專利名稱：用于1.5mw永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于發(fā)電機(jī)磁鋼，尤其是涉及一種用于1. 5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力 發(fā)電機(jī)的磁鋼。
背景技術(shù)：
永磁同步發(fā)電機(jī)從結(jié)構(gòu)上可分外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子兩種，我們知道氣隙、直徑和電機(jī) 容量的關(guān)系。很顯然同一氣隙和直徑的電機(jī)，外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相比，在電氣性能是 沒有區(qū)別的。內(nèi)轉(zhuǎn)子方式的永磁電機(jī)的磁鋼是固定在轉(zhuǎn)子外側(cè)或外表面，如果內(nèi)轉(zhuǎn)子的永磁電 機(jī)的永磁體是在內(nèi)轉(zhuǎn)子的外表面固定的，則一般采用在永磁體外面加一個壓環(huán)用來保護(hù)磁 體。另外一種方法則是將磁體緊固在特殊加工的轉(zhuǎn)子上的燕尾槽內(nèi)，用槽楔方式固定。但 不論用何種方式固定，其加工要求都很高、很嚴(yán)格。這樣就造成加工難度大，成本高。但是由于內(nèi)轉(zhuǎn)子方式的永磁電機(jī)的磁鋼是固定在轉(zhuǎn)子外側(cè)或外表面，如果電機(jī)轉(zhuǎn) 速較高，則離心力會很大(離心力F = m· ω2·Ι )，為防止永磁體的磁體被離心力破碎，第 一種方法是，如果內(nèi)轉(zhuǎn)子的永磁電機(jī)的永磁體是在內(nèi)轉(zhuǎn)子的外表面固定的，則一般采用在 永磁體外面加一個壓環(huán)用來保護(hù)磁體。另外一種方法則是將磁體緊固在特殊加工的轉(zhuǎn)子上 的燕尾槽內(nèi)，用槽楔方式固定。但不論用何種方式固定，其加工要求都很高、很嚴(yán)格。這樣 就造成加工難度大，成本高。內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)中可有四種形式的轉(zhuǎn)子磁路，分別為徑向式、切向式、軸向 式和混合式，在實(shí)際的應(yīng)用中，常以切向結(jié)構(gòu)和徑向磁化結(jié)構(gòu)居多，由于徑向磁化結(jié)構(gòu)因?yàn)?磁極直接面對氣隙，具有小的漏磁系數(shù)，且其磁軛為一整塊導(dǎo)磁體，同時避免了軸向勵磁時 軸向尺寸過大的問題，因此，工藝實(shí)現(xiàn)容易，而且徑向磁化結(jié)構(gòu)中，氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度接近永 磁體的工作點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度，雖然沒有切向結(jié)構(gòu)那么大的氣隙磁密，但也不會太低，所以徑向 結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)越性，也是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計中應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。在切向磁化結(jié)構(gòu)中，永磁體的磁化方向與氣隙磁通軸線接近垂直且離氣隙較遠(yuǎn)， 其漏磁比徑向式結(jié)構(gòu)要大，在切向磁化結(jié)構(gòu)中，永磁體呈并聯(lián)狀態(tài)，由兩塊稀土永磁體提供 發(fā)電機(jī)的每極磁通，可提高氣隙磁密，尤其在極數(shù)多的情況更為突出。切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)由于永磁體和極靴的固定方式不同，通常可分為切向套環(huán)式 結(jié)構(gòu)和切向槽楔式結(jié)構(gòu)。永磁材料，尤其在稀土鈷永磁材料的抗拉強(qiáng)度很低，如果轉(zhuǎn)子上無 防護(hù)措施，等發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑較大或高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子表面所承受的離心力將使永磁體出 現(xiàn)損壞，所以一般在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外表加一個套環(huán)，通過套環(huán)把永磁體和軟 鐵極靴都固定在相應(yīng)的位置。切向套環(huán)式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的磁通路徑為永磁體N極一軟鐵極靴一套環(huán)的磁性材 料段一軟鐵極靴一永磁體S極。從磁通路徑可以看出，套環(huán)的一部分是主磁路的組成部分， 要求導(dǎo)磁性好，而套環(huán)的另一部分是兩磁極的間隔，需要隔磁。因此套環(huán)是由高精度、高電 阻率的磁性金屬材料和非磁材料構(gòu)成。而永磁體和軟鐵極靴和套環(huán)內(nèi)壁之間是主磁通的路徑，零件必須進(jìn)行高精度加工。切向槽楔式結(jié)構(gòu)中永磁體用槽楔固定，工藝和結(jié)構(gòu)比較簡單，有的發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)子 沿軸向分為幾段，每段為一個磁盤，裝配時，先將每一磁盤分別進(jìn)行組裝，再將所有磁盤套 裝在轉(zhuǎn)軸上。徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中永久磁體磁化方向與氣隙磁通軸線一致且離氣隙較近，漏 磁系數(shù)較切向結(jié)構(gòu)小，徑向磁化結(jié)構(gòu)中和稀土永磁體工作于路障狀態(tài)，只有一塊永磁體的 面積提供發(fā)電機(jī)每極氣隙磁通。因此氣隙磁密相對較低。徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中永磁體的 形狀主要有環(huán)形、星形、瓦片型和矩形四種。為了盡可能地減小轉(zhuǎn)子的直徑，提高氣隙磁密，同時考慮到稀土永磁的矯頑力高， 永磁體磁化方向長度可以小，現(xiàn)多采用瓦片形永磁體和矩形永磁體。