一種多極永磁電機磁極鐵芯結構的制作方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發明涉及一種永磁電機轉子結構，特別是一種多極永磁電機磁極鐵芯結構，屬于永磁電機技術領域。
【背景技術】
[0002]世界上有兩種電網頻率制式，即50Hz頻率和60Hz頻率制式，無論發電機還是用電設備均要符合以上兩種頻率要求。根據電機轉速公式n = 60f/p可知，發電機的轉速η決定于電網頻率f和電機極對數P，由于電網頻率為恒定值，電機極對數受到電機體積的限制，電機極數不能設置太多，因此，傳統電機通常以每分鐘750轉?3000轉的速度高速運轉。
[0003]隨著石化能源的枯竭和迫于環境污染的壓力，人們越來越倚重于新能源行業的發展，例如風能、太陽能、海洋能、河流能、地熱能等等，新能源行業能量相對分散，能量集中度不夠，其產生的轉速往往很低，新能源發電發出的電能往往需要經過整流逆變轉換，而整流環節要求發電機發出的電能要達到某一頻率，這就要求發電機極數足夠多，才能實現低速時能夠發出一定頻率的電能。傳統的電勵磁發電機極數很少，無法適應這種場合的需要。
[0004]目前，在風力及河流水利發電設備中，為了滿足符合用電設備對發電頻率要求，或為了獲得50Hz頻率或60Hz頻率的電能，目前主要采用四種模式:
[0005]一種是在風輪機或水輪機與發電機之間加一個增速機，形成“風輪機(水輪機)+增速機+發電機”系統，增速機將風輪機或水輪機產生的低轉速轉換為發電機需要的高轉速，如每分鐘750轉、1000轉或1500轉。這種模式的弊端是，由于系統加入增速機后，使效率降低，增加了系統結構，配置復雜、故障率高、運行費用高。
[0006]二是在發電機后面串接整流器和逆變器，形成“風輪機(水輪機)+發電機+整流器+逆變器”系統，將發電機發出的低頻交流電變成直流電，然后逆變器再將直流電逆變成50Hz頻率或60Hz頻率的交流電。在這種模式中系統速較低，但整流器需要發電機發出的交流電在一定頻率(如12Hz)以上，這就要求發電機的極數較多，才能保證整流效果好。另外整流器、逆變器由價格昂貴的大功率模塊制成，價格高、可靠性差，增加了工程造價，維修量大，運行成本高。
[0007]三是在發電系統中既配備增速機，同時又加裝整流器、逆變器，形成“風輪機(水輪機)+增速機+發電機+整流器+逆變器”系統。這個系統主要是保證發電機有較高的轉速，使發出的電能能夠較好地滿足整流器的需要。這個系統最復雜，成本最高，維修量最大，但卻是目前最普遍采用的模式。
[0008]四是風輪機或水輪機直接拖動發電機，發電后發出的電能直接上網或供給用電設備，形成“風輪機(水輪機)+發電機”系統，系統在低轉速下運行發電上網。這是一種最簡潔、最理想的配置，這個系統要求轉速穩定，發電機發出的電壓和頻率必須符合電網制式，要求所配套的發電機要有足夠多的極數，必須在低轉速下發出50HZ或60Hz頻率的電能。
[0009]相比而言，永磁發電機比傳統的電勵磁發電機比較容易實現低速，隨著永磁發電機的推廣應用，在風力發電行業中配置模式逐漸由第一種和第三種模式向第二種模式演變。在第二種模式中系統轉速較低，但發出的電頻率不能太低，一般要求在12Hz以上，否則整流后波形不穩、整流效率低，這要求所配的發電機極數必須足夠多。第四種模式剛開始探索試用，在這種模式中發電機發出的電能必須是50HZ或60Hz，在風電系統或河流發電機系統中，風力機或水輪機的轉速很低，如果系統直接發出50HZ或60Hz頻率的電能，要求發電機必須具有很多的極數。如當發電機轉速在每分鐘20轉時，要發出50HZ的電能，發電機極數必須為300極，這樣多的永磁磁極分布在直徑不大的電機轉子上非常困難，現有的永磁電機轉子結構幾乎難以實現。
【發明內容】
[0010]本發明的技術解決問題是:克服現有技術的不足，提供一種多極永磁電機磁極鐵芯結構，該電機的永久磁鋼可以減少一半，可以較容易實現電機多極的目的，可使發電機發出較高頻率的電能，以滿足后續直接并網或整流逆變并網的需要。
[0011]本發明的技術解決方案是:一種多極永磁電機磁極鐵芯結構，其特點在于:多磁極鐵芯結構由磁極鐵芯和磁鋼兩部分組成，該結構中，磁極鐵芯只安放相同極性的磁極，如N極磁鋼或S極磁鋼，因此在極數相同的情況下這種轉子鐵芯的磁鋼槽減少一半，在兩磁鋼之間留有與磁鋼弧長等尺寸的距離，通過磁力線的閉合，在未開具磁鋼槽的地方形成另一種極性的磁極，即S極或N極，這樣通過安放單一極性的磁鋼，在電機轉子表面形成N、S極性交替的磁場。
