本發(fā)明涉及一種電機(jī)結(jié)構(gòu)，特別涉及一種永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的定子及磁極組合結(jié)構(gòu)用于充磁的方法。

背景技術(shù)：

在永磁同步電機(jī)中，要用到諸如釹鐵硼這樣的永磁鐵，他們被設(shè)計(jì)成即使在短路這樣的狀況下也不能發(fā)生失磁。另因?yàn)闇厣投搪穼?dǎo)致的退磁現(xiàn)象雖然少見但存在，但是其結(jié)果卻能帶來發(fā)電機(jī)性能降低。為了應(yīng)對(duì)這種影響，磁鐵被設(shè)計(jì)為具有很高的矯頑力，為了使磁鐵能夠強(qiáng)大到足以抵抗這種失磁，通常需要使用矯頑力hcj比較高的磁鐵，比如室溫時(shí)hcj>1350ka/m，以保證在整個(gè)發(fā)電機(jī)生命周期內(nèi)，發(fā)電機(jī)的性能保持在可接受范圍內(nèi)，這直接導(dǎo)致了所使用的磁鐵的成本偏高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)永磁電機(jī)中為保證所選用永磁鐵成本高的問題，提出了一種永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的定子及磁極組合結(jié)構(gòu)用于充磁的方法，采用一種室溫時(shí)低至900-1300ka/m的低矯頑力hcj磁鐵，允許在短路時(shí)失磁，利用現(xiàn)有的定子結(jié)構(gòu)，能夠?qū)υ诙搪返扰及l(fā)事故中部分退磁的磁鐵進(jìn)行重新充磁，再充磁過程由發(fā)電機(jī)的定子繞組和變流器完成。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的定子及磁極組合結(jié)構(gòu)用于充磁的方法，永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)至少包括一個(gè)磁極和一個(gè)正對(duì)磁極并覆蓋磁極的線圈繞組，磁極和線圈繞組之間有均勻的氣隙，正常工作狀態(tài)時(shí)，線圈繞組通過相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁極提供工作時(shí)的工作磁場(chǎng)，磁鐵退磁不能正常工作時(shí)，具體充磁步驟如下：

1）調(diào)整線圈繞組和磁極位置，使其精確對(duì)位；

2）停止氣隙冷卻通風(fēng)；

3）確定充磁磁鐵所需設(shè)定溫度；

4）計(jì)算所需加熱電流值；

5）設(shè)定加熱電流值，開始加熱升溫；

6）測(cè)量磁鐵內(nèi)部溫度，達(dá)到設(shè)定溫度后，停止加熱；

7）給定設(shè)定溫度下磁鐵矯頑力1.5倍磁場(chǎng)給磁鐵充磁，計(jì)算對(duì)應(yīng)充磁磁場(chǎng)所需要的線圈繞組電流值，設(shè)定電流值后給線圈繞組通電，開始充磁；

8）充磁后，斷電檢測(cè)磁極磁場(chǎng)；

9）磁場(chǎng)達(dá)到要求后，恢復(fù)發(fā)電機(jī)工作；

10）若未達(dá)到磁場(chǎng)要求，從第3）步開始循環(huán)，直至達(dá)到要求。

所述步驟4）和5）加熱方式為定子電流的正常熱損加熱定子，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子和磁鐵升溫，熱量經(jīng)由氣隙由傳導(dǎo)和對(duì)流傳遞給磁鐵。

所述步驟4）和5）加熱方式為給定子電流加一交流場(chǎng)，這個(gè)交流場(chǎng)直接在磁鐵內(nèi)部產(chǎn)生熱損以加熱磁鐵。

所述步驟4）和5）加熱方式為通過轉(zhuǎn)子外部的外加熱源予以加熱。

所述磁極為在室溫時(shí)矯頑力為900ka/m到1300ka/m的低矯頑力磁鐵。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的定子及磁極組合結(jié)構(gòu)用于充磁的方法，不用擔(dān)心磁鐵退磁現(xiàn)象，不用為了抵抗偶發(fā)的意外狀況，比如短路退磁，而提高磁鐵冗余，不得不采用矯頑力很高的抗退磁能力強(qiáng)的磁鐵，因?yàn)檫@種磁鐵成本高，相應(yīng)的導(dǎo)致發(fā)電機(jī)整機(jī)成本居高不下。使用本發(fā)明所述方法，就可以采用更低成本的磁鐵，這種磁鐵矯頑力較低，正常工作狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生退磁現(xiàn)象，當(dāng)遇到偶發(fā)的退磁狀況，比如短路時(shí)，磁鐵退磁，則可以啟動(dòng)本方法進(jìn)行重新充磁，使磁鐵回復(fù)正常工作狀態(tài)。

