确定磁体设置的方法技术

本发明专利技术涉及确定电机的转子或定子的磁体的磁体设置的方法，该方法包括步骤：识别电机的多个性能参数，该性能参数将要被调整；将多个相邻磁体指定成磁体组，其中磁体组包括参考磁体和至少一个其他磁体，该其他磁体相对于参考磁体被设置；针对所述磁体组识别多个不同磁体设置变量，其中所述磁体设置变量的数量等于性能参数的数量；根据性能参数的所需调整来计算设置变量的值；以及根据所计算的设置变量相对于磁体组的参考磁体设置该磁体组的其他磁体。本发明专利技术还描述了在电机的转子或定子上设置多个磁体的方法。本发明专利技术还描述了具有发电机的风力涡轮机，该发电机包括转子、定子和以这种磁体设置设置在转子上的多个磁体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术描述了一种针对电机的磁体。本专利技术还描述了设置电机的多个磁体的方法。本专利技术还描述了具有发电机和设置成这种磁体设置的多个磁体的风力涡轮机。
技术介绍
因为各种公知原因，电动机和发电机不能完美运转，并且多种因素能够损害整体效率。例如，由于转子的磁体和定子槽或定子齿之间的磁引力而导致齿槽转矩。在磁体/ 定子槽均被等距放置的均勻设置中，对于转子相对于定子的特定位置，磁体和定子槽之间的磁引力相对较大。小型电动机和发电机通常能够令人满意地被优化。但是，在大型机器中，例如风力涡轮机中的3 MW发电机中，齿槽转矩能够容易地到达标称转矩的5%的值。因为必须在启动时以及转子每次旋转期间多次克服这种力，所以其能够对发电机性能产生较大影响，缩短其寿命并且增加其噪音水平。因此，在发电机设计期间通常采取措施来减少齿槽转矩。另一个问题由转矩脉动造成，其是齿槽转矩和机器的气隙通量中的谐波所造成的额外转矩变化的和。这些谐波的来源通常是定子的铁、转子磁体和定子之间的距离等等。将定子槽的数量选择成磁体数量的倍数能够有助于将转矩脉动减少一定量。不过，转矩脉动仍然会对发电机的效率、使用寿命和噪音水平产生不良影响。存在多种方式来优化发电机的性能。不过，公知的方法是非常复杂的。例如，为了最小化齿槽转矩(这是在磁体或磁极同时被拖向定子齿时所导致的)，在称为“磁极移位”的过程中重新设置磁极以便它们不再彼此等距，能够导致齿槽转矩的减少。不过，该改进仅对于各定子齿的给定转子位置是理想的。而且，当为了减小齿槽转矩而移位磁极时转矩脉动甚至会增加。不过，对于被移位磁极的样式的模拟是非常成本密集型的，因为根据经验，计算时间随着磁极增加而呈指数增加，从而包含多个磁极的样式导致了非常长的计算时间。因为例如齿槽转矩和脉动的各种性能参数不具有相同的最佳方案，因此必要的是进行妥协或折中。例如，如果齿槽转矩被最小化，则不可能同时最小化脉动。另一个重要考虑是，磁极移位通常会导致反emf (电动势)和运行转矩的减小，这通常是个缺点，并且影响程度取决于所选的磁极移位样式。公知方法根据例如磁体放置、特定负载条件等已知参数、使用软件算法来模拟发电机性能。不过，定子和其他部件通常所用的铁是非常饱和的，从而使得方程非常非线性且复杂。准确分析需要数值化的场的解。为了优化解而改变越多的变量，则分析就变得越复杂。例如制造容差(例如偏心率)的因素能够导致实际性能不满足(模拟的)预期，因为被建模的几何构造显著不同于实际制造的机器。在基于许多磁体相对彼此进行磁极移位的方法中，机器几何构造的微小“误差”能够轻易地否定磁极移位的好处
技术实现思路
因此，本专利技术的目标在于提供用于确定电机磁极的最佳设置的明确且改进的方式。本专利技术的目标通过根据权利要求1的用于电机的转子或定子的磁体的磁体设置的方法、通过根据权利要求11的在电机的转子或定子上设置多个磁体的方法以及通过根据权利要求12的风力涡轮机来实现。根据本专利技术，确定电机的转子或定子的磁体的磁体设置的方法包括步骤识别所述电机的多个性能参数，所述性能参数将被调整；将多个相邻磁体指定成磁体组，其中磁体组包括参考磁体和至少一个其他磁体，所述其他磁体相对于参考磁体被设置；识别磁体组的多个不同磁体设置变量，使得磁体设置变量的数量等于性能参数的数量；根据对性能参数的所需调整来计算设置变量的值；以及根据所计算的设置变量来相对于磁体组的参考磁体设置磁体组的其他磁体。如
