CN111740518B - 一种风电电机转子及风电变桨用永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电电机转子及风电变桨用永磁电机，风电电机转子包括定位瓦片永磁体，定位瓦片永磁体的内圆弧面中间设有沿径向并朝内凸出的卡块；铁芯冲片中心设有转轴孔，转轴孔的孔边设有N个呈圆周均布的圆弧形缺口，铁芯冲片上于转轴孔的***还设有N个呈圆周均布的第一通孔，该第一通孔与圆弧形缺口错开设置，第一通孔上沿铁芯冲片的径向朝外设有开口槽，该开口槽宽度与卡块宽度相配合；本发明通过转子铁芯上若干个通孔设计，达到最小的转动惯量，使得转子加速时间比现有技术快20~40ms；每组永磁体设有1件定位瓦片永磁体，每组永磁体不均分，可以抑制定位力矩，提高定位精度，使得桨叶对准最佳的迎风角度，达到最优的发电效果。

Description

一种风电电机转子及风电变桨用永磁电机

技术领域

本发明涉及风电电机技术领域，特别涉及一种风电电机转子及风电变桨用永磁电机。

背景技术

风力发电属于清洁、可再生能源，近年来在全球装机量持续增长，单机容量持续增大。大容量风电机组可以有效降低风场的运营、维护成本，降低风力发电的成本。为达到平稳、安全控制风叶的目的，大容量风力发电机组广泛应用变桨***，特别是海装型风力发电机组，对变桨***驱动电机的响应速度、控制精度、防护等级提出了更高的要求。

现有风电变桨用永磁电机普遍存在以下不足：1、转子转动惯量大，使转子从静止加速到额定转速所需的加速时间长，导致电机动态响应速度达不到要求；2、风力发电变桨***需要高的定位精度，以使得桨叶对准最佳的迎风角度，达到最优的发电效果。影响永磁变桨电机停转时定位精度的主要原因是永磁同步电机的定位力矩、齿槽转矩，即电动机不通电时所呈现出的磁阻力矩，该力矩力图使电动机转子定位于某一位置。通过反复试验分析对比发现，采用大小不均分瓦片永磁体，可以减小齿槽转矩、抑制定位力矩，但现有风电电机转子均设为若干件瓦片永磁体呈圆周均布，定位精度达不到要求； 3、低速平稳性是永磁变桨电机一个重要指标。目前其他同类产品多采用定子斜槽来保证低速平稳性，但定子斜槽加工工艺困难且成本较高；4、风力发电变桨电机运行环境恶劣，沙层、雨水常见，电机防护等级要求IP65以上，但现在风力发电变桨电机防护等级只能达到IP65。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风电电机转子及风电变桨用永磁电机，以解决上述背景技术中提出的现有风电变桨用永磁电机响应速度慢，定位精度达不到要求，采用定子斜槽加工工艺困难，防护等级达不到要求的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种风电电机转子，包括薄钢套、瓦片永磁体和转子铁芯，所述转子铁芯由若干个圆盘形的铁芯冲片叠压组成，所述瓦片永磁体的外形为内径与转子铁芯外径相同的扇形，其特征在于还包括定位瓦片永磁体，所述定位瓦片永磁体外形为内径与转子铁芯外径相同的扇形，该扇形对应的圆心角设为360/N+5°至360/N+10°之间，所述N为电机总极数，所述定位瓦片永磁体的内圆弧面中间设有沿径向并朝内凸出的卡块；

所述铁芯冲片中心设有转轴孔，所述转轴孔的孔边设有N个呈圆周均布的圆弧形缺口，所述铁芯冲片上于转轴孔的***还设有N个呈圆周均布的第一通孔，该第一通孔与圆弧形缺口错开设置，所述第一通孔上沿铁芯冲片的径向朝外设有开口槽，该开口槽宽度与卡块宽度相配合，所述第一通孔孔径设为铁芯冲片外径的16％～18％；

