CN101459357B - 电机的永磁体单元及其安装方法以及电机的转子 - Google Patents

Abstract

根据本发明的永磁体单元设计用于电机，该电机包括定子和转子，至少一个永磁体(2)被封闭在非磁性封套(3)中。该封套具有用于将其连接到包括永磁体的、至少一个其他基本上相似的封套(3)的装置(5a，5b)。

Description

电机的永磁体单元及其安装方法以及电机的转子

技术领域

本发明涉及的是电机的永磁体单元、将永磁体单元安装到电机的方法以及由永磁体单元励磁的电机的转子。

背景技术

永磁体是由磁性硬质材料制造并且能够在磁化后永久地保持其磁性的组件。永磁体例如由包括铝、镍、钴和钢的铝镍钴(AlNiCo)混合物、或陶瓷材料、或稀土金属制造。

永磁体电动机的工业应用快速增长，特别是在超过500千瓦的范围中。永磁体电动机具有高的效率、功率密度和可信度。不像鼠笼电动机，例如当转动速度为小时，永磁体电动机的特性不会劣化。因此，永磁体电动机适合针对无齿轮驱动用于例如风车，电力火车和造纸机。

旋转的电机具有高旋转速度，这导致了影响转子和附接到转子的永磁体的主要离心力。这就需要永磁体的精确安装以及磁体的紧固和锁定的持久性。

磁体的轴定位也是重要的，例如针对具有径向冷却系统的转子。在该系统中，冷冻剂沿着轴向通道流动进入转子，并且然后分配进入转子内的径向通道。如果永磁体未被正确地定位和可靠地紧固，则其可能阻塞径向冷冻剂通道并且导致转子内不期望的温度增加。

将永磁体固定到转子的传统的方法是分别用毛毡包裹磁体，然后将其安装到转子中，此后将转子浸在树脂中。另一种将永磁体紧固到转子外围的方法是在转子和永磁体的周围包裹树脂化的玻璃纤维带。通过在烤箱中加热转子和永磁体来固化作为固定剂的树脂。

固化树脂所需要的烤箱处理为这些传统的紧固方法带来了问题。必须监视烤箱温度以使得其不超过永磁体所允许的最高温度。在树脂化期间，还必须保证正确量的树脂用于所有的必需位置以保证永磁体的紧固性能。

结构的脆弱性和任何表面处理的敏感性增加了在处理和安装永磁体期间遇到的困难。例如，永磁体的处理表面容易划伤，此后磁体可能开始碎裂或者腐蚀。

发明内容

本发明的目的是创建电机的永磁体单元，在电机中安装永磁体单元的方法，以及由永磁体励磁的电机转子。为达到该目的，本发明的特征在于在权利要求1、6和7的特征部分描述的特征。本发明的某些优选实施例具有如从属权利要求所述的特征。

根据本发明的永磁体单元设计用于电机，该电机包括定子和转子，在永磁体单元中，至少一个永磁体被封闭在非磁性封套。该封套具有用于将其连接到包括永磁体的、至少一个其他基本上相似的封套的装置。

在根据本发明的在电机中安装永磁体单元的方法中，电机包括定子和转子。转子围绕其轴旋转。该方法涉及待安装的至少两个永磁体单元，其每一个包括至少一个被封闭在非磁性封套中的永磁体。被封闭的永磁体被磁化，并且该封套具有用于将其连接到至少一个其他基本上相似的、包括永磁体的封套的装置。在该方法中，将第一永磁体单元从转子端安装到平行于转子轴的安装通道，并且将第二永磁体单元在转子轴的方向的上、在第一永磁体单元之后安装到安装通道中。推动第二永磁体单元抵靠第一永磁体单元，并且利用封套上的托架将永磁体单元彼此啮合。

