CN111293790A - 一种铁钴基永磁材料的新型发电机 - Google Patents

一种铁钴基永磁材料的新型发电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种铁钴基永磁材料的新型发电机，可以包括：定子铁芯、转子铁芯和转轴，定子铁芯和转子铁芯均由取向性硅钢片叠压组成，定子铁芯上绕有三相对称绕组，转子铁芯内置多个永磁体，转子铁芯硅钢片上未设置永磁体的部分空置或填充非导磁材料，转子铁芯位于定子铁芯内部，且两者之间留有厚度不均的气隙，进一步提高了同步电机的凸极差，增加了该电机的转矩密度，并且所加入的永磁体采用聚磁结构，使得转子铁芯具有了较高的励磁源，减小了定子绕组的励磁分量，从而在电机成本基本不变的前提下有效的改善了所述电机的功率因数。

Description

一种铁钴基永磁材料的新型发电机
技术领域
本发明涉及新型永磁同步发电机领域，特别是涉及一种采用铁钴基永磁材料的永磁发电机。
背景技术
目前中国市场上的永磁电机大多采用钕铁硼永磁材料，国防领域的永磁发电机一般采用钐钴永磁材料，但钕铁硼耐腐蚀性比较差，最易氧化，且其退磁曲线在高温时下半部分弯曲，即采用钕铁硼永磁材料的永磁电机，不适宜在高温高湿的恶劣环境中工作，钐钴永磁材料各方面性能虽然优良，但钐钴材料价格最高，不适宜在民用市场上推广。铁钴基低温度系数永磁材料，既具有较高的磁能积，又兼备良好的温度稳定性、耐腐蚀性、可加工性的永磁材料，采用铁钴基材料做的永磁发电机可以满足恶劣环境中应用需求，填补钕铁硼永磁材料与钐钴永磁材料的市场空隙。
同时由于现有技术中转子铁芯上没有励磁源，定子绕组需要产生较大的分量进行励磁，使得电机功率因数较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁钴基永磁材料的新型发电机，以解决上述现有技术存在的问题，采用了不均匀气隙进一步提高了同步电机的凸极差，增加了该电机的转矩密度，并且所加入的永磁体采用聚磁结构，使得转子铁芯具有了较高的励磁源，减小了定子绕组的励磁分量，从而在电机成本基本不变的前提下有效的改善了所述电机的功率因数。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种铁钴基永磁材料的新型发电机，其包括定子铁芯、转子铁芯和转轴，所述定子铁芯和所述转子铁芯均由取向性硅钢片叠压组成，所述定子铁芯上绕有三相对称绕组，所述转子铁芯内置多个永磁体，所述转子铁芯硅钢片上未设置永磁体的部分空置或填充非导磁材料，所述转子铁芯位于所述定子铁芯内部，且两者之间留有厚度不均的气隙。
优选的，沿所述转子铁芯的圆周方向上交替且均匀排列永磁体的N极和S极，并且所述永磁体的充磁方向垂直于永磁体表面，并形成平行充磁。
优选的，所述永磁体在转子铁芯中由内而外分为两层，每个内层上的永磁体分别设置在外层上相邻的两个永磁体之间，并靠近外层永磁体的内端面，内层上的一个永磁体与其相邻的外层上的两个永磁体构成开口朝外的倒梯形结构，以实现将永磁体排布形成聚磁结构。
优选的，所述转子铁芯设置永磁体的位置与定子铁芯之间的气隙厚度，不同于所述转子铁芯未设置永磁体的位置与定子铁芯之间的气隙厚度。
优选的，所述定子铁芯和所述转子铁芯之间的气隙厚度在0.7mm至1.8mm之间。
优选的，所述定子铁芯的取向性硅钢片内圆周表面上均匀设置42槽，并分到四极形成分数槽，每极每相槽数为：
Figure BDA0002412847900000021
优选的，所述转子铁芯内置的永磁体采用铁钴基永磁材料制作。
优选的，所述转子铁芯具有两对极，而且铁钴基永磁体采用内嵌混合式转子磁路结构。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
第一，本发明用在转子铁芯内置低成本的铁钴基永磁体的永磁电机，其余部分为空气或用非导磁材料填充的方法，且采用了不均匀气隙进一步提高了同步电机的凸极差，由于在转子铁芯磁桥上表贴了取向性硅钢片，且采用了不均匀气隙，使得d轴磁阻减小，电感增加，而因为取向性硅钢片在剪切方向上磁阻很大使得q轴磁阻变大，电感减小，因此d，q轴电感差异即凸极差变大，增加了该电机的转矩密度；
第二，在转子铁芯内置低成本的铁钴基永磁体，并且所加入的永磁体采用聚磁结构(如图9)，使得转子铁芯具有了较高的励磁源，减小了定子绕组的励磁分量，从而在电机成本基本不变的前提下有效的改善了所述电机的功率因数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明新型铁钴基永磁体的永磁电机总体结构示意图；
图2所示为本发明新型铁钴基永磁体的电机转子铁芯具体结构示意图；
图3所示为本发明新型铁钴基永磁体的电机三相***绕组具体分布示意图；
图4所示为本发明新型铁钴基永磁体的电机磁力线分布图；
图5所示为本发明新型铁钴基永磁体的电机磁通密度分布图；
图6所示为本发明新型铁钴基永磁体的电机反向电动势分布图；
图7所示为本发明新型铁钴基永磁体的电机气隙磁密分布图；
图8所示为本发明新型铁钴基永磁体的电机轴具体结构示意图；
