Anwendung von Verbundwerkstoffen in Dauermagnet-Windturbinen mit axialem Magnetfeld
Der Permanentmagnet-Synchrongenerator mit radialem Magnetfeld, der in dem Windenergiesystem mit niedriger Geschwindigkeit und direktem Antrieb verwendet wird, ist eine flache große Scheibe mit einem großen Innendurchmesser, einer großen Rotorgröße und einem Trägheitsmoment. Dies ist vorteilhaft zum Unterdrücken von Schwankungen der elektromotorischen Kraft, die durch Windschwankungen verursacht werden, stellt jedoch auch höhere Anforderungen an die Motorsteuerung. Darüber hinaus sind Permanentmagnet-Synchrongeneratoren mit Direktantrieb im Allgemeinen von höherer Qualität und wirtschaftlicher als herkömmliche Generatoren. Um im Geschäft wettbewerbsfähiger zu sein, müssen Kosten, Leistungsdichte und Effizienz von Generatoren mit niedriger Geschwindigkeit und großem Durchmesser optimiert werden.
Es ist allgemein bekannt, dass der Axialfeldmotor, wenn die Polzahl des Motors ausreichend ist und das Verhältnis der axialen Länge zum Außendurchmesser klein genug ist, einen größeren Vorteil hinsichtlich des Drehmoments und der Leistungsdichte als der herkömmliche Radialfeldmotor hat. Der Permanentmagnetmotor mit axialem Magnetfeld hat auch die Vorteile eines kleinen Trägheitsmoments und eines guten Wärmeableitungszustands der Statorwicklung und kann auch eine Struktur mit mehreren Luftspalten mit mehreren Statoren und mehreren Rotoren sein, um die Ausgangsleistung zu verbessern. Daher ist der axiale Permanentmagnet-Synchrongenerator für die Anwendung der direkten Windenergieumwandlung geeignet.
Der Hauptnachteil von Axialflussmaschinen hängt mit der Herstellung des Statorkerns zusammen. Der Statorkern wird durch Wickeln eines Siliziumstahlblechstreifens und anschließendes Durchführen einer Nutbearbeitung oder Aufwickeln eines gerillten Siliziumstahlblechstreifens gebildet. Während der Bearbeitung der Nut tritt ein Kurzschlussproblem zwischen den Laminierungen auf, und wenn die Laminierung der Laminierung durchgeführt wird, besteht das Problem, dass die vorperforierten Nuten schwer auszurichten sind. Ein Kern aus einem gepressten weichmagnetischen Verbundwerkstoff (nachstehend als sMc bezeichnet) bietet eine Lösung für das obige Problem.
In letzter Zeit haben Verbesserungen der niederfrequenten Eigenschaften von sMc-Materialien zu einem breiten Interesse an Motordesignanwendungen geführt. Die einzigartigen Vorteile von sMc-Materialien und Pulvermetallurgie-Extrusionsprozessen bestehen darin, dass komplexe Strukturen einfach gebildet werden können, wodurch einige der Nachteile der herkömmlichen geschlitzten Statorkernfertigung überwunden werden. In einem Siliziumstahlblech-Blechkernmotor werden gute magnetische Eigenschaften in einem planaren Magnetkreis erhalten, der einen zweidimensionalen Magnetkreis erzeugt, der die Gestaltungsmöglichkeiten einschränkt. In dem sMc-Material isolierte Eisenteilchen können eine isotrope magnetische Eigenschaft erzeugen. Daher kann bei der Konstruktion der Magnetpolanordnung ein dreidimensionaler Magnetkreis erhalten werden, der ein neues Entwurfsverfahren für den Motordesigner bereitstellt.
