專(zhuān)利名稱(chēng)：轉(zhuǎn)子和永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，該轉(zhuǎn)子包括嵌入轉(zhuǎn)子芯內(nèi)的多個(gè)永磁體，該定子通過(guò)繞著具有多個(gè)槽的定子芯纏繞繞組線(xiàn)而形成，該轉(zhuǎn)子和該定子被配置成其間具有間隙(這種旋轉(zhuǎn)電機(jī)被稱(chēng)為磁體嵌入式旋轉(zhuǎn)電機(jī)或IPM (內(nèi)置永磁體)旋轉(zhuǎn)電機(jī))，特別地，涉及一種最適用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)等的永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)用的轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
由于Nd系燒結(jié)磁體的優(yōu)異磁性，它被越來(lái)越多地用于各種目的。近年來(lái)，在諸如電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)電機(jī)領(lǐng)域中，隨著設(shè)備的重量、厚度、長(zhǎng)度、尺寸方面減小、功能方面改進(jìn)以及變得更加節(jié)能，利用Nd系燒結(jié)磁體的永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)已經(jīng)得以發(fā)展。由于除了利用在磁體嵌入轉(zhuǎn)子內(nèi)部的IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)中磁體的磁化所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之外，還可以利用轉(zhuǎn)子軛的磁化所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，所以這種電機(jī)已經(jīng)作為高性能旋轉(zhuǎn)電機(jī)被研究。由于磁體被嵌入硅鋼板等轉(zhuǎn)子軛內(nèi)部，所以磁體不會(huì)因旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的離心力而飛出。因此，這種旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有高度的機(jī)械安全性，通過(guò)控制電流相位可以在高轉(zhuǎn)矩和寬范圍轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，并且可以成為節(jié)能、高效率和高轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)。近年來(lái)，作為用于電車(chē)、混合動(dòng)力車(chē)、高性能空調(diào)、工業(yè)目的和火車(chē)等的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的應(yīng)用急速擴(kuò)大。今后，Nd系燒結(jié)磁體預(yù)期將被用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)要求效率更高、發(fā)電量更大、電力品質(zhì)更好和故障率更低。為此，預(yù)期利用Nd系燒結(jié)磁體的旋轉(zhuǎn)電機(jī)在風(fēng)力方面的用途今后會(huì)急速擴(kuò)大。一般而言，由于繞組線(xiàn)造成的反磁場(chǎng)作用，旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的永磁體易于被消磁，使得磁矯頑力必須等于或高于一定值。由于磁矯頑力隨著溫度的升高而降低，所以當(dāng)磁體被用于其中不能忽視因磁體內(nèi)的渦電流所造成的發(fā)熱的高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，要求具有更大室溫磁矯頑力的磁體。另一方面，作為磁力大小指標(biāo)的殘余磁通密度需要盡可能高，因?yàn)樗苯佑绊懓l(fā)電量。在Nd系燒結(jié)磁體的磁矯頑力和殘余磁通密度之間存在權(quán)衡關(guān)系，使得殘余磁通密度隨著磁矯頑力的增大而降低。因此，存在的問(wèn)題是，當(dāng)具有不必要高的磁矯頑力的磁體用于發(fā)電機(jī)時(shí)，發(fā)電量降低。