图9所示为本发明新型铁钴基永磁体的电机聚磁结构示意图；
其中，1、轴上键槽，2、转轴油封，3、前端盖，4、螺栓，5、6、21、22、垫圈，7、12、13、密封圈，8、转子，9、定子，10、防水接头，11、14、接线盒及其安装板，15、后端盖，16、风扇，17、挡圈，18、风罩，19、20、螺钉，23、接线柱，24、轴上平键。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种铁钴基永磁材料的新型发电机，以解决上述现有技术存在的问题，采用了不均匀气隙进一步提高了同步电机的凸极差，增加了该电机的转矩密度，并且所加入的永磁体采用聚磁结构，使得转子铁芯具有了较高的励磁源，减小了定子绕组的励磁分量，从而在电机成本基本不变的前提下有效的改善了所述电机的功率因数。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明一种新型新型铁钴基永磁体的电机，包括定子铁芯、转子铁芯、转轴，所述定子铁芯和转子铁芯都由非取向性硅钢片叠压而成，所述定子铁芯上绕有三相对称绕组；
所述转子铁芯位于定子铁芯内部，两者之间留有一定距离的气隙，并且在转子铁芯上内置低成本的铁钴基永磁体，其余部分空置或填充非导磁材料；并在转子中形成聚磁结构。
本发明转子铁芯具有2对极。铁钴基永磁体采用内嵌混合式转子磁路结构，转子冲片图如图2。
所述永磁体采用低成本的铁钴基永磁体，其充磁方向平行充磁方式并且永磁体沿转子铁芯的圆周N极和S极交替排列，用这种排列形式形成聚磁结构，可以更大程度上提升功率因数。
所述定子冲片42槽，分到四极为分数槽。采用每极每相为分数槽设计，大大削弱了齿槽转矩的影响，改善了电动势波形，使波形畸变率更低，定子采用斜槽设计，消除了齿谐波对电动势波形的影响。定子绕组采用短距绕组和适合的分数槽设计，达到较低的电流密度，以改善稳态电压调压率和冷热态电压值的偏差，***绕组图如图3，
所述定子铁芯和转子铁芯之间留有气隙，气隙在0.7mm到1.8mm之间。
本发明用铁钴基永磁材料的制成的永磁发电机电压调整率低，铁钴基永磁发电机样机试验数据如表一。
表1
Figure BDA0002412847900000041
Figure BDA0002412847900000051
铁钴基永磁发电机的稳态调功率：
Figure BDA0002412847900000052
式中：UN—铁钴基永磁发电机的额定电压；
Umax、Umin—铁钴基永磁发电机在满载与空载之间变化时，发电机端电压有效值的最大值和最小值，按照A、B、C三相平均最大值和最小值计算。
最后得稳态电压调率ΔU＝1.442％，比同功率的钕铁硼永磁发电机2.5％要低的多。通过图6铁钴基永磁发电机反向电动势的波形图可以看，电压正弦度很高。
根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种铁钴基永磁材料的新型发电机，其特征在于：包括定子铁芯、转子铁芯和转轴，所述定子铁芯和所述转子铁芯均由取向性硅钢片叠压组成，所述定子铁芯上绕有三相对称绕组，所述转子铁芯内置多个永磁体，所述转子铁芯硅钢片上未设置永磁体的部分空置或填充非导磁材料，所述转子铁芯位于所述定子铁芯内部，且两者之间留有厚度不均的气隙。
2.根据权利要求1所述的铁钴基永磁材料的新型发电机，其特征在于：沿所述转子铁芯的圆周方向上交替且均匀排列永磁体的N极和S极，并且所述永磁体的充磁方向垂直于永磁体表面，并形成平行充磁。
3.根据权利要求2所述的铁钴基永磁材料的新型发电机，其特征在于：所述永磁体在转子铁芯中由内而外分为两层，每个内层上的永磁体分别设置在外层上相邻的两个永磁体之间，并靠近外层永磁体的内端面，内层上的一个永磁体与其相邻的外层上的两个永磁体构成开口朝外的倒梯形结构，以实现将永磁体排布形成聚磁结构。
4.根据权利要求1所述的铁钴基永磁材料的新型发电机，其特征在于：所述转子铁芯设置永磁体的位置与定子铁芯之间的气隙厚度，不同于所述转子铁芯未设置永磁体的位置与定子铁芯之间的气隙厚度。
5.根据权利要求4所述的铁钴基永磁材料的新型发电机，其特征在于：所述定子铁芯和所述转子铁芯之间的气隙厚度在0.7mm至1.8mm之间。
6.根据权利要求1所述的铁钴基永磁材料的新型发电机，其特征在于：所述定子铁芯的取向性硅钢片内圆周表面上均匀设置42槽，并分到四极形成分数槽，每极每相槽数为：
Figure FDA0002412847890000011
7.根据权利要求1-6任一项所述的铁钴基永磁材料的新型发电机，其特征在于：所述转子铁芯内置的永磁体采用铁钴基永磁材料制作。
8.根据权利要求7所述的铁钴基永磁材料的新型发电机，其特征在于：所述转子铁芯具有两对极，而且铁钴基永磁体采用内嵌混合式转子磁路结构。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112039251A (zh) * 2020-08-31 2020-12-04 中国人民解放军海军工程大学 低磁性永磁电机、水下航行器、伺服***、船舶、汽车

