CN103312067A - 一种外转子永磁发电机磁极结构及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外转子永磁发电机磁极结构，包括若干块磁钢，每块磁钢均呈瓦片形，磁钢的内、外弧形面加工成与轮毂内腔表面相应的弧形面，磁钢两侧加工成V形斜切面，磁钢纵向截面呈平行四边形，轮毂由前、后两半轮毂组装而成，该磁极结构还包括若干绝缘挡条，每个绝缘挡条两侧加工成V形斜面，绝缘挡条固定在前、后两半轮毂内腔表面上，磁钢嵌装固定在相邻两个绝缘挡条与轮毂内腔表面围成的凹槽内，嵌装固定在前半轮毂内腔表面上的磁钢与嵌装固定在后半轮毂内腔表面上的磁钢呈人字形对称设置。本发明还公开了磁极装配方法。本发明磁极结构和装配方法具有转矩脉动低、空载电压波动小、振动噪音低和气隙均匀、加工方便、安装可靠、效率高等优点。

Description

一种外转子永磁发电机磁极结构及装配方法

技术领域

本发明涉及一种永磁发电机及装配方法，特别是涉及外转子永磁发电机的磁极结构及其装配方法。

背景技术

直驱式风力发电机组不使用增速箱，而是采用直驱风机与低速多极永磁风力发电机直接耦合，可以避免增速箱带来的诸多不利。直驱式风力发电机组具备低噪声、机组寿命高、体积小、运行维护成本低、低风速时高效率等诸多优点。

现有的永磁风力发电机转子磁钢主要有两种结构形式，即表贴式和嵌入式。表贴式主要由磁钢直接粘接于永磁发电机轮毂的内腔表面上，再涂封固定。由于永磁磁极较大，每个磁极均由几十块小磁钢组成，因此一方面粘接工作量较大，另一方面磁钢粘接固定的可靠性也差，同时磁钢粘接时磁钢表面不能很好地与轮毂的内腔弧形表面贴合。嵌入式一般将磁钢封装于磁极盒内，每个磁极盒装有多块磁钢，多个磁极盒沿轮毂轴向固定在轮毂支架上；由于磁极盒一般经冲压、铆接和焊接而成，再经楔块固定在轮毂支架上，这样一方面导致模具工艺复杂，另一方面造成装配费时费力，如再通过转子磁极斜槽来降低空载电压和启动力矩，制造难度和成本更大。

在先美国专利US 7987579 B2 ，名称为《Method for mounting permanent magnet that form magnet poles on the rotor of an electric machine》公开了一种外转子永磁发电机磁极磁钢的安装方法，该方案采用将充完磁的磁钢通过安装固定工装，克服磁钢和转子间的吸力，磁钢和磁钢间的排斥力，准确地将每块磁钢安装定位。但该方案安装效率较低，耗时长，也易发生磁钢破损，同时由于安装过程中同极性的磁钢相斥，磁钢易飞出伤人，同时无法保证气隙的均匀性，易造成空载电压的波动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种不仅转矩脉动低、空载电压波动小、振动噪音低和气隙均匀一致，而且结构简单紧凑、加工方便、安装可靠的外转子永磁发电机磁极结构。本发明另一个要解决的技术问题是提供一种外转子永磁发电机磁极的装配方法。

为解决上述技术问题，本发明采用这样一种外转子永磁发电机磁极结构，包括若干块磁钢，所述磁钢固定安装在永磁发电机轮毂的内腔内，每块磁钢均呈具有内、外弧形面的瓦片形，所述磁钢的内、外弧形面加工成与轮毂内腔表面相应的弧形面，所述磁钢的两侧加工成V形斜切面，磁钢的纵向截面呈平行四边形，所述轮毂由前、后两半轮毂组装而成，该磁极结构还包括若干个长条形绝缘挡条，每个绝缘挡条的两侧加工成与所述磁钢斜切面相吻合的V形斜面，所述绝缘挡条沿轮毂圆周方向相互间隔一定距离固定安装在前、后两半轮毂的内腔表面上，所述磁钢嵌装固定在相邻两个绝缘挡条与轮毂内腔表面围成的凹槽内，嵌装固定在前半轮毂内腔表面上的磁钢与嵌装固定在后半轮毂内腔表面上的磁钢呈人字形对称设置。

所述轮毂由前、后两半轮毂通过螺栓连接组装成为一个整体，所述绝缘挡条通过螺钉固定安装在前、后两半轮毂的内腔表面上，所述磁钢嵌装并经粘接剂固定在相邻两个绝缘挡条与轮毂内腔表面围成的凹槽内，在位于所述凹槽外的磁钢表面上设有由环氧树脂及固化剂涂封的玻璃丝布层。

