CN210898663U - 定子铁芯、定子及永磁直驱发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种定子铁芯、定子及永磁直驱发电机。该定子铁芯应用于永磁直驱发电机的定子，定子铁芯包括层叠设置于定子的定子支架的外周侧或者内周侧的多个冲片，冲片包括：轭部，为具有预定圆心角度的弧形片体；多个齿部，沿轭部的周向间隔分布且与轭部连接，每个齿部为由取向硅钢材料制作的条状体，以降低永磁直驱发电机的损耗，多个齿部沿轭部的径向延伸，且基本平行于冲片的轧制方向设置，以使永磁直驱发电机的效率提高1％‑2％。该定子铁芯充分利用取向硅钢材料沿单方向具有优异的导磁性能的特点，将多个冲片的齿部由高磁感、低损耗的取向硅钢材料制作，且齿部基本平行于冲片的轧制方向设置，降低了电机的损耗，提高了电机的效率。

Description

定子铁芯、定子及永磁直驱发电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种定子铁芯、定子及永磁直驱发电机。

背景技术

永磁直驱发电机具有结构简单、故障率低、转动惯量大和通风效果好等优点，广泛应用于兆瓦级的风力发电机组中。风力发电机组的永磁直驱发电机直接由叶片驱动，转速低、直径大，例如1.5MW永磁直驱发电机的直径达4.8m。目前直驱永磁风力发电机的励磁一般采用钕铁硼永磁体，为节省励磁消耗的电能，定子铁芯大多选用冷轧无取向硅钢材料，含硅量为2.8％以下，硅钢材料用量多，定子铁芯的损耗及铜损较大，导致低速永磁直驱发电机的体积大，制造成本较高，不利于提升发电机的效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种定子铁芯、定子及永磁电机，该定子铁芯可以降低电机的损耗、提高电机的效率。

一方面，本实用新型提出了一种定子铁芯，应用于永磁直驱发电机的定子，定子铁芯包括层叠设置于定子的定子支架的外周侧或者内周侧的多个冲片，其中，每个冲片包括：轭部，为具有预定圆心角度的弧形片体；多个齿部，沿轭部的周向间隔分布且与轭部连接，每个齿部为由取向硅钢材料制作的条状体，以降低永磁直驱发电机的损耗，多个齿部沿轭部的径向延伸，且基本平行于冲片的轧制方向设置，以使永磁直驱发电机的效率提高1％-2％。

根据本实用新型的一个方面，冲片的轭部的预定圆心角度为10°～20°。

根据本实用新型的一个方面，冲片的齿部与轭部沿径向的长度比值为6:1～8:1。

根据本实用新型的一个方面，冲片的轭部为由取向硅钢材料制作的片状体，且轭部与多个齿部一体成型设置；或者，轭部为由无取向硅钢材料制作的片状体，且轭部与多个齿部拼接连接。

根据本实用新型的一个方面，层叠设置的多个冲片中，同一层中相邻的冲片沿周向部分重叠设置，相邻层的多个冲片沿周向偏移预定角度设置。

根据本实用新型的一个方面，多个冲片层叠设置于定子支架的外周侧，每个冲片的多个齿部位于轭部的外周侧；或者，多个冲片层叠设置于定子支架的内周侧，每个冲片的多个齿部位于轭部的内周侧。

另一方面，本实用新型还提出了一种定子，应用于永磁直驱发电机，该定子包括：定子支架，沿自身内周侧或者外周侧设置有沿轴向间隔分布的一对齿压板，一对齿压板之间形成容纳腔；如前所述的定子铁芯，设置于容纳腔；线圈绕组，沿定子支架的轴向缠绕于定子铁芯的多个冲片的相邻齿部之间的齿槽内。

根据本实用新型的一个方面，齿压板包括承载部和沿承载部的周向间隔分布的多个固定齿，固定齿与定子铁芯的齿部对齐设置。

根据本实用新型的一个方面，定子还包括端板和拉紧螺杆，端板压合齿压板，并通过拉紧螺杆将端板、齿压板及定子铁芯连接为一体。

另一方面，本实用新型还提出了一种永磁直驱发电机，包括同轴设置的转子和定子，定子为如前所述的定子。

本实用新型提供的一种定子铁芯、定子及永磁直驱发电机，通过将定子铁芯的层叠设置的多个冲片的齿部由高磁感、低损耗的取向硅钢材料制作，且齿部基本平行于冲片的轧制方向设置，充分利用取向硅钢材料沿单方向具有优异的导磁性能的特点，降低了永磁直驱发电机的损耗，提高了电机的效率。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1是本实用新型实施例提供的一种永磁直驱发电机沿垂直于转子的轴向方向截取的局部结构的主磁路示意图；