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1617422A (zh) * 2004-11-29 2005-05-18 天津大学 多极数内置混合式转子磁路结构可控磁通永磁同步电机
CN101507084A (zh) * 2006-08-23 2009-08-12 株式会社东芝 永久磁铁式旋转电机
CN102856994A (zh) * 2011-06-30 2013-01-02 德昌电机(深圳)有限公司 永磁电机转子
JP2014192907A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Meidensha Corp 磁石埋込型電動機

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1617422A (zh) * 2004-11-29 2005-05-18 天津大学 多极数内置混合式转子磁路结构可控磁通永磁同步电机
CN101507084A (zh) * 2006-08-23 2009-08-12 株式会社东芝 永久磁铁式旋转电机
CN102856994A (zh) * 2011-06-30 2013-01-02 德昌电机(深圳)有限公司 永磁电机转子
JP2014192907A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Meidensha Corp 磁石埋込型電動機

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张勤，曹瑞基主编: "《电磁计量》", 30 September 2007, 中国计量出版社 *
钟再敏，江尚著: "《车用驱动电机分布参数建模方法及其应用》", 30 April 2018, 北京理工大学出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112039251A (zh) * 2020-08-31 2020-12-04 中国人民解放军海军工程大学 低磁性永磁电机、水下航行器、伺服***、船舶、汽车

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