CN101009152B - 用于装配电磁机械的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种磁化系统包括：被构造用以容纳铁磁性元件(32)的引导通道(56)。该系统的磁场源(48)可操作以对铁磁性元件(32)进行磁化。致动机构(46)驱动铁磁性元件通过引导通道。由于系统的定位机构已使引导通道与电磁机械部件的槽相对齐，因此铁磁性元件被输送通过通道并进入槽内。

Description

用于装配电磁机械的系统和方法
该部分旨在为读者介绍可能涉及在下面进行描述和/或要求保护的本发明一些方面的本技术领域的多个方面。该讨论内容相信有助于为读者提供背景信息以便于更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解这些论述内容应这样被阅读，且不作为对现有技术的承认。
背景技术
在工业上，电磁机械常常被用于产生功率或驱动机械元件。例如，发电机被设计成把所利用的动能转变为电功率，同时电马达利用电磁关系将电功率转变为运动。作为一种特定的应用，发电机可用在将风能转变为电功率的风力涡轮机结构中。有利的是，风力涡轮机通过几乎无污染的方式产生电功率，从而使得风力涡轮机获得良好的生态效果。
这些发电机通常包括由固定定子环绕着的自由旋转的转子。就风力涡轮机而言，风机叶片机械联接到转子上。由此，风力涡轮机叶片在风的作用下产生的旋转同样导致了转子的旋转。因为转子已经适当地进行了磁化(即提供具有变化极性的磁场)，所以通过转子的旋转而提供旋转磁场。接下来，旋转磁场在定子组件中的定子绕组中感应出电流，然后该电流用于下游应用。
在风力涡轮机，尤其是实用类风力涡轮机中，所采用的发电机可能具有相对较大的直径，例如达四至五米。此外，为了更高效地产生更高高斯的电磁场，使用具有由通常被称为″稀土磁体″，例如可使用钕铁硼(NdFeB)和钐钴(SmCo)等物质形成的磁极的转子。有利的是，这些稀土磁体具有较高的磁能积，例如40兆高奥(GOe)。然而，稀土磁体必须通过将稀土磁体放置到强磁化环境中而被磁化并且被组装到转子上。
不幸的是，将由这些稀土磁体形成的磁极相对转子进行磁化和装配在一起是一项相对困难的任务。例如，如果磁极在被装配到转子上以前被磁化，那么操作者可发现在操纵方面难以进行控制，这是因为磁极的磁场将与电机上的多种其它的铁磁性结构，例如甚至是其它磁极发生相互作用。此外，即使在相对于转子安装磁极之后，也会在相对于定子和发电机结构的剩余部分装配磁化转子方面出现问题。作为另一种可选方式，过去的装配技术已经包括在磁极已经组装到转子上之后且在特定情形下在转子已经相对于发电机的剩余部分进行装配之后对磁极进行磁化。不幸的是，用于进行原位磁化所使用的系统相对较大且笨重，由此增加了装配成本和时间。
因此，需要经过改进的用于装配电磁机械的系统和方法。
发明内容
在下面将对与最初要求保护的本发明的范围相当的某些方面进行阐述。应当理解的是提供这些方面仅仅是要为读者提供本发明可能采用的一些形式的简要说明且这些方面并非旨在用来限制本发明的范围。实际上，本发明可包括没有在下面进行阐述的多个方面。
根据一些实施例，本发明提供一种磁化系统。该系统包括被构造用以接收磁极的引导通道。当在该通道中时，系统的磁场源可操作从而对铁磁性元件进行磁化。同样，示例性的系统包括驱动铁磁性元件通过引导通道的致动机构。由于系统的定位机构已使引导通道对准电磁机械部件上的槽，因此铁磁性元件通过通道并进入到槽内。
附图说明
当结合附图阅读以下详细描述时将会更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，在所有附图中，相同的部件由相同的附图标记进行标注，其中：
