本发明为了解决现有直驱式永磁风力发电机,在发电机突然短路、过载过程中转子永磁容易出现退磁,不得不采用高性能的永磁体造成成本较高的不足,提高一种假极转子及使用该转子的永磁风力发电机。该假极转子,包括:由不导磁材料制成的转子主体,所述转子主体表面设有间隔设置的多个永磁体,相邻两个永磁体之间为导磁材料块,每个永磁体的充磁方向均为沿转子周向切向,每个永磁体与其一侧相邻永磁体的充磁方向相对,与其另一侧相邻永磁体的充磁方向相背。本发明当发电机发生突然短路、过载过程情况时,退磁磁场强度最大处产生在磁性材料块所在位置,完全避免了永磁体退磁情况的发生,可以使用牌号较低的永磁体,大大降低了转子的制造成本。
1.假极转子,其特征在于,包括:由不导磁材料制成的转子主体,所述转子主体表面设有间隔设置的多个永磁体,相邻两个永磁体之间为导磁材料块,每个永磁体的充磁方向均为沿转子周向切向,每个永磁体与其一侧相邻永磁体的充磁方向相对,与其另一侧相邻永磁体的充磁方向相背,相邻且充磁方向相对的两永磁体与二者之间的导磁材料块、二者两侧的导磁材料块构成转子的一对磁极,所述永磁体采用矩形截面的永磁体,每个永磁体沿转子周向的宽度相等,并且等间距设置,永磁体的厚度与导磁材料块的厚度相等,所述永磁体沿转子周向的宽度大于导磁材料块沿转子周向的宽度,且满足xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="131"/>,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="25"/>是转子所在电机永磁体的空载工作点,Br是永磁体的剩磁密度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>是永磁体的厚度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="17"/>是转子所在电机空载漏磁系数,W是导磁材料块沿转子周向的宽度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>为导磁材料块的磁通密度的最大值。
2.如权利要求1所述的假极转子,其特征在于:所述多个导磁材料块通过沿转子径向的螺栓固定在转子主体表面,导磁材料块和永磁体外表面设有绑带。3
.xa0如权利要求1所述的假极转子,其特征在于:所述假极转子的磁极对数为10-24对。4
.xa0假极转子,其特征在于,包括:由不导磁材料制成的转子主体,所述转子主体表面设有间隔设置的多个永磁体,相邻两个永磁体之间为导磁材料块,每个永磁体的充磁方向均为沿转子周向切向,每个永磁体与其一侧相邻永磁体的充磁方向相对,与其另一侧相邻永磁体的充磁方向相背,相邻且充磁方向相对的两永磁体与二者之间的导磁材料块、二者两侧的导磁材料块构成转子的一对磁极,所述永磁体采用矩形截面的永磁体,每个永磁体沿转子周向的宽度相等,并且等间距设置,永磁体的厚度与导磁材料块的厚度相等:所述永磁体沿转子周向的宽度大于导磁材料块沿转子周向的宽度,且满足xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="127"/>,Br是永磁体的剩磁密度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>是永磁体的厚度,W是导磁材料块沿转子周向的宽度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>为导磁材料块的磁通密度的最大值。5
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.使用权利要求1至6任一所述假极转子的永磁风力发电机。技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域,更具体地说,涉及一种假极转子及使用该转子的永磁风力发电机。xa0
背景技术
分布式发电由于它的可靠性和电力质量,是目前和未来主要的电力供应方式之一。而风力发电系统作为分布式发电的一种,特别是其中的小型的直驱式永磁风力发电机应用最为广泛。这种直驱式风力发电机组可以不用齿轮箱,直接与风力机相联接,可以避免齿轮箱带来的诸多不利,而且机组整体效率高、可靠性高。降低了机组整体重量以及大大减少了维护。由于直驱式永磁风力发电机是低速多极电机,一般很少采用空气或者水套这种冷却方式,主要是自然冷却为主。这样往往会造成发电机温升过高,并且为了保证永磁体在发电机突然短路、过载过程中不发生退磁,就不得不采用高性能的永磁体,比如UH、EH类型,这种类型的永磁体在高温情况下抗退磁能力较强。而直驱永磁发电机中永磁体的用量相比于高速发电机用量较大,在当前高昂的永磁体价格下,整体成本往往会增加很多,省去齿轮箱的价格优势也大打折扣。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有直驱式永磁风力发电机,在发电机突然短路、过载过程中转子永磁容易出现退磁,不得不采用高性能的永磁体造成成本较高的不足,提高一种假极转子及使用该转子的永磁风力发电机。本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:本发明的第一方面,一种假极转子,其特征在于,包括:由不导磁材料制成的转子主体,所述转子主体表面设有间隔设置的多个永磁体,相邻两个永磁体之间为导磁材料块,每个永磁体的充磁方向均为沿转子周向切向,每个永磁体与其一侧相邻永磁体的充磁方向相对,与其另一侧相邻永磁体的充磁方向相背,相邻且充磁方向相对的两永磁体与二者之间的导磁材料块、二者两侧的导磁材料块构成转子的一对磁极。本发明中,所述永磁体采用矩形截面的永磁体,每个永磁体沿转子周向的宽度相等,并且等间距设置,永磁体的厚度与导磁材料块的厚度相等。