武树森 (中国上海市虹口区中山北一路1200号3号楼3楼, Shanghai 7, 200437, CN)
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贾大江 (中国上海市虹口区中山北一路1200号3号楼3楼, Shanghai 7, 200437, CN)
上海万德风力发电股份有限公司 (中国上海市虹口区中山北一路1200号3号楼3楼, Shanghai 7, 200437, CN)
WU, Shusen (Floor 3, Building 3 NO.1200, Zhong Shan north NO.1 Road,HONG KOU District, Shanghai 7, 200437, CN)
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| 权 利 要 求 书 1. 一种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所述的一种永磁直驱风力发电机輔興鋼， 其特征在于， 所述 的上侧面为矩形。 5. 根据权利要求 1所述的一种永磁！:顯灣 靈电机的磁钢， 其特征在于， 所述 的中侧面为拱形。 的下侧面为矩形。 7. 根据权利褒求 ί ί 的一种永磁直驱风力发电机的磁钢， 其特征在于， 该磁 钢表面镀 8. 根据权利要求 1所述的一种永磁直驱风力发电机的磁钢， 其特征在于， 永磁 材料型号为烧结钕铁硼 42SH ; 剩磁 (Br) 1.23〜1.29 T; 最大磁能积（BH ) max^36MGOe; 内禀矫顽力（Hcj) 19kOe; 内禀矫顽力（Hcj)的温度系数 > -0.55 %/°C (20° (：〜 150°C)； 大块磁体粘接性能室温条件下剪切强度〉 10MPa， 120°C时剪切强度〉 5Mpa， 粘接层绝缘〉 500Μ Ω。 |
[技术领域] 本发明涉及一种发电机的磁钢， 尤其是涉及一种用于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？=111，0)2，10，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极一软铁极靴一套环的 磁性材料段一软铁极靴一永磁体 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。 矩形水磁体的加工费低， 磁化均勾， 同样水磁材料的磁性能最好。 瓦片形氷磁 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]
本发明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、成本低的永磁直驱风力发电机磁钢 。 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 设计一种用于永磁直驱风力 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 。 1 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。 所诉磁钢表面镀锌。 所述永磁材料型号为烧结钕铁硼 42SH ； 剩磁 (Br) 1.23〜1.29 T ; 最大磁 能积（BH) max^36MGOe ; 内禀矫顽力 (Hcj) ^ 19kOe; 内禀矫顽力 (Hcj)的温度 系数> -0.55 % / °( (201 〜150 ）； 大块磁体粘接性能室温条件下剪切强 度>10 3， 120°C时剪切强度 >5Mpa， 粘接层绝缘 >500Μ Ω。
[附图说明] 图 1为本发明的结构示意图；
图 2为本发明的图 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发明进行详细 说明。
实施例
如图 1、 图 2所示， 一种用于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。
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更正页 （细则第 91条） 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): 1.23〜1.29 T;
(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 %/°C(20°C〜150°C);
( 5)大块磁体粘接性能达到： 室温， 剪切强度〉 10MPa， 120 °C , 剪切强 度>5^&。 粘接层绝缘 >500Μ Ω。 本发明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。
由于本发明的磁体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 lCrl8Ni9Ti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 ff维布和环氧树脂胶环绕封闭层有很强的机械 构强度，
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更正页 （细则第 91条） 可有效防止钕铁硼磁钢脱落和氧化。 本发明具有了双层紧固和良好的防止钕铁 硼磁钢氧化作用。
本发明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 再按设计形状和尺寸压制成 ¾。 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 =πι · 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。
由于本发明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！
这样我们就可设计出一种不同于常规高速电机 的内转子制作方法。 本发明 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。
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更正页 （细则第 91条） 本发明 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。
Next Patent: METHOD FOR PRODUCING VELVET BY COMBINING LASER AND ACID ETCHING