近年來(lái)，根據(jù)WO 2006/043348 Al 以及 Kenichi Machida, Takashi Kawasaki、 Shunji Suzuki、Masahiro Ito 禾口 Takashi Horikawa 的"Grain Boundary Reforming and Magnetic Properties of Nd-Fe-B-based Sintered Magnet (Nd-Fe-B M'^^aMW^i Ih 界重整禾口磁性)，，，Abstracts of Lectures of Japan Society of Powder and Powder Metallurgy (日本粉體和粉末冶金協(xié)會(huì)的演講摘要集)，2004年春季大會(huì)，第202頁(yè)中的記載，公開(kāi)了一種用于增大磁矯頑力而不降低殘余磁通密度的方法，其中Dy (鏑)或Tb (鋱) 從燒結(jié)磁體的表面朝向內(nèi)部擴(kuò)散。因?yàn)橥ㄟ^(guò)該方法可以在晶界處有效地使Dy和Tb變濃， 所以可以增大磁矯頑力，而幾乎不降低殘余磁通密度。此外，磁體的尺寸越小，Dy或Tb越向內(nèi)擴(kuò)散，使得該方法可以適用于小型或薄型磁體。JP 2008-061333A公開(kāi)了一種表面磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)(被稱(chēng)為SPM(表面永磁體)旋轉(zhuǎn)電機(jī))，它利用了已經(jīng)進(jìn)行過(guò)Dy或Tb擴(kuò)散處理的磁體。可以有效地增大D形磁體的薄部分的磁矯頑力，并且通過(guò)向磁體擴(kuò)散Dy或Tb而獲得這種磁體。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述情形，完成了本發(fā)明；本發(fā)明的目的是提供一種適用于具有高輸出和抗消磁性的大型永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以及永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人進(jìn)行了努力研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在利用多個(gè)永磁體的IPM 旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，使用以下這樣的永磁體是有效的每個(gè)永磁體在轉(zhuǎn)子外周側(cè)(即，在定子側(cè)表面區(qū)域)的磁矯頑力大于在永磁體內(nèi)部的磁矯頑力。在額定輸出高于IMW的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速最大約為2000rpm。在這種低轉(zhuǎn)速下，磁體中的渦電流不大，發(fā)熱不會(huì)成為問(wèn)題。因此，關(guān)于消磁，不需要考慮由于渦電流造成的磁矯頑力降低。關(guān)于消磁，需要考慮由定子線(xiàn)圈造成的反磁場(chǎng)。JP 2008-061333A公開(kāi)了在SPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，在D形磁體的薄部分中自反磁場(chǎng)很大，使得可能在這些部分中發(fā)生消磁，并且有效的方法是對(duì)薄部分進(jìn)行Dy或Tb的擴(kuò)散處理，因?yàn)檫@些部分很薄，使得磁矯頑力即使在這些部分的內(nèi)部也會(huì)充分增大。另一方面，在 IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)中使用的矩形磁體具有均勻的磁體厚度，并且在自反磁場(chǎng)的大小方面沒(méi)有很大差異。此外，在大型發(fā)電機(jī)使用的大型磁鐵中，Dy或Tb不會(huì)擴(kuò)散到內(nèi)部而增大磁矯頑力。 因此，擴(kuò)散法對(duì)于IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)不被認(rèn)為是有效的。然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)的大型發(fā)電機(jī)，僅在已經(jīng)進(jìn)行過(guò)擴(kuò)散處理的表面區(qū)域增大磁矯頑力是有用的。擴(kuò)散處理被認(rèn)為具有在從表面到小于5mm深度的區(qū)域中增大磁矯頑力的效果。從磁體的表面到更深的位置，磁矯頑力的增大被認(rèn)為逐漸變?nèi)?。已?jīng)發(fā)現(xiàn)，在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，在從表面到約3mm深度的區(qū)域中磁矯頑力的增大極其有效。在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，對(duì)抗自然災(zāi)害的措施非常重要，并且需要考慮在所有情況下的磁體消磁，尤其是在永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)中。