一種新型永磁發電機磁鋼安裝工具

李曉曉 吳洪亮 高博陽

摘 要：永磁發電機的發電機部分是動力轉換部件，把風能轉化為電能，是風力發電系統設計的關鍵部件。發電機主要由轉子、定子和軸系組成。磁鋼是永磁式發電機裝配中的關鍵部件，然而磁鋼本身的磁性造成了磁鋼安裝的困難。針對磁鋼安裝的問題，本文提出了一種磁鋼安裝工具，能夠將磁鋼方便、高效地安裝到發電機轉子上，進而提高了發電機裝配的效率。

關鍵詞：永磁發電機 磁鋼 安裝工具

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）2（c）-0000-00

一般的永磁發電機磁鋼安裝工具結構簡單、工作效率較低，而且未充分考慮在磁鋼安裝過程中的安全性、便捷性問題，磁鋼在裝配過程中很容易被壓碎或損傷，且容易出現傷人事故[1]。本次設計的安裝工具，充分考慮了永磁發電機在磁鋼裝配過程中的安全性、合理性，并大大提高了裝配效率。

1 永磁發電機結構

永磁發電機的發電機部分是動力轉換部件，把風能轉化為電能，是風力發電系統設計的關鍵部件。發電機主要由轉子、定子和軸系組成。

這種永磁式發電機的轉子主要由轉子本體、轉子疊片、磁鋼組成。磁鋼由永磁材料釹鐵硼制成，無需獨立的勵磁繞組，因此勵磁損耗低，同時它無需換向裝置，具有效率高且壽命長等優點[2]。

2 磁鋼結構及安裝

2.1 磁鋼安裝方式

永磁式發電機的基本原理是定子繞組切割磁力線產生感應電壓發電，磁場能否順利產生是由轉子上的磁鋼決定的，所以磁鋼的順利安裝是保障后續工序正常進行的基礎。

磁鋼采用嵌入式安裝方法，轉子疊片上加工有磁鋼槽，磁鋼嵌入其中，由于磁鋼槽加工時形狀、位置要求較嚴格，對稱性好，所以磁鋼裝入后能很好的保證電機磁路的對稱性，安裝后結構見圖1。

磁鋼有很強的吸附力，當磁鋼靠近轉子鐵體時，強大的吸附力將磁鋼吸附在本體上很難取下來，導致磁鋼不能正確地裝入磁鋼槽中，裝配無法進行，磁鋼也將報廢[3]。針對上述問題，提出一種永磁發電機轉子磁鋼安裝工具設計方案，這種安裝工具克服了磁鋼強大吸附力的問題，并能保證定位準確，使磁鋼安全、快速地裝入磁鋼槽中。

2.2 安裝工具結構

安裝工具由液壓缸、方筒大端側、方筒小端側、U型壓板、拉板組成，模型見圖2。其中，方筒大端側由沒有磁性的銅材料制成，方筒小端側由具有一定磁性的碳鋼材料制成。

裝配時安裝工具的位置見圖3，懸臂吊放置在轉子的中心，安裝工具由吊環吊裝在懸臂吊上，為了提高裝配效率，懸臂吊同時吊裝兩個安裝工具進行磁鋼裝配，工具的定位通過定位板實現。

3 磁鋼安裝過程

磁鋼安裝規格如下：磁鋼高度30mm，磁鋼安裝總長度930mm，磁鋼安裝層數為31層，轉子圓周共有132個磁鋼槽，通過計算磁鋼安裝總數為4092塊。

3.1 磁鋼裝入安裝工具

磁鋼裝配過程中，安裝工具始終吊裝在懸臂吊上，并且可以隨著懸臂吊的吊鉤在徑向方向和軸向方向運動。磁鋼裝入安裝工具時，安裝工具在徑向方向遠離轉子中心，防止在裝配時與其他件發生干涉。人工操作將磁鋼裝入方筒中，方筒內腔形狀與磁鋼形狀一致，一次性裝入磁鋼31塊，每個磁鋼槽一次裝配完成。磁鋼裝入方筒后，由于方筒小端側帶有磁性，磁鋼與小端側相互吸引，以防止磁鋼從方筒中掉落。每次要把相同磁極的磁鋼裝入方筒，這樣在不同的磁鋼槽中的磁鋼才能產生圓周方向的磁場而同一磁鋼槽中的磁鋼之間不產生磁場，避免掉不必要磁場的產生，使定子繞組更好的切割磁力線產生感應電壓。

3.2 定位板裝配

從圖3中可以看出，定位板嵌入轉子疊片的磁鋼槽中，由此定位板的周向和徑向的運動得到了約束；定位板小止口端面與轉子上端面貼合，這種方式限制了定位板軸向方向的運動。這種設計和裝配方式使定位板全約束。

3.3 安裝工具定位

待定位板裝配完后，裝有磁鋼的安裝工具沿著轉子徑向方向移動到定位板處，拉板面與定位板面緊密貼合，使安裝工具徑向定位；方筒端面止口插入到定位板槽中限制安裝工具周向運動；安裝工具拉板小爪端面與轉子下端面貼合，限制安裝工具軸向運動。上述定位方式使安裝工具準確定位。

3.4 將磁鋼裝入轉子疊片

安裝工具準確定位后，液壓缸活塞往下運動，與活塞連接的U型壓板迅速地將方筒內的磁鋼推入轉子疊片的磁鋼槽中，并進行短暫地停頓壓實磁鋼，然后活塞桿快速回程，U型壓板與磁鋼分離，一次磁鋼裝配過程完成。U型壓板用不帶磁性的材料制成，以至磁鋼裝入后能與磁鋼快速分離而不吸引在一起。磁鋼裝入后的磁鋼位置和活塞桿狀態見圖4。

由于定位板需要利用磁鋼槽定位，所以在這種定位方式下，磁鋼只能間隔裝配。

3.5 利用第二種定位方式安裝磁鋼

定位板2定位方式見圖5，定位板2插入相鄰磁鋼形成的槽中，周向方向和徑向方向的約束由相鄰的磁鋼限制，軸向方向的約束方法與定位板相同，由轉子上端面限制。

定位板2裝配完后，后續的裝配步驟與用定位板時相同，直到磁鋼在圓周方向完全裝配完成。

磁鋼裝配完成后，要在磁鋼的端面安裝磁鋼護板和固定擋板，防止磁鋼在軸向發生竄動，自此，磁鋼完全被約束住。

4 結語

此磁鋼安裝工具可以安全、高效、便捷地實現永磁發電機磁鋼的裝配，降低大型永磁發電機磁鋼的裝配成本，希望能為今后風機的研制提供有效參考，促進風機研制的穩步發展。

參考文獻

[1] 王躍軍，王志林，李有生.永磁電動機磁鋼裝配裝置[J].新技術新工藝，2012（12）：9-10.

[2] 施躍文，高輝，陳鐘.國外特大型風力發電機組技術綜述[J].電網技術，2008（18）：87-91.

[3] 李俊峰，施鵬飛，高虎.2010中國風電發展報告[M].海口：海南出版社，2010：3-24.