一种用于直驱风力发电机的永磁体转子的制作方法

文档编号:14477880
研发日期:2018/5/19

本实用新型适用于风机发电机领域。



背景技术:

当前,风力发电机正朝着装机规模大型化方向发展。兆瓦级直驱风机相比于非直驱风机,由于减少了齿轮箱的配置,在很大程度上减少了故障率,提高了风机运行的稳定性。其中,兆瓦级永磁直驱风力发电机已成为风机的主流发展方向。

这类主流机型的永磁直驱发电机,具有低转速、大直径、多磁极等特点。一般的转子上永磁体的安装有两种结构:一种是将永磁体直接安装在碳钢转子的轮缘上,这种结构使永磁体距离定子线圈距离很近,来自定子的热量会大量传递到永磁体上,而永磁体由于与碳钢轮缘接触面积比较小,不利于散热,进而容易使永磁体的磁性受到不利影响;还有一种结构的永磁体安装在硅钢叠片里面,这种结构能够很好的保护永磁体并降低热量对其磁性的不利影响。考虑减少转子上的涡流损耗,转子的轮缘都应该采用非导磁材料,对于小直径转子,铝质轮缘即能满足要求,但对于兆瓦级大直径转子,为减少热膨胀的影响,应最好采用不锈钢材质,但大型转子采用不锈钢材质又会造价昂贵。从经济性考虑,当前的转子本体一般都是采用碳钢材质。

另外,对于永磁体在硅钢叠片上的安装,常见的是将永磁体安装在硅钢叠片上留出的燕尾槽中,或者靠其它楔形结构将永磁体固定在硅钢叠片中。由于永磁体与硅钢叠片之间存在很大磁吸力,这对永磁体的安装带来很大不便,造成安装工作费时费力。

在转子设计中,应寻求一种结构,一方面,既能减少转子上的涡流损耗,又能大范围使用相比不锈钢价格更便宜的碳钢作为转子材质,降低成本;另一方面,使永磁体既有硅钢叠片保护,有利于散热,又能使永磁体的安装更加方便。



技术实现要素:

为了解决在转子设计中,寻求一种结构,一方面,既能减少转子上的涡流损耗,又能大范围使用相比不锈钢价格更便宜的碳钢作为转子材质,降低成本;另一方面,使永磁体既有硅钢叠片保护,有利于散热,又能使永磁体的安装更加方便的技术问题,本实用新型提出以下技术方案:一种用于直驱风力发电机的永磁体转子,其特征在于:旋转轴与轮毂固定连接,轮辐的一端与外圆周固定连接而另一端与轮缘固定连接。多组硅钢叠片与其下方的垫块沿轮缘上表面按角度均匀地间隔排列。垫块设有竖直通孔。硅钢叠片上方两侧对称地设有凸起与插槽,下底边中心设有下窄上宽的燕尾槽而两侧设有凹槽。下面设有螺孔而截面形状与燕尾槽一样的燕尾杆插入该燕尾槽中。螺钉ii自下而上依次穿过轮缘的底面及垫块的通孔与燕尾杆的螺孔紧固。轮缘上表面垫块与硅钢叠片之间自下而上置放支架与永磁体。支架上方两端的侧边与上边与硅钢叠片下底边两侧设有的凹槽之间形成狭缝iii与狭缝ii,硅钢叠片下方两侧还与永磁体的侧边形成狭缝i。横截面形状为扁平等腰梯形的槽楔插入插槽内。硅钢叠片轴向两侧分别设有叠片压板与加力压板一并被叠片拉紧杆穿过形成叠片组件。叠片组件通过加力压板用螺钉iii固定在轮缘上。轴端挡板被螺钉i紧固于轮缘的另一侧。垫块、支架的材质为非导磁材料。叠片压板、加力压板的材质也为非导磁材料。非导磁材料优选为铝材。转子本体,包括旋转轴、轮毂、轮辐以及轮缘材质均为碳钢。轮辐设为辐条式或多孔式。狭缝i的宽度大于狭缝iii与狭缝ii的宽度。

一种用于直驱风力发电机的永磁体转子的安装方法,其步骤包括:

1)用叠片拉紧杆将层叠后的硅钢叠片以及叠片压板、加力压板串成整体硅钢叠片组件。

2)将垫块与硅钢叠片组件沿轮缘布置。

3)将下边设有螺孔的燕尾杆插入硅钢叠片下方的燕尾槽内。

4)轻拧螺钉ii穿过垫块的通孔进燕尾杆的螺孔以对硅钢叠片初步定位。

5)每两组硅钢叠片之间插入支架。

6)将永磁体放置支架上。

7)拧紧螺钉ii,将硅钢叠片组件完全固定。

8)将槽楔插入相邻的两个硅钢叠片上方凸起下的插槽中,将永磁体径向固定。

9)用螺钉iii将加力压板紧固在轮缘上。

10)最后用螺钉i将轴端挡板固定在轮缘另一侧面。

采用了上述技术方案的本实用新型具有以下优点:

1.永磁体与硅钢叠片,都与碳钢转子轮缘之间用非导磁材料隔开,有利于减小转子上的涡流损耗。

2.非导磁支架和垫块的使用,有效降低了转子重量,而且铝制支架具备更好的散热性能。

3.永磁体在两组硅钢叠片及槽楔的保护下,避免了构件变形和受力带来的影响,永磁体不易损坏。

4.永磁体与硅钢叠片为有缝隙配合,安装便利。

附图说明

本专利共有9张附图:

图1为本实用新型一种用于直驱风力发电机的永磁体转子安装了序号为54的零件的侧面总体示意图。

图2为图1旋转180度,本实用新型一种用于直驱风力发电机的永磁体转子安装了序号11的零件的侧面总体示意图。

图3为图2的正面视图。

图4为为图2中的B处局部放大图。

图5为图4中的C处局部放大图。

图6为图2的A‐A方向剖视图。

图7为图4中序号为6、12零件与图6中序号为25的零件组装成的硅钢叠片组合的三维图。

图8为图1的正面视图。

图9为图4中序号为5的零件燕尾杆的三维图。

图中:1、旋转轴,2、轮毂,3、轮辐,4、轮缘,5、燕尾杆,6、硅钢叠片,7、垫块,8、支架,9、永磁体,10、槽楔,11、轴端挡板,12、叠片压板,21、凸起,22、插槽, 23、下底边,24、凹槽,25、加力压板,26、狭缝i,27、狭缝ii,28狭缝iii,51、螺钉ii,52、螺钉i,53、螺钉iii, 54、叠片拉紧杆。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步阐述。图3中,电机转子绕旋转轴1旋转,轮毂2与轮缘4通过轮辐3联接。轮辐3与轮毂 2和轮缘4的联接方式可以是焊接的也可以是螺钉联接。对于轮毂2、轮辐3、轮缘4的材质我们优选碳钢。垫块和支架将转子本体与永磁体、硅钢叠片之间隔开,形成磁绝缘,有利于减小涡流损耗。需要指出的是,为了降低整个电机的重量,轮辐3可以做成多孔式,或辐条式。

图4中,硅钢叠片6上设有燕尾槽并装入燕尾杆5,螺钉ii‐51 穿过垫块7的竖直通孔与下边设有螺孔的燕尾杆5,通过夹紧力(螺钉预紧力)将硅钢叠片6与轮缘4紧固住,为了保证硅钢叠片6与轮缘4联接刚度,垫块7沿轴向设计为多处,图4中省略表示为3处。在保证结构需要前提下,还可以减重。垫块7为非导磁铝合金材料,螺钉ii‐51的材质为非导磁不锈钢。硅钢叠片层叠后,通过叠片拉紧杆54将硅钢叠片6与两侧的叠片压板12、加力压板25一并压紧为整体组件。叠片压板12、加力压板25为非导磁材质,叠片拉紧杆54 为非导磁的不锈钢材质。

槽楔10护住永磁体9,永磁体9由支架8顶住,保证电机在工作中永磁体9有足够的支撑。支架8的材质要求是非导磁,并且具有很好的刚度要求与热膨胀系数要求。在本实用新型中,支架8优选铝合金材质,结构形式为工字钢,铝质工字钢结构选取的优点在于,铝质导热性好,有利于永磁体散热,且结构形式简单能够降低总机重量。

由于垫块7,支架8的材质我们优选铝合金,因此本实用新型中轮缘4与永磁体9之间做到了磁绝缘,这样对于轮缘材质的选取,可以用价格较低的碳钢取代不锈钢,可以有效地降低成本。

