Конструирование бескорпусного генератора на постоянных магнитах для мегаваттной ветряной турбины

Конструирование бескорпусного генератора на постоянных магнитах для мегаваттной ветряной турбины

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


ОбластьПродукт
Компьютер VCM для HDD
Домашнее применениеКондиционеры, Холодильники
Стиральные машины
Пылесосы
Цифровые камеры, Электробритвы
AV оборудованиепортативные телефоны, колонки,
DVD, CD, портативные музыкальные плееры

Промышленные моторыЛифты, Промышленные роботы
Литьевые машины
Станки с ЧПУ, линейные двигатели

АвтомобилиHV, Автомобильные кондиционеры,
Приводной двигатель и генераторы для
электромобили и т. д.,
Усилитель руля и различные датчики

ДругиеМРТ, 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.








Написать:
02:24
518
Нет комментариев. Ваш будет первым!