图2是图1所示的永磁直驱发电机的定子的局部结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种冲片的结构示意图；

图4是图2所示的定子去掉线圈绕组后的局部结构示意图；

图5是图4所示的区域A的局部放大结构示意图。

附图标记说明：

1-冲片；11-轭部；111-定位孔；12-齿部；

100-定子；10-定子铁芯；20-定子支架；21-齿压板；211-承载部；212-固定齿；22-端板；30-线圈绕组；

200-转子；210-转子支架；220-磁极模块。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图5对本实用新型实施例提供的一种定子铁芯、定子及永磁直驱发电机进行详细描述。

请一并参阅图1和图2，本实用新型实施例提供了一种永磁直驱发电机，可选地，该发电机也可以是一般的永磁发电机，并可扩展地，该发电机为一般的不限于永磁的发电机。该发电机包括同轴设置的定子100和转子200，定子100包括定子铁芯10、定子支架20和线圈绕组30，线圈绕组30沿定子支架20的轴向缠绕于定子铁芯10的齿槽内。转子200包括转子支架210和设置于转子支架210上的磁极模块220。

永磁直驱发电机可以为内定子、外转子的结构，即转子200沿定子100的外周设置；永磁直驱发电机也可以是内转子、外定子结构，即定子100沿转子200的外周设置。转子200的磁极模块220与定子100的线圈绕组30之间沿径向保持预定气隙P。本申请中的“径向”指永磁直驱发电机的直径方向，也就是定子和转子的直径方向，“轴向”指永磁直驱发电机旋转轴的方向，“周向”指永磁直驱发电机的圆周方向。为了便于描述，本实用新型以内定子、外转子结构的永磁直驱发电机为例进行说明。

如图1所示，转子200的多个磁极模块220的磁极N和S沿转子支架210的周向交替设置，定子100与转子200之间的主磁路由磁极模块220、转子支架210、磁极模块220的磁极对应的定子100与转子200之间的预定气隙P、定子铁芯10及线圈绕组30组成。

永磁直驱发电机由于额定转速低，一般采用多极多槽方案。如图2所示，定子铁芯10包括层叠设置于定子支架20的外周侧的多个冲片1，每个冲片1包括轭部11和多个齿部12。主磁路以径向齿部12的磁路为主，轭部11虽然存在切向分量但磁路相对较短，距离主磁场较远。根据磁通连续性原理，轭部11的磁力线从两侧分别闭合，使得多数情况下轭部11的磁通密度在数值上约为齿部12的磁通密度标称值的一半，故轭部11的磁性能对整个主磁路的影响较小。

为了在有限空间及材料的条件下提高发电机的功率密度，可以采用磁感应强度更高、损耗极低的取向硅钢片代替现有技术中的无取向硅钢片作为定子铁芯10的材质。取向硅钢片属于低硅低碳硅铁合金，掺杂较低，具有铁芯损耗小、磁感应强度高、表面光滑度高、同板差小、厚度均匀等特点，使得其在单方向上具有优异的导磁性能，但垂直于该方向的导磁性能较弱。由于定子100的直径较大，每个冲片1的齿部12在制作时基本处于轧制方向，因此可以将多个齿部12采用取向硅钢材料一体成型制作，由于轭部11对整个主磁路的影响较小，可以仍采用价格较低的无取向硅钢材料制作，以达到提高电机效率、减少电机体积，减少有效材料使用和降低电机制造成本的目的。

参阅图3，本实用新型实施例提供了一种定子铁芯10，应用于永磁直驱发电机的定子100，定子铁芯10包括层叠设置于定子100的定子支架20的外周侧或者内周侧的多个冲片1，每个冲片1包括：轭部11和多个齿部12。

轭部11为具有预定圆心角度的弧形片体。

多个齿部12沿轭部11的周向间隔分布且与轭部11连接，每个齿部12为由取向硅钢材料制作的条状体，以降低永磁直驱发电机的损耗，多个齿部12沿轭部11的径向延伸，且基本平行于冲片1的轧制方向设置，以使永磁直驱发电机的效率提高1％-2％。

本申请中所述的“基本平行”指的是冲片1的多个齿部12中，位于轭部11中央位置的尺寸平行于冲片1的轧制方向设置，位于轭部11两侧的齿部12由于沿径向延伸，相对于中央位置的齿部12偏移一定的角度，该偏移角度范围为0°～10°。

