CN102713271B - 磁轮 - Google Patents

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Abstract

用于多极发电机的磁力系统(1)，特别是风能和风力装置，磁环(2，2’，2a’-2c’，2a-2j)包覆载体(5)，在其外圈和内圈将大量永久磁铁单体(4，4’)并排布置在规律性变化的极性方向上，因此要研究一种装配方法，使得风力装置发电机的外转子和内转子与大量并排布置的永久磁铁单体能够以简单方便的装配方式进行组装。要到达该目标，多个磁环(2，2’，2a-2j，2a’-2c’)应在侧面上沿轴向、同轴且并排地组合成为磁轮(10)。

Description

磁轮
技术领域
本发明涉及一种多极发电机的电磁系统，特别是用于风能和风力装置：载体外覆磁环，在其外圈和内圈将大量永久磁铁单体并排布置在规律性变化的极性方向上。
背景技术
一段时间以来人们开始研制新型风力和风能设备，其发电机是集成在风车转子轮毂的一部分。内置的定子与外部转子共同起作用。在DE102 39366中描述了这样一种发电机。要形成这样的外部转子必须在其内侧布置大量的永久磁体。这对于风力和风能装置的大型发电机尤为困难。永久磁铁拥有很强的磁力且必须在金属环境中精确地布置。稍不注意就会与相邻的磁铁吸在一起无法分开，或者是与相邻的金属贴吸一起无法分开。
对于小电机EP 1 845 604 A2建议，在装配时采用一个塑料制管状支承套作为装配辅具，这种承载单元基本上是无益的。在这个支承套外侧安放并粘贴永久磁铁单体并通过塑料片将其分隔，然后与支承套一起推入发电机或外转子的回绕管或回绕环中。接着通过镗孔的机械加工将支承套去除直至永久磁铁表面，使其仅剩下处于各永久磁铁中间的塑料节片，这样的做法只适用于小型电机，不适用于直径长达几米的风力设备的发电机。
此外，多极发电机的励磁系统还包括多组环状排列的永久磁铁单体。为了降低涡流损失，它们按照轴向总长度和形成磁力系统的发电机功率，组成磁轮。该磁轮在其周向上有多个带变化极性方向的磁铁段，这样在各个磁环组成磁轮的装配位置上，相邻列的同极性磁段会相互施加排斥力。环形布置的永久磁铁单体的相邻列在磁力的作用下还会趋于形成稳定的南北极，并呈现出相互旋转的趋势。因此，在生产这种带(多列环状布置的永久磁铁单体制造而成的)磁环的磁力系统时，加工十分复杂费力，尤其是在准确调整对齐各个磁铁列时。
发明内容
本发明就是以该任务为出发点，研究出了一种装配方案，使得风力装置发电机的外转子和内转子与大量相互靠近且并排布置的永久磁铁单体能够以简单方便的装配方式进行组装。
对于我们一开始所述类型的磁力系统，该问题可以这样解决：多个磁环在侧面上沿轴向，同轴且并排地组成磁轮。
为了能够将多个磁铁单体加工成磁轮，要根据发电机的设计提供必要数量的永久磁铁单体。从本发明来看，该简单装配方法和装配方案的优点在于，单个磁环通过相互堆叠组成了磁轮。
本发明另外还规定，载体(特别是在它两个侧面)沿着其周向或固定元件以规则或是不规则的弧距布置导向孔。在导向孔中插入导向元件的第一个导向节，导向元件的第二个导向节则插入相邻磁环的对应导向孔中。通过导向元件可以将相邻磁环进行堆叠布置，且能够精确的进行定位。
本发明提供了一种简单且经济的方法，用它可以在永久磁铁单体和相邻磁环的磁段满足规定的定位条件下，将由多个磁环相互堆叠而成的磁轮组装在一起。通过将导向元件插入相邻磁环导向孔中，就能够保证磁环相互之间的定位。这样在安装磁环时就不必施加径向力了，因为磁环可以防止磁环的旋转。在装配时仅需要一个轴向力来抗衡永久磁铁单体或磁段之间相互排斥的磁力，因为相邻布置的磁环是通过导向元件彼此重叠地定位在一起；由于存在导向，磁环之间不可能出现错误定位。