图1是根据本发明的一些方面的风力涡轮机发电机系统的图解视图；
图2是根据本发明的一些方面的发电机的剖面图解视图；
图3是根据本发明的一些方面的用于装配电磁机械的系统的图解视图；
图4是根据本发明的一些方面的磁化设备的视图；
图5，6，和7分别为根据本发明的一些方面的在各种操作阶段下的磁化设备的视图；和
图8是表示根据本发明的一些方面的用于装配电磁机械的方法的流程图。
具体实施方式
下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行阐述。为了提供对这些实施例的简洁说明，在说明书中可能不会全部描述实际实施方式的所有特征。应意识到的是在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出多个适应具体应用的决策从而实现开发者的特定目标，比如顺应于与系统和商业相关的约束，所述特定目标可以在一种实施方式到另一种实施方式中发生变化。此外，应当意识到这种开发的努力将很复杂和耗费时间，但对于具有本公开内容的利益的本领域的技术人员而言不过是设计、制作、和制造这些的常规任务。
如下面的详细讨论，根据一些实施例，本发明提供用于装配电磁机械的装置和方法。例如，下面的讨论描述了利于同时进行磁化和将磁极插入到永磁体发电机的转子中的磁化系统和方法。然而，尽管事实上下面的讨论重点是对于发电机组件，尤其是这些发电机的永磁体转子而言的，但是本发明可适用于涉及对包括马达组件等磁性部件进行装配的大量电磁机械。
参见附图，图1示出了根据本发明的一些方面的风力涡轮机发电系统10。系统10包括成为更大风电场的一部分的风力涡轮机12。风力涡轮机12具有多个叶片14，所述叶片将风能转变为叶片14的旋转运动。该旋转运动通过机械方式被传递至设置在风力涡轮机12的短舱18内的发电机16。如本领域的技术人员可理解的，发电机16具有由定子22所环绕的永磁体转子20，且转子20与定子22之间的电磁关系由于转子20的旋转而在定子22中产生电流。该电流被输送至信号传输电路24，在该点处所述电流得到调节并被前送至电力网26用于进行分配。
图2是一种示例性发电机16的剖视图，出于讨论目的，所述剖视图已被简化且不显示各种本领域的技术人员通常知道的部件。如图中所示，轴28延伸穿过转子20且受到多个轴承组件30的支承。借助于轴承组件30，转子20相对于固定定子22自由旋转。有利的是，作为本领域的技术人员可以理解的，安装在转子20的表面34上的“永久磁化”的磁极32利于将转子20的旋转转变为定子22的定子绕组36中的感应电压。这种构造通常称为表面安装型永磁体转子。本发明还涉及电机，这些电机的特征在于永久磁极32被安装在转子内部。因此，通常在这里的“表面”适用于外部表面和内表面二者。
磁极32在转子20上的角位置确定了磁极32的极性。因此，由于极性的变化，因此提供了不同的磁场。反过来，承载磁极32的转子20的旋转产生变化的磁场，众所周知，所述变化的磁场在定子绕组36内感应出电压。
为产生较大的电功率，示例性的磁极32包括稀土磁体材料，例如钕铁硼(NdFeB)和/或钐钴(SmCo)。然而，值得注意的是：磁极32可以由任意数目的硬铁磁性材料形成。此外，这些示例性的磁极32可以包括安装在转子表面34上的单个零件，或者可如图所示被分割成段。有利的是，分段的磁极32使安装得到简化，这是因为它们与单个磁极零件相比更小且具有更小的操作难度。此外，例如分段的磁极在发电机寿命期间对“开裂”有更大的抵抗力。
图3示出了用于将磁极32磁化和插入转子组件内的装配机构38。虽然是相对于转子进行的描述，但是值得注意的是：本发明的装配机构38对与电磁机械的磁性部件的装配和磁化相关的任何情形均具有益处。如下面详细讨论的，装配机构38利于使磁极32的磁化与将磁极32安装到转子20的转子表面34上适当的位置处这两个过程在时间上接近。有利的是，示例性的装配机构38简化了装配工艺且利于进行原位安装，如下面进一步讨论的。