以功率为2.5兆瓦的永磁直驱发电机为例，将定子铁芯10的多个冲片1的齿部12采用高磁导率、低损耗的取向硅钢材料制作，并将其与现有技术中采用无取向硅钢材料制作的定子铁芯进行仿真对比分析。结果表明，由取向硅钢材料制作的定子铁芯10的铁损仅为采用无取向硅钢材料的定子铁芯损耗的20％左右，发电机的效率提高约为1％，从而可以减少发电机升温，延长发电机的使用寿命。

本实用新型实施例提供的一种定子铁芯10，通过将层叠设置的多个冲片1的齿部12由高磁感、低损耗的取向硅钢材料制作，且齿部基本平行于冲片的轧制方向设置，充分利用取向硅钢材料沿单方向具有优异的导磁性能的特点，降低了永磁直驱发电机的损耗，提高了电机的效率。

下面结合附图进一步详细描述本实用新型实施例的定子铁芯10的具体结构。

当永磁直驱发电机为内定子、外转子结构时，多个冲片1层叠设置于定子支架20的外周侧，每个冲片1的多个齿部12位于轭部11的外周侧。当永磁直驱发电机为内转子、外定子结构时，多个冲片1层叠设置于定子支架20的内周侧，每个冲片1的多个齿部12位于轭部11的内周侧。

为便于描述，下面以冲片1的多个齿部12位于轭部11的外周侧为例进行说明。

再次参阅图3，如前所述，冲片1的多个齿部12沿轭部11的径向延伸，且基本平行于冲片1的轧制方向设置。为了满足“基本平行”的要求，可选地，冲片1轭部11的预定圆心角度为10°～20°。

多个齿部12沿轭部11的周向间隔分布，以使位于轭部11两侧的齿部12相对于中央位置的齿部12偏移尽可能小的角度，从而充分利用取向硅钢材料沿单方向具有优异的导磁性能的特点，降低了永磁直驱发电机的损耗，提高了电机的效率。

进一步地，冲片1的齿部12与轭部11沿径向的长度比值为6:1～8:1。例如，齿部12沿径向的长度为130mm，轭部11沿径向的长度为20mm。轭部11上沿周向还设置有定位孔111，便于将多层冲片1沿轴向叠压在一起。冲片1如此设计，一方面可以使得冲片1相邻的齿部12之间的齿槽容纳较多的线圈绕组30，有利于提升发电机的功率密度；另一方面，减少定子铁芯10的材料用量，进而降低发电机的制作成本。

作为一种可选的实施方式，轭部11为由无取向硅钢材料制作的片状体，且轭部11与多个齿部12拼接连接。如前所述，由于冲片1的轭部11对整个主磁路的影响较小，可以仍采用价格较低的无取向硅钢材料制作，从而可以在发电机的效率与制作成本之间取得平衡。

作为一种可选的实施方式，冲片1的轭部11为由取向硅钢材料制作的片状体，且轭部11与多个齿部12一体成型设置。冲片1整体采用取向硅钢材料制作，可以进一步降低发电机的损耗，提高发电机的效率，同时简化定子铁芯10的制作工序，提高定子铁芯10的组装效率。

参阅图4，定子铁芯10的层叠设置的多个冲片1中，同一层中相邻的冲片1沿周向部分重叠设置，相邻层的多个冲片1沿周向偏移预定角度设置。

例如，定子铁芯10的组装过程以6个步骤为一组，围绕定子支架20的周侧叠放冲片1。第1步放置第一个冲片1；第2步沿顺时针放置第二个冲片1，且第二个冲片1与第一个冲片1沿周向部分重叠1/4个冲片；第3～6步中依次沿顺时针放置其余冲片1，且相邻的冲片1沿周向均部分重叠1/4个冲片，完成第一层的放置作业。第二层的第1步相对于第一层的第1步沿顺时针方向偏移1.5个冲片的角度放置第一个冲片1，第2～6步依次沿顺时针方向放置冲片1，完成第二层的放置作业。类似地，第三层的第1步相对于第二层的第1步沿顺时针方向偏移1.5个冲片的角度放置第一个冲片1，第2～6步依次沿顺时针方向放置冲片1，完成第三层的放置作业。以此类推，最终完成多层冲片的放置作业。

多层冲片1的放置过程中，需要预压已经叠放好的冲片1，可以根据定子铁芯10的高度决定冲片1的预压次数。预压冲片时，先用整形打板将已放置好的多层冲片1的定位孔111进行调整，然后用通槽棒检查定子铁芯10的各个定位孔111是否对中，以及定子支架20的通风槽与冲片1的齿槽是否对中，以便于散热。当多层冲片1叠放至预定高度时，安装分体预压工装进行保压，保压时间为半小时左右。如果定子铁芯10的高度较高，一般预压为三次，以确保每个冲片1不会出现翘边现象。