为了提高磁力系统的承载性和耐久性，在本发明中，还要将相邻磁环通过一种材料结合将其并排的侧面相互连接起来，而该材料结合是通过挤压相邻磁环由一种厌氧固化粘胶剂而成的。在生产磁环时要相互堆叠挤压单个磁环，这样可以去除粘胶剂中的氧份，从而在相邻磁环之间的缝隙中形成高强度连接。
磁环相互粘接的侧面上被动材料的厌氧固化粘胶剂是没有催化作用，这也是一个优点，如果相邻磁环在相互挤压作用下由一种厌氧固化粘胶剂和一种活性剂形成材料结合。
除了带有(平行于磁力系统轴布置且有相同极性方向的)磁段的磁力系统，还要提供一个带有(与磁力系统轴呈空间弯曲或倾斜布置的)磁段的磁力系统。本专利还规定了进一步的结构：对于沿着圆周布置的永久磁铁单体或磁段，所有磁环的、载体的或回绕环的导向孔都处于在相同的圆周位置和弧面位置上。如果导向元件的第二个导向节在侧面与第一个导向节形成偏移，这样就更能达到目的。
为了提高发电机的运转平顺性和扭矩波动平稳性，并降低卡槽扭矩，本专利规定，各导向元件第一个导向节与第二个导向节之间形成的间距要使得同极性方向的永久磁铁单体或磁段在磁轮上的装配位置相对于磁轴在磁环之间的轴向方向上处于6°至20°，主要是斜绕布置或是阶梯状偏置的。
在结构中，导向元件的第一个导向节和第二个导向节之间的侧向偏移要小于一个磁段掠过的圆环弧段。这样的设计能大大提高发电机的寿命并获得更好机电运转特性。
本发明还规定，在该结构中磁轮是由多个相邻堆叠并用导向元件相互定位磁环组成的。
为了装配永久磁铁单体，本发明规定：载体的外圆周面和内圆周面布置有安装元件1，在它上面可以安放夹子状的固定元件，并且每两个相隔一定距离的固定元件将一个永久磁铁单体上固定在载体上。
本发明提供了一种安装永久磁铁单体的简单且经济的方法，采用该方法可以将永久磁铁单体安装在一个风能和风力装置发电机的转子上，即外转子和内转子。本发明规定，首先要制造磁环，然后将它们组成磁轮，接着再将磁轮装入发电机的磁极转子壳中。
为了制造单个磁环需要一个卡夹系统，要在载体(之后形成转子的回绕环)上安置夹子状固定元件，在固定元件之间安装永久磁铁单体并将其固定在载体上。这是一个简单的安装方法，它能防止永久磁铁单体发生偏移，相互之间或与金属回绕环或金属载体形成吸附连接。永久磁铁单体能以简单的方式在固定元件之间从侧面推入。固定元件由(例如)锌压铸铁构成且能够保证永久磁铁单体在载体上有足够的机械稳定性。接着永久磁铁单体可以用粘胶剂进行粘接，这样磁环就可以有足够的抗震强度来对抗作用在处于环形轨道上的永久磁铁单体的振动。对此特别要使用能够渗入细微开口的厌氧粘胶剂，这样才能在夹子和永久磁铁单体之间、永久磁铁单体和载体之间采用型面粘合来形成良好的连接。比如，一个永久磁铁单体的长度为100mm，单个磁环的轴向伸展也基本上可以确定。就像在其它专利权利要求中所提到的，磁环与磁环间的磁铁在布置上可以有偏移，这样通过与小杆子组合使用以及采用该偏移布局可以降低涡流损失。
本发明中该设计的结构及优点在权利要求中做了总结。
本发明的优点还在于，相邻永久磁铁单体的每个固定元件都以机械方式隔开，并防止它们直接接触。
为了能够实现所希望的简单装配，本发明的设计结构还规定，相邻固定元件之间的间隔以及永久磁铁单体的尺寸要保证：一个永久磁铁单体在侧向上可以沿载体轴向在相邻固定元件形成的自由空间中移动。