最嚴(yán)格的磁體消磁條件是因發(fā)電機(jī)的短路電流造成的大的反磁場(chǎng)。因例如雷擊而使控制發(fā)電機(jī)輸出的器件破損，會(huì)造成這種短路電流。這種短路電流是在額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電流的數(shù)倍，并且此時(shí)的反磁場(chǎng)也是在額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的反磁場(chǎng)的數(shù)倍。在線(xiàn)圈中產(chǎn)生的短路電流造成大的磁通量流通過(guò)定子、間隙和轉(zhuǎn)子。一部分磁通量流在磁體上作為反磁場(chǎng)起作用并引起消磁。大部分磁通量流入由軟磁性材料制成的轉(zhuǎn)子芯，并且一部分泄漏到磁體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在額定輸出為IMW以上的大型發(fā)電機(jī)使用的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，其中該旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括直徑為500mm以上的轉(zhuǎn)子，泄漏的磁通量尤其是流入從磁體的定子側(cè)表面到3mm深度的區(qū)域。也就是說(shuō)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)增大在定子側(cè)大約3mm區(qū)域的磁矯頑力，可以在很大程度上降低消磁的可能性。作為增大磁矯頑力的方法，上述利用擴(kuò)散處理的方法是合適的。如果使用在整個(gè)磁體內(nèi)具有高磁矯頑力的常用磁體，則殘余磁通密度會(huì)降低，使得發(fā)電機(jī)輸出降低。因?yàn)樯鲜隼脭U(kuò)散處理的方法可以增大磁體的從表面到小于5mm深度的區(qū)域的磁矯頑力，并且?guī)缀鯖](méi)有降低殘余磁通密度，所以這種方法被認(rèn)為是最合適的。雖然由于擴(kuò)散處理造成的磁矯頑力的增大從表面到更深的位置變?nèi)酰抢脭U(kuò)散處理的方法被認(rèn)為十分有效，這是因?yàn)镴P 2008-061333A公開(kāi)了對(duì)于經(jīng)過(guò)Dy擴(kuò)散處理的磁體的9mm厚度部分，磁矯頑力增大 300kA/m，并且利用Tb擴(kuò)散，進(jìn)一步增大。如上所述，本發(fā)明人已經(jīng)考慮到，上述在涂布法或?yàn)R射法中通過(guò)擴(kuò)散Dy或Tb增大矯頑力的方法作為針對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)中磁體消磁的措施非常有效。通過(guò)使用根據(jù)上述方法在定子側(cè)區(qū)域增大磁矯頑力的磁體，可以防止當(dāng)短路電流流過(guò)發(fā)電機(jī)而在磁體的定子側(cè)區(qū)域產(chǎn)生大的反磁場(chǎng)時(shí)的消磁，并且由于與增大磁矯頑力的其他方法相比較高的殘余磁通密度，因此可以提高旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出。如上所述，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，使得流過(guò)磁體的渦電流很低，并且發(fā)熱的可能性很小。然而，當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的放熱很差時(shí)或者當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)在高轉(zhuǎn)速下使用時(shí)，因渦電流引起的發(fā)熱特別會(huì)成為問(wèn)題。為了通過(guò)將渦電流流過(guò)的路徑P分割而降低渦電流， 有效的是按圖7所示分割磁體。此外，還有效的是，對(duì)經(jīng)分割磁體而成的每個(gè)磁體片進(jìn)行擴(kuò)散處理，以防止消磁。在這種情況下，有效的是使用對(duì)渦電流可能流過(guò)的四個(gè)面(即，平行于圖7中的磁化方向M的四個(gè)面)進(jìn)行擴(kuò)散處理以增大這四個(gè)面的表面區(qū)域的磁矯頑力的磁體。本發(fā)明提供一種適用于永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，所述定子配置成距離所述轉(zhuǎn)子的外周面一定間隙并通過(guò)繞著具有兩個(gè)以上槽的定子芯纏繞繞組線(xiàn)而形成，所述轉(zhuǎn)子包括在兩個(gè)以上插入孔的每個(gè)插入孔中的一個(gè)以上的永磁體，所述插入孔在轉(zhuǎn)子芯內(nèi)沿周向形成，其中在每個(gè)永磁體的定子側(cè)表面區(qū)域的磁矯頑力比在內(nèi)中央部的磁矯頑力大300kA/m以上，所述內(nèi)中央部是距離永磁體的每個(gè)外形面至少 5mm深度的內(nèi)部。