一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，特別是一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu)，屬于永磁電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]世界上有兩種電網(wǎng)頻率制式，即50Hz頻率和60Hz頻率制式，無論發(fā)電機(jī)還是用電設(shè)備均要符合以上兩種頻率要求。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速公式n = 60f/p可知，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速η決定于電網(wǎng)頻率f和電機(jī)極對(duì)數(shù)P，由于電網(wǎng)頻率為恒定值，電機(jī)極對(duì)數(shù)受到電機(jī)體積的限制，電機(jī)極數(shù)不能設(shè)置太多，因此，傳統(tǒng)電機(jī)通常以每分鐘750轉(zhuǎn)?3000轉(zhuǎn)的速度高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0003]隨著石化能源的枯竭和迫于環(huán)境污染的壓力，人們越來越倚重于新能源行業(yè)的發(fā)展，例如風(fēng)能、太陽能、海洋能、河流能、地?zé)崮艿鹊?，新能源行業(yè)能量相對(duì)分散，能量集中度不夠，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速往往很低，新能源發(fā)電發(fā)出的電能往往需要經(jīng)過整流逆變轉(zhuǎn)換，而整流環(huán)節(jié)要求發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能要達(dá)到某一頻率，這就要求發(fā)電機(jī)極數(shù)足夠多，才能實(shí)現(xiàn)低速時(shí)能夠發(fā)出一定頻率的電能。傳統(tǒng)的電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)極數(shù)很少，無法適應(yīng)這種場合的需要。
[0004]目前，在風(fēng)力及河流水利發(fā)電設(shè)備中，為了滿足符合用電設(shè)備對(duì)發(fā)電頻率要求，或?yàn)榱双@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(fēng)輪機(jī)或水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)之間加一個(gè)增速機(jī)，形成“風(fēng)輪機(jī)(水輪機(jī))+增速機(jī)+發(fā)電機(jī)”系統(tǒng)，增速機(jī)將風(fēng)輪機(jī)或水輪機(jī)產(chǎn)生的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)需要的高轉(zhuǎn)速，如每分鐘750轉(zhuǎn)、1000轉(zhuǎn)或1500轉(zhuǎn)。這種模式的弊端是，由于系統(tǒng)加入增速機(jī)后，使效率降低，增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，配置復(fù)雜、故障率高、運(yùn)行費(fèi)用高。
[0006]二是在發(fā)電機(jī)后面串接整流器和逆變器，形成“風(fēng)輪機(jī)(水輪機(jī))+發(fā)電機(jī)+整流器+逆變器”系統(tǒng)，將發(fā)電機(jī)發(fā)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(tǒng)速較低，但整流器需要發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電在一定頻率(如12Hz)以上，這就要求發(fā)電機(jī)的極數(shù)較多，才能保證整流效果好。另外整流器、逆變器由價(jià)格昂貴的大功率模塊制成，價(jià)格高、可靠性差，增加了工程造價(jià)，維修量大，運(yùn)行成本高。
[0007]三是在發(fā)電系統(tǒng)中既配備增速機(jī)，同時(shí)又加裝整流器、逆變器，形成“風(fēng)輪機(jī)(水輪機(jī))+增速機(jī)+發(fā)電機(jī)+整流器+逆變器”系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要是保證發(fā)電機(jī)有較高的轉(zhuǎn)速，使發(fā)出的電能能夠較好地滿足整流器的需要。這個(gè)系統(tǒng)最復(fù)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(fēng)輪機(jī)或水輪機(jī)直接拖動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電后發(fā)出的電能直接上網(wǎng)或供給用電設(shè)備，形成“風(fēng)輪機(jī)(水輪機(jī))+發(fā)電機(jī)”系統(tǒng)，系統(tǒng)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行發(fā)電上網(wǎng)。這是一種最簡潔、最理想的配置，這個(gè)系統(tǒng)要求轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓和頻率必須符合電網(wǎng)制式，要求所配套的發(fā)電機(jī)要有足夠多的極數(shù)，必須在低轉(zhuǎn)速下發(fā)出50HZ或60Hz頻率的電能。
[0009]相比而言，永磁發(fā)電機(jī)比傳統(tǒng)的電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)比較容易實(shí)現(xiàn)低速，隨著永磁發(fā)電機(jī)的推廣應(yīng)用，在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)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(tǒng)轉(zhuǎn)速較低，但發(fā)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(wěn)、整流效率低，這要求所配的發(fā)電機(jī)極數(shù)必須足夠多。第四種模式剛開始探索試用，在這種模式中發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能必須是50HZ或60Hz，在風(fēng)電系統(tǒng)或河流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，風(fēng)力機(jī)或水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速很低，如果系統(tǒng)直接發(fā)出50HZ或60Hz頻率的電能，要求發(fā)電機(jī)必須具有很多的極數(shù)。如當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在每分鐘20轉(zhuǎn)時(shí)，要發(fā)出50HZ的電能，發(fā)電機(jī)極數(shù)必須為300極，這樣多的永磁磁極分布在直徑不大的電機(jī)轉(zhuǎn)子上非常困難，現(xiàn)有的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)幾乎難以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu)，該電機(jī)的永久磁鋼可以減少一半，可以較容易實(shí)現(xiàn)電機(jī)多極的目的，可使發(fā)電機(jī)發(fā)出較高頻率的電能，以滿足后續(xù)直接并網(wǎng)或整流逆變并網(wǎng)的需要。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)在于:多磁極鐵芯結(jié)構(gòu)由磁極鐵芯和磁鋼兩部分組成，該結(jié)構(gòu)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(shù)相同的情況下這種轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)子表面形成N、S極性交替的磁場。