因为永久磁铁单体相对较小，因此将多个同极性方向、相邻排列的永久磁铁单体组合形成一个磁段，这也在本发明中进行了规定。
为了不使用过多的零部件或是在使用了无益辅具之后还必须去除，如果载体能形成一个回绕环，就会很有好处，这也在本发明中进行了规定。
特别适合用于生产永久磁铁单体的材料是稀土中的金属。本发明的另一大特点是，永久磁铁单体是用稀土中的金属生产出来的。
本发明的另一个优点是可以实现永久磁铁单体的良好布置和对齐，这是通过将安装元件倾斜绕转的(特别是在6°至20°的角度内)来完成的。
最后，本发明还规定：磁轮是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着旋转安装面与磁极转子壳连接在一起的。通过该措施，成品磁轮在装配时可以以简单经济的方式放入磁极转子壳的安装表面并由此生产出磁力系统。这可以应用于风能或风力设备的发电机中。磁极转子壳的安装面既可以是磁极转子的内圈也可以在外圈上的圆周面。
一个带有与磁力系统轴呈空间弯曲或倾斜绕置的磁段的磁力系统可以这样来制备：在磁环的侧面上形成的导向孔与相邻在磁环的侧面上构成的导向孔，相对于磁环周向排列的磁段是错开布置的。
为了提高运转平顺性，同时降低扭矩波动和卡槽扭矩，可以这样设计两个相邻磁环的导向孔偏移量，使得同极性方向的永久磁铁单体或磁段在磁轮上的装配位置相对于磁轴在磁环之间的轴向方向上处于6°至20°。
上述有益处的作用还可以，两个相邻磁环的导向孔偏移量可以这样设计，使得各磁环在同极性方向上的磁段在磁轮或磁力系统上的装配位置是沿轴向阶梯状偏置的。在磁环圆周方向上，两个相邻磁环的导向孔偏移量要小于磁段掠过的圆环弧段。
为了能够引导各磁环单个磁段的磁力线并能够对磁力系统进行磁屏蔽。可以在每个磁环的外圈或内图安装回绕环。
这样该发明就可以实现：磁环在装配位置就能成为风能设备发电机的外转子或内转子。由于磁段是导电的，它会在发电机运行过程中出现涡流损失。单个磁段的极面越大，涡流损失就越高。为了降低该涡流损失，可以将多个同极性方向(最好是3个)的永久磁铁单体组成磁段，它们通过固定元件固定在各自磁环回绕环上。由此在各个磁段之间基本没有出现空隙。
各个永久磁铁单体应由稀土中的金属制造而成。
当然，之前所述的以及之后要说明的特征不仅仅是按照给定的组合来适用，也可以以其他组合形式来使用。本发明的框架仅由权利要求书来定义。
附图说明
本发明的其他细节，特征和优点在下面的描述和附图中体现。它们表示了一个具体实施例。附图说明：
图1是一个磁环的俯视图。
图2是图1中截图A的放大图。
图3是多个磁环在组合成磁轮前的状态的透视图。
图4是一个导向元件的示意图。
图5是一个由多个磁环组成的磁轮的透视图。
图6是一个磁极转子壳与一个磁轮安装面。
图7是磁轮布置的其他设计形式的局部视图。
图8是回绕环。
具体实施方式
风能和风力设备主要包括带轮毂和转子叶片的转子和包裹发电机的机舱。通过转子叶片产生的机械能转变为电能需要借助(例如)多极发电机，最好是置于机舱内且由转子转速来驱动的同步发电机。
这样的多极发电机有带缠绕的静子或定子，以及包覆定子的动子或转子(外转子)或被定子包覆的动子或转子(内转子)。