在前、后两半轮毂内腔表面上相邻两个绝缘挡条之间的磁钢的磁极极性相同; 在前半轮毂内腔表面上由绝缘挡条隔开的相邻两块磁钢之间的磁极极性相反，在后半轮毂内腔表面上由绝缘挡条隔开的相邻两块磁钢之间的磁极极性相反，所述前半轮毂上磁钢的磁极极性与其人字形对称设置的后半轮毂上磁钢的磁极极性相同。

本发明提供了一种用于装配所述外转子永磁发电机磁极的方法，包括以下步骤：

a、将未充磁的磁钢按人字形对称排列在前、后两半轮毂的内腔表面上，并采用绝缘挡条将所述未充磁的磁钢嵌装固定在前、后两半轮毂的内腔表面上；

b、将所述未充磁的磁钢固定完成后，采用充磁机对所述未充磁的磁钢进行充磁处理。

本发明在b步骤后还包括以下步骤：

c、在位于相邻两个绝缘挡条与轮毂内腔表面围成的凹槽外的磁钢表面上铺设玻璃丝布层，采用真空灌注工艺并通过环氧树脂及固化剂对充磁的磁钢进行粘结和密封处理。

本发明在进行b步骤的充磁处理时，将前、后两半轮毂内腔表面上相邻两个绝缘挡条之间的磁钢的磁极极性相同，将在前半轮毂内腔表面上由绝缘挡条隔开的相邻两块磁钢之间的磁极极性相反，将在后半轮毂内腔表面上由绝缘挡条隔开的相邻两块磁钢之间的磁极极性相反，将所述前半轮毂上磁钢的磁极极性与其人字形对称设置的后半轮毂上磁钢的磁极极性相同。

采用上述磁极结构和装配方法后，本发明具有以下有益效果：

本发明的磁极结构严格保证了气隙的均匀一致性，并具有空载电压一致性良好、转矩脉动低、结构简单紧凑、加工方便和安装可靠等诸多优点。发电机空载电压相比传统结构降低5%，电磁转矩脉动的降低一方面便于电流控制，提高控制精度，另一方面也降低了电机的振动和噪声。

在前半轮毂内腔表面上由绝缘挡条隔开的相邻两块磁钢之间的磁极极性相反，在后半轮毂内腔表面上由绝缘挡条隔开的相邻两块磁钢之间的磁极极性相反，所述前半轮毂上磁钢的磁极极性与其人字形对称设置的后半轮毂上磁钢的磁极极性相同。采用这样的结构，能使电机的转矩脉动和振动噪音更低、空载电压波动更小。

传统的先将磁钢充磁再固定磁钢的方案中，因每个磁极均有几十块磁钢组成，需用磁钢粘接工装将每块磁钢安装固定到位，导致工作效率低，对于大功率永磁电机磁极一般由几千块磁钢构成，磁极安装到位需要十几天的时间，也易发生磁钢破损的情况，同时由于安装过程中同极性的磁钢相斥，易发生磁钢飞出伤人的危险。而本发明先将未充磁的磁钢固定在轮毂内腔表面上，再整体充磁的装配方法一方面大大提高了工作效率，每充一个磁极只需几分钟，对于大功率几十极的永磁电机一天即可完成，同时充磁稳定性高，且便于对充磁后磁极磁通进行检测，保证磁通的一致性，另一方面磁钢也不易破损，并且有效避免了安装过程中同极性磁钢相斥飞出伤人事故的发生。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