所述转子铁芯上沿轴向设有若干组永磁体，每组永磁体包括1件定位瓦片永磁体和N-1件瓦片永磁体，所述定位瓦片永磁体的卡块卡入开口槽内，定位一组永磁体，每组永磁体的内圆弧面均粘合于转子铁芯同一位置的外圆面上，围成一个完整的圆形，所述薄钢套套设于若干组永磁体外侧，将永磁体固定，所述转子铁芯上对应于每组定位瓦片永磁体的开口槽沿轴向错位排列，对应卡接的所述定位瓦片永磁体沿轴向错位排列，从而使瓦片永磁体均随定位瓦片永磁体一起沿轴向错位排列。

进一步的，所述铁芯冲片上设有六边形孔，用于若干片铁芯冲片叠压时方向定位作用。

进一步的，与定位瓦片永磁体相卡接的所述开口槽设为第一开口槽，与瓦片永磁体相对应的所述开口槽设为第二开口槽，所述第一开口槽宽度大于第二开口槽宽度，用于铁芯冲片压装时以第一开口槽定位，避免反向。

进一步的，所述铁芯冲片上于圆弧形缺口***还设有N-1个第二通孔，所述第二通孔孔径设为第一通孔孔径的1/3～1/2，所述第二通孔孔径与六边形孔的外接圆直径一致，N-1个第二通孔与六边形孔相对铁芯冲片的圆心呈圆周均布，并与第一通孔错开设置。

进一步的，所述铁芯冲片上还设有N个第三通孔，所述第三通孔孔径设为第二通孔孔径的1/3～1/2，并与第一通孔错开设置，与第二通孔、圆弧形缺口分开设置。

进一步的，所述沿轴向错位排列的两相邻定位瓦片永磁体错位角度设为9 ±1°

进一步的，所述N设为8，所述定位瓦片永磁体的扇形所对应的圆心角设为52～55°。

本发明还提供了一种风电变桨用永磁电机，包括输出花键轴、前端盖、前密封轴承、铝合金机座、绕组定子铁芯、转子、后密封轴承、三相高压连接器、后端盖、制动器连接器、电磁制动器、旋变连接器、制动器罩壳、旋变支架、旋转变压器、后防护盖，所述输出花键轴固定在转子的转子铁芯内部，所述前密封轴承、后密封轴承分别安放在输出花键轴前后两端，所述绕组定子铁芯安装于铝合金机座内部，所述前端盖、后端盖分别安装在铝合金机座前后端部，所述三相高压连接器安装于铝合金机座上，所述电磁制动器安装在后端盖上，所述旋转变压器安装在电磁制动器上，所述制动器罩壳安装在后端盖上，所述后防护盖安装在制动器罩壳上，其特征在于：所述转子为本发明上面提供的风电电机转子。

进一步的，所述前端盖、后端盖、后防护盖与制动器罩壳上均设有密封沟槽，所述密封沟槽处均设有O型密封圈。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：1)通过转子铁芯上若干个呈圆周均布的通孔设计，达到最小的转动惯量，使得转子加速时间可达50ms,比现有技术快20～40ms；2)每组永磁体设有1件定位瓦片永磁体，该定位瓦片永磁体的宽度比瓦片永磁体宽度要宽，使每组永磁体不均分，且定位瓦片永磁体的扇形对应的圆心角设为360/N+5°至360/N+10°之间时，可以抑制定位力矩，提高定位精度，使得桨叶对准最佳的迎风角度，达到最优的发电效果；3)采用定位瓦片永磁体及瓦片永磁体均沿轴向错位排列，保证了转子的低速平稳性，且加工工艺简单；4)通过前端盖、后端盖、后防护盖与制动器罩壳上增设了O型密封圈，使电机整体达到IP66防护等级。

附图说明

图1为本发明实施例一风电电机转子结构示意图；

图2为本发明实施例一定位瓦片永磁体沿轴向错位排列结构示意图；

图3为本发明实施例二风电电机转子结构示意图；

图4为本发明实施例风电变桨用永磁电机结构示意图。

图中：1、输出花键轴，2、前端盖，3、前密封轴承，4、O型密封圈，5、铝合金机座，6、绕组定子铁芯，7、转子，701、薄钢套，702、定位瓦片永磁体，7021、卡块，703、瓦片永磁体，704、转子铁芯，7041、转轴孔，7042、圆弧形缺口，7043、第一通孔，7044、第一开口槽，7045、第二开口槽，7046、六边形孔，7047、第二通孔，7048、第三通孔，8、后密封轴承，9、三相高压连接器，10、O型密封圈，11、后端盖，12、O型密封圈，13、制动器连接器，14、电磁制动器，15、旋变连接器，16、制动器罩壳，17、O型密封圈，18、旋变支架，19、旋转变压器，20、后防护盖。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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。

