[发明专利]尤其用于风力涡轮的同步发电机

说明书

技术领域

本发明涉及旋转式电机。本发明涉及根据权利要求1的前序部分的同步发电机。

背景技术

永磁体发电机典型地由以下优点表征：简单结构、高效率、高功率因子、和高功率密度。这些类型的发电机因而很好地适合于直接驱动式风力涡轮应用。

当风力涡轮的输出功率快速增加时，先进的发电机的开发自然地涉及大直径和低速度机器的设计和构建。在过去数年中，已开发利用先进磁性材料的高效率和轻重量的发电机。

存在用于永磁体(PM)同步发电机的多个类型的转子拓扑。转子的构造可根据永磁体的磁化方向的定向而分成径向和横向形式(见例如US 6,879,075的图1A和1B)。

横向(或周向或切向)构造更适合于需要高功率密度和性能的应用。横向定向的磁体构造由部分非磁性转子芯而表征，该部分非磁性转子芯具有交替的横向定向的永磁体和铁的转子极片(pole piece)。转子极片执行通量集中，这改善定子的铜和铁的利用。定子可与在传统径向定向的磁体发电机设计中相同，但是具有减少的尺寸和重量、和更低的损耗。

相比于径向定向的磁体构造，横向定向的磁体构造的一个缺点为泄漏通量可相对更大。泄漏通量为磁通量，其不越过空气间隙，并且在转子中损耗并且由此不提供有用的磁场。因而，传统的横向永磁体构造由于通过转子主体的通量泄漏而导致磁体的低下利用。

减小这种泄漏的方法为利用由非磁性材料制造的中间环，如在文件EP 2 028 744中所描述。

最大化磁体利用的另一方法为利用梯形磁体，如在前述文件US 6,879,075中所描述(见该文件的图5和6)。

发明内容

本发明的目的为设计具有改善的转矩和功率特征的同步发电机。

该目的由根据权利要求1的同步发电机而获得。适合于风力涡轮的该同步发电机包括转子，其围绕机器轴线旋转并且由具有定子绕组的定子同心地环绕，由此多个永磁体和极片交替布置在转子的边缘处，其中永磁体定向在基本切向方向上。它的特征在于，极片和成对永磁体交替，永磁体在轴向方向上各具有长方形截面，极片在轴向方向上各具有对称梯形截面，其中梯形的对称平面通过机器轴线并且平行侧中的更大侧位于外部，并且各对永磁体中的两个永磁体依靠中间楔块而彼此分开，该中间楔块在它的截面方面对应于梯形极片。

本发明涉及最小化转子通量泄漏和最大化磁体效率两者。在本发明中，一个梯形磁体由两个更小的长方形磁体替换。这两个磁体定位在由磁钢制造的大概三角形楔块的两侧上。该中间楔块可直接地位于转子轮上，即使转子轮由磁钢制造，这是因为没有通量泄漏可在该位置处发生。中间楔块可直接地制造为转子轮的部分，或者可通过焊接或通过机械固定而组装在转子上。

因而，最小化在转子中的泄漏通量，以及用于磁体的改善的制造性和更好的空气冷却可能性。具有交替的永磁体和磁性极片的横向永磁体构造被使用。永磁体通过组装两个长方形永磁体和在中间的磁铁楔块而实现。两个长方形磁体和中间楔块的组因此插入在梯形成形的通量集中极片之间。中间金属片可集成在转子中或者作为分开部分而制造。由于这种设计，转子环可以以数个部分而制造。

具有两个长方形永磁体和在中间的金属三角形楔块的这种布置导致最佳形状，以最大化电磁通量(并且因此永磁体的利用)并且最小化在转子中的损耗。最小化在转子中的泄漏通量，这是因为用于磁通量的最短路径(在泄漏的情况下)相比于其它构造增加。

另外，相比于梯形磁体的磁化，长方形永磁体的磁化更有效并且更容易。

根据本发明的实施例，中间楔块由磁铁制造。

根据本发明的另一实施例，永磁体安装在柱形磁体支撑件上，并且中间楔块各为磁体支撑件的集成部分。

根据本发明的另一实施例，柱形磁体支撑件由多个柱体分段而装配在一起。

根据本发明的另一实施例，带有它们的邻接的永磁体的极片各依靠中间非磁性条带与磁体支撑件分开。

根据本发明的另一实施例，中间非性磁条带由加强的环氧材料制造。

根据本发明的另一实施例，极片尤其依靠非磁性螺钉和螺栓而可移除地安装在磁体支撑件上。

根据本发明的另一实施例，中间楔块在它们的尖端处具有轴向延伸的锁定轨道，其将邻接的永磁体锁定到磁体支撑件，即便它们退磁。

根据本发明的又一个实施例，转子的外径在邻近极片之间减小，由此产生轴向延伸的冷却通路，用于尤其为空气的冷却气体流。

附图说明

本发明现将依靠不同实施例并且参考附图而更详细地解释。