發(fā)電機永磁轉子的結構布置的制作方法
【專利摘要】電機中的永磁轉子的結構布置，其包括多個插槽，所述多個插槽具有軸向插入的永磁體以形成電機的電極。磁體布置在插槽中，插槽形成在構成轉子機械結構的磁板的幾何結構中。軸向插槽將轉子堆疊板的幾何結構分成兩個由被稱為橋接部的窄的磁性帶分開的區(qū)域，通過所述橋接部，分散磁通量被調節(jié)。由于所述橋接部上的凹部，由此所建立的分散磁通量被減少至少20%。
【專利說明】發(fā)電機永磁轉子的結構布置【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)電機轉子中的永磁體的布置。所舉例的發(fā)電機是本發(fā)明中所描述的特定實施例中用于獲得電的多兆瓦(multimegawatt)發(fā)電機。
【背景技術】
[0002]永磁發(fā)電機被特定地設計以滿足當前的需要。其是高性能發(fā)電機，具有增加故障與故障之間的平均時間的特點，因此對于降低這些機器的維護成本非常有效。
[0003]通常用來發(fā)電的發(fā)電機是同步電機，其具有凸出的電極或圓筒形轉子。但是，因各種原因，包括維護少、效率高以及更大的可靠性，永磁發(fā)電機不斷進入市場。永磁電機可以進一步區(qū)分為表面配置永磁發(fā)電機，即SPMSM (表面永磁體同步電機)和內部配置永磁發(fā)電機，即IPMSM (內部永磁體同步電機)。
[0004]表面配置永磁發(fā)電機本質上包括由磁性材料制造的轉子轂，永磁體附加到其上。如果需要，可以圍繞轉子的外徑用合成或金屬材料制造附加的環(huán)。
[0005]在內部磁體發(fā)電機中，磁體不位于轉子表面上而是嵌入在安置在轉子內部的軸向殼體內。這種結構使得更加有利于機電妥協(xié)。
[0006]本發(fā)明聚焦于IPMSM (內部永磁體同步電機)型的永磁發(fā)電機,其磁體容納在安置在轉子內部的軸向插槽。
[0007]當構造IPMSM型發(fā)電機時，構成轉子的機械結構通常包括疊層磁板，該疊層磁板彼此隔離并堆疊。以這種方式制造的轉子結構具有傳輸轉子中的磁通量的主要作用，除了支撐旋轉運動的機械作用外。
[0008]這種形狀的磁板的幾何結構具有兩個區(qū)域，也就是從轉子的外徑橫跨到容納磁體的插槽的外部區(qū)域和用于磁板剩余部分的其它內部區(qū)域。兩個區(qū)域通過被稱為橋接部的窄的帶連接在一起。分散磁通量的循環(huán)發(fā)生在該橋接部區(qū)域。這是對產(chǎn)生扭矩沒有貢獻的磁通量并且必須被最小化從而更加有效率地利用磁性材料。
[0009]目前需要要求更大的發(fā)電機功率容量以及因此更大的尺寸。在磁帶寬方面，轉子設計尺寸超過了市場上可以獲得的數(shù)值，因此在轉子中需要分段的結構。
[0010]分段轉子結構的這種實例必須適應轉子形狀，從而充分地固定磁體，同時使分散
磁通量最小化。
[0011]例如，專利CN101494397描述了一種配置有位于鐵轉子芯上的插槽內的永磁體的變速發(fā)電機。
[0012]在上述布置中，沒有降低永磁體之間的分散磁通量的特定指示。

【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明示出了在轉子上形成的一些軸向插槽，從而將分段磁板分成兩個分開的區(qū)域:從外徑橫跨到容納磁體的插槽的轉子的外部區(qū)域；以及對應于磁板的剩余部分的內部區(qū)域?？紤]到旋轉的轉子所產(chǎn)生的離心力，兩個區(qū)域由被稱為橋接部的窄的磁性帶連接。[0014]該橋接部區(qū)域的存在與磁體之間的分散磁通量緊密相關。本專利限定術語分散磁通量為磁體所產(chǎn)生的磁通量的一部分，其沒有到達定子并且因此對電機中產(chǎn)生轉矩沒有作用。磁體的形狀被設計成使得一個磁體朝向定子傳導其磁通量而下一個磁體被安置在相反的方向上從而產(chǎn)生電機的電極。由磁體所產(chǎn)生的磁通量具有穿過橋接部的低磁阻路徑并且傾向于通過這些橋接部返回，構成分散磁通量。該分散磁通量，其通常涉及磁體所產(chǎn)生的總磁通量的高達30%，需要減少，該減少本應該通過使用更大體積的磁體來彌補。
[0015]本發(fā)明的目的在于修改極間區(qū)域中特別是上述限定為橋接部的區(qū)域中的電機轉子的磁板的形狀。該幾何形狀修改的目的在于減少從磁體到磁體的直接分散磁通量，以及相應地減少總磁通量。因此，通過其更有效率的使用，這有助于減小電機轉子中的磁體體積。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1描繪了具有容納在轉子中的軸向插槽內的嵌入磁體的IPMSM結構的常見實施例。