如图1、2所示，本发明实施例一为极数为8的风电电机转子，包括薄钢套701、1件定位瓦片永磁体702、7件瓦片永磁体703和转子铁芯704，转子铁芯704由若干个圆盘形的铁芯冲片叠压组成，定位瓦片永磁体702与瓦片永磁体703的外形均为内径与转子铁芯704外径相同的扇形，定位瓦片永磁体702的扇形对应的圆心角设为52°，定位瓦片永磁体702的内圆弧面中间设有沿径向并朝内凸出的卡块7021；

铁芯冲片外径设为94mm，铁芯冲片中心设有转轴孔7041，转轴孔7041 的孔边设有8个呈圆周均布的圆弧形缺口7042，铁芯冲片上于转轴孔7041 的***还设有8个呈圆周均布的第一通孔7043，第一通孔7043孔径设为

第一通孔7043与圆弧形缺口7042错开设置，1个第一通孔7043上沿铁芯冲片的径向朝外设有第一开口槽7044，该第一开口槽7044与定位瓦片永磁体 702的卡块7021相卡接，另外7个第一通孔7043上沿铁芯冲片的径向朝外设有第二开口槽7045，第一开口槽7044宽度大于第二开口槽7045宽度，用于铁芯冲片压装时以此第一开口槽7044快速定位，还可以避免反向。

转子铁芯704上沿轴向设有5组永磁体，每组永磁体包括1件定位瓦片永磁体702和7件瓦片永磁体703，定位瓦片永磁体702的卡块7021卡入第一开口槽7044内，定位一组永磁体，每组永磁体的内圆弧面均粘合于转子铁芯704同一位置的外圆面上，围成一个完整的圆形，薄钢套701套设于5组永磁体外侧，将永磁体固定，转子铁芯704上对应于每组定位瓦片永磁体702的第一开口槽 7044沿轴向错位排列，错位角度设为9±1°，对应卡接的定位瓦片永磁体702 沿轴向错位排列，从而使瓦片永磁体均随定位瓦片永磁体702一起沿轴向错位排列。采用定位瓦片永磁体错位排列方式提高了转子的低速平稳性，而且加工工艺简单，成本低。

铁芯冲片上设有六边形孔7046，该六边形孔7046的外接圆直径为

用于若干片铁芯冲片叠压时方向定位作用，避免装反。

作为优选，铁芯冲片上于圆弧形缺口7042***还设有7个第二通孔7047，第二通孔7047孔径设为Φ6，7个第二通孔7047与六边形孔7046相对铁芯冲片的圆心呈圆周均布，并与第一通孔7043错开设置。

作为优选，铁芯冲片上还设有8个第三通孔7048，第三通孔7048孔径设为

并与第一通孔7043错开设置，与第二通孔7047、圆弧形缺口7042分开设置。

如图3所示，本发明实施例二为极数为6的风电电机转子，包括薄钢套 701、1件定位瓦片永磁体702、5件瓦片永磁体703和转子铁芯704，转子铁芯704由若干个圆盘形的铁芯冲片叠压组成，定位瓦片永磁体702与瓦片永磁体703的外形均为内径与转子铁芯704外径相同的扇形，定位瓦片永磁体 702的扇形对应的圆心角设为67°，定位瓦片永磁体702的内圆弧面中间设有沿径向并朝内凸出的卡块7021；

铁芯冲片外径设为94mm，铁芯冲片中心设有转轴孔7041，转轴孔7041 的孔边设有6个呈圆周均布的圆弧形缺口7042，铁芯冲片上于转轴孔7041 的***还设有6个呈圆周均布的第一通孔7043，第一通孔7043孔径设为