装配机构38包括使装配机构38对准转子20的合适转子表面位置34的定位结构40。可通过转子20相对于装配机构38的运动、装配机构38相对于转子20的运动、或它们相对于一个响应的任意组合而实现所述定位。因此，定位结构可包括定位转子20、装配机构38、或它们的任意组合的部件。一旦得到适当定位，如下面详细讨论的，非磁化磁极32被安放在磁化设备42的本体内或机箱内。具体地说，该设备42既将磁极32引导到转子表面位置34上且，又相对同时地，磁化了磁极32。为了将磁极32插在转子表面位置34上，装配机构38包括致动机构44，所述致动机构44可包括例如液压设备46。此外，磁化设备42包括磁场源，例如线圈48。有利的是，在其它部件中，定位结构40、致动机构44、磁化线圈48都处在控制器50的控制下。作为实例，控制器50可以为可编程逻辑电路(PLC)、处理器、以及其它类的设备。通过用户接口52实现作为一个整体的示例性的装配机构38与控制器50之间的通信，所述用户接口允许使用者提供输入并且接收关于装配机构38和装配过程的信息。
图4示出了示例性的磁化设备42。该设备42包括椭圆形本体54-其包括磁化线圈且承载磁极零件-具有联接到其上的引导通道56。虽然已示出呈分离的零件，但值得注意的是引导通道56可以与主体54成一个整体。引导通道56被设计用以接收磁极32且当它朝转子表面位置被驱动时引导磁极32。
因此，引导通道56与磁极32在尺寸上紧密地匹配。事实上，引导通道56可包括允许引导通道56产生膨胀或收缩以最好地与给定磁极32的宽度相匹配的调节机构。有利的是，示例性的引导通道56包括十分利于将磁极32转移到转子表面位置34上的设置在引导通道56出口端的托盘58，一个原因是它延伸超出了本体54。另外，为了帮助磁极32移动通过引导通道56，通道56可包括移动功能部件例如滚轮、传送带系统，其伸出轨道以使在磁极和通道或例如安装在伸缩导轨上的载体之间的接触面积和因此产生的摩擦力减到最小。
引导通道可由铁磁性材料例如铁制成。特别是，引导通道可具有由铁磁性材料制成的顶板和底板。因此当磁体从磁化固定装置被转移到转子表面位置时，该引导通道起到磁通保持器的作用。由于磁体在保持器中，因此作用在其上的净作用力与结构，尤其位于通道外部的铁制和硬磁性材料结构的相关性较小。磁极32可以使用最小的力导入它在转子表面34上的最终位置，且降低了当它进入转子表面时磁体受到加速的可能性。
如上面所述，示例性的磁化设备42包括磁场源例如线圈绕组48，其在磁极32被定位在通道56内的适当位置处后磁化磁极32。图中示出的线圈绕组48可接收来自功率源57的功率。如本领域的技术人员可理解的，将这种磁场源48放置在邻近引导通道56的位置处将利于磁极32的磁化和接下来磁化磁极32的处理。且该磁场源可相对于设备42的其它部分被放置在多个位置处，例如或是在本体54内或在围绕着本体54的安装结构60内。
参见图5，6，和7，这些图中分别示出了处于磁极32的各个安装阶段的磁化设备42。同样，下面的讨论参见图8，图8是根据本发明技术的一种示例性方法的流程图。首先参见图5，图中示出磁化设备42处于初始阶段。在该阶段中，基本上未受到明显磁化的磁极32被放置到引导通道56的输入端中。该步骤由图8的框70表示。有利的是，事实上磁极32在这个时候基本上未受到明显磁化，这就使得磁极32更易于进行操控，原因在于它不具有与发电机16的其它部件相互作用的大磁场。此外，在该阶段中，在本申请中为液压臂46的致动机构相对于引导通道56位于收缩位置。