根据本发明的电机的转子利用永磁体励磁。转子围绕其旋转轴旋转，并且包括至少一个框架和永磁体。至少一个永磁体被封闭在非磁性封套中，并且被封闭的永磁体被磁化。该封套具有用于将其连接到至少一个其他基本上相似的、包括永久磁铁的封套的装置，该其他被封闭的永磁体组成永磁体单元。至少两个永磁体单元在转子轴的方向上被一个接一个地放置在转子框架内形成的安装通道中，并且永磁体单元彼此连接。在安装通道的端处有防止永磁体在转子轴的方向上移动的支撑物。

在处理和安装期间，封套保护永磁体以免例如永磁体的表面受到划伤和损坏。如果永磁体单元的封套是完全密封的，例如嵌件成型(insertmolding)的封套，则未加工的(即，未经表面处理的)磁体可以用作永磁体。然而，商业上的永磁体通常经过磷酸盐化处理(phosphated)，作为基本的表面处理。例如由不吸水、不通气的塑料制成的气密的不透气封套就在苛刻的条件下保护永磁体。

被封闭的永磁体比未被封闭的磁体容易制造，这是由于对于被封闭的磁体允许形状的缺陷。传统地，永磁体通过烧结和然后磨制为精确的尺寸来制造。典型的尺寸精度为零点几个毫米。当封闭永磁体时，0.1-0.5mm为适当的尺寸精度。当利用嵌件成型方法制造封套时，由于塑料将填补任何间隙，所以允许甚至较大的尺寸的不精确性，其中在嵌件成型中，在铸塑之前将包括一个或多个永磁体的嵌件放置在塑料模具内，并且塑料包围了嵌件。

例如包括一个永磁体的永磁体单元比单个大的永磁体容易制造和处理。例如磁化永磁体单元中的永磁体所需要的设备比磁化例如三倍大的永磁体所需要的设备要简单得多，并且该设备对于大多数制造商而言均可获得。根据本发明的实施例，在封闭时磁化永磁体，这增加了制造阶段工作中的安全性。

根据本发明的实施例，永磁体单元具有在将该单元安装到转子中时帮助发现正确定向的特征。例如在转子半径的方向中磁化永磁体。例如在永磁体单元的封套的表面顶部或底部上形成脊或斜面。当安装永磁体单元时，脊或斜面将折叠并且将单元闭锁就位。另一个选择是向永磁体单元的封套添加颜色标记，以指示极性。

在将永磁体单元安装到电机的方法中，不需要树脂化或烤箱处理就可将永磁体固定就位。永磁体的安装可以在工厂温度下进行。永磁体容易定位，因为永磁体单元的形状对应于安装通道的形状。在安装通道中的永磁体的位置将是正确的，因为永磁体单元被定位在彼此固定的距离之内。

安装在转子内的安装通道中的永磁体单元嵌入在转子中，并且在转子转动时，例如在大于2000rpm时，针对离心力具有好的公差。

根据本发明的解决方案在永磁体在电机的转子中被去磁化的情况下也是有优势的。根据本发明的解决方案便于容易地更换转子中的永磁体。通过在转子端处的开口，将永磁体一个接一个地在轴向中安装到平行于转子轴的、在转子内的通道或转子槽中。要从转子移除永磁体单元，可以通过移除在转子的另一端的阻止永磁体单元轴向移动的支撑物或闭锁，并且推动在转子的另一端的开口中的永磁体单元使得相互连接的永磁体单元在通道中滑动通过转子到另一端，在此其被拔出。

可选地，可以打开在安装通道一端的轴向闭锁，然后可以从转子的该端处拔出永磁体单元。相互连接的永磁体单元形成链，使得可以通过拉动在链中的第一个永磁体单元来移除所有的永磁体单元。可以通过一次打开夹具而将永磁体单元彼此分开。

利用根据本发明的解决方案可以有效地发现和解决永磁体安装的错误。当怀疑转子中安装的永磁体的定向错误时，可以通过从转子中滑出永磁体单元来进行检查而不损坏转子。

根据本发明的解决方案还有用于消除由于永磁体老化而使功率下降的优势。根据本发明的解决方案便于较容易更换转子中的永磁体，使得例如与维护工作有关的旧永磁体单元的更换成为可能。