第一通孔7043与圆弧形缺口7042错开设置，1个第一通孔7043上沿铁芯冲片的径向朝外设有第一开口槽7044，该第一开口槽7044与定位瓦片永磁体 702的卡块7021相卡接，另外5个第一通孔7043上沿铁芯冲片的径向朝外设有第二开口槽7045，第一开口槽7044宽度大于第二开口槽7045宽度，用于铁芯冲片压装时以此第一开口槽7044快速定位，还可以避免反向。

转子铁芯704上沿轴向设有5组永磁体，每组永磁体包括1件定位瓦片永磁体702和5件瓦片永磁体703，定位瓦片永磁体702的卡块7021卡入第一开口槽7044内，定位一组永磁体，每组永磁体的内圆弧面均粘合于转子铁芯704同一位置的外圆面上，围成一个完整的圆形，薄钢套701套设于5组永磁体外侧，将永磁体固定，转子铁芯704上对应于每组定位瓦片永磁体702的第一开口槽 7044沿轴向错位排列，错位角度设为9±1°，对应卡接的定位瓦片永磁体702 沿轴向错位排列，从而使瓦片永磁体均随定位瓦片永磁体702一起沿轴向错位排列。

铁芯冲片上设有六边形孔7046，该六边形孔7046的外接圆直径为

用于若干片铁芯冲片叠压时方向定位作用，避免装反。

作为优选，铁芯冲片上于圆弧形缺口7042***还设有5个第二通孔7047，第二通孔7047孔径设为

5个第二通孔7047与六边形孔7046相对铁芯冲片的圆心呈圆周均布，并与第一通孔7043错开设置。

作为优选，铁芯冲片上还设有6个第三通孔7048，第三通孔7048孔径设为

并与第一通孔7043错开设置，与第二通孔7047、圆弧形缺口7042分开设置。

表1为实施例一、实施例二、对比例一、对比例二的检测数据，对比例一为8级8件瓦片永磁体均分的现有转子，对比例二为6级6件瓦片永磁体均分的现有转子。

表一：

	转动惯量	响应速度	定位力矩
				实施例一	0.027kgm<sup>2</sup>	50ms	0.67Nm
实施例二	0.026kgm<sup>2</sup>	52ms	0.71Nm
				对比例一	0.037kgm<sup>2</sup>	90ms	0.95Nm
对比例二	0.034kgm<sup>2</sup>	70ms	1.01Nm

从表一数据显示本发明实施例一与实施例二的电机动态响应速度比现有技术要快20～40ms，定位力矩比现有技术均减小了，大大提高了定位精度。

如图4所示，本发明风电变桨用永磁电机实施例包括包括输出花键轴1、前端盖2、前密封轴承3、铝合金机座5、绕组定子铁芯6、转子7、后密封轴承 8、三相高压连接器9、后端盖11、制动器连接器13、电磁制动器14、旋变连接器15、制动器罩壳16、旋变支架18、旋转变压器19、后防护盖20，转子7 采用上述实施例一或实施例二的转子7，输出花键轴1固定在转子7的转子铁芯 704内部，前密封轴承3、后密封轴承8分别安放在输出花键轴1前后两端，绕组定子铁芯6安装于铝合金机座5内部，前端盖2、后端盖11分别安装在铝合金机座5前后端部，三相高压连接器9安装于铝合金机座5上，电磁制动器14安装在后端盖11上，旋转变压器19安装在电磁制动器14上，制动器罩壳16安装在后端盖11上，后防护盖20安装在制动器罩壳16上。

前端盖2、后端盖11、后防护盖20与制动器罩壳16上均设有密封沟槽，并于以上密封沟槽内分别设有O型密封圈4、O型密封圈10、O型密封圈12、O型密封圈17，使本发明风电变桨用永磁电机的防护等级提升到IP66。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风电电机转子，包括薄钢套、瓦片永磁体和转子铁芯，所述转子铁芯由若干个圆盘形的铁芯冲片叠压组成，所述瓦片永磁体的外形为内径与转子铁芯外径相同的扇形，其特征在于还包括定位瓦片永磁体，所述定位瓦片永磁体外形为内径与转子铁芯外径相同的扇形，该扇形对应的圆心角设为360/N+5°至360/N+10°之间，所述N为电机总极数，所述定位瓦片永磁体的内圆弧面中间设有沿径向并朝内凸出的卡块；