图6示出了处于中间阶段的磁化设备42。(为了清楚地进行讨论，安装结构60的一部分已被去掉。)在该阶段中，液压臂46相对于引导通道56已经降低位置。液压臂46随后受到致动，从而使截留在引导通道56中的磁极32横向穿过引导通道56。有利的是，引导通道56将磁极32引向合适的转子表面位置34。这些步骤由图8中的框72和74表示。同样，在该阶段中，磁场源(例如线圈组件48)被激励，由此磁化磁极32。如上面所述，转子20内磁极32的角位置确定了外加磁场的极性，进而确定了磁极32的极性。该步骤由图8中的框76表示。
图7示出了处于最终阶段的磁化设备42。在该阶段中，磁极32被驱动通过引导通道56和托盘52，并且进入合适的转子表面位置34。该步骤由图8中的框74表示。一旦磁极32被插入，定位结构40与下一个要进行填充的转子表面位置34对齐，且不断重复上述过程直到所有磁极已经插入。这些步骤由图8中的框78和80表示。
有利的是，据信插入过程和磁化工艺的相对同时进行比采用传统技术能够更简化且成本有效地进行安装。事实上，据信本发明的技术对进行原位安装而言具有很多益处。
尽管本发明可存在多种变型和其它可选形式，但已经在附图中通过实例示出并在此详细描述了具体实施例。然而，应当理解的是本发明并不旨在局限于所公开的具体形式。而是，本发明旨在覆盖落入由下面所附的权利要求书限定的精神和范围内的所有变型、等效方式和其它可选形式。
零件列表
10发电系统
12风力涡轮机
14叶片
16发电机
18短舱
20转子
22定子
24电路
26电力网
28轴
30轴承组件
32磁极
34转子表面
36定子绕组
38装配机构
40定位结构
42设备
44致动机构
46液压设备
48线圈
50控制器
52用户接口
54本体
56引导通道
58托盘
57功率源
60座架结构
70框
72框
74框
76框

Claims (10)

1.一种磁化系统，包括：
具有用于容纳铁磁性元件(32)的引导通道(56)的本体部分(54)，所述引导通道是能调节的以便使大小对应于所述铁磁性元件；
能操作用于对设置在引导通道内的铁磁性元件进行磁化的磁场源(48)；
能操作用于驱动铁磁性元件通过引导通道的致动机构(46)；和
能操作用于相对于电磁机械部件(20)将本体部分定位在多个位置(34)处的定位机构(40)，从而使得铁磁性元件能通过引导通道被定位在电磁机械部件上。
2.如权利要求1所述的磁化系统，其中所述铁磁性元件是转子组件的磁极。
3.如权利要求2所述的磁化系统，其中所述引导通道(56)包括铁磁性材料。
4.如权利要求1所述的磁化系统，包括功率源(57)，所述功率源被电联接至磁场源(48)且能操作用于提供相反的电流极性。
5.如权利要求4所述的磁化系统，包括控制器(50)，所述控制器被构造用以基于本体部分(54)相对于电磁机械部件(20)的位置而确定提供给磁场源(48)的电流的适当极性。
6.如权利要求1所述的磁化系统，其中所述致动机构(46)包括液压或气动构件。
7.如权利要求1所述的磁化系统，其中所述引导通道(56)的尺寸是能调节的，用以容纳铁磁性元件(32)。
8.如权利要求1所述的磁化系统，其中所述磁场源(48)是脉冲线圈、连续激励的超导线圈或永磁体。
9.一种用于装配电磁机械的方法，包括以下步骤：
提供未受到磁化的磁极(32)，所述磁极是所述电磁机械的转子组件的部件；
将磁极(32)穿过引导通道引向电磁机械的表面(34)，所述引导通道是能调节的，且所述引导通道的大小设置成用以容纳所述磁极；并且
当所述磁极被引向所述电磁机械的表面时磁化磁极(32)。
10.如权利要求9所述的方法，包括提供多个磁极(32)并且将多个磁极(32)引向所述电磁机械的表面(34)。
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