如果电磁体利用树脂固定就位，则必须在烤箱中将转子加热到超过300℃的温度以从转子移除磁体。这将损坏转子中的所有的永磁体，需要全部更换。

当使用根据本发明的解决方案时，不需要更换转子的全部永磁体。相反，仅需要更换所需数量的永磁体。永磁体单元的更换可以在工厂温度下进行，而无需烤箱处理。不需要长距离运输就可以进行转子维修。可以使用就地维修设施。

本发明的优选实施例是具有径向冷却系统的转子。冷冻剂沿着轴向通道流动进入转子并且然后分配进入转子内的径向通道。取决于冷却方案，将冷却空气从转子的一端或两端引入转子。在径向通道中，冷却空气朝向转子周围流动并且进一步朝向电机的空气间隙流动。转子铁心部分由薄的压紧片构成，以及通过在轴向中利用间隔分开铁心部分来在转子铁心之间形成径向通道。在具有径向冷却系统的转子中，将永磁体单元安装在安装通道中，使得永磁体单元的端与在转子的另一端处的转子端板平齐。当彼此连接的两个永磁体单元之间的距离与转子的径向冷却通道的宽度基本相同时，永磁体单元被放置在转子铁心处，并且永磁体单元的连接托架被放置在径向导管处。永磁体单元插入所经过的开口关闭，或者转子的另一端板固定就位，以便覆盖该开口并且在轴向方向上将永磁体闭锁就位。

如果电机的磁极宽，则可以通过将其划分为若干部分来增加机械强度。根据优选实施例，在此情况下在电机的磁极中存在至少两个安装通道。

根据本发明的装置针对例如风力发电机是优选的，风力发电机通常在恶劣的气候条件和腐蚀性气体中操作。风力发电机需要大的旋转速度范围。强风可以快速增加风速，导致作用于转子和附接于其上的永磁体上的离心力快速增加。当负载离开网络时，转子的旋转速度可以快速地升至额定速度的75-100％。

附图说明

通过具体实施例并参照附图，在下文中对本发明进行更详细的描述，其中

图1示出了两个相互连接的永磁体单元；

图2示出了两个相互连接的永磁体单元，其中之一未示出封套的顶部；

图3示出了永磁体单元，另一个永磁体单元的封套的底部连接在其上；

图4示出了在根据本发明的转子的轴向方向中的部分横截面；以及

图5示出了垂直于图4的轴的横截面A-A。

具体实施方式

图1示出了电机的两个永磁体单元1a和1b。在图1-图3中，塑料封套3包括两个组件3a-3c，顶部和底部两者利用相同的模具制造。对称的封套组件就制造技术而言是有利的，因为不需要针对不同部分的不同工具。经磷酸盐化处理的永磁体2已通过将其安装到图2的两部分塑料封套3的底部3c且然后安装塑料封套的顶部而被封闭。封套组件3a-3c具有托架(4a和4b)，以便在永磁体2安装之后将顶部和底部组件彼此连接。封套的顶部和底部组件的配合表面8是例如利用胶水或密封剂密封的，以便生成完全密封的封套。

永磁体2不需要用胶水粘接到塑料封套3，因为封套的背面7和侧面6a-6d具有对应于永磁体的背面和侧面的尺寸。封套3的背面7的表面区域和形状基本上对应于永磁体2的背面的表面区域和形状。封套3支撑永磁体2使得其不能在侧向、轴向和垂直方向移动。由于封套3必须具有某些自由空间(free play)，封套3的内表面可以具有各种引导，例如在安装永磁体时提供的脊或斜面，并且然后在封套将永磁体闭锁就位。