所述永磁体沿转子周向的宽度大于磁性材料块转子周向的宽度,且满足xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="131"/>,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="25"/>是转子所在电机永磁体的空载工作点,Br是永磁体的剩磁密度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>是永磁体的厚度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="17"/>是转子所在电机空载漏磁系数,W是导磁材料块沿转子周向的宽度。所述永磁体沿转子周向的宽度大于磁性材料块转子周向的宽度,且满足xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="127"/>,Br是永磁体的剩磁密度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>是永磁体的厚度,W是导磁材料块沿转子周向的宽度。本发明中,所述多个导磁材料块通过沿转子径向的螺栓固定在转子主体表面,导磁材料块和永磁体外表面设有绑带。本发明中所述假极转子的磁极对数为10-24对。本发明的第二方面,一种永磁风力发电机,其特征在于,包含转子,所述转子包括由不导磁材料制成的转子主体,所述转子主体表面设有间隔设置的多个永磁体,相邻两个永磁体之间为导磁材料块,每个永磁体的充磁方向均为沿转子周向切向,每个永磁体与其一侧相邻永磁体的充磁方向相对,与其另一侧相邻永磁体的充磁方向相背,相邻两导磁材料块构成转子的一对磁极。本发明中,所述永磁体采用矩形截面的永磁体,每个永磁体沿转子周向的宽度相等,并且等间距设置,永磁体的厚度与导磁材料块的厚度相等。所述永磁体沿转子周向的宽度大于磁性材料块转子周向的宽度,且满足ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="131"/>,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="25"/>是转子所在电机永磁体的空载工作点,Br是永磁体的剩磁密度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>是永磁体的厚度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="17"/>是转子所在电机空载漏磁系数,W是导磁材料块沿转子周向的宽度。所述永磁体沿转子周向的宽度大于磁性材料块转子周向的宽度,且满足ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="127"/>,Br是永磁体的剩磁密度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>是永磁体的厚度,W是导磁材料块沿转子周向的宽度。本发明中,所述多个导磁材料块通过沿转子径向的螺栓固定在转子主体表面,导磁材料块和永磁体外表面设有绑带。本发明中所述假极转子的磁极对数为10-24对。本发明的假极转子,通过切向充磁的多个永磁体,使得相邻两永磁体之间的磁性材料块形成转子的假磁极,在降低永磁体用量的同时,当发电机发生突然短路、过载过程情况时,退磁磁场强度最大处产生在磁性材料块所在位置,完全避免了永磁体退磁情况的发生,使得在相同温升情况下,可以使用牌号较低的永磁体,大大降低了转子的制造成本;转子主体部分采用硬铝或者陶瓷等非导磁结构代替,可以充分发挥永磁体的性能,使永磁体发出的磁通更多的与定子磁场进行机电能量转换,也降低转子单位体积的重量,得到了较好的结构特性。
附图说明
图1为现有永磁电机的结构示意图。图2为图1所示永磁电机的转子磁通示意图。图3为使用本发明假极转子的永磁风力发电机的结构示意图。图4为本发明假极转子的磁通示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。本发明的主旨在完全避免使用在直驱式永磁风力发电机中的转子在发电机突然短路、过载等情况,退磁磁场造成转子永磁体退磁的问题,在保证电机性能,尽可能使用牌号较低的永磁体,以降低转子的制造成本,提供一种新的假极转子及使用该转子的永磁风力发电机。参见图1,图1示意了现有的永磁电机,永磁体10均匀地分布在转子铁芯20表面,永磁体10采用径向方式充磁,永磁体10紧贴转子铁芯20的一侧的极性为N极和S极交替设置(图1中为示意永磁体的极性),那么相邻两永磁体10构成转子的一对磁极。图1中的转子采用12对磁极,由于图1仅仅示意了整个电机的三分之一,因此仅示意了其中的4对磁极。如图2所示,转子磁路结构是磁力线从外侧为N极的永磁体出发后,经气隙-定子齿-定子轭部-气隙后,回到相邻的外侧为S极的永磁体。这样,转子使用在风里发电机时,在短路、过载过程中来自于定子电流电枢的反应很容易造成转子永磁体,尤其是转子每个永磁体紧贴转子铁芯20一侧的拐角处发生退磁,这样将大大影响发电机的性能。参见图3,本发明中,首先转子主体2不再采用铁芯进行制造,而采用轻质的非导磁材料,例如硬铝、陶瓷,其他复合材料等,然后在转子主体2的表面间隔设置的多个永磁体1,相邻两个永磁体之间为导磁材料块3,例如常见的铁芯材料,每个永磁体1的充磁方向均为沿转子周向切向(以箭头进行示意),每个永磁体1与其一侧相邻永磁体1的充磁方向相对,与其另一侧相邻永磁体1的充磁方向相背。参见图4,由于转子主体2是不导磁材料,永磁体1无法在其内侧形成磁场,相邻且充磁方向相对的两永磁体1的磁力线向二者之间的导磁材料块3汇聚,经导磁材料块3导磁指向永磁体1的外侧,经两永磁体1两端的导磁材料块3形成回路。实质上相邻且充磁方向相对的两永磁体1与二者之间的导磁材料块3、二者两侧的导磁材料块3(可以认为两侧导磁材料块3的一半)构成了转子的一对磁极。这样,永磁体1在转子外侧形成了汇集而增强的磁场,图4中的假极转子同样为12对磁极,图4示意了其中的4对磁极,通过与图2进行对比可知,在永磁体1的用量减少的情况下,永磁体1产生的磁通磁路与现有永磁电机是相同的,提供的磁通量也并未明显减少,基本保持持平的状态,但由于永磁体1用量的减少,转子的制造成本是可以明显降低的。