Hideki Kobayashi, Yuhito Doi, Koji Miyata, Takehisa Minowa
Magnetic Materials R&D Center, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
2-1-5 Kitago, Echizen-shi, Fukui, Japan
Как правило, генератор на постоянных магнитах с осевым магнитным полем способен увеличивать выходную плотность на объем больше, чем генератор на постоянных магнитах с радиальным магнитным полем. Кроме того, в случае генератора без сердечника,который не имеет сердечника в статоре, он превосходит по пусковым характеристикам, так как не возникает пусковой момент. Эффективность генерации высока, поскольку нет потери на гистерезис. Поэтому мы разработали генерирующее оборудование суперразмера, чтобы генератор на постоянных магнитах с осевым магнитным полем можно было использовать в Мегаваттных ветровых турбинах. Разработанный генератор состоит из нескольких слоев, состоящих из 2 статоров и 3 роторов с большими прямоугольными магнитами NdFeB . Размер блока NdFeB магнитов был выбран из максимального возможного предела промышленной возможности порошкового спекания. Большие прямоугольные магниты могут быть получены путем их сборки. Разработанный генератор, который имеет диаметр 10 метров и осевую длину 1 метр, показал 6,5 МВт электрической мощности в режиме прямого привода без увеличения скорости В результате исследований влияния различного числа полюсов, наибольшее отношение мощности к весу было получено с 48 полюсами. Дальнейший вывод можно получить путем дальнейшей укладки роторов и статоров. Кроме того, мы рассмотрели метод сборки ротора при использовании большого постоянного магнита. У нас есть также изготовленный миниатюрный генератор в масштабе 1:20 и проверены результаты анализа.
ВВЕДЕНИЕ
Популярность ветроэнергетики быстро расширилась в последние годы и дает надежду на решение глобальных экологических проблем, а также истощения энергии. Система генерации энергии ветра состоит из технологий из различных областей, включая электрический генератор. Генераторы энергии подразделяются на индукционные генераторы и синхронные генераторы. Синхронный генератор использует магниты NdFeB и используется не только для небольших ветрогенераторов, но также для больших ветровых генераторов энергии, поскольку он имеет преимущество в том, что не имеет потери на возбуждение. Тем не менее, в случае синхронного генератора на постоянных магнитах с сердечником, он имеет ограничения в стартовых характеристиках из-за потери на торможение в железе сердечника и зубчатого момента вызванного магнитным притяжением между постоянным магнитом и сердечником статора. С другой стороны, генератор ветрогенератора с использованием сердечника имеет отличные пусковые характеристики без потерь в железе, хотя он производит более низкое генерируемое напряжение по сравнению с генератором сердечником. Чтобы увеличить генерируемое напряжение, диаметр генератора увеличен, однако гондола становится большой, и это может повлиять на зону ветра для небольшого генератора. Авторы исследовали генератор энергии ветра, разработали и изготовили прототип на магнитах NdFeB и оценили генератор, который использует метод увеличения генерируемого напряжения применением ротора с осевым направлением магнитного потока в магнитопроводе и настраиваемым осевым зазором.
II. NdFeB Магнит
Существуют два типа редкоземельных магнитов, а именно магнит SmCo и NdFeB, и в настоящее время примерно 98% от общего количества производства магнитов из Nd, это магниты NdFeB.
Магниты NdFeB производятся спеканием, и сделаны из смеси смолы и пластмассы (и т. д.) с магнитным порошком. Спеченный магнит составляет основную часть производства магнитов,и процесс изготовления магнита NdFeB проходит в порошковой металлургии, как показано на рис. 1. Разница с обычной порошковой металлургией состоит в том, что магниты производят со сжатием под магнитным полем.
Механическое давление прикладывается к форме, путем организации ориентации кристалла мелкого порошка в одно направление с использованием внешнего магнитного поля, и полученный продукт обеспечивает магнитную анизотропию. Сжатый под давлением порошок затем спекается при высокая температуре.И через жидкофазное спекание, уплотненное вещество сжимается, а плотность увеличивается до почти идеальной плотности. Объем сокращается вдвое, однако получить точную размерную точность сложно.
После спекания магниты шлифуются алмазным кругом в необходимый размер.
Рис.1
Технологический процесс производства магнитов из NdFeB
Есть несколько видов продукции, использующих магниты NdFeB, о чем большинство людей не знают. Кроме того, в области ветроэнергетики, использование магнитов NdFeB в генераторах для большой и малой силы ветра хорошо изучены. Таблица 1 показывает примеры использования магнитов NdFeB.
Таблица 1
Примеры применения магнита из NdFeB Полевые продукты
| Область | Продукт |
| Компьютер | VCM для HDD |
| Домашнее применение | Кондиционеры, Холодильники
Стиральные машины
Пылесосы
Цифровые камеры, Электробритвы
|
| AV оборудование | портативные телефоны, колонки,
DVD, CD, портативные музыкальные плееры
|
| Промышленные моторы | Лифты, Промышленные роботы
Литьевые машины
Станки с ЧПУ, линейные двигатели
|
| Автомобили | HV, Автомобильные кондиционеры,
Приводной двигатель и генераторы для
электромобили и т. д.,
Усилитель руля и различные датчики
|
| Другие | МРТ, Мотор для железных дорог,
Ветрогенераторы,
Электрические велосипеды
|
III. ГЕНЕРАТОР НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ
Генератор с постоянными магнитами подходит для генератора энергии ветра, поскольку это требует высокой эффективности, поскольку меньше потери возбуждения по сравнению с индукционным генератором. Генератор с постоянными магнитами подразделяется на радиальный тип и осевой тип с точки зрения направления магнитного потока от магнита и генератора.
Как показано на рис. 2, в радиальном типе магнит расположен на поверхности ротора, который связан с валом, и магнитный поток генерируется в радиальном направлении, перпендикулярном валу, к статору расположенному на внешней стороне ротора. В осевом типе, ротор в форме диска соединен с валом, а магнит расположен на поверхности диска, чтобы генерировать магнитный поток параллельно валу.
Рис.2
Направление магнитного потока от ротора, радиальный и осевой тип.
При радиальном типе используется только магнитное поле которое генерируется в цилиндрическом зазоре между внешним статором и внутренним ротором, так что выходная плотность не может быть увеличена. Кроме того, с радиальным типом, чтобы увеличить магнитное поле в зазоре, магнитные материалы, такие как ламинированная кремниевая стальная пластина, используются на стороне статора.
Соответственно, начальная производительность уменьшается на магнитное притяжение, создаваемое между магнитом и статором, а КПД снижается из-за потери в железе, вызванной генерацией магнитного поля на стороне статора. Возможно противодействие этому, включает в себя ротор расположенный на внутренней и внешней периферии, а также конфигурация двойного кольца ротора, в виде бутерброда и статор без использования магнитного материала . Однако, поскольку они все еще имеют радиальный тип, внутреннее пространство ротора не способствует увеличению мощности [1], [2]. С другой стороны, осевой тип может улучшить выходную плотность, поскольку она может принять большую магнитную поверхность делая размер ротора тонким в направлении вала вращения [3], [4]. В ссылке [5], сравниваются радиальный и осевой тип.
