[發(fā)明專利]一種多極永磁電機磁極鐵芯結構

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• 申請日: 2014-08-11
• 公開（公告）號: CN105337433A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設計）人: 馬力
• 申請（專利權）人: 馬力
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發(fā)明涉及一種永磁電機轉子結構，特別是一種多極永磁電機磁極鐵芯結構，屬于永磁電機技術領域。

背景技術

世界上有兩種電網(wǎng)頻率制式，即50Hz頻率和60Hz頻率制式，無論發(fā)電機還是用電設備均要符合以上兩種頻率要求。根據(jù)電機轉速公式n＝60f/p可知，發(fā)電機的轉速n決定于電網(wǎng)頻率f和電機極對數(shù)p，由于電網(wǎng)頻率為恒定值，電機極對數(shù)受到電機體積的限制，電機極數(shù)不能設置太多，因此，傳統(tǒng)電機通常以每分鐘750轉～3000轉的速度高速運轉。

隨著石化能源的枯竭和迫于環(huán)境污染的壓力，人們越來越倚重于新能源行業(yè)的發(fā)展，例如風能、太陽能、海洋能、河流能、地熱能等等，新能源行業(yè)能量相對分散，能量集中度不夠，其產(chǎn)生的轉速往往很低，新能源發(fā)電發(fā)出的電能往往需要經(jīng)過整流逆變轉換，而整流環(huán)節(jié)要求發(fā)電機發(fā)出的電能要達到某一頻率，這就要求發(fā)電機極數(shù)足夠多，才能實現(xiàn)低速時能夠發(fā)出一定頻率的電能。傳統(tǒng)的電勵磁發(fā)電機極數(shù)很少，無法適應這種場合的需要。

目前，在風力及河流水利發(fā)電設備中，為了滿足符合用電設備對發(fā)電頻率要求，或為了獲得50Hz頻率或60Hz頻率的電能，目前主要采用四種模式：

一種是在風輪機或水輪機與發(fā)電機之間加一個增速機，形成“風輪機(水輪機)+增速機+發(fā)電機”系統(tǒng)，增速機將風輪機或水輪機產(chǎn)生的低轉速轉換為發(fā)電機需要的高轉速，如每分鐘750轉、1000轉或1500轉。這種模式的弊端是，由于系統(tǒng)加入增速機后，使效率降低，增加了系統(tǒng)結構，配置復雜、故障率高、運行費用高。

二是在發(fā)電機后面串接整流器和逆變器，形成“風輪機(水輪機)+發(fā)電機+整流器+逆變器”系統(tǒng)，將發(fā)電機發(fā)出的低頻交流電變成直流電，然后逆變器再將直流電逆變成50Hz頻率或60Hz頻率的交流電。在這種模式中系統(tǒng)速較低，但整流器需要發(fā)電機發(fā)出的交流電在一定頻率(如12Hz)以上，這就要求發(fā)電機的極數(shù)較多，才能保證整流效果好。另外整流器、逆變器由價格昂貴的大功率模塊制成，價格高、可靠性差，增加了工程造價，維修量大，運行成本高。

三是在發(fā)電系統(tǒng)中既配備增速機，同時又加裝整流器、逆變器，形成“風輪機(水輪機)+增速機+發(fā)電機+整流器+逆變器”系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要是保證發(fā)電機有較高的轉速，使發(fā)出的電能能夠較好地滿足整流器的需要。這個系統(tǒng)最復雜，成本最高，維修量最大，但卻是目前最普遍采用的模式。

四是風輪機或水輪機直接拖動發(fā)電機，發(fā)電后發(fā)出的電能直接上網(wǎng)或供給用電設備，形成“風輪機(水輪機)+發(fā)電機”系統(tǒng)，系統(tǒng)在低轉速下運行發(fā)電上網(wǎng)。這是一種最簡潔、最理想的配置，這個系統(tǒng)要求轉速穩(wěn)定，發(fā)電機發(fā)出的電壓和頻率必須符合電網(wǎng)制式，要求所配套的發(fā)電機要有足夠多的極數(shù)，必須在低轉速下發(fā)出50HZ或60Hz頻率的電能。

相比而言，永磁發(fā)電機比傳統(tǒng)的電勵磁發(fā)電機比較容易實現(xiàn)低速，隨著永磁發(fā)電機的推廣應用，在風力發(fā)電行業(yè)中配置模式逐漸由第一種和第三種模式向第二種模式演變。在第二種模式中系統(tǒng)轉速較低，但發(fā)出的電頻率不能太低，一般要求在12Hz以上，否則整流后波形不穩(wěn)、整流效率低，這要求所配的發(fā)電機極數(shù)必須足夠多。第四種模式剛開始探索試用，在這種模式中發(fā)電機發(fā)出的電能必須是50HZ或60Hz，在風電系統(tǒng)或河流發(fā)電機系統(tǒng)中，風力機或水輪機的轉速很低，如果系統(tǒng)直接發(fā)出50HZ或60Hz頻率的電能，要求發(fā)電機必須具有很多的極數(shù)。如當發(fā)電機轉速在每分鐘20轉時，要發(fā)出50HZ的電能，發(fā)電機極數(shù)必須為300極，這樣多的永磁磁極分布在直徑不大的電機轉子上非常困難，現(xiàn)有的永磁電機轉子結構幾乎難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種多極永磁電機磁極鐵芯結構，該電機的永久磁鋼可以減少一半，可以較容易實現(xiàn)電機多極的目的，可使發(fā)電機發(fā)出較高頻率的電能，以滿足后續(xù)直接并網(wǎng)或整流逆變并網(wǎng)的需要。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種多極永磁電機磁極鐵芯結構，其特點在于：多磁極鐵芯結構由磁極鐵芯和磁鋼兩部分組成，該結構中，磁極鐵芯只安放相同極性的磁極，如N極磁鋼或S極磁鋼，因此在極數(shù)相同的情況下這種轉子鐵芯的磁鋼槽減少一半，在兩磁鋼之間留有與磁鋼弧長等尺寸的距離，通過磁力線的閉合，在未開具磁鋼槽的地方形成另一種極性的磁極，即S極或N極，這樣通過安放單一極性的磁鋼，在電機轉子表面形成N、S極性交替的磁場。