可以理解的是,对于永磁体1较优的实施方式是采用截面形状为矩形的永磁体1,每个永磁体1沿转子周向的宽度相等,并且等间距设置,永磁体1的厚度与导磁材料块3的厚度相等,这样只需准备沿着截面宽度方向充磁的永磁体1,这大大简化了永磁体1的充磁程序,可提高永磁体1的充磁效率。永磁体1也完全可以采用常规的扇形或者梯形截面,上述实施方式并非对本发明的限制,当然永磁体1的截面形状不同时,导磁材料块3应当采用相应的形状与其配合,以保证导磁材料块3和永磁体1稳定地设置在转子主体1表面。实际进行固定时,可以首先将多个导磁材料块3按照永磁体1的宽度等间距地放置在转子主体1表面,然后通过沿转子径向的螺栓固定在转子主体1表面,然后有序地将符合充磁要求的永磁体1依次放置在相邻两导磁材料块3之间,最后在采用绑带的方式将导磁材料块3和永磁体1进行固定。这样做的目的在于,永磁体1容易在敲打或者碰撞过程中破坏磁性,而导磁材料块3即使采用径向螺栓进行固定也不会对整体性能造成任何影响。为了提供足够的磁场强度,本发明假极转子的永磁体1沿转子周向的宽度应当大于导磁材料块3沿转子周向的宽度(即永磁体1的间隔宽度)。同时,当本发明的假极转子应用在具体的电机中时,对还要根据电机自身的特性、永磁1沿转子周向的宽度、永磁体1和导磁材料块3的沿电机轴向长度及厚度从导磁材料的磁饱和角度进行综合考虑。ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="120"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1)ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="87"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(2)ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="90"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3)xa0其中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="17"/>是空载主磁通,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="25"/>是转子所在电机永磁体空载工作点,Br是永磁体剩磁密度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>是提供每极磁通的截面积,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="17"/>是空载漏磁系数,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>是永磁体的厚度,L是永磁体的轴向长度,W是导磁材料块3沿转子轴向的宽度,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>是导磁材料的磁通密度,其最大值ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>由所选导磁材料的磁饱和特性所决定。经过整理得出:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="162"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(4)由于,大多数永磁电机永磁体空载工作点ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>一般为0.8,空载漏磁系数ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="14"/>一般为1.05,在实际设计转子时可以采用较为方式进行计算,那么:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="159"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(5)由此,通过无论是通过算式(4)还是算式(5),一方面可以便捷地根据实际情况对永磁体1进行选取保证足够的磁场强度,另一方面也避免因为导磁材料的磁饱和造成永磁体1的浪费。通过上述的设置方式,当本发明的假极转子运用在发电机中时,在发电机突然短路、过载等情况下,定子电流电枢的反应产生的退磁磁场强度最大处将经过导磁材料块3的位置,永磁体1处的退磁磁场的强度是很弱的,永磁体1得到了保护,而导磁材料块3完全不存在退磁的问题,因此从根本上解决了永磁体1的退磁问题。永磁体1也可以根据实际的需要选用牌号较低的规格,可进一步降低成本。实际上,本发明的假极转子最适宜使用在直驱式永磁风力发电机中,一方面该类发电机是低速多极电机,本发明的假极转子非常适宜设置为多极;另一方面,直驱式永磁风力发电机很少采用空气或者水套这种冷却方式,主要是自然冷却为主,发电机温升过高,永磁体的退磁问题较为严重,往往只能通过使用高牌号的永磁体来解决问题。但是由于直驱式永磁风力发电机中转子永磁体的用量非常巨大,电机整体的成本长期居高不下。对于直驱式永磁风力发电机,通常的设计转速n为50-70转/分钟,设计频率f为10-20Hz,根据电机转速、频率、磁极对数p的关系:p=60f/n可知,当转子磁极对数在10-24之间时,本发明的假极转子将非常适合在直驱式永磁风力发电机中使用。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="1"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="1"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="1"/>。