[发明专利]永磁旋转电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于电动机或发电机的永磁旋转电机。更具体地，它涉 及一种其中转子和定子沿着旋转轴方向彼此相对的轴向间隙型永磁旋转电机。

背景技术

可用于电动机或发电机的旋转电机有很多类型。特别是，可用于发电机的 旋转电机可以包括采用线圈来产生磁场的线圈型电机或利用永磁体产生磁场的 原型电机。

虽然这两种类型都有优点和缺点，但是如果考虑发电效率的话，则采用利 用永磁体来产生磁场的永磁旋转电机。其原因在于，在两种类型的发电机互相 比较尺寸的情况下，利用永磁体产生磁场的旋转电机的发电机可以产生比利用 线圈的旋转电机的发电机更强的磁场，而且与电枢线圈相关的磁通量增加，因 而感应电压可以很高。

此外，永磁旋转电机从结构上分为径向间隙型和轴向间隙型。在径向间隙 型电机中，具有径向磁化方向的多个磁体排列在鼓形转子的圆周方向，线圈布 置在鼓形定子上，鼓形定子设置在转子的外周面侧或内周面侧从而与永磁体相 对。一般来说，在径向间隙型电机中，单个定子线圈缠绕在具有多个齿的铁芯 上，这样来自转子磁极的磁通量可以与线圈有效地相关。然而，这种铁芯会因 磁极和铁芯之间的磁引力而产生齿槽转矩，例如，当旋转电机用作发电机时， 这引起的问题就是起动转矩增大。另外，在普通径向间隙型电机中，由于磁极 仅仅设置在柱体的外周部分中，所以柱体内部的空间不能有效利用也是一个问 题。

另一方面，轴向间隙型电机具有这样的构造，如图13所示，盘状转子103 附接到旋转轴102，定子105沿着旋转轴方向设置从而与转子103相对。每个转 子103配置有多个永磁体104，多个线圈106附接在定子105上从而与永磁体 104相对。如图14所示，定子夹在两个转子之间的构造提高了磁效率，并且能 够提供足够的输出而不需要在线圈中插入铁芯。线圈中不设置铁芯的这种电机， 下文中称为无芯型电机，由于缺少铁芯所以不会有因永磁体所产生的磁场而引 起的磁引力产生。因此，这种电机可以以较小起动转矩而开始发电机的旋转， 有利于风力发电的应用。JP2002-320364A公开了轴向间隙型发电机的一个例子。

如图13和14所示的轴向间隙型水磁旋转电机具有八个磁极和六个线圈。 这种形状可以用作较小尺寸的发电机。

当希望按比例增大时，可以增大外径，或者可以增加旋转轴方向上的级数。

在只增加外径的情况下，磁体尺寸可以变大。通常使用的永磁体是所谓的 铁氧体磁体或稀土磁体。由于其良好的磁性能，稀土烧结的磁体可以用于许多 场合。稀土烧结的磁体通过将稀土磁体的金属粉末压模和烧结这样的工艺制备 而成。因此，大于临界尺寸的磁体变得难以制造。此外，磁体通过施加强磁场 这样的磁化工艺而产生磁力。对于磁化来说，由于产生外部磁场的电磁体的限 制所以很难同时磁化太大的磁体。在如图13所示的扇形磁体104被制造成更大 尺寸的情况下，如图15和16，磁片104a和104b通过将磁体104分成可磁化磁 体的尺寸而制成，并且同名极彼此紧靠地安装在转子103上。然而，由于同名 极磁力相斥，所以磁化磁体很难组装。

在应用于风力发电时，旋转电机被放置在户外，承受夏季和冬季的较大温 差。在永磁体和转子通过粘合而接合的情况下，粘合面上形成应力，并且由于 Nd磁体在非磁化方向上的热膨胀系数为-1.7×10^-6[1/K]，而用于转子的软铁的热 膨胀系数为10×10^-6[1/K]，所以永磁体和转子之间的热膨胀差异使得粘合被毁坏。 由于磁体边缘的应力随着焊接面积的增加而增大，所以通过粘合而固定的磁体 尺寸取决于运行环境和所用的材料。

因此，由于轴向间隙型旋转电机按比例增大，所以很难制造大磁体并将其 附接到转子盘上。

专利文献1：JP2002-320364A。

发明内容

发明要解决的技术问题

因此，本发明的目的在于提供一种永磁旋转电机，其可用于像风力发电设 备这样的发电设备，便于增大轴向间隙型旋转电机的容量，并提供较大的空间 效率。

解决方案