CN101478186A - 永磁体组件及制造该永磁体组件的方法 - Google Patents

永磁体组件及制造该永磁体组件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及永磁体组件及制造该永磁体组件的方法，具体而言，提供了一种用于与电机一起使用的永磁体转子组件(10)。该转子组件包括转子(12)和多个抵靠该转子放置的永磁体磁极组件(14)，各永磁体磁极组件包括磁性块(16)和充分封装该磁性块的封装元件(20)。

Description

永磁体组件及制造该永磁体组件的方法
技术领域
本发明大致涉及永磁体组件，且更具体地，涉及在电机中使用的永磁体组件以及该永磁体组件的制造方法。
背景技术
一些已知的电机，例如那些用于电力工业级风力发电机和其他应用的电机使用大直径的转子(即具有两英尺或更大直径的转子)。此类电机的一个实例是用于风力涡轮机的2-10兆瓦、中等速度(如100-400rpm)的永磁体发电机。已知的大直径转子通常包括多个永磁体组件。至少一些已知的永磁体组件由紧固在转子上的多个磁性块形成。然而，已知的典型地由钕铁硼(NdFeB)制成的磁性块不能充分地与环境隔离，因而随着时间的流逝，此类磁体可能易被腐蚀。被腐蚀的磁性块可能剥落、破裂、粉碎或以其它方式劣化。磁性块的腐蚀可能会有害地降低电机的可靠性及其寿命。
在一些已知的电机中，磁性块涂有一层薄保护层。例如，磁性块可以涂有大约10-30微米的环氧树脂层或镀镍层。虽然此类涂层通常有利于防止对磁体的腐蚀，但是向磁性块涂覆该薄保护层也增加了生产成本。而且，在搬运磁性块期间该保护层很容易遭到破坏，更具体地，在组装电机(如将磁性块安装到转子上)期间可能被破坏。该层被破坏的部分可能使磁性块容易被腐蚀。因而，有时使用的该薄保护层可能不足以保护磁性块免受腐蚀。
至少在一些大直径机器中，一些磁性块在其向外的表面上全部覆盖有塑料。然而，在这种实施例中，由于塑料可能会不利地影响磁性块与转子之间的磁通量，适于与转子面对面接合的磁性块的表面被保留没有覆盖。结果，未覆盖的表面容易被腐蚀。
在小直径机器中(即机器具有小于两英尺的直径)，经常使用密封的金属保持罐或环来将磁性块紧固就位，并且提供额外的腐蚀防护。因为罐或环可能容易在其安装期间损坏，从而使它们难以安装在大直径机器上，所以此类保持罐或环不适于用在大直径机器中。至少在一些小直径机器中，使用玻璃纤维条将磁性块直接紧固在转子上。然而，由于玻璃纤维固化需要很长时间，此类条通常不能用于大直径转子。另外，必须用来固化此类转子的炉很大，且其制造与维护昂贵。另外，此类炉通常需要大量能量。而且玻璃纤维可能不能防止磁性块相对于转子的周向运动。
发明内容
一方面本发明涉及用来与电机一起使用的永磁体转子组件。该转子组件通常包括转子和倚靠转子放置的多个永磁体磁极组件。各永磁体磁极组件包括磁性块及完全封装该磁性块的封装构件。
另一方面本发明涉及用于包括转子的永磁体转子组件的永磁体磁极组件。永磁体磁极组件通常包括多个磁性块和封装元件，该封装元件位于多个磁性块之下，使得当永磁体磁极组件抵靠转子放置时，封装元件在多个磁性块与转子之间延伸。
又一方面本发明涉及一种制造永磁体磁极组件的方法，该方法通常包括提供第一封装元件，将至少一个磁性块放置于第一封装元件的一部分内，并且将第二封装元件连接到第一封装元件上，使得第一和第二封装元件协作以完全封装至少一个磁性块，以便于保护至少一个磁性块免受腐蚀。
附图说明
图1是示范性永磁体转子组件的一部分的透视图，该永磁体转子组件包括转子和连接到转子上的多个永磁体磁极组件。
图2是如图1所示的其中一个永磁体磁极组件的横截面视图，该永磁体磁极组件从转子上移除，并包括多个封装元件。
图3是如图2所示的永磁体磁极组件的透视图，其中一个封装元件是半透明的。
图4是如图2所示的永磁体磁极组件的透视图，且移除了其中一个封装元件和其中两个磁性块。
部件列表
10-磁体转子组件
12-转子
14-永磁体磁极组件
16-磁性块
20-封装构件
22-顶部
24-底部
26-侧面
28-端部
30-第一封装元件
32-第二封装元件
34-基座
36-周边凸缘
38-间隙
具体实施方式
图1是用于电机(未示出)的示范性永磁体转子组件10的一部分的透视图。在该示范性实施例中，磁体转子组件10包括转子12和多个永磁体磁极组件14，各永磁体磁极组件14联接到转子12上。在该示范性实施例中，各永磁体磁极组件14使用多个机械紧固件(未示出)联接到转子12上，例如但并不限于螺栓。备选地，组件14可以使用任何其它已知的联接方式联接到转子12上，例如但并不限于结合或夹紧。另外，在该示范性实施例中，磁体转子组件14适于与大直径电机一起使用，例如高极数(pole count)电机，这种高极数电机在例如直驱式多兆瓦的风力发电机的低/中速驱动器中有用。如本文所定义，大直径机器使用具有大约两英尺或以上直径的转子。但本领域普通技术人员应当了解，在不脱离本发明的范围的情况下，磁体转子组件14可以与其他类型的电机一起使用。例如，永磁体磁极组件14可以用于单面和/或双面转子，且可用于内转子和外转子拓扑布局。