封套组件3a-3c在外表面上具有托架5a和5b，其将永磁体单元彼此紧固。在图1-图3中，将三对托架5a和5b放置在矩形永磁体单元的两个长侧面6a和6b上。至少在两个点处将永磁体单元彼此紧固是优选的，以使得其更为坚固。通过托架5a和5b在长侧面的端和中间处将永磁体单元1a和1b闭锁在一起。当两个永磁体单元1a和1b被推到一起时，托架5a和5b啮合和闭锁。当已经将永磁体单元1a和1b安装在转子中时，托架5a和5b被定位在横过转子的轴向方向的永磁体单元的侧面。

可以利用在转子安装通道内的托架，或者如果期望的话，可以在将永磁体单元安装到转子中之前，将永磁体单元紧固在一起。

在最外面的永磁体单元的端处，在转子的轴向方向中，托架5a和5b的端限定到转子端板的距离，并且用作在转子的轴向方向中的支撑元件。

永磁体单元的封套也可以使用嵌件成型方法制造。例如，将两个或三个永磁体放置在模具内，并且然后浇铸形成封套的塑料，使得其粘附到磁体上。封套是完全密封的，并且不需要在组件的配合表面处的连接托架或密封。

如果转子是密闭的转子，即转子铁心中的薄片彼此平齐，则优选的是保持两个紧固在一起的永磁体单元之间的固定距离为短。在此情况下，将永磁体单元的托架放置在平行于转子轴的永磁体单元侧面。当永磁体单元连接在一起时，只有由封套的壁形成的距离被保留在永磁体之间，并且永磁体单元的相邻的侧面彼此平齐。

例如也可以将托架放置在横过转子的轴向方向的永磁体单元的侧面上，使得当两个永磁体单元连接在一起时，第一永磁体单元的托架进入到第二永磁体单元内。然后，永磁体单元的相邻侧面将彼此平齐。使第二永磁体单元的托架进入所需要的空间可以例如通过使得侧面较厚而在平行于转子轴的永磁体单元的侧面上形成。

当使用永磁体单元励磁具有径向冷却系统的转子时，两个永磁体单元1a和1b之间的距离基本上等于转子的径向冷却导管的宽度。这确保永磁体将不会阻塞转子空气导管中的冷却剂流动，因为只有永磁体单元的托架定位在空气导管处。

图4示出了在根据本发明的八极同步电机的转子(40)的部分横截面。图5示出了图4的A-A线的横截面。固定在轴(42)上的转子铁心(41)由导磁薄片制造。转子包括在轴向方向上的四个铁心部分，其由薄片之间的径向空气导管43分开。转子的冷却空气在轴向方向上通过空气导管朝向转子的外围以已知的方式流动。转子铁心具有平行于转子轴的通道44，以使得结构变轻并且允许冷却空气流过转子。已经在转子的外围处形成嵌入在铁心中的具有两个永磁体单元链的转子磁极。将永磁体单元安装在安装通道45内，平行于转子的纵轴延伸通过转子的长度。永磁体单元1c-1g与在图1-图3中的图示一致。在转子的圆周方向上，由窄的铁心条46分开。类似地，在永磁体单元和磁极边缘之间有铁心条47。铁心条46，47支撑转子磁极的最外部分和永磁体以抵抗离心力。

通过将永磁体单元1c-1g推入在转子40的端处的开口52，将其安装就位。永磁体单元1c的端50与在转子的另一端处的转子端板51平齐。作为结果，永磁体单元内的永磁体2定位于转子铁心41处。在包括永磁体单元1c-1g的链中的托架5c-5f定位于径向导管43处。最接近于安装开口52的永磁体单元1g的托架5g与端板平齐。永磁体单元安装开口52将关闭，或者转子的另一端板将固定就位，以覆盖该开口并且在轴向方向上将永磁体单元闭锁就位。不必要将永磁体单元结构紧固到转子，因为安装通道和端板会关于转子将它们闭锁就位。