[0017]圖2描繪了用于分段磁板及其內部磁體的形狀的已知IPMSM結構的現(xiàn)有技術的細節(jié)。
[0018]圖3描繪了分散磁通量在橋接部區(qū)域內流經(jīng)的路徑的細節(jié)。
[0019]圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明的橋接部區(qū)域的詳細實施例。
[0020]圖5描繪了當穿過橋接部區(qū)域時分散磁通量流經(jīng)的路徑的新細節(jié)。
【具體實施方式】
[0021]圖1描繪了根據(jù)電機橫截面具有八個電極的電機的實施例的方法。構成該電機的元件的組成是永磁發(fā)電機內的常見結構，因此，其被認為是落入已知的現(xiàn)有技術。在該布置中，定子I包括外環(huán)并且在其上示出了線圈的凹槽。轉子2包括內環(huán)并且由多個磁板形成，所述磁板具有用于容納永磁體3的一些軸向插槽。轉子單元2以四個磁板組件形成，具有標記磁板組件之間接合的線。
[0022]如圖2所示，在轉子中形成的軸向插槽(僅局部地圖示)具有適當大小的尺寸從而容納磁體3，將磁板分成兩個清楚分開的部分:靠近轉子外徑的外部區(qū)域6以及對應于磁板的剩余部分的內部區(qū)域5。連接外部區(qū)域6和內部區(qū)域5的區(qū)域是磁板上被稱為橋接部7的窄的部分。該橋接部區(qū)域7的存在與磁體之間的分散磁通量緊密相關。
[0023]圖3闡釋了由磁體3所產(chǎn)生的磁通量如何具有穿過橋接部7的低磁阻路徑，傾向于通過這些橋接部返回并構成分散磁通量9。磁體3的形狀被設計成使得一個磁體朝向定子11傳導其磁通量而下一個磁體被安置在相反的方向10上。
[0024]如圖4中所示，本發(fā)明描繪了連接外部區(qū)域6和內部區(qū)域5并包括凹部8的區(qū)域中的形狀。雖然橋接部區(qū)域7中的凹部8在優(yōu)選實施例中表示為斜面形的，但不能排除執(zhí)行相同功能的其它形狀，并且可以在磁板上形成不同的輪廓。
[0025]圖5闡釋了由磁體3所產(chǎn)生的分散磁通量的上部路徑的消除。這樣做減少了分散磁通量9同時維持了朝向定子11的磁通量和在相反的方向10上流動的磁通量。分散磁通量11的減少可以估計為減少20%。
【權利要求】
1.一種多兆瓦發(fā)電機永磁轉子的結構布置,所述多兆瓦發(fā)電機具有被稱為內部永磁體同步電機的內部配置，所述多兆瓦發(fā)電機永磁轉子的結構布置包括:分段磁板的堆垛，一個或多個插槽形成在其上，永磁體插入所述插槽中，其中，在轉子中形成的軸向插槽將磁板分成兩個清楚分開的部分:靠近轉子外徑的外部區(qū)域(6)和對應于磁板的剩余部分的內部區(qū)域(5)在磁板上形成被稱為橋接部(7)的窄的區(qū)域，并且由于橋接部的窄的部分上的材料凹部，減少的分散磁通量流動通過橋接部。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機永磁轉子的結構布置，其中，凹部位于分段磁板的外徑(間隙)上，且其優(yōu)選地具有斜面形狀。
3.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機永磁轉子的結構布置，其中，轉子的機械結構包括堆疊的和分段的磁板，并且所使用的段的長度基于市場上可以獲得的帶寬。
4.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機永磁轉子的結構布置，其中，永磁體是燒結的釹基磁體。
5.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機永磁轉子的結構布置，其中，永磁體是長方體并且軸向地插入在轉子的磁板上形成的殼體中。
6.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機永磁轉子的結構布置，其中，分散磁通量減少的估計值為減少至少20%。
7.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電機永磁轉子的結構布置，其中，所述插槽的徑向深度與磁體的高度具有同樣的尺寸。
【文檔編號】H02K1/27GK103973009SQ201410035487
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權日:2013年1月31日
【發(fā)明者】伊邦·塞達諾·佩雷斯, 拉菲爾·羅德里格斯·羅德里格斯 申請人:歌美颯創(chuàng)新技術公司