[0012]本發(fā)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(duì)氣隙，磁力線從磁鋼N極發(fā)出，穿過電機(jī)氣隙、定子鐵芯、再折回穿過電機(jī)氣隙、進(jìn)入轉(zhuǎn)子鐵芯，最終回到磁鋼的S極，形成閉環(huán)磁路，在沒有安裝磁鋼的轉(zhuǎn)子鐵芯表面部分形成S極磁場，這相當(dāng)于磁鋼背向電機(jī)氣隙的極性延伸到未裝置磁鋼部分的轉(zhuǎn)子表面，使在電機(jī)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(dāng)發(fā)電機(jī)在外力作用下推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，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(chǎn)生交變感生電勢，形成發(fā)電電壓，將風(fēng)輪機(jī)或水輪機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，達(dá)到發(fā)電目的。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:可以使發(fā)電機(jī)安放的磁鋼數(shù)減少一半，降低了電機(jī)鐵芯的加工難度、減少了磁鋼件數(shù)、降低了安裝難度，簡化了生產(chǎn)工藝、提高了磁鋼的利用率，提高了生產(chǎn)效率、提高了轉(zhuǎn)子強(qiáng)度、有利于縮小電機(jī)體積。這種發(fā)電機(jī)的面市可以簡化新能源系統(tǒng)配置模式，促進(jìn)新能源行業(yè)的發(fā)展。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明所述的一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明所述的一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu)磁力線分布圖。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明所述的一種多極永磁電機(jī)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(jī)表面形成N極、S極磁場的，磁力線從磁鋼N極發(fā)出，穿過電機(jī)氣隙、進(jìn)入定子鐵芯、再折回電機(jī)氣隙、進(jìn)入轉(zhuǎn)子鐵芯，再到磁鋼的S極，形成閉環(huán)磁路，在沒有安裝磁鋼的部分形成S極磁場，使在電機(jī)氣隙表面形成N極、S極交替均勻分布的磁場。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明所述的一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu)，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(shù)與電機(jī)的極對(duì)數(shù)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(jì)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(jī)轉(zhuǎn)子外徑，單位:mm
[0022]P-電機(jī)極數(shù)
[0023]在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)磁鋼距電機(jī)轉(zhuǎn)子表面的距離，磁鋼槽的弧長寬度可適當(dāng)修正。
[0024]磁鋼2安裝在磁極鐵芯I的磁鋼槽中，在安裝時(shí)只安裝單一極性的磁鋼，即相對(duì)于電機(jī)氣隙只安裝N極的磁鋼或只安裝S極的磁鋼。
[0025]本發(fā)明既適用于發(fā)電機(jī)鐵芯結(jié)構(gòu)，也適用于電動(dòng)機(jī)鐵芯結(jié)構(gòu)，既適用于內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)也適用于外轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)。
[0026]在本發(fā)明中磁極鐵芯I應(yīng)用導(dǎo)磁性能良好的材料制成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu),其特征在于:該多磁極鐵芯結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu)，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(shù)與電機(jī)的極對(duì)數(shù)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(jì)算確定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:該多磁極鐵芯既適用于發(fā)電機(jī)鐵芯結(jié)構(gòu)，也適用與電動(dòng)機(jī)鐵芯結(jié)構(gòu)，既適用于內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)也適用于外轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu)，其特征在于:在本發(fā)明中磁極鐵芯(I)應(yīng)用導(dǎo)磁性能良好的材料制成。
【專利摘要】一種多極永磁電機(jī)磁極鐵芯結(jié)構(gòu)，主要由磁極鐵芯和磁鋼組成。磁極鐵芯均勻分布有與電機(jī)極對(duì)數(shù)相同的磁鋼槽數(shù)，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(dǎo)磁材料制成，在每兩個(gè)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(jī)轉(zhuǎn)子表面形成N、S均勻交替的磁極。本發(fā)明與現(xiàn)有產(chǎn)品相比，可以在磁極鐵芯上少開一半的磁鋼槽，這對(duì)多極電機(jī)或超多極電機(jī)的加工十分有利。用本發(fā)明所制成的永磁電機(jī)可以較容易實(shí)現(xiàn)多極結(jié)構(gòu)，可廣泛地應(yīng)用在新能源行業(yè)，改變現(xiàn)有新能源行業(yè)的系統(tǒng)配置，促進(jìn)新能源行業(yè)的發(fā)展。
【IPC分類】H02K1/27
【公開號(hào)】CN105337433
【申請?zhí)枴緾N201410399736
【發(fā)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