附图中示出了基本上为矩形的平的永磁体单元。永磁体单元还可以是非直角平行四边形。

永磁体单元还可以是向外拱起的，以便跟随转子周围的曲线。在此情况下，永磁体单元的顶部和底部组件将不具有相同的形状。

已经利用某些实施例对本发明进行了描述。然而，该描述不应认为是对本发明范围的限制。本发明的实施例将在如下权利要求书的范围内变化。

部件表

1a-1g：永磁体单元；2：永磁体；3：封套；3a，3b：封套的顶部组件；3c：封套的底部组件；4a，4b：闭合托架；5a-5g：连接托架；6a-6d：封套的侧面；7：封套的背面；8：配合表面；40：转子；41：转子铁心；42：轴；43：空气导管；44：通道；45：安装通道；46，47：铁心条；50：永磁体的端；51：端板；52：开口；s：距离。

Claims (9)

1.一种用于电机的永磁体单元，所述电机包括定子和转子，其特征在于，所述永磁体单元包括：

封套，包括第一封套和相似的第二封套，所述第一封套包括在其中封闭的至少一个第一永磁体，所述第二封套包括在其中封闭的至少一个第二永磁体，以及

连接装置，配置为将在其中封闭至少一个第一永磁体的所述第一封套连接到在其中封闭至少一个第二永磁体的所述第二封套。

2.根据权利要求1所述的永磁体单元，其特征在于，在被封闭在所述第一封套中时将至少一个第一永磁体磁化。

3.根据权利要求1所述的永磁体单元，其特征在于，所述第一和第二封套中的至少一个完全密闭。

4.根据权利要求1所述的永磁体单元，其特征在于，所述第一和第二封套中的至少一个气密性地密封，其中所述至少一个第一永磁体和所述至少一个第二永磁体分别封闭于所述第一和第二封套中。

5.根据权利要求1所述的永磁体单元，其特征在于，使用嵌件成型方法将所述至少一个第一永磁体封闭在所述第一封套中。

6.一种将永磁体单元安装到电机中的方法，所述电机包括定子和转子，所述转子具有轴并且所述转子配置为围绕所述轴旋转，其特征在于，所述方法涉及待安装的至少一个第一永磁体单元和至少一个第二永磁体单元，所述第一永磁体单元包括被封闭在非磁性第一封套中的至少一个第一永磁体，以及所述封闭的第一永磁体被磁化，所述第一封套具有用于将所述第一封套连接到第二永磁体单元的至少一个相似的第二封套的装置，其中所述第二永磁体单元包括封闭在所述第二封套中的至少一个第二永磁体，以及其特征在于，在所述方法中，将第一永磁体单元从转子端安装到平行于转子轴的安装通道中，并且将第二永磁体单元在转子轴的方向上、在所述第一永磁体单元之后安装到所述安装通道中，以及推动所述第二永磁体单元抵靠第一永磁体单元，并且利用所述第一和第二封套上的托架将永磁体单元彼此啮合。

7.一种电机的转子，所述转子利用永磁体励磁，所述转子围绕其旋转轴旋转，并且包括至少一个框架和永磁体，其特征在于，至少一个第一永磁体被封闭在第一永磁体单元的非磁性第一封套中，以及被封闭的第一永磁体被磁化，所述第一封套具有用于将所述第一封套连接到第二永磁体单元的至少一个相似的第二封套的装置，其中所述第二永磁体单元包括封闭在所述第二封套中的第二永磁体，所述被封闭的第一和第二永磁体组成永磁体单元，以及所述第一和第二永磁体单元在转子轴的方向上被一个接一个地放置于在转子框架内形成的安装通道中，并且所述永磁体单元彼此连接，以及在安装通道的端处有防止永磁体在转子轴的方向上移动的支撑物。

8.根据权利要求7所述的电机的转子，其特征在于，所述电机的磁极具有针对所述永磁体单元的至少两个安装通道。

9.根据权利要求7所述的电机的转子，其特征在于，转子具有至少一个径向冷却导管，以及在两个相互连接的永磁体单元之间的距离等于所述转子的径向冷却通道的宽度。

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