图1为本发明外转子永磁发电机磁极结构的一种结构示意图。

图2为绝缘挡条和磁钢安装在前半轮毂内腔表面上的一种结构示意图。

图3为图2中Ⅰ处的放大示意图。

图4为本发明中前半轮毂的一种剖面示意图。

图5为本发明中后半轮毂的一种剖面示意图。

图6为本发明中前、后半轮毂通过螺栓连接构成整个轮毂时的一种剖面示意图。

图7为本发明中磁钢的一种立体示意图。

图8为图7中磁钢的主视示意图。

图9为图8中沿A－A线的剖面示意图。

图10为图7中磁钢的仰视示意图。

图11为本发明中绝缘挡条的主视示意图。

图12为图11中绝缘挡条的仰视示意图。

图13为图11中绝缘挡条的侧视示意图。

图14为绝缘挡条与磁钢的一种安装示意图。

具体实施方式

参见图1至图14所示的一种外转子永磁发电机磁极结构，包括若干块磁钢1，所述磁钢1固定安装在永磁发电机轮毂2的内腔内，每块磁钢1均呈具有内、外弧形面1－1，1－2的瓦片形，所述磁钢1的内、外弧形面1－1，1－2加工成与轮毂2内腔表面相应的弧形面，所述磁钢1的两侧加工成V形斜切面1－3，磁钢1的纵向截面呈平行四边形，所述轮毂2由前、后两半轮毂2－1，2－2组装而成，该磁极结构还包括若干个长条形由绝缘材料加工而成的绝缘挡条3，每个绝缘挡条3的两侧加工成与所述磁钢1斜切面相吻合的V形斜面3－1，所述绝缘挡条3沿轮毂2圆周方向相互间隔一定距离固定安装在前、后两半轮毂2－1，2－2的内腔表面上，所述磁钢1嵌装固定在相邻两个绝缘挡条3与轮毂2内腔表面围成的凹槽内，嵌装固定在前半轮毂2－1内腔表面上的磁钢1与嵌装固定在后半轮毂2－2内腔表面上的磁钢1呈人字形对称设置。在本发明中，磁钢1的内、外弧形面1－1，1－2加工成与轮毂2内腔表面、定子外表面同弧度的尺寸，因此严格保证了气隙的均匀一致性。

如图6所示，由前、后两半轮毂2－1，2－2通过螺栓4连接组装成为一个整体轮毂2，即形成发电机转子。由于前、后两半轮毂2－1，2－2可分开独立安装磁钢1和绝缘挡条3，因此大大提高了工作效率。如图1～3和图11～13所示，每个绝缘挡条3加工有四个等距的沉头通孔3－2，所述绝缘挡条3通过穿过所述沉头通孔3－2的内六角螺钉5固定安装在前、后两半轮毂2－1，2－2的内腔表面上，在加工时，在轮毂2内腔表面加工有与所述螺钉5相适配的径向螺孔，图中未示。如图2、3和图4～6所示，所述磁钢1嵌装并经粘接剂固定在相邻两个绝缘挡条3与轮毂2内腔表面围成的凹槽内，在位于所述凹槽外的磁钢1表面上设有由环氧树脂及固化剂涂封的玻璃丝布层6。在本发明中，由于绝缘挡条3和磁钢1的两侧加工成相互吻合的契合面，磁钢1嵌装并经粘接剂固定在所述凹槽内，玻璃丝布层6将所有磁钢1连接成为一个整体，因此保证了转子在高速运转状态下，磁钢能固定可靠，工作性能稳定可靠。

如图1所示，在前、后两半轮毂2－1，2－2内腔表面上相邻两个绝缘挡条3之间的磁钢1的磁极极性相同，例如相邻两个绝缘挡条3之间的磁钢1都为N极或都为S极。在前半轮毂2－1内腔表面上由绝缘挡条3隔开的相邻两块磁钢1之间的磁极极性相反，例如绝缘挡条3左边为N极时，则右边为S极。在后半轮毂2－2内腔表面上由绝缘挡条3隔开的相邻两块磁钢1之间的磁极极性相反，例如绝缘挡条3左边为N极时，则右边为S极。所述前半轮毂2－1上磁钢1的磁极极性与其人字形对称设置的后半轮毂2－2上磁钢1的磁极极性相同，如图1所示的前半轮毂2－1上磁钢1为N极时，则与其人字形对称设置的后半轮毂2－2上磁钢1也为N极，反之也然。采用这样的结构，能使电机的转矩脉动和振动噪音更低、空载电压波动更小。

本发明还提供一种用于装配所述外转子永磁发电机磁极的方法，包括以下步骤：

a、将未充磁的磁钢1按人字形对称排列在前、后两半轮毂2－1，2－2的内腔表面上，并采用绝缘挡条3将所述未充磁的磁钢1嵌装固定在前、后两半轮毂2－1，2－2的内腔表面上；

b、将所述未充磁的磁钢1固定完成后，采用充磁机对所述未充磁的磁钢1进行充磁处理。

本发明在b步骤后优选包括以下步骤：

c、在位于相邻两个绝缘挡条3与轮毂2内腔表面围成的凹槽外的磁钢1表面上铺设玻璃丝布层6，然后采用常规的真空灌注工艺并通过环氧树脂及固化剂对充磁的磁钢1进行粘结和密封处理。

本发明在进行b步骤的充磁处理时，优选将前、后两半轮毂2－1，2－2内腔表面上相邻两个绝缘挡条3之间的磁钢1的磁极极性相同，将在前半轮毂2－1内腔表面上由绝缘挡条3隔开的相邻两块磁钢1之间的磁极极性相反，将在后半轮毂2－2内腔表面上由绝缘挡条3隔开的相邻两块磁钢1之间的磁极极性相反，将所述前半轮毂2－1上磁钢1的磁极极性与其人字形对称设置的后半轮毂2－2上磁钢1的磁极极性相同。本发明在装配时，在前、后两半轮毂2－1，2－2内腔表面上的未充磁磁钢1分别安装固定完成后，通过充磁机对每个磁极进行快速充磁，从而保证了极性和充磁效果。在充磁完成后，前、后两半轮毂2－1，2－2通过螺栓4连接即可成为一个整体轮毂2，即形成发电机转子。