图2是从转子12上移除的一个永磁体磁极组件14的横截面视图。在示范性实施例中，各永磁体磁极组件14包括多个磁性块16和封装构件20，该封装构件20充分封装各磁性块16以便于防止磁性块16被腐蚀。另外，在该示范性实施例中，各永磁体磁极组件14包括四个磁性块16。备选地，磁极组件14可以包括多于或少于四个磁性块16。在该示范性实施例中，各磁性块16包括顶部22、底部24、两个侧面26以及两个相对的端部28(如图3所示)。另外，在该示范性实施例中，磁性块16的各顶部22、底部24、侧面26以及端部28都是大致平面的。然而，预期磁性块16可以制成具有这样的底部24，该底部24的轮廓设置成具有大致与转子12的外表面(图1中所示)的轮廓相匹配的形状。备选地，磁性块16的数量、尺寸和形状基于转子12的尺寸以及磁性块16内预计的电损耗来不定地选择。另外，如本领域普通技术人员应当了解的那样，磁性块16可以具有使组件14能够如本文所述而起作用的任何形状。例如，较小的磁性块通常具有比较大磁性块更低的每单位面积电损耗(损耗密度)。
在该示范性实施例中，封装构件20包括第一封装元件30和从第一封装元件30延伸的第二封装元件32。第一封装元件30与第二封装元件32分别协作以形成保护盖，该保护盖充分封装磁性块16并将各磁性块16与外界环境隔离，从而便于防止磁性块16被腐蚀或将腐蚀降至最低程度。在该示范性实施例中，第一封装元件30在磁性块16之下而第二封装元件32覆盖在磁性块16之上。备选地，第一封装元件30与第二封装元件32分别可以使封装构件20能够如本文所述起作用的任何方位或构造来安排。另外，在备选实施例中，封装部件20包括多于两个元件30和32。
图3是带有第二封装元件32的磁极组件14的透视图，该第二封装元件32用半透明材料制成。图4是组件14的透视图，且移除了元件32及两个磁性块16。在该示范性实施例中，第一封装元件30是盘，该盘具有基座34和从基座34的外部周边向上延伸的周边凸缘36。周边凸缘36可通过向上弯曲基座34的边缘以形成在基座的周边周围延伸的凸缘来形成。在该示范性实施例中，元件30的尺寸和形状设置成以并排的关系容纳磁性块16，从而在各对相邻的磁性块16之间限定可选间隙38。特别地，在该示范性实施例中，磁性块16定位在基座34上，使得各磁性块的底部24定向为抵靠盘成大致面对面的接合。在该示范性实施例中，盘的尺寸设置成容纳四个磁性块16，使得周边凸缘36绕四个磁性块16延伸。如图1最佳地所示，在该示范性实施例中，盘基座34的较低表面的轮廓构造成具有使盘能够大致与转子12的成轮廓的外表面相符的形状，永磁体磁极组件14安装在转子12的外表面上。
在该示范性实施例中，盘由金属材料制成且第一封装元件30具有比磁性块16更大的耐腐蚀性。例如，在一个实施例中，第一封装元件30由铁磁钢板制成。备选地，其他类型的金属材料也可用于制造第一封装元件30。
在该示范性实施例中，第二封装元件32由从第一封装元件30延伸的纤维增强聚合物制成。更具体来说，在该示范性实施例中，将纤维增强聚合物模制到第一封装元件30以及磁性块16之上，使得磁性块16被元件30封装。另外，在该示范性实施例中，纤维增强聚合物延伸过并覆盖各磁性块16的顶部22、侧面26及端部28。结果，构件30大致密封限定在各对相邻磁性块16之间的各间隙38。备选地，除了直接模制到第一封装元件30和磁性块16之上以外，第二封装元件32也可用其它方式联接到构件30上或从构件30延伸。位于相邻磁性块16之间的纤维增强聚合物以及电机(未示出)的空气隙的厚度优选为机械要求所允许的最薄值，以便于最大程度地提高由磁极组件14所限定的磁通路的效率。用于第二封装元件32的纤维增强聚合物的合适聚合物包括但并不仅限于包括聚酰胺、聚氨酯、聚酯、乙烯基树脂、尼龙、聚碳酸酯和/或环氧化物。纤维增强聚合物也可以是薄片。在另一实施例中，第二封装元件32由聚合物形成但不包括纤维增强物。
由于封装元件20完全封装了磁性块16，所以磁性块16充分受到保护而与可能造成腐蚀的外界环境条件隔离。增强的腐蚀保护有助于提高电机的可靠性及使用寿命。例如，已知具有大直径转子的风力涡轮发电机通常具有IP54壳罩评级，该评级如国际电工技术委员会(IEC)的标准60529所述。壳罩评级是一种对此类壳罩所提供的防护程度的评级。在不牺牲任何保护等级的情况下，根据本发明制造的永磁体磁极组件14可能使得能够使用具有较低严格要求的壳罩，例如壳罩评级为IP23的壳罩。由此，相比于已知的使用具有较高壳罩评级的壳罩的风力涡轮发电机，此类壳罩促进了制造、维护及运行更便宜的风力涡轮发电机的使用。
永磁体磁极组件14可以通过以下方式制造，首先提供第一封装元件30，然后将至少一个磁性块放置于第一封装元件30内。然后将第二封装元件32联接到第一封装元件30上或者从第一封装元件30延伸。如上所述，第一封装元件30与第二封装元件32分别协同来将磁性块16完全封装，以使得磁性块16充分与可能造成腐蚀的外界环境条件隔离。在本文描述的示范性实施例中，磁性块16放置于通常平坦(或有轮廓)的盘内，以使得相邻磁性块16彼此处于并排关系，并且与盘大致成面对面的接触。盘底部的轮廓构造成具有大致与转子12的外表面轮廓成镜像的形状。在该示范性实施例中，第二封装元件32通过模制方法从第一封装元件30延伸，并联接到第一封装元件30上，在该模制方法中，纤维增强聚合物被挤出到各磁性块16和第一封装元件30之上。
如本文所述的封装构件20利于防止磁性块16被腐蚀。更具体地，如上所述的封装构件20充分地封装磁性块16并使各磁性块16与外界环境隔离。
本发明的方法、装置及系统并不限于本文所述的特定实施例或者特定说明的封装构件。
尽管已根据多个特定实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将认识到可在权利要求的范围内以变型来实践本发明。