本發(fā)明還提供一種永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其包括上述轉(zhuǎn)子和配置成距離所述轉(zhuǎn)子的外周面一定間隙并通過(guò)繞著具有兩個(gè)以上槽的定子芯纏繞繞組線(xiàn)而形成的定子。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用包括一個(gè)以上的具有高殘余磁通密度和高磁矯頑力的永磁體的轉(zhuǎn)子，特別是在靠近定子的表面區(qū)域具有高磁矯頑力，可以提供具有高輸出、高抗消磁性并適于大型風(fēng)力發(fā)電用的磁體式發(fā)電機(jī)的IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)。


圖1示出本發(fā)明中的IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一個(gè)例子；圖2示出在短路電流流過(guò)時(shí)的電流波形；圖3示出永磁體內(nèi)部的反磁場(chǎng)分布；圖4的橫軸示出距永磁體的定子側(cè)表面的距離，縱橫示出在各距離(深度)處的反磁場(chǎng)與永磁體的內(nèi)中央部的反磁場(chǎng)之間的差值；圖5示出本發(fā)明中的IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)的另一個(gè)例子；圖6示出當(dāng)永磁體配置成V形時(shí)永磁體內(nèi)部的反磁場(chǎng)分布；和圖7示出渦電流流過(guò)的路徑被分割的實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用于IPM永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，該轉(zhuǎn)子包括嵌入轉(zhuǎn)子芯內(nèi)的多個(gè)永磁體，該定子通過(guò)繞著具有多個(gè)槽的定子芯纏繞繞組線(xiàn)而形成，該轉(zhuǎn)子和該定子被配置成其間具有間隙。在本發(fā)明中， 多個(gè)永磁體的每一個(gè)在轉(zhuǎn)子外周側(cè)的表面附近的磁矯頑力大于在內(nèi)部的磁矯頑力。作為這種IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)，圖1示出了一個(gè)例子。圖1中的IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)10是一個(gè)例子，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子11，該轉(zhuǎn)子具有12極結(jié)構(gòu)并具有嵌入作為磁性鋼板的層壓件的轉(zhuǎn)子芯12內(nèi)的多個(gè)永磁體13。根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的目的選擇極數(shù)。定子15是磁性鋼板的層壓件并具有18個(gè)槽。定子15包括繞著定子芯16的各個(gè)齒纏繞的線(xiàn)圈17。線(xiàn)圈形成三相Y 形接線(xiàn)。圖1中的箭頭示出了各個(gè)永磁體的磁化方向。磁化方向與轉(zhuǎn)子的徑向方向平行， 并且沿周向彼此相鄰的磁體的磁化方向彼此相反。使用的永磁體優(yōu)選為Nd系稀土燒結(jié)磁體。稀土燒結(jié)磁體在殘余磁通密度和磁矯頑力方面比其他磁體更優(yōu)異。Nd系稀土燒結(jié)磁體比Sm系稀土燒結(jié)磁體更便宜且在殘余磁通密度方面更優(yōu)異，因此，Nd系稀土燒結(jié)磁體是最適合高性能旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁體材料。作為 Nd系稀土燒結(jié)磁體，可以包括具有Nd-Fe-B組成的燒結(jié)磁體，例如Ndfei4B。一個(gè)永磁體片可以嵌入轉(zhuǎn)子的各個(gè)插入孔中。可選擇地，可以使用粘合劑將分割磁體所成的兩個(gè)以上的永磁體片彼此粘合而形成層壓件并嵌入插入孔中，或者可以在未使用粘合劑的情況下將兩個(gè)以上的永磁體片形成層壓件并嵌入插入孔中。在本發(fā)明中，如上所述，使用在靠近定子側(cè)的表面附近的磁矯頑力大于在內(nèi)部的磁矯頑力的磁體。可以通過(guò)使用上述涂布法或?yàn)R射法使Dy或Tb從磁體表面向內(nèi)部擴(kuò)散來(lái)形成這種磁體。