附圖說明

圖1為永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的定子及磁極組合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為通用充退磁曲線圖；

圖3為本發(fā)明20℃時(shí)的充退磁曲線圖；

圖4為本發(fā)明100℃時(shí)的充退磁曲線圖；

圖5為本發(fā)明140℃時(shí)的充退磁曲線圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的定子及磁極組合結(jié)構(gòu)，它是發(fā)電機(jī)的一部分，一個(gè)磁極2和一個(gè)正對(duì)磁極2并覆蓋磁極2的繞組，繞組通常是線圈4。在整個(gè)定子疊片3內(nèi)外圈分別有線圈支架5和磁極支架1，磁極通過螺栓固定在磁極支架1上；線圈4嵌在定子疊片3里面，定子疊片3通過燕尾槽及螺栓等固定在線圈支架5上。磁極2和線圈4之間有均勻的氣隙，所以磁極和線圈可以發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。磁極由永磁鐵材料制成，線圈由銅鋁等金屬導(dǎo)體材料制成。

本結(jié)構(gòu)中的線圈的作用：1）正常工作狀態(tài)時(shí)，可以通過相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流。2）磁極產(chǎn)生退磁故障時(shí)，可以通過給定的電流，使線圈支架升溫，帶動(dòng)磁鐵升溫至所需溫度，或者通過線圈給定交變電流，在磁鐵內(nèi)部產(chǎn)生渦流來帶動(dòng)磁鐵升溫至所需溫度。因?yàn)榇盆F升溫后矯頑力降低，所以升溫后的磁鐵可以在較低的磁場(chǎng)下充磁到飽和，那么相應(yīng)的就需要較小的線圈電流去產(chǎn)生充磁磁場(chǎng)。3）磁極產(chǎn)生退磁故障時(shí)，可以通過給定方向和大小的電流，在磁路中產(chǎn)生磁場(chǎng)，給在磁路中的磁極充磁。針對(duì)不同的磁鐵矯頑力，矯頑力大的磁鐵需要較大的磁場(chǎng)，因而需要較大的電流。給磁鐵升溫可以降低對(duì)電流的要求，所以所需電流值可以根據(jù)溫度和磁鐵矯頑力具體確定。

本結(jié)構(gòu)中的磁極的作用：1）提供工作時(shí)的工作磁場(chǎng)；2）當(dāng)磁極被部分退磁后，接受線圈的充磁，重新充磁到接近原始飽和狀態(tài)。

本發(fā)明提供一種自充磁功能，磁極可以使用較低矯頑力的磁鐵，降低材料成本。當(dāng)磁鐵在外因的作用下發(fā)生部分失磁后，本結(jié)構(gòu)可以通過線圈加熱，使磁鐵升溫到一定的高溫后，使用線圈產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)將相對(duì)應(yīng)的磁極重新充磁至接近飽和，重新達(dá)到工作狀態(tài)時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

磁鐵再次充磁所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)大于其矯頑力的1.5倍以上，磁鐵溫度越高，矯頑力越小，所需要的充磁場(chǎng)也越小。所以升高磁鐵溫度，只需要相對(duì)于常溫更小的磁場(chǎng)，就可以對(duì)磁鐵實(shí)施充磁，達(dá)到同樣的效果。所以，本發(fā)明的線圈加熱功能可以有效保證磁鐵達(dá)到所需要的溫度，以便于在較低磁場(chǎng)下充磁，較低的磁場(chǎng)意味著較低的電流，易于在發(fā)電機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

有幾種方法可以對(duì)磁鐵實(shí)施加熱：

1、定子電流的正常熱損可以加熱定子，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子和磁鐵升溫。熱量經(jīng)由氣隙由傳導(dǎo)和對(duì)流傳遞給磁鐵，此時(shí)應(yīng)關(guān)閉發(fā)電機(jī)正常的冷卻系統(tǒng)。

