任1項之永磁式旋轉電機，其中，在旋轉軸方向鄰接之前述永久性磁體保護構件彼此相互接觸。
9. 如請求項1至5中任1項之永磁式旋轉電機，其中，在鄰接的磁極間，具備被設在前述旋轉件鐵心外形側端部且連通在前述旋轉軸方向之連通部。
10. 如請求項1至5中任1項之永磁式旋轉電機，其中，前述永久性磁體與前述永久性磁體保護構件用接著劑接著。
11. 如請求項1至5中任1項之永磁式旋轉電機，其中，於前述永久性磁體的徑方向內側具備連通在前述旋轉軸方向之連通部，該連通部係在前述旋轉件鐵心間與藉由 前述間隔件彼此而被分隔的空間連通。
12. 如請求項11之永磁式旋轉電機，其中，把前述旋轉件鐵心支撐在旋轉軸的同時藉由相互鄰接的輻，形成前述連通部。
13. 如請求項1至5中任1項之永磁式旋轉電機，其中更具備：固定件鐵心，係在徑方向介隔著間隙與前述旋轉件鐵心做配置且同時被層積在旋轉軸方向；以及固定件側間隔件，係被設在相鄰的前述固定件鐵心間。
14. 如請求項13之永磁式旋轉電機，其中，在前述固定件鐵心間藉由被設在前述固定件鐵心間的前述間隔件彼此而被形成的固定件通道、以及在前述旋轉件鐵心間被設在前述旋轉件鐵心間且藉由前述間隔件彼此而被形成的旋轉件通道，係在軸方向上以等間隔對向。