[发明专利]永久励磁的同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种永久励磁的同步电机，其包括具有多个电磁极的定子和具有多个永久磁极的转子。本发明特别涉及一种风能设备的同步发电机或同步发电机在风能设备上的应用。

背景技术

同步电机是电-机的换能器，其作为电动机借助电流运行或作为发电机产生电流。存在三相电流同步电机或单相同步电机，它们分别具有至少一个定子绕组(通常在外面)，在其中产生旋转磁场或在旋转磁场中感应出电压。转子(通常在内部)为了产生磁场载有永久励磁的磁铁。这样的同步电机是永久励磁的转场式电机，其中转速等于交流电压频率除以转子的极对数。因而转子的转速等于电磁的旋转磁场的转速。转子同步于该旋转磁场旋转。为了可以在不同的转速时运行一同步电机，需要一变频器或一逆变器。

这样的同步电机的有功功率由转子角来确定，所述转子角作为在被加载的同步电机的转子和未被加载的同步电机的转子之间的旋转角而得出。

同类的同步电机目前特别在发电厂中用作为交流和三相电流发电机。但其他结构形式的同步发电机也例如在汽车中用作为汽车发电机。对此至今在转子上为了产生磁场采用永久磁场(自激)作为用于具有小功率(瓦和千瓦范围)的发电机的永久励磁的磁铁，反之在大功率(兆瓦范围)的发电机的转子上采用电磁铁(他激)。

风能设备经常配备四极结构形式的异步电机。其具有高的转速。因此为了转速匹配，在转子叶片轴与发电机之间需要一变速器，因此这种结构容易引起变速器磨损和轴承磨损。而无变速器的缓慢旋转的发电机需要较多的极数，并从而需要较大的直径和较大的重量。但特别是重量在风能设备中是重要的设计因素。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种永久励磁的同步电机，其在较少的制造成本的同时可以提供大功率，运行可靠地工作并在此具有高的效率。

按照本发明利用一种按照权利要求1所述的永久励磁的同步电机达到该目的。从属权利要求中描述本发明的有利的进一步构成。

在按照本发明的永久励磁的同步电机中，设置具有多个电磁极的定子和具有多个永久磁极的转子。此外，转子的至少一个永久磁极由单独的永久磁铁部分构成，它们在其制造时设有特别高的场强度并且它们在至少一个永久磁极上沿圆周方向这样地并排设置，使得在转子旋转时在定子的电磁极中产生正弦形的励磁。

利用按照本发明的解决方案提供一种可简单制造的同步电机，其具有大功率同时涡流损失很少且效率较高。这不仅对按照本发明的同步电机的制造成本和总能量平衡具有有利的影响，而且对后续的工作过程，如产生的交流电压的变换具有有利的影响。这样特别是在与按照本发明的同步电机相组合时，下游的逆变器只须具有较小的备用功率。

按照本发明的永久磁铁的磁通密度优选为在0.9Tesla(特斯拉)与1.7Tesla之间、优选在1.1Tesla与1.5Tesla之间、最优选为1.3Tesla。最大的磁场强度总计达到2000kA/m至2700kA/m、优选到2200kA/m至2500kA/m、最优选为2350kA/m。永久磁铁对此有利地由钕铁硼(Nd-Fe-B)制造。

按照本发明的解决方案还利用这样的知识，即：永久磁铁励磁与电励磁相比允许小约30％、更轻的并从而也成本较低的构造方式，这在风能设备中对上述重量方面产生特别有利的影响。

在按照本发明的永久励磁的同步电机的第一有利的进一步构成中，所述至少一个永久磁极的并排设置的永久磁铁部分为了产生正弦形的励磁以不同的尺寸构成。永久磁铁部分的不同的尺寸允许，利用一个和同一磁化方法提供具有不同的场强度的磁铁，所述磁铁随后设置在转子上，使得产生一(必要时分等级的)用于场强度的曲线，其在转子旋转时在定子的电磁极中产生正弦形的励磁。

这样构成的各永久磁铁部分特别优选构成板形的并且具有特别是不同的高度。由于这样的永久磁铁部分具有简单的长方体的基本形状，所述永久磁铁部分可以用特别少的制造费用制造。

优选沿一正弦曲线实现各永久磁铁部分的分级，其对于并排设置的永久磁铁部分的横截面形状构成基础曲线。在该基础曲线上在各分级上实现在时间上的平均值形成。在此平均确定的是，必须将永久磁铁部分构成多高，以便在横截面中作为矩形面覆盖正弦曲线的面积区间的表面。

在按照本发明的永久励磁的同步电机的第二有利的进一步构成中，所述至少一个永久磁极的并排设置的永久磁铁部分为了产生正弦形的励磁以横截面为正弦形的外部轮廓构成。在这里横截面的轮廓的径向向外定向的那个部分表示为外部轮廓。这样构成的并排设置的永久磁铁部分，在对于总体磁极合理的制造耗费的情况下，导致感应特别精确的正弦形的电压的逐段的磁极形状。