技术介绍
中所述，在发电机运转期间，某些力能够用于损害发电机性能。显著的损害在于齿槽转矩和转矩脉动。在本文中，齿槽转矩和转矩脉动可以被看作是要被优化的 “性能参数”。也可以考虑其他性能参数，例如提供特定转矩所需的电流、由于齿槽转矩造成的结构振动、径向力、平均转矩等等。本专利技术的明显优点在于，在相对简单的过程中，能够通过仅调整最少数量的变量，针对这些性能参数中的一个或更多个来优化电机的性能。磁体设置变量的数量被限制成性能参数的数量。这显著地简化了确定变量改变对性能参数的影响所需的计算。仅使用最少数量的变量具有增加优化准确性的额外优点，因为能够向计算引入较少的误差。这会减小实现电机的整体成本，因为在生产之后需要花费较少的时间来进行精调。在机器运转期间可以实现进一步的节省，因为最小化了由于齿槽转矩、转矩脉动等而造成的损失、噪音和疲劳，从而允许机器在标准噪音水平限制内更有效率且可靠地运转。通过将磁体设置变量的数量限制成性能参数的数量，与现有技术方案相比，能更加简单且快速地实现对于机器性能的优化，其中在所述现有技术方案中许多磁体被磁极移位以便仅最小化一个或两个性能参数。此外，因为根据本专利技术的方法中的磁极样式是重复样式，所以由于机器对称性在场模拟时仅需要包括一个样式。根据本专利技术，根据使用上述方法确定的磁体设置，将多个磁体设置在电机的转子或定子上，并且在具有包括转子、定子和多个磁体的发电机的风力涡轮机中，磁体以这种方式被设置在转子上。根据本专利技术的特别适用于为风力涡轮机内发电机的转子或定子的多个磁体确定磁体设置。如下述描述所揭示的，通过从属权利要求给出了本专利技术的具体有利实施例和特征。不同实施例的特征可以适当地结合以得到进一步实施例。从电学观点，根据电机(例如发电机)构造的方式，电机的“场”或场部件可以是转子或定子。不过，通常，特别是在大型发电机中，转子是场部件并且承载磁体，而定子是电枢部件并且携带线圈绕组。因此，在下述描述中(但并不以此方式限制本专利技术)，假定了电机是发电机并且磁体被安装在转子上，不过根据本专利技术的用于还可以等同地应用于磁体被安装在定子上的实施方式。优选地，发电机包括直接驱动发电机。在本专利技术的优选实施例中，磁体组包括单个参考磁体，并且该磁体组的所有其他磁体能够相对于该一个参考磁体被调整。为了确保所确定的磁体设置导致所需性能，多个磁体中的每个磁体均应该被认为在一组中，即被包括在一组中，因为“脱离”磁体设置的任意磁体均会对发电机运转期间的性能产生不利影响。因此在本专利技术的优选实施例中，磁体的总体数量包括整数个相同磁体组，即磁体的总体数量是组大小的整数倍，并且所有组的组大小是相同的，以便没有磁体脱离于优化过程。在本专利技术的具体优选实施例中，每个磁体组的磁体均被等同地设置，即对于所有组而言磁体样式是重复的。通过以相同方式设置每组的磁体，更简单地实现了优化，因为模拟时间能够保持最小。而且，将磁体最终安装在转子上也被简化，因为每组的磁体均以其自身重复的样式被安装。优选地，组大小保持较小，以便磁体组仅包括几个磁体，例如最多四个，其中一个是参考磁体且其他磁体则通过相对参考磁体被移动和/或通过改变它们的宽度和/或通过使用交错磁极而被调整。通过使用针对所有磁体被重复的这种小的组或样式，机器几何构造中与磁体设置有关的任意标准化误差均能够良好地通过机器其他地方的不可避免误差 (例如部件的小尺寸偏差、转子偏心率等等)所抵消或无效。虽然在实际应用中，组大小可以在磁极总数量的5%范围内，不过根据本专利技术的方法可以用于更大的组大小。例如，可以想到，组可以包括磁极总数量的四分之一，以便磁极被实际划分为四个这样的组。根据本专利技术的方法中，任意适当磁体设置变量能够被选择用于性能参数的优化。 在本专利技术的优选实施例中，磁体设置变量包括磁体组中相邻磁体之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：K安德森，E格罗恩达尔，K彼得森，
申请(专利权)人：K安德森，E格罗恩达尔，K彼得森，
类型：发明
国别省市：