本发明的磁极结构，一方面结构简单，加工方便，缩短了工时，提高了工作效率，另一方面气隙均匀，转矩脉动低，空载电压波动小，控制简单，振动噪音低。

Claims (6)

1.一种外转子永磁发电机磁极结构，包括若干块磁钢（1），所述磁钢（1）固定安装在永磁发电机轮毂（2）的内腔内，其特征在于：每块磁钢（1）均呈具有内、外弧形面（1－1，1－2）的瓦片形，所述磁钢（1）的内、外弧形面（1－1，1－2）加工成与轮毂（2）内腔表面相应的弧形面，所述磁钢（1）的两侧加工成V形斜切面（1－3），磁钢（1）的纵向截面呈平行四边形，所述轮毂（2）由前、后两半轮毂（2－1，2－2）组装而成，该磁极结构还包括若干个长条形绝缘挡条（3），每个绝缘挡条（3）的两侧加工成与所述磁钢（1）斜切面相吻合的V形斜面（3－1），所述绝缘挡条（3）沿轮毂（2）圆周方向相互间隔一定距离固定安装在前、后两半轮毂（2－1，2－2）的内腔表面上，所述磁钢（1）嵌装固定在相邻两个绝缘挡条（3）与轮毂（2）内腔表面围成的凹槽内，嵌装固定在前半轮毂（2－1）内腔表面上的磁钢（1）与嵌装固定在后半轮毂（2－2）内腔表面上的磁钢（1）呈人字形对称设置。

2.根据权利要求1所述的外转子永磁发电机磁极结构，其特征在于：所述轮毂（2）由前、后两半轮毂（2－1，2－2）通过螺栓（4）连接组装成为一个整体，所述绝缘挡条（3）通过螺钉（5）固定安装在前、后两半轮毂（2－1，2－2）的内腔表面上，所述磁钢（1）嵌装并经粘接剂固定在相邻两个绝缘挡条（3）与轮毂（2）内腔表面围成的凹槽内，在位于所述凹槽外的磁钢（1）表面上设有由环氧树脂及固化剂涂封的玻璃丝布层（6）。

3.根据权利要求1或2所述的外转子永磁发电机磁极结构，其特征在于：在前、后两半轮毂（2－1，2－2）内腔表面上相邻两个绝缘挡条（3）之间的磁钢（1）的磁极极性相同; 在前半轮毂（2－1）内腔表面上由绝缘挡条（3）隔开的相邻两块磁钢（1）之间的磁极极性相反，在后半轮毂（2－2）内腔表面上由绝缘挡条（3）隔开的相邻两块磁钢（1）之间的磁极极性相反，所述前半轮毂（2－1）上磁钢（1）的磁极极性与其人字形对称设置的后半轮毂（2－2）上磁钢（1）的磁极极性相同。

4.一种用于装配权利要求1所述外转子永磁发电机磁极的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、将未充磁的磁钢（1）按人字形对称排列在前、后两半轮毂（2－1，2－2）的内腔表面上，并采用绝缘挡条（3）将所述未充磁的磁钢（1）嵌装固定在前、后两半轮毂（2－1，2－2）的内腔表面上；

b、将所述未充磁的磁钢（1）固定完成后，采用充磁机对所述未充磁的磁钢（1）进行充磁处理。

5.根据权利要求4所述的装配方法，其特征在于：在b步骤后还包括以下步骤：

c、在位于相邻两个绝缘挡条（3）与轮毂（2）内腔表面围成的凹槽外的磁钢（1）表面上铺设玻璃丝布层（6），采用真空灌注工艺并通过环氧树脂及固化剂对充磁的磁钢（1）进行粘结和密封处理。

6.根据权利要求4或5所述的装配方法，其特征在于：在进行b步骤的充磁处理时，将前、后两半轮毂（2－1，2－2）内腔表面上相邻两个绝缘挡条（3）之间的磁钢（1）的磁极极性相同，将在前半轮毂（2－1）内腔表面上由绝缘挡条（3）隔开的相邻两块磁钢（1）之间的磁极极性相反，将在后半轮毂（2－2）内腔表面上由绝缘挡条（3）隔开的相邻两块磁钢（1）之间的磁极极性相反，将所述前半轮毂（2－1）上磁钢（1）的磁极极性与其人字形对称设置的后半轮毂（2－2）上磁钢（1）的磁极极性相同。

Images