所述铁芯冲片中心设有转轴孔，所述转轴孔的孔边设有N个呈圆周均布的圆弧形缺口，所述铁芯冲片上于转轴孔的***还设有N个呈圆周均布的第一通孔，该第一通孔与圆弧形缺口错开设置，所述第一通孔上沿铁芯冲片的径向朝外设有开口槽，该开口槽宽度与卡块宽度相配合，所述第一通孔孔径设为铁芯冲片外径的16%～18%；

所述转子铁芯上沿轴向设有若干组永磁体，每组永磁体包括1件定位瓦片永磁体和N-1件瓦片永磁体，所述定位瓦片永磁体的卡块卡入开口槽内，定位一组永磁体，每组永磁体的内圆弧面均粘合于转子铁芯同一位置的外圆面上，围成一个完整的圆形，所述薄钢套套设于若干组永磁体外侧，将永磁体固定，所述转子铁芯上对应于每组定位瓦片永磁体的开口槽沿轴向错位排列，对应卡接的所述定位瓦片永磁体沿轴向错位排列，从而使瓦片永磁体均随定位瓦片永磁体一起沿轴向错位排列。

2.根据权利要求1所述一种风电电机转子，其特征在于：所述铁芯冲片上设有六边形孔，用于若干片铁芯冲片压装时方向定位作用。

3.根据权利要求2所述一种风电电机转子，其特征在于：与定位瓦片永磁体相卡接的所述开口槽设为第一开口槽，与瓦片永磁体相对应的所述开口槽设为第二开口槽，所述第一开口槽宽度大于第二开口槽宽度，用于铁芯冲片压装时以第一开口槽定位，避免反向。

4.根据权利要求3所述一种风电电机转子，其特征在于：所述铁芯冲片上于圆弧形缺口***还设有N-1个第二通孔，所述第二通孔孔径设为第一通孔孔径的1/3～1/2，所述第二通孔孔径与六边形孔的外接圆直径一致，N-1个第二通孔与六边形孔相对铁芯冲片的圆心呈圆周均布，并与第一通孔错开设置。

5.根据权利要求4所述一种风电电机转子，其特征在于：所述铁芯冲片上还设有N个第三通孔，所述第三通孔孔径设为第二通孔孔径的1/3～1/2，并与第一通孔错开设置，与第二通孔、圆弧形缺口分开设置。

6.根据权利要求1所述一种风电电机转子，其特征在于：所述沿轴向错位排列的两相邻定位瓦片永磁体错位角度设为9±1°。

7.根据权利要求1至6任一项所述一种风电电机转子，其特征在于：所述N设为8，所述定位瓦片永磁体的扇形所对应的圆心角设为52～55°。

8.一种风电变桨用永磁电机，包括输出花键轴、前端盖、前密封轴承、铝合金机座、绕组定子铁芯、转子、后密封轴承、三相高压连接器、后端盖、制动器连接器、电磁制动器、旋变连接器、制动器罩壳、旋变支架、旋转变压器、后防护盖，所述输出花键轴固定在转子的转子铁芯内部，所述前密封轴承、后密封轴承分别安放在输出花键轴前后两端，所述绕组定子铁芯安装于铝合金机座内部，所述前端盖、后端盖分别安装在铝合金机座前后端部，所述三相高压连接器安装于铝合金机座上，所述电磁制动器安装在后端盖上，所述旋转变压器安装在电磁制动器上，所述制动器罩壳安装在后端盖上，所述后防护盖安装在制动器罩壳上，其特征在于：所述转子为权利要求1至7任一项所述风电电机转子。

9.根据权利要求8所述一种风电变桨用永磁电机，其特征在于：所述前端盖、后端盖、后防护盖与制动器罩壳上均设有密封沟槽，所述密封沟槽处均设有O型密封圈。

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