在实施例中表达出了一个外转子，它构成了图9所示的磁力系统1，包括由多个磁环2，2a-2j，2’，2a’，2b’，2c’组合成的磁轮10，该磁轮由内侧装入磁极转子壳11的安装表面14上。每个磁环2，2a-2j，2’，2a’，2b’，2c’都有大量绕着磁环圆周布置的永久磁铁单体4，4’，每三个并行排列且极性方向相同的永久磁铁单体4，4’构成磁段3，3’。磁段3，3’的极性方向相同是相互交替地并排布置的，如图2所示。这里南极S和北极N都是径向朝向的，这样在周向上每一个带外置南极内置北极的磁段3都交替地相互连接。磁段3，3’又是由永久磁铁单体4，4’组成的，它们都是以相同极性方向纵向并排布置的，以降低涡流损失(否则对于大极面，涡流损失会很高)。在实施例中磁段3，3’是由三个永久磁铁单体4，4’组成的。当然也可以采用其他数量的永久磁铁单体4，4’来组成磁段3，3’。
永久磁铁单体(4，4’)是由稀土中的金属制造而成。特别在使用这些金属时要采用烧结金属粉末进行加工。
为了优化发电机(带磁轮10的转子)的性能，相邻永久磁铁单体4，4’之间的空隙要尽可能的小。为此要将永久磁铁单体4，4’从内侧放入形成回绕环5a的载体5中，而布置有永久磁铁单体4，4’的回绕环5a就构成了磁环2，2’，2a’-2c’，2a-2j。
回绕环5a是由金属段16组成的，它们并排相连构成圆环状的回绕环5a。单个金属段16可以通过连接片相互连接并相互焊在一起。当回绕环5a与置于其中的永久磁铁单体4，4’一块放入磁极转子壳11并沿着安装面14在磁极转子壳11加热状态下进行安装，等冷却后就会产生压紧力，这样的力连接也会对金属段进行夹紧，就像下面所述一样。
在将永久磁铁单体4，4’布置在回绕环5a上时，为了在装配时尽量减少它们之间的间隙，要给它们装上类似于轴向上分布沟槽形开口12a的安装元件12，这些安装元件的宽度相当于永久磁铁单体4，4’的间距且均匀地分布在内圆周面。在这些沟槽形开口12a中各放入一个截面成双T型，带有卡夹功能的固定元件6。将每个永久磁铁单体4，4’置于每两个固定元件6中，并通过固定元件6固定在回绕环5a的内侧。固定元件6的厚度延伸性很小，这样在相邻接的永久磁铁单体4，4’之间只会形成极细的空隙。回绕环5a所具有的厚度应保证，当其内侧放入永久磁铁单体4，4’后在其外侧不会产生磁力，这样便没有向外侧作用的磁力。为了生产这样的回绕环5a或金属段16，要优先选择铁含量尽可能高的钢材质，并要使用少量的合金元素。
安装元件12可以如图7所示，通过放入其中的固定元件6，以轻微6°至20°的倾角进行倾斜定位。安装元件12也可以以轨道形式来构成。
回绕环5a的尺寸、磁段3，3’以及永久磁铁单体4，4’要协调一致，使得在回绕环5a的内圆周上分布的磁段3，3’数量为偶数，而且相同极性方向的磁段3，3’要处于直径上的相向位置。在进行装配时要如下操作：在各个固定元件6之间将相同极性方向的磁段3布置在回绕环5a的内侧，接着将相反极性方向的磁段3’插进由此形成的间隔中。相邻的永久磁铁单体4，4’之间的隔板和导轨由固定元件6构成，这样无论是同极相斥或是异极相吸，都可以将一个永久磁铁单体4，4’沿着回绕环的轴向放入两个固定元件6中，并能够卡入各自的规定位置中。
回绕环5a是薄壁状的，且由各个金属片段组合而成(原文有16)。
回绕环5a与插入其中的永久磁铁单体4，4’形成磁环2，2’，2a’-2c’，2a-2j。多个磁环按照配备的磁极转子或发电机规的规定功率或期望功率组合成磁轮10。磁轮10在轴向上的各个磁环2，2’，2a’-2c’，2a-2j都是彼此侧向并行排列的，直至达到所需的磁环数量。在图9所示的装有一个磁轮10的磁极转子壳11，有十一个磁环2a-2j并排连成一个磁轮10。在各个磁环组合成磁轮10的装配位置，至少在宽度方向上，同极性的磁段3，3’和极性相斥的永久磁铁单体4，4’沿着磁轮10的轴向相邻排列。