磁體通常呈矩形形狀，優(yōu)選邊長(zhǎng)為IOmm以上的正方形或者短邊長(zhǎng)為IOmm以上的矩形，厚度也為IOmm以上。根據(jù)本發(fā)明，在永磁體的定子側(cè)表面區(qū)域的磁矯頑力比在內(nèi)中央部的磁矯頑力大300kA/m以上，其中，內(nèi)中央部是距離永磁體的每個(gè)外形面至少5mm 深度的內(nèi)部。內(nèi)中央部是遠(yuǎn)離整個(gè)永磁體的外表面的部分，并且?guī)缀醪粫?huì)受到涂布法或?yàn)R射法中的擴(kuò)散的影響。WO 2006/043348 Al和JP 2008-061333A中描述了在涂布法或?yàn)R射法中將Dy或Tb 從磁體表面向內(nèi)部擴(kuò)散的方法，該方法有時(shí)被稱(chēng)為“利用晶界擴(kuò)散合金法的表面處理”。在該方法中，優(yōu)選地，在真空或不活潑氣體中，在低于或等于燒結(jié)磁體本體的燒結(jié)溫度下，對(duì)燒結(jié)磁體本體和燒結(jié)磁體本體表面上存在的粉末進(jìn)行熱處理。粉末含有選自以下物質(zhì)中的一種或多種物質(zhì)選自包含Y和&在內(nèi)的稀土元素中的一種以上元素的氧化物、氟化物和?；?。燒結(jié)磁體本體可以?xún)?yōu)選是具有R1-Fe-B組成的燒結(jié)磁體本體，其中，R1代表選自包含￥和&在內(nèi)的稀土元素中的一種以上元素。JP 2008-061333A公開(kāi)了一種利用已經(jīng)進(jìn)行過(guò)Dy或Tb擴(kuò)散處理的磁體的SPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)。這種SPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)可用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)。在適用于大型風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電機(jī)中，使用直徑約500mm以上的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的軸向尺寸約為500mm以上，沿軸向方向?qū)訅捍朋w，多個(gè)磁體沿軸向方向插入形成在轉(zhuǎn)子軛中的各貫通孔內(nèi)，從而使長(zhǎng)度大約等于轉(zhuǎn)子的軸向長(zhǎng)度。一般而言，通過(guò)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中改變磁場(chǎng)，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁體中產(chǎn)生渦電流。渦電流轉(zhuǎn)換成熱量，作為焦耳損失，使得磁體的溫度升高。由于磁體的磁矯頑力隨著溫度升高而降低，所以當(dāng)渦電流很大時(shí)，矯頑力顯著降低，使得磁體被消磁。由于渦電流的大小與磁場(chǎng)變化頻率的二次方成比例，所以渦電流損失成為高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的問(wèn)題。另一方面，在將轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)速提高大約100倍的同時(shí)，使大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。在IMW以上的大型風(fēng)力發(fā)電中，在這種情況下的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速約為2000rpm以下。因此，在這種低轉(zhuǎn)速下的渦電流很小，并且因渦電流損失造成的發(fā)熱量也很少。這樣，對(duì)于必要的磁矯頑力， 可以認(rèn)為不需要考慮渦電流損失。當(dāng)在額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)短路電流流過(guò)發(fā)電機(jī)的情況下，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的消磁可能性變得最高。這種可能性會(huì)在事故時(shí)發(fā)生，例如用于在額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)控制負(fù)載的半導(dǎo)體器件的破損。在短路的時(shí)候，在線(xiàn)圈中產(chǎn)生為額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電流若干倍的電流，并且由于線(xiàn)圈電流產(chǎn)生的磁通量從定子經(jīng)過(guò)間隙流入轉(zhuǎn)子。