新型永磁同步发电机

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种新型永磁同步发电机。

背景技术

永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。

永磁同步电机主要由定子、转子和端盖等部件构成，定子由叠片叠压而成以减少电动机运行时产生的铁耗，其中装有三相交流绕组，称作电枢。转子可以制成实心的形式，也可以由叠片压制而成，其上装有永磁体材料。

现有的同步发电机在水力发电时，发电性能还不够好，亟需改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型永磁同步发电机，通过对结构的改进，提高了发电机的工作性能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

新型永磁同步发电机，包括机壳、端盖、转子轴、转子、定子和绕组；机壳两端设有端盖；机壳内设有转子轴，转子轴位于机壳轴线上，并从机壳两端的端盖伸出；端盖与转子轴之间设有密封轴承；；转子轴外同轴套设有转子，转子外同轴设有永磁体，永磁体外同轴套设有定子；定子的定子槽内设有绕组；绕组和定子槽之间设有绝缘纸；所述机壳内设有绕机壳轴线的呈螺旋状的螺旋水道。螺旋水道两端与外界连通，分别为进水口与出水口，用于通入和排出冷却水。

作为一种优选技术方案，定子槽的数量为18个，绕定子轴线均匀分布。

作为一种优选技术方案，绕组为双层绕组，绕组中，导体材料为铜；并联支路数为1；绕组节距为4；每层绕组线圈匝数为4 ；每匝线圈并绕根数为6；每根导线导体外径为2mm；双边绝缘厚度为0.1mm；槽满率为78.1%。

作为一种优选技术方案，转子外径 (mm)：133；转子内径为67mm；铁芯长度为210mm；转子极数为4；叠压系数为0.95；转子为硅钢片，牌号为DW310_35。

作为一种优选技术方案，永磁体厚度为10；机械极弧系数为0.8；永磁体外弧电角度为144°；磁钢剩磁为1.23；矫顽力为890 kA/m；相对回复磁导率为1.0998；充磁方式为平行充磁；永磁体牌号为NdFe3。

作为一种优选技术方案，机壳与定子铁芯间隙为0.005mm；转子铁芯与转轴间隙为0.003mm；定子槽壁与绝缘纸间隙为0.05mm；绝缘纸厚度为0.2mm；两端端盖与机壳间隙为0.005mm。

附图说明

图1为本发明的剖视图。

图2为定子槽的结构示意图。

图3为转子的结构示意图。

图4为绕组的结构示意图。

图5为温度分布示意图1。

图6为温度分布示意图2。

其中，附图标记如下所述：1-机壳，2-端盖，3-转子轴，4-转子，5-永磁体，6-定子，7-绕组，8-螺旋水道。

具体实施方式

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供新型永磁同步发电机，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

新型永磁同步发电机，与现有技术相同，包括机壳1、端盖2、转子轴3、转子4、定子6和绕组7。

机壳1两端设有端盖2。机壳内设有转子轴3，转子轴3位于机壳1轴线上，并从机壳1两端的端盖2伸出。端盖2与转子轴3之间设有密封轴承。转子轴3外同轴套设有转子4，转子4外同轴设有永磁体5。永磁体5外同轴套设有定子6。定子6的定子槽内设有绕组7。绕组7和定子槽之间设有绝缘纸。

如图1所示，本实施例中，所述机壳内设有绕机壳轴线的呈螺旋状的螺旋水道8。螺旋水道8两端与外界连通，分别为进水口与出水口，用于通入和排出冷却水。通过螺旋水道可实现对发电机的降温，以保证发电机的持续工作。

图4所示。本实施例中，定子槽的数量为18个，绕定子轴线均匀分布。定子槽数量使得极槽配合为36/8（18/4）的电机，噪声、齿槽转矩等不良因素较小，性能较好。因此，本实施例采用的极槽配合使得噪声小，性能好。

本实施例中，定子槽的结构如图2所示。其中，各部分参数为：

hs0 (mm): 1.6；hs1 (mm): 1；hs2 (mm): 10.5；bs0 (mm): 5.2；bs1 (mm):15.7；bs2 (mm): 16.1。

本实施例中，绕组的结构如图4所示；绕组为双层绕组，绕组中，导体材料：铜；并联支路数：1；绕组节距：4；每层绕组线圈匝数：4 ；每匝线圈并绕根数：6；每根导线导体外径(mm)：2；双边绝缘厚度(mm)：0.1；槽满率 (%): 78.1。

本实施例中，转子的结构如图3所示，其中：转子外径 (mm)：133；转子内径 (mm)：67；铁芯长度 (mm): 210；转子极数：4；叠压系数：0.95；硅钢片牌号：DW310_35。

本实施例中，永磁铁的结构如图3所示，其中，永磁体厚度h(mm)：10；机械极弧系数：0.8；永磁体外弧电角度α(度)：144；永磁体牌号：NdFe35；磁钢剩磁(Tesla)：1.23；矫顽力(kA/m)：890；相对回复磁导率: 1.0998；充磁方式：平行充磁。

一.电机电磁部分损耗与效率分析(Loss and efficiency)

1.额定状态下相电阻计算：

每槽线圈数：Ns＝8

并联支路数：a＝1

并绕根数-线径：Nt-d＝6-2

绕组节距：4

定子每相电阻R(75度)：0.02Ω

2.损耗、效率计算：

额定输出功率：

P

总铁耗：

P

定子绕组铜耗：

Pcu=mI^2R=2079.48W

机械损耗：

P

总损耗：

P

效率：

n= 100%*P

二.电机整体结构与热性能分析

1.本实施例中，发电机的结构及主要尺寸如下表所示：

2.电机散热条件及结构关键参数

水冷散热条件：

技术工艺关键参数

机壳与定子铁芯间隙 0.005mm

转子铁芯与转轴间隙 0.003mm

定子槽壁与绝缘纸间隙 0.05mm

绝缘纸厚度 0.2mm

两端端盖与机壳间隙 0.005mm。

温度分布示意图5~6如下所示：

本发明的有益效果：本发明设计结构中的电磁扭矩更大，发电量更大。永磁同步电机的最大转矩、电磁负荷、电机主要尺寸之间满足如下关系式：

式中，

因此，为了得到较大的电磁转矩，本发明中，增加永磁体厚度、极弧系数或采用性能更高的永磁体以增加气隙磁密基波幅值；增加电机尺寸；增加线圈匝数、额定电流、绕组系数以提高电机电负荷。且这些尺寸满足其它约束条件。

本发明中，设计的结构及参数使得本发明发电机在相同发电效果的情况下，重量更轻、体积更小。

电机的主要尺寸公式：

易知，在保证电磁转矩不变的前提下，提高电负荷和气隙磁密基波幅值可以缩小电机的尺寸，但前提是要保证热负荷、电密等参数不能太大。

按照值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。