[发明专利]混合型励磁永久磁铁及使用其的旋转电机用转子及发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转电机等中使用的励磁永久磁铁以及使用该励磁永久磁铁的旋转电机用转子或发电机。

背景技术

为了产生较高的励磁磁通，永磁式发电机目前使用高价且高性能的稀土类永久磁铁。

在非专利文献即日本国明电时报2010-No.3“风力发电用PMG的开发”中，刊登了如下内容的论文，即通过进行磁场解析来探讨在发电机产生短路电流时电枢反应对永久磁铁的影响。

该论文进行了如下阐述，最大的电枢反应是在失去变频器控制并流动有短路电流时，此时，因为在q轴(磁铁间轴)的位置流动-Id电流，所以，作为其对策，需要将以q轴为中心的部分的磁铁厚度设计为经得住该短路电流时的电枢反应的厚度。

作为具体的发电机的一个例子，列举了在日本国特开2004-23944号公报(专利文献1)中记载的永磁式发电机。该专利文献1中记载的发电机的永久磁铁呈中央部比端部厚的形状，正是采用了上述论文中所阐述的结构。

然而，专利文献1中记载的永久磁铁由于仅由一种高Hcj磁铁构成，所以，其为在整体上不得不使用较多量的高价永久磁铁的结构。

非专利文献1：日本国《明电时报2010-No.3》“风力发电用PMG的开发”(日语原名：「明電時報2010-No.3」“風力発電用PMGの開発”)

专利文献1：日本国特开2004-23944号公报

发明内容

作为在上述永磁式发电机中在磁铁q轴(磁铁间轴)的位置流动有-Id短路电流时的对策，需要将磁铁厚度设计为经得住短路电流产生的电枢反应的厚度。也就是说，需要进行使相当于永久磁铁中央部分的d轴附近的厚度厚的设计，但是仅用一种高价的稀土类永久磁铁来构成磁铁整体时，由于上述原因，存在磁铁的投入量增加、成本增加的问题。尤其不能忽视的是环境问题，稀土类磁铁的大量使用将关系到稀少资源Dy、Tb的大量消耗。

为解决这样的现有技术所具有的问题，本发明的目的在于提供一种混合型励磁永久磁铁及使用该混合型励磁永久磁铁的旋转电机用转子或发电机，有效地利用磁铁特性即矫顽力(以下称Hcj)及剩余磁通密度(以下称Br)的不同，在永久磁铁的中央部分配置高Hcj磁铁并在左右两端配置高Br低Hcj磁铁，通过以上构成，能够降低高价的高Hcj磁铁的投入量。

当发电机中产生短路电流时，如上所述，在自磁铁磁通中心轴起90度的电相位也就是说q轴的位置则流动-Id电流，在磁铁磁通中心轴上，电枢反应磁通作用在磁铁去磁方向上。

因为电枢反应磁动势的波形呈接近正弦波的形状，所以磁铁的去磁磁场在d(磁通)轴上最强，而越到磁铁端则越变小。

根据这样的物理特性，本发明是在中央部配置高Hcj磁铁并在两端部配置高Br低Hcj磁铁的混合型励磁永久磁铁。

根据本发明，因为配置在两端部的磁铁是由低Hcj的磁铁构成的，所以能够减少为提高磁铁的矫顽力特性而混合的高价稀土类元素Dy、Tb等的投入量。

另外，因为配置在两端部的磁铁虽然是低Hcj但却是高Br的磁铁，所以能够使决定永磁同步电机输出的励磁磁通量增加。由此，能够使两端部的励磁磁通量增加，如果输出恒定时，能够使永磁同步电机的尺寸小型化，能够削减整体的磁铁投入量。

根据本发明，与输出恒定时的现有产品相比，能够降低约15～30％的永磁发电机的稀土类磁铁投入量，在成本上能够降低约30％。

另外，通过分块构成磁铁，还能够降低涡流损耗。

并且，如上所述，由于能够使永磁同步电机的尺寸小型化，可实现轻量化，所以尤其在位于较细的塔架上高处的风力用发电机的修建作业工程中，该轻量化将起到极为重要的作用。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式涉及的永磁发电机的主剖视图。

图2是表示该实施方式涉及的电枢和磁铁部的放大图。

图3是本发明的第1实施方式涉及的永磁发电机的混合磁铁的图。

图4是比较本发明的第1实施方式与现有技术的磁通密度分布的图。

图5是本发明的第2实施方式涉及的永磁发电机的IPM转子的图。

图6是本发明的第2实施方式涉及的永磁发电机的混合磁铁的图。

图7是比较本发明的第2实施方式与现有技术的磁通密度分布的图。

图8是本发明的变形例涉及的永磁发电机的IPM转子的图。

图9是本发明的变形例涉及的永磁发电机的混合磁铁的图。

符号说明