矩形永磁體的加工費(fèi) 低，磁化均勻，同樣永磁材料的磁性能最好。瓦片形永磁體也可 以用矩形永磁體條組成，以 減小永磁體加工費(fèi)用。調(diào)節(jié)瓦片形永磁體的寬度和矩形永磁體極靴的形狀和寬度，也就是 調(diào)節(jié)極靴系數(shù)，可以改善氣隙磁場波形?；旌鲜睫D(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)是在徑向和切向都放置永磁體，它可以在一定的轉(zhuǎn)子直徑下 提供更高的氣隙磁密，或者要可以在氣隙磁密相同的情況下縮小轉(zhuǎn)子體積。在切向永磁體 的徑向永磁體的尺寸相同的情況下，減少永磁體用量?；旌鲜睫D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對轉(zhuǎn)子槽型和 永磁體的加工精度要求高，制造費(fèi)時。軸向式轉(zhuǎn)子的代表結(jié)構(gòu)是爪極式轉(zhuǎn)子，其優(yōu)點(diǎn)是永磁體形狀簡單，磁性能好，磁化 均勻，利用率高，缺點(diǎn)是爪極結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難、費(fèi)時，容量大的機(jī)組，爪極受離心力大，需 采用專門緊固措施，爪極和法蘭盤所占轉(zhuǎn)子體積的比例較大，電機(jī)質(zhì)量增加，不宜制成工頻 發(fā)電機(jī)，爪極中脈動損耗較大，效率下降。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、 工藝性好、成本低的用于1. 5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼。本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種用于1. 5麗永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼，其特征在于，該磁鋼橫截面為長方 形，其中央設(shè)有通孔，其上表面為拱形，下表面為拱形，側(cè)面包括上側(cè)面、中側(cè)面、下側(cè)面。所述的通孔包括上部分、下部分，其中上部分為倒圓臺體，下部分為圓柱體。所述的上表面與下表面的拱形的圓弧直徑相同。所述的上側(cè)面為矩形。所述的中側(cè)面為拱形。所述的下側(cè)面為矩形。該磁鋼表面鍍鋅層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，成本比傳統(tǒng)方式降低 10 12%左右。取得良好效果。(1)磁鋼外形為長方形形狀，底面有與轉(zhuǎn)子外圓半徑相同的弧度，側(cè)面為圓弧形制 作簡單方便。因底面有與轉(zhuǎn)子外圓半徑相同的弧度，使底面能與轉(zhuǎn)子外圓完美吻合，厭氧膠 涂層薄厚均勻，磁體受到的緊固力均勻，粘合牢靠。[0025](2)磁鋼中心有一用來穿固定螺釘?shù)耐?，使按裝時定位方便、準(zhǔn)確，且使轉(zhuǎn)子外 圓制造只需加工外圓和鉆孔，工藝簡單，精度要求低，成本低。(3)磁鋼側(cè)面為圓弧形，不僅使成型時脫模性能好，還使旋轉(zhuǎn)磁場的變化相對平 滑，降低由旋轉(zhuǎn)磁場的變化因起的震動和噪聲。(4)高密度玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂膠環(huán)繞封閉層有很強(qiáng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可有效 防止釹鐵硼磁鋼脫落和氧化。(5)只需改變磁體體積，不需改變形狀，就可獲得不同的磁能積，用于不同功率的 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的圖1的B-B方向上剖視具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例如圖1、圖2所示，一種用于1. 5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼，該磁鋼橫截面為長 方形，其中央設(shè)有通孔，其上表面2為拱形，下表面7為拱形，側(cè)面包括上側(cè)面6、中側(cè)面4、 下側(cè)面3。所述的通孔包括上部分1、下部分5，其中上部分1為倒圓臺體，下部分5為圓柱 體。所述的上表面2與下表面7的拱形的圓弧直徑相同。所述的上側(cè)面6為矩形。所述的 中側(cè)面4為拱形。所述的下側(cè)面3為矩形。磁鋼為中心處有一個可以用沉頭螺釘固定的通孔，且上視與下視為長方形，底面 有與轉(zhuǎn)子外圓半徑相同的弧度，側(cè)面為圓弧形，磁鋼表面鍍鋅。主要技術(shù)參數(shù)永磁材料型號燒結(jié)釹鐵硼42SH，(1)剩磁(Br)彡 1. 23 1. 29T ；(2)最大磁能積(BH) max 彡 36MG0e ；(3)內(nèi)稟矯頑力(Hcj)彡 19k0e ；(4)內(nèi)稟矯頑力(Hcj)的溫度系數(shù)優(yōu)于-0. 55% /°C (20°C 150°C )；(5)大塊磁體粘接性能達(dá)到室溫，剪切強(qiáng)度> lOMPa，120°C，剪切強(qiáng)度> 5MPa。粘 接層絕緣> 500ΜΩ。本實(shí)用新型的內(nèi)轉(zhuǎn)子的外表面固定磁鋼的新方法是用固定螺釘、厭氧膠、絕緣板 壓條和高密度玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂膠環(huán)繞封閉整個轉(zhuǎn)子的外表面的復(fù)合式固定方法。由于本實(shí)用新型的磁鋼是專門用于風(fēng)力發(fā)電的永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)，請注意必須用于 直驅(qū)型電機(jī)。因?yàn)橹彬?qū)型電機(jī)是低速電機(jī)，其最高轉(zhuǎn)速也不允許超過30轉(zhuǎn)/分。磁鋼的中心有一用來穿固定螺釘?shù)耐?，表面鍍鋅。安裝時先在要安裝磁鋼的轉(zhuǎn) 子外殼表面涂上厭氧膠，再將磁鋼的通孔與安裝孔對正，然后每片磁鋼中心用ICrlSNiOTi 的不導(dǎo)磁的不銹鋼沉頭螺釘壓緊定位。在磁鋼之間的隔離層是絕緣板。