另外，多个冲片1也可以采用粘接的方式相互叠压在一起，不再赘述。

参阅图5，定子支架20沿自身内周侧或者外周侧设置有沿轴向间隔分布的一对齿压板21，一对齿压板21之间形成容纳腔，定子铁芯10设置于该容纳腔。

进一步地，齿压板21包括承载部211和沿承载部211的周向间隔分布的多个固定齿212，固定齿212与定子铁芯10的齿部12对齐设置。

定子100还包括端板22和拉紧螺杆(图中未示出)，端板22压合齿压板21的承载部211，并通过拉紧螺杆将端板22、齿压板21及定子铁芯10连接为一体。

层叠设置的多个冲片1保压结束后，可以将端板22压合齿压板21的承载部211，例如将端板22与齿压板21的承载部211进行焊接，再将拉紧螺杆穿过端板22、齿压板21及定子铁芯10的定位孔后用螺母旋紧，最后再点焊螺母，完成定子铁芯10的组装作业。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种定子铁芯(10)，应用于永磁直驱发电机的定子(100)，所述定子铁芯(10)包括层叠设置于所述定子(100)的定子支架(20)的外周侧或者内周侧的多个冲片(1)，其特征在于，每个所述冲片(1)包括：

轭部(11)，为具有预定圆心角度的弧形片体；

多个齿部(12)，沿所述轭部(11)的周向间隔分布且与所述轭部(11)连接，每个所述齿部(12)为由取向硅钢材料制作的条状体，以降低所述永磁直驱发电机的损耗，多个所述齿部(12)沿所述轭部(11)的径向延伸，且基本平行于所述冲片(1)的轧制方向设置，以使所述永磁直驱发电机的效率提高1％-2％。

2.根据权利要求1所述的定子铁芯(10)，其特征在于，所述冲片(1)的所述轭部(11)的所述预定圆心角度为10°～20°。

3.根据权利要求1所述的定子铁芯(10)，其特征在于，所述冲片(1)的所述齿部(12)与所述轭部(11)沿所述径向的长度比值为6:1～8:1。

4.根据权利要求1所述的定子铁芯(10)，其特征在于，所述冲片(1)的所述轭部(11)为由取向硅钢材料制作的片状体，且所述轭部(11)与多个所述齿部(12)一体成型设置；

或者，所述冲片(1)的所述轭部(11)为由无取向硅钢材料制作的片状体，且所述轭部(11)与多个所述齿部(12)拼接连接。

5.根据权利要求1所述的定子铁芯(10)，其特征在于，层叠设置的多个所述冲片(1)中，同一层中相邻的所述冲片(1)沿周向部分重叠设置，相邻层的多个所述冲片(1)沿周向偏移预定角度设置。

6.根据权利要求1所述的定子铁芯(10)，其特征在于，所述多个冲片(1)层叠设置于所述定子支架(20)的外周侧，每个所述冲片(1)的多个所述齿部(12)位于所述轭部(11)的外周侧；

或者，所述多个冲片(1)层叠设置于所述定子支架(20)的内周侧，每个所述冲片(1)的多个所述齿部(12)位于所述轭部(11)的内周侧。

7.一种定子(100)，应用于永磁直驱发电机，其特征在于，所述定子(100)包括：

定子支架(20)，沿自身内周侧或者外周侧设置有沿轴向间隔分布的一对齿压板(21)，所述一对齿压板(21)之间形成容纳腔；

如权利要求1至6任一项所述的定子铁芯(10)，设置于所述容纳腔；

线圈绕组(30)，沿所述定子支架(20)的轴向缠绕于所述定子铁芯(10)的多个冲片(1)的相邻齿部(12)之间的齿槽内。

8.根据权利要求7所述的定子(100)，其特征在于，所述齿压板(21)包括承载部(211)和沿所述承载部(211)的周向间隔分布的多个固定齿(212)，所述固定齿(212)与所述定子铁芯(10)的所述齿部(12)对齐设置。

9.根据权利要求8所述的定子(100)，其特征在于，还包括端板(22)和拉紧螺杆，所述端板(22)压合所述齿压板(21)的所述承载部(211)，并通过所述拉紧螺杆将所述端板(22)、所述齿压板(21)及所述定子铁芯(10)连接为一体。

10.一种永磁直驱发电机，其特征在于，包括同轴设置的转子和定子，所述定子为如权利要求7至9任一项所述的定子(100)。

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