图7中,硅钢叠片6的下底边23是与垫块的紧固面,对称设有凸起21与插槽22,插槽22里放置槽楔10,凸起21具有固定槽楔的作用。叠片压板12具有与硅钢叠片6相同的截面,仅仅用作叠片的压紧,而加力压板25与硅钢叠片6截面不同,延伸出来一部分做连接固定和止挡用。包括硅钢叠片6和叠片压板12、加力压板25在内的叠片组件,通过加力压板25用螺钉iii-53固定在轮缘4上。当各部件从一端放入时,到达该加力压板25时止住。硅钢叠片6下沿设有下窄上宽的燕尾槽。支架8与轮缘4之间不做固定连接。硅钢叠片6 的下端两侧设有凹槽24。硅钢叠片6下端设有的凹槽,用来对支架8 限位,承受支架8所受离心力。图3显示支架8上方的两侧边以及上边与硅钢叠片6的下端两侧的凹槽24形成狭缝iii-28与狭缝ii-27,硅钢叠片6的侧边还与永磁体9的侧边形成狭缝i-26。狭缝i-26的宽度大于狭缝iii-28与狭缝ii-27的宽度。使得支架8在插入安装时方便快捷,永磁体9的安装更加容易。在轮缘4另一侧,环形均布多个螺纹孔通过紧固螺钉i-52(图6所示)将轴端挡板11固定在轮缘 4的端面上,每一处永磁体9对应布置一块轴端挡板11。轴端挡板 11覆盖了支架8、永磁体9、槽楔10、垫块7以及叠片压板12的两侧边。实际上轴端挡板11对这些部件起到轴向定位的作用。轴端挡板11的材质选为碳钢。

该转子的安装方法是:

1)用叠片拉紧杆54将层叠后的硅钢叠片6以及叠片压板12、加力压板25压紧为硅钢整体叠片组件

2)将垫块7与硅钢叠片组件沿轮缘4布置。

3)将下边设有螺孔的燕尾杆5插入硅钢叠片6下方的凹槽24内。

4)轻拧螺钉ii‐51穿过垫块7的通孔进燕尾杆5的螺孔以对硅钢叠片6初步定位。

5)每两组硅钢叠片6之间插入支架8。

6)将永磁体9放置支架8上。

7)拧紧螺钉ii‐51,将硅钢叠片组件完全固定。

8)将槽楔10插入相邻的两个硅钢叠片6上方凸起21下的插槽 22中,将永磁体9径向固定。

9)用螺钉iii将加力压板25紧固在轮缘上。

10)最后用螺钉i‐52将轴端挡板11固定在轮缘4另一侧面,以对硅钢叠片6、支架8和永磁体9进行轴向定位。

本实用新型的技术方案的总体思路是:转子本体仍然采用碳钢材质,包括轮缘4、轮辐3等。硅钢叠片6并非直接安装在转子轮缘4上,而是在硅钢叠片6和轮缘4之间用非导磁的垫块7隔开;硅钢叠片6 通过燕尾杆5和螺钉ii‐51,间隔非导磁垫块7而固定安装在转子轮缘 4上。在整周转子轮缘4上,多组硅钢叠片6以一定的间隔角度均布。永磁体9放置在每两组硅钢叠片6之间,但在永磁体9与转子轮缘4 之间,用非导磁的支架8隔开。优选的,非导磁支架8可以采用铝质型钢形式,每组永磁体下面放置一根型钢支架,非连续分布的铝制支架,可以有效的降低转子本体的重量。支架8连同永磁体9上面的槽楔10,对永磁体9径向限定并保护。

这种技术方案的有益效果是:

1.垫块7为非导磁材质,轴向多处不连续分布,有利于减重。

2.支架8为非导磁材质,优选为铝制型材,铝制支架在轮缘4上的非连续布置,每列永磁体9下方放置一件支架8。

3.支架8与轮缘4间不做固定连接,支架8与硅钢叠片6之间留有间隙,使得支架8安装方便。

4.硅钢叠片6下沿有凹槽,用来对支架限位,承受支架8所受离心力。

5.永磁体9与硅钢叠片6之间设计有间隙,使永磁体安装方便

6.转子本体,包括轮缘4、轮毂2、轮辐3,采用碳钢材质,垫块7 和支架8将转子本体与永磁体9、硅钢叠片6之间隔开,形成磁绝缘,有利于减小涡流损耗。

本实用新型所述内容包括附图,更多的是本实用新型总体思路的一种具体化表达,包括硅钢叠片6和支架8的结构与安装形式,硅钢叠片6、永磁体9与支架8间的布置形式等,任何对上述形式常规化的修改与变化,都被认为属于本实用新型中心思想表达的范围之内。

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