[0012]本發明的原理是:在磁鋼槽中只安放N極磁鋼或S極磁鋼，以N極磁鋼為例，磁鋼N極面對氣隙，磁力線從磁鋼N極發出，穿過電機氣隙、定子鐵芯、再折回穿過電機氣隙、進入轉子鐵芯，最終回到磁鋼的S極，形成閉環磁路，在沒有安裝磁鋼的轉子鐵芯表面部分形成S極磁場，這相當于磁鋼背向電機氣隙的極性延伸到未裝置磁鋼部分的轉子表面，使在電機氣隙表面形成N極、S極交替均勻分布的磁場。如果安裝的是S極磁鋼，將在沒有安裝磁鋼的部分形成N極磁場。當發電機在外力作用下推動轉子旋轉，將在定子鐵芯中形成N極、S極的交變磁場，并在定子線圈中產生交變感生電勢，形成發電電壓，將風輪機或水輪機的機械能轉換成電能，達到發電目的。
[0013]本發明與現有技術相比的優點在于:可以使發電機安放的磁鋼數減少一半，降低了電機鐵芯的加工難度、減少了磁鋼件數、降低了安裝難度，簡化了生產工藝、提高了磁鋼的利用率，提高了生產效率、提高了轉子強度、有利于縮小電機體積。這種發電機的面市可以簡化新能源系統配置模式，促進新能源行業的發展。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明所述的一種多極永磁電機磁極鐵芯結構示意圖。
[0015]圖2為本發明所述的一種多極永磁電機磁極鐵芯結構磁力線分布圖。
[0016]如圖1所示，本發明所述的一種多極永磁電機磁極鐵芯，主要由磁極鐵芯1、磁鋼2組成。
[0017]如圖2所示，是表述如何在電機表面形成N極、S極磁場的，磁力線從磁鋼N極發出，穿過電機氣隙、進入定子鐵芯、再折回電機氣隙、進入轉子鐵芯，再到磁鋼的S極，形成閉環磁路，在沒有安裝磁鋼的部分形成S極磁場，使在電機氣隙表面形成N極、S極交替均勻分布的磁場。
【具體實施方式】
[0018]本發明所述的一種多極永磁電機磁極鐵芯結構，如圖1所示，在磁極鐵芯I上均勻開有磁鋼槽，磁鋼槽的槽數與電機的極對數相同，磁鋼槽的弧長寬度與兩磁鋼槽間所留弧長基本相同，磁鋼槽弧長有下列公式計算:
[0019]T= Ji D/P
[0020]其中:T-磁鋼槽的弧長寬度及兩磁鋼槽間弧長的距離，單位:_
[0021]D-電機轉子外徑，單位:mm
[0022]P-電機極數
[0023]在實際生產中，根據磁鋼距電機轉子表面的距離，磁鋼槽的弧長寬度可適當修正。
[0024]磁鋼2安裝在磁極鐵芯I的磁鋼槽中，在安裝時只安裝單一極性的磁鋼，即相對于電機氣隙只安裝N極的磁鋼或只安裝S極的磁鋼。
[0025]本發明既適用于發電機鐵芯結構，也適用于電動機鐵芯結構，既適用于內轉子鐵芯結構也適用于外轉子鐵芯結構。
[0026]在本發明中磁極鐵芯I應用導磁性能良好的材料制成。
【主權項】
1.一種多極永磁電機磁極鐵芯結構,其特征在于:該多磁極鐵芯結構由磁極鐵芯(I)和磁鋼(2)兩部分組成，磁鋼(2)安裝在磁極鐵芯(I)的磁鋼槽中，且只安裝相同極性的磁鋼⑵。2.根據權利要求1所述的一種多極永磁電機磁極鐵芯結構，其特征在于:在磁極鐵芯(I)上均勻開有磁鋼槽，磁鋼槽的槽數與電機的極對數相同，磁鋼槽的弧長寬度與兩磁鋼槽間所留弧長寬度基本相同，按公式T = JiD/P計算確定。3.根據權利要求1所述的一種多極永磁電機磁極鐵芯結構，其特征在于:該多磁極鐵芯既適用于發電機鐵芯結構，也適用與電動機鐵芯結構，既適用于內轉子鐵芯結構也適用于外轉子鐵芯結構。4.根據權利要求1所述的一種多極永磁電機磁極鐵芯結構，其特征在于:在本發明中磁極鐵芯(I)應用導磁性能良好的材料制成。
【專利摘要】一種多極永磁電機磁極鐵芯結構，主要由磁極鐵芯和磁鋼組成。磁極鐵芯均勻分布有與電機極對數相同的磁鋼槽數，在磁鋼槽中安放相同極性的磁鋼，N極或S極，磁極鐵芯由良好的導磁材料制成，在每兩個磁鋼中間形成與磁鋼相反極性的磁極，即S極或N極，最終在電機轉子表面形成N、S均勻交替的磁極。本發明與現有產品相比，可以在磁極鐵芯上少開一半的磁鋼槽，這對多極電機或超多極電機的加工十分有利。用本發明所制成的永磁電機可以較容易實現多極結構，可廣泛地應用在新能源行業，改變現有新能源行業的系統配置，促進新能源行業的發展。
【IPC分類】H02K1/27
【公開號】CN105337433
【申請號】CN201410399736
【發明人】馬力
【申請人】馬力
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2014年8月11日