在组装磁轮10时，由于相邻磁环2，2’，2a-2j，2a’-2c’上的磁段3，3’极性方向相同，形成了在轴向上相互排斥的磁力。也就是说，在平行与磁环轴或磁轮轴方向上。
此时由于极性方向相同的磁段3，3’产生磁力，各个相邻的磁环趋向于形成一个稳定的南北极位置，即它们会相对进行一定旋转，直至极性方向相反的磁段3，3’互相吸引地排列在一起。为了避免这种情况，必须在磁环2，2’，2a’-2c’，2a-2j装配成磁轮10时进行导向并让其保持在自己的相对位置上。为了达到目的，在各个磁环的回绕环5a的两个侧面8a，8b上，都沿着周向分布有多个导向孔7。导向孔7以及以固定或是不固定的弧距沿着圆周布置在两个侧面8a，8b上。重要的是，在组装状态下相邻排列磁环2上的导向孔7在各磁环的安装位置上要相互对应。也就是说，相互对齐或是通过导向元件9上的偏移能够进行校准对齐。在组装磁轮10时，可以将条状或杆状导向元件9的导向节片9a插入导向孔7(这里也可以是盲孔)中。导向元件9的另一个导向节片9b就从磁环2的导向孔7中凸出来，用于导向磁环上堆叠的其他磁环。第二个导向节片9b插入一个即将堆叠的磁环对应的导向孔7中，比如插入磁环2a中，这样在卡入磁环2a时就可以保证它与磁环2对齐，而不会由于磁力作用而产生磁环2a和磁环2之间的相对扭转。这样相邻的磁环，比如磁环2a和磁环2就可以借助导向元件9进行堆叠并可以相互对齐。
相邻磁环2，2’，2a’-2c’，2a-2j的固定是通过其侧面8a，8b上的材料结合来实现的，该侧面包括回绕环5a和永久磁铁单体4，4’。为此，在堆叠磁环之前，至少要在其中一个相邻的磁环侧面8a，8b上涂抹厌氧型固化粘胶剂，它可以形成相邻磁环2，2’之间的材料连接。该粘胶剂时一种单组分厌氧型固化粘粘胶剂，它通过排除氧气来固化。只要与空气中的氧气相接触，在粘胶剂中包含的硬化成分就是非活性的。一旦排除了粘胶剂中的氧气，比如通过两个磁环相邻侧面8a，8b之间的在堆叠时候的挤压就是这种情况，就会形成快速的固化，尤其是对于金属的同时接触。通过液体粘胶剂的毛细作用，在连接区域的最小空隙都会被填充。固化后的粘胶剂将会牢固附着在相邻磁环进行连接的两个侧面8a，8b的粗糙面上。固化过程是通过粘胶剂与相邻磁环两个金属侧面8a，8b相接触开始发生的，这样金属表面就起到了催化剂的作用。
对于非金属材料制成的磁环侧面8a，8b，即对于粘接来说是被动材料，在涂抹厌氧型固化粘胶剂之前，至少要在其中一个相邻磁环的侧面8a，8b上涂抹活化剂。推荐涂抹活化剂的理由是，这类被动材料只具有很少的催化作用或是根本不具备催化作用。对于高被动特性的材料，比如铬和不锈钢，也推荐使用活化剂来避免粘接错误。这样的粘接还加强了粘接处抗腐蚀介质的密封性。除此之外，该厌氧型固化粘胶剂对于机械振动以及动态载荷有着很好的承受力。
在使用厌氧型固化粘胶剂时，无论是否使用活化剂都要确保，各个磁环间粘接的固化过程要在两个磁环接触后才开始。
对于前述的实施例，在磁环2，2’，2a-2j，2a’-2c’的侧面8a，8b上构成的导向孔7相对于磁环周向排列的磁段3，3’，在所有磁环上都处在相同的圆周位置上。这样就构成了一个由多个磁环层叠或堆叠的磁轮10，其磁段3，3’是平行于磁环轴/磁轮轴/磁力系统轴的，而且相同极性方向的磁段排列成一条线。固定元件6让相邻磁环的永久磁铁单体4，4’与永久磁铁单体4，4’呈直线布置，且其分布是平行于磁轮纵轴的。如图9所示，磁力系统1的磁轮10由十一个磁环2-2j组成。