2、給定子電流施加交流電流，可以在磁鐵內(nèi)部引發(fā)渦流，這個(gè)渦流直接在磁鐵內(nèi)部產(chǎn)生熱損以加熱磁鐵，此時(shí)正常的冷卻系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)被關(guān)閉，本方法會(huì)比上面第一種方法更快更有效。

3、磁鐵也可以通過轉(zhuǎn)子外部的外加熱源予以加熱，這是一個(gè)非優(yōu)選方式，但是也是一種技術(shù)上可行的方式。

圖2中通用充退磁曲線，他顯示了磁鐵的退磁過程，給磁鐵施加一個(gè)負(fù)的外加磁場(chǎng)，比如-320ka/m，磁鐵便部分退磁了。圖中包括退磁曲線、充磁曲線1和充磁曲線2，通過退磁曲線可以看到磁鐵的矯頑力hcj的數(shù)值。充磁曲線1顯示，當(dāng)磁鐵退磁后，使用和矯頑力一樣的充磁場(chǎng)充磁時(shí)的狀況；充磁曲線2顯示，當(dāng)磁鐵退磁后，使用等同于該溫度下額定矯頑力1.5倍磁場(chǎng)充磁時(shí)的狀況?？梢钥闯觯?.5倍充磁后的磁場(chǎng)接近原始飽和狀態(tài)。

部分退磁的磁鐵不能滿足正常工作需要，它需要重新充磁，充磁曲線1是一條充磁曲線，當(dāng)給已退磁的磁鐵一個(gè)正向磁場(chǎng)，比如330ka/m，它基本等于磁鐵矯頑力的數(shù)值，磁鐵恢復(fù)到相對(duì)高的一個(gè)數(shù)值，磁鐵已經(jīng)可以工作，但是性能還不夠。可以施加一個(gè)更大的磁場(chǎng)，比如1.5倍矯頑力，進(jìn)行二次充磁，使其達(dá)到近似飽和。

部分退磁的磁鐵不能滿足正常工作需要，它需要重新充磁，充磁曲線2是一條充磁曲線，當(dāng)給已退磁的磁鐵一個(gè)正向磁場(chǎng)，比如495ka/m，它基本等于磁鐵矯頑力的1.5倍，磁鐵恢復(fù)到近似飽和的一個(gè)數(shù)值，磁鐵已經(jīng)可以正常工作。

在本發(fā)明中，我們確定充磁場(chǎng)為1.5倍或更高的矯頑力，這樣就可以對(duì)磁鐵實(shí)施近似飽和的充磁。

下面附加了圖3、圖4、圖5，分別為3張n50磁鐵的不同溫度下的充退磁曲線，圖中橫坐標(biāo)為矯頑力，縱坐標(biāo)為剩磁，說明溫度越高，其矯頑力hcj越低。圖3為20℃時(shí)的充退磁曲線圖，圖中顯示該磁鐵在20度時(shí)的矯頑力為1075ka/m。圖4為100℃時(shí)的充退磁曲線圖，圖中顯示該磁鐵在100度時(shí)的矯頑力為492ka/m。圖5為140℃時(shí)的充退磁曲線圖，圖中顯示該磁鐵在140度時(shí)的矯頑力為324ka/m。

使用電流加熱進(jìn)行充磁的步驟如下：

1、調(diào)整線圈和磁極位置，使其精確對(duì)位；

2、停止氣隙冷卻通風(fēng)；

3、確定需要磁鐵溫度升高到多少；

4、計(jì)算所需加熱電流值；

5、設(shè)定加熱電流值，開始加熱升溫；

6、測(cè)量磁鐵內(nèi)部溫度，達(dá)到設(shè)定溫度后，停止加熱；

7、計(jì)算充磁所需要的電流值，設(shè)定電流值，充磁；

8、檢測(cè)充磁后磁場(chǎng)；

9、磁場(chǎng)達(dá)到要求后，恢復(fù)工作；

10、若未達(dá)到磁場(chǎng)要求，從第3步開始循環(huán)，直至達(dá)到要求。