大部分磁通量通過(guò)具有高透磁率的轉(zhuǎn)子軛，并且由于轉(zhuǎn)子大約完全變得磁氣飽和，所以一部分磁通量泄漏到磁體區(qū)域中。因?yàn)榇磐恐饕孤┑酱朋w的定子側(cè)表面區(qū)域中，所以反磁場(chǎng)在這些部分中變得很大，從而造成消磁的可能性。因此，需要增大在定子側(cè)表面區(qū)域的磁矯頑力。圖2示出在短路電流流過(guò)時(shí)的電流波形。為進(jìn)行比較，也示出了在額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電流波形?？梢钥闯?，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，遠(yuǎn)大于在額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電流的電流流過(guò)。當(dāng)電流到達(dá)短路電流波形中的峰值時(shí)，作用在磁體上的反磁場(chǎng)最強(qiáng)。圖3示出此時(shí)在永磁體內(nèi)部的反磁場(chǎng)分布。在圖3中，示出了轉(zhuǎn)子芯12、永磁體13、定子芯16和線(xiàn)圈17，并且可以看出，反磁場(chǎng)在更靠近磁體的定子側(cè)表面區(qū)域A內(nèi)的表面的部分中變得較強(qiáng)。圖4的橫軸示出距永磁體的定子側(cè)表面的距離，縱橫示出在各距離(深度)處的反磁場(chǎng)與永磁體的內(nèi)中央部的反磁場(chǎng)之間的差值。可以看出，在距表面Imm距離處的反磁場(chǎng)比在磁體的內(nèi)中央部的反磁場(chǎng)大高約260kA/m，在距表面2mm的距離處的反磁場(chǎng)比在磁體的內(nèi)中央部的反磁場(chǎng)高約200kA/m。因此，為了防止消磁，需要額外的磁矯頑力來(lái)補(bǔ)償反磁場(chǎng)，距離表面Imm處的適當(dāng)所需額外磁矯頑力為約260kA/m以上，距離表面2mm處的適當(dāng)所需額外磁矯頑力為約200kA/m以上。作為另一個(gè)例子，圖5中示出永磁體配置成V形的IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)。圖5中的IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)20包括轉(zhuǎn)子21和定子25，該轉(zhuǎn)子具有嵌入作為磁性鋼板的層壓件的轉(zhuǎn)子芯22中的多個(gè)永磁體23，該定子包括繞著定子芯沈的各個(gè)齒纏繞的線(xiàn)圈27。雖然這個(gè)例子也是12 極18個(gè)線(xiàn)圈的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，但其是每極中兩個(gè)永磁體配置成V形的IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)。圖5中的箭頭示出了各個(gè)永磁體的磁化方向。圖6中示出當(dāng)短路電流流過(guò)永磁體配置成V形的IPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)作用在磁體上的反磁場(chǎng)分布。在圖6中，示出了轉(zhuǎn)子芯22、永磁體23和線(xiàn)圈27。按與圖3中相同的方式， 反磁場(chǎng)在更靠近磁體的定子側(cè)表面區(qū)域A內(nèi)的表面的各部分中更強(qiáng)，并且其值與圖4中的值相同。根據(jù)上述說(shuō)明，作為用于諸如大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)等發(fā)電機(jī)的磁體的磁矯頑力，合適的是，使用在定子側(cè)表面區(qū)域的磁矯頑力比在磁體的內(nèi)中央部的磁矯頑力高約300kA/m的磁體。磁體的定子側(cè)表面區(qū)域是指從表面到5mm以下深度的區(qū)域，優(yōu)選是從表面到4mm深度的區(qū)域，更優(yōu)選是從表面到3mm深度的區(qū)域，再更優(yōu)選是從表面到2mm深度的區(qū)域。進(jìn)一步優(yōu)選的是，從磁體表面到Imm深度的定子側(cè)表面區(qū)域的磁矯頑力比在磁體的內(nèi)中央部的磁矯頑力高500kA/m。作為在磁體的表面區(qū)域增大矯頑力的方法，上述在涂布法或?yàn)R射法中的擴(kuò)散處理是合適的。因?yàn)橥ㄟ^(guò)擴(kuò)散處理增大磁矯頑力的效果在更靠近磁體表面的位置更高，所以在具有圖3所示的反磁場(chǎng)分布的磁體環(huán)境中，通過(guò)擴(kuò)散處理來(lái)增大磁矯頑力特別有效。依據(jù)處理?xiàng)l件，通過(guò)擴(kuò)散處理在磁體表面附近使磁矯頑力增大約500 800kA/m，并且對(duì)于具有圖4所示的反磁場(chǎng)分布的磁體而言，這種磁矯頑力增大是足夠的。