Claims (10)

1.一种用于与电机一起使用的永磁体转子组件(10)，所述转子组件包括：
转子(12)；以及
多个抵靠所述转子放置的永磁体磁极组件(14)，各所述永磁体磁极组件包括磁性块(16)和充分封装所述磁性块的封装构件(20)。
2.如权利要求1所述的永磁体转子组件(10)，其特征在于，所述封装构件(20)包括第一封装元件(30)和从所述第一封装元件延伸的第二封装元件(32)。
3.如权利要求2所述的永磁体转子组件(10)，其特征在于，所述第一封装元件(30)由与用来制造所述第二封装组件(32)的材料不同的材料制成。
4.如权利要求3所述的永磁体转子组件(10)，其特征在于，所述第二封装元件(32)由聚酰胺、聚氨酯、聚酯、乙烯基树脂、尼龙、聚碳酸酯和环氧化物中的至少一种制成。
5.如权利要求3所述的永磁体转子组件(10)，其特征在于，所述第二封装元件(32)包括增强的塑料材料。
6.如权利要求3所述的永磁体转子组件(10)，其特征在于，所述第一封装元件(30)包括金属材料。
7.如权利要求6所述的永磁体转子组件(10)，其特征在于，所述第一封装元件(30)包括铁磁材料板。
8.一种用于包括转子(12)的永磁体转子组件(10)的永磁体磁极组件(14)，所述永磁体磁极组件包括：
多个磁性块(16)；以及
位于所述多个磁性块之下的封装元件(30，32)，使得当所述永磁体磁极组件抵靠该转子放置时，所述封装元件在所述多个磁性块与该转子之间延伸。
9.如权利要求8所述的永磁体磁极组件(14)，其特征在于，所述封装元件包括第一封装元件(30)，所述磁极组件还包括从所述第一封装元件延伸的所述第二封装元件(32)。
10.如权利要求9所述的永磁体磁极组件(14)，其特征在于，所述第二封装元件(32)包括塑料材料且所述第一封装元件(30)包括金属材料。
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