在所有的磁鋼安裝完畢后，再以0. Imm厚的高密度玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂膠環(huán)繞封閉整個轉(zhuǎn)子的外表面。這種高密度玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂膠環(huán)繞封閉層有很強(qiáng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可有效 防止釹鐵硼磁鋼脫落和氧化。本設(shè)計具有了雙層緊固和良好的防止釹鐵硼磁鋼氧化作用。本實(shí)用新型的創(chuàng)新處是由于本磁鋼的使用，可以使用于永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼有 了一種全新的復(fù)合式固定新方法。因?yàn)橛来烹姍C(jī)的高品質(zhì)永磁材料如釹 鐵硼永磁材料，是金屬鐵、稀土釹及非金屬 硼的混合物。其中磁鋼制造是先制作各種合金薄板，再將各種材料破碎后按設(shè)計比例制成 混合物，然后再按設(shè)計形狀和尺寸壓制成型。永磁電機(jī)使用的永磁體壓制成型后還需進(jìn)行 高溫?zé)Y(jié)和熱處理，最后再進(jìn)行表面處理。由于這種永磁體制備工藝的原因，永磁體的抗拉 伸強(qiáng)度是不可能做得很高的。但是由于常規(guī)內(nèi)轉(zhuǎn)子方式的永磁電機(jī)的磁鋼是固定在轉(zhuǎn)子外側(cè)或外表面，如果電 機(jī)轉(zhuǎn)速較高，則離心力會很大(離心力F = m· ω2·Ι )，通常發(fā)電機(jī)磁體為避免應(yīng)力集中， 不使磁體在離心力作用下碎裂，因而磁體上禁止有孔洞。由于本實(shí)用新型的磁鋼是專門用于風(fēng)力發(fā)電的永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)，請注意必須用于 直驅(qū)型電機(jī)。因?yàn)橹彬?qū)型電機(jī)是低速電機(jī)，其最高轉(zhuǎn)速也不允許超過30轉(zhuǎn)/分。我們經(jīng) 過認(rèn)真分析研究，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子上磁體所受離心力只是常規(guī)電機(jī)的幾千分之
ο例如直徑相同，磁鋼質(zhì)量也相同的6級電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分，而我公司 1. 5MW永磁電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速僅為20轉(zhuǎn)/分，因此我公司1. 5MW永磁電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時的離心 力僅為磁體質(zhì)量相同且直徑也相同的6級電機(jī)所受離心力的1/2500。我公司1. 5MW電機(jī)磁 體所受離心力要小得多！因此這樣我們就設(shè)計出一種不同于常規(guī)高速電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子制作方法。本設(shè)計中， 磁鋼外形為長方形，中心有一用來穿固定螺釘?shù)耐?。磁剛形狀簡單，制作方便。我公?1. 5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，成本比傳統(tǒng)方式降低10%左 右。取得良好效果。
權(quán)利要求一種用于1.5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼，其特征在于，該磁鋼橫截面為長方形，其中央設(shè)有通孔，其上表面為拱形，下表面為拱形，側(cè)面包括上側(cè)面、中側(cè)面、下側(cè)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于1.5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼，其特征在于，所 述的通孔包括上部分、下部分，其中上部分為倒圓臺體，下部分為圓柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于1.5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼，其特征在于，所 述的上表面與下表面的拱形的圓弧直徑相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于1.5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼，其特征在于，所 述的上側(cè)面為矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于1.5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼，其特征在于，所 述的中側(cè)面為拱形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于1.5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼，其特征在于，所 述的下側(cè)面為矩形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于1.5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼，其特征在于，該磁鋼表面鍍鋅層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于1.5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鋼，該磁鋼橫截面為長方形，其中央設(shè)有通孔，其上表面為拱形，下表面為拱形，側(cè)面包括上側(cè)面、中側(cè)面、下側(cè)面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02K1/06GK201774325SQ20102027061
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者賈大江 申請人:上海萬德風(fēng)力發(fā)電股份有限公司