因?yàn)槔脭U(kuò)散處理的方法幾乎不會(huì)降低殘余磁通密度，所以可以保持殘余磁通密度高于使用具有高磁矯頑力的磁體的常規(guī)方法，從而可以提高風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電量。如上所述，因?yàn)樾枰ㄟ^(guò)擴(kuò)散處理僅在磁體的定子側(cè)表面區(qū)域增大磁矯頑力，所以在擴(kuò)散處理步驟中僅必須處理磁體的一個(gè)面。然而，當(dāng)在涂布法或?yàn)R射法中僅處理磁體的一個(gè)面而與處理所有面相比因增加諸如掩蔽等額外步驟使成本增大或生產(chǎn)性降低時(shí)，可以處理所有面，而不是僅處理一個(gè)面。當(dāng)處理磁體的所有面時(shí)，在磁體的所有表面區(qū)域中磁矯頑力增大。這種在所有表面區(qū)域中的增大不會(huì)不利地影響磁體或發(fā)電機(jī)，并且只要磁矯頑力至少在定子側(cè)表面區(qū)域中增大，就不會(huì)造成問(wèn)題。相反，當(dāng)僅處理一個(gè)面時(shí)，磁體必須插入轉(zhuǎn)子中，并且被處理面務(wù)必朝向定子，因此需要采取措施防止在組裝時(shí)磁體的被處理面朝向相反方向的錯(cuò)誤。當(dāng)處理所有面時(shí)，這種錯(cuò)誤不會(huì)發(fā)生?；谶@些觀(guān)點(diǎn)，可以使用所有面均被處理的磁體。實(shí)施例雖然下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。<實(shí)施例1>準(zhǔn)備尺寸為IOOmmX IOOmmX 20mm且沿厚度20mm的方向磁化的多個(gè)矩形Nd系燒結(jié)磁體，并對(duì)它們進(jìn)行擴(kuò)散處理。通過(guò)以下步驟進(jìn)行擴(kuò)散處理將粒狀氟化鏑與乙醇混合； 將磁體浸漬在混合物中，其中，各個(gè)磁體除了與磁化方向垂直的一個(gè)面之外的面均被掩蔽； 然后在氬氣氣氛中在900°C下加熱磁體1小時(shí)。從一個(gè)磁體的在已經(jīng)進(jìn)行過(guò)擴(kuò)散處理的面的中心與距被處理面距離Imm的深度之間的部分，以及從內(nèi)中央部，分別切下邊長(zhǎng)Imm的立方體。然后，對(duì)于磁體的被擴(kuò)散處理面所測(cè)量的磁矯頑力是1700kA/m，對(duì)于磁體的內(nèi)中央部所測(cè)量的磁矯頑力是1200kA/m。將磁體安裝在圖1所示的12極18個(gè)線(xiàn)圈的發(fā)電機(jī)中，該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑為 600mm和軸長(zhǎng)為1000mm，使得磁矯頑力增大的面朝向定子。然后進(jìn)行發(fā)電測(cè)試。轉(zhuǎn)子和定子具有厚度為0. 5mm的磁性鋼板的層壓結(jié)構(gòu)，線(xiàn)圈以集中方式纏繞，形成三相Y形接線(xiàn)。當(dāng)在1500rpm的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，負(fù)載輸出大約是3麗，線(xiàn)圈的峰值電流是 3000A。接下來(lái)，通過(guò)在1500rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)帶短路負(fù)載的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行短路測(cè)試。 結(jié)果，線(xiàn)圈電流增大達(dá)到9300A。在完成短路測(cè)試后，測(cè)量在1500rpm的轉(zhuǎn)速下的電動(dòng)勢(shì)，以研究磁體的消磁。線(xiàn)電壓是620V，該值與短路測(cè)試之前的值完全相同。因此，可以確認(rèn)，磁體根本沒(méi)有被消磁。如上所述，通過(guò)使磁體的定子側(cè)表面區(qū)域中的磁矯頑力比在內(nèi)中央部的磁矯頑力高500kA/m，可以得到不會(huì)發(fā)生消磁的發(fā)電機(jī)。<實(shí)施例2>準(zhǔn)備由與實(shí)施例1相同的材料制成并具有與實(shí)施例1相同的尺寸的多個(gè)磁體，在與實(shí)施例1相同的擴(kuò)散處理溶液中浸漬但未被掩蔽，并按與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行加熱。 從一個(gè)磁體的在已經(jīng)進(jìn)行過(guò)擴(kuò)散處理的六個(gè)面的中心與距被處理六個(gè)面的中心距離Imm 的深度之間的部分，以及從內(nèi)中央部，分別切下邊長(zhǎng)Imm的立方體。然后，對(duì)于磁體的六個(gè)被擴(kuò)散處理面所測(cè)量的磁矯頑力是1700kA/m，對(duì)于磁體的內(nèi)中央部所測(cè)量的磁矯頑力是 1200kA/m。
將磁體安裝在與實(shí)施例1相同的發(fā)電機(jī)中，進(jìn)行相同的短路測(cè)試，并且在測(cè)試前后測(cè)量電動(dòng)勢(shì)。結(jié)果，短路測(cè)試前后的電動(dòng)勢(shì)相同，顯示出線(xiàn)電壓是620V。因此，可以確認(rèn)， 即便使定子側(cè)表面之外的其他表面的磁矯頑力與定子側(cè)表面的磁矯頑力一樣高，與磁體的內(nèi)中央部的磁矯頑力相比，也不會(huì)發(fā)生消磁。<比較例1>準(zhǔn)備由與實(shí)施例1相同的材料制成、具有與實(shí)施例1相同的尺寸并且未經(jīng)過(guò)擴(kuò)散處理的多個(gè)磁體，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的測(cè)試。在安裝前，測(cè)量它們的磁矯頑力是1200kA/ m。進(jìn)行短路測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，短路測(cè)試前的電動(dòng)勢(shì)為620V，短路測(cè)試后的電動(dòng)勢(shì)為520V，顯示出大約16%的降低?？梢源_認(rèn)，在定子側(cè)表面的磁矯頑力沒(méi)有增大的磁體中發(fā)生消磁。
權(quán)利要求
1.一種適用于永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，所述定子配置成距離所述轉(zhuǎn)子的外周面一定間隙并通過(guò)繞著具有兩個(gè)以上槽的定子芯纏繞繞組線(xiàn)而形成，所述轉(zhuǎn)子包括在兩個(gè)以上插入孔的每個(gè)插入孔中的一個(gè)以上的永磁體，所述插入孔在轉(zhuǎn)子芯內(nèi)沿周向形成，其中在每個(gè)永磁體的定子側(cè)表面區(qū)域的磁矯頑力比在內(nèi)中央部的磁矯頑力大300kA/m 以上，所述內(nèi)中央部是距離永磁體的每個(gè)外形面至少5mm深度的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)永磁體呈沿周向的邊長(zhǎng)為IOmm以上且沿旋轉(zhuǎn)軸的邊長(zhǎng)為IOmm以上的矩形形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其中所述永磁體是Nd 系稀土燒結(jié)磁體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)Nd系稀土永磁體的磁矯頑力的分布是從定子側(cè)磁體表面向內(nèi)部擴(kuò)散Dy或Tb的結(jié)果。
5.一種永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子；和定子，所述定子配置成距離所述轉(zhuǎn)子的外周面一定間隙并通過(guò)繞著具有兩個(gè)以上槽的定子芯纏繞繞組線(xiàn)而形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適用于具有高輸出和抗消磁性的大型永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)。具體地，本發(fā)明提供一種適用于永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，該定子配置成距離該轉(zhuǎn)子的外周面一定間隙并通過(guò)繞著具有兩個(gè)以上槽的定子芯纏繞繞組線(xiàn)而形成，該轉(zhuǎn)子包括在兩個(gè)以上插入孔的每個(gè)插入孔中的一個(gè)以上的永磁體，該插入孔在轉(zhuǎn)子芯內(nèi)沿周向形成，其中在每個(gè)永磁體的定子側(cè)表面區(qū)域的磁矯頑力比在內(nèi)中央部的磁矯頑力大300kA/m以上，該內(nèi)中央部是距離永磁體的每個(gè)外形面至少5mm深度的內(nèi)部。本發(fā)明還提供一種永磁體式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其包括上述轉(zhuǎn)子和配置成距該轉(zhuǎn)子的外周面一定間隙并通過(guò)繞著具有兩個(gè)以上槽的定子芯纏繞繞組線(xiàn)而形成的定子。
文檔編號(hào)H02K1/16GK102201711SQ201110070319
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者土井祐仁, 小林秀樹(shù), 美濃輪武久 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社