一个磁力系统10带有与磁轮轴呈空间弯曲或倾斜布置的磁段3，3’，图7所示的是另一个实施例：它的各磁轮周向上的导向元件9的第二个导向节片9b与其第一个导向节片9a形成侧面偏移。这样一种导向元件9在图4中表示了出来。
导向元件9的第一个导向节片9a和第二个导向节片9b结构实现了：在磁轮10的装配位置上，各磁环的磁段3，3’和永久磁铁单体4，4’在磁环轴向上，每个磁环之间都是相互偏移地布置在一起。在确定导向元件9的第一个导向节片9a和第二个导向节片9b的偏移量时，要保证在磁轮10的装配位置上，各磁环同极性方向相邻布置的磁段3，3’相对于磁环轴，在轴向上呈阶梯形偏移布置。永久磁铁单体4，4’之间通过固定元件6形成的分界线是平行与磁轮轴/磁环轴，还是与磁轮轴/磁环轴呈斜角(典型角度为6°至20°)，该特定的取向是由安装元件12来确定的。导向元件9的第一个导向节片9a和第二个导向节片9b在磁环周向上的偏移量基本上是小于一个磁段3的圆弧。另外一种做法是将沟槽状开口12设计成倾斜的，通过永久磁铁单体4，4’的相应几何形状构成来达到永久磁铁单体4，4’的倾斜布置。
一个磁力系统10，其磁段3，3’的侧面或侧棱与磁力系统轴呈空间弯曲或斜绕，它也可以使用第一个导向节片9a和第二个导向节片9b无偏移的杆状导向元件9。
据此，我们还有一个实施例，在磁环的侧面8a，8b上的导向孔7相对于磁环周向排列的磁段3是偏移的。也就是说，在任何一个侧面8a，8b上，与安装元件12的相对位置都是不同的。在相邻磁环朝向相对的侧面8a，8b上，导向孔7之间的偏移量要保证在磁轮10的装配位置上，各磁环同极性方向的磁段3，3’相对于磁环轴，在轴向上基本上呈6°至20°的斜角分布。这里还可以考虑一种可能性，在磁轮10的装配位置上，各磁环同极性方向的磁段3，3’相对于磁环轴，在轴向上呈梯形偏移布置。相邻磁环的导向孔7之间的偏移量在磁环圆周方向上可以小于各磁段对应的圆弧。
对磁段3，3’和永久磁铁单体4，4’在单个磁环上进行定位，或是将它们通过磁环的排列组成磁轮10，有不同的设计方案。为了让载体5上的永久磁铁单体4，4’的布局垂直于环状载体5或平行于磁环轴，可以对安装元件12和装入其中的固定元件6进行相应的定位。每两个固定元件6之间可以从侧面插入一个长方体或平行六面体的永久磁铁单体4，4’。如果有意将永久磁铁单体4，4’倾斜布置在载体5上，那么就要将载体5上的安装元件12以及布置在其上的固定元件6与通过磁环中心点的磁环轴/磁轮轴形成6°至20°的倾斜。在两个固定元件6之间放入一个俯视呈平行四边形的平行六面体的永久磁铁单体4，4’。对于相邻的磁环，永久磁铁单体4，4’的相对位置在各个磁环上可以通过侧面8a，8b相应的导向孔7设计以及导向元件9的结构来确定，且可以相互不同。这样就可以对各个磁环的永久磁铁单体4，4’相互偏移地进行布置，并且固定元件6在各磁环上有一个阶梯状的偏移量。另外还可以将永久磁铁单体4，4’以直线方式布置成一排，这样磁轮10中并排布置的固定元件6就可以是一条连续的直线。该直线的定位方向可以为6°至20°的倾斜，也可以使平直的(即平行与通过磁轮中心的磁轴)。
上述实施例是关于一个外转子的磁力系统。专业人士认为，通过简单的更改，上述特征也可以应用于内转子，特别是风力设备发电机的内转子，此时回绕环屏蔽的将不再是磁环的外圈，而是磁环的内圈。因此上述特征也主要集中在磁环的内圈。
为了提高在与一个机器的开槽衔铁相结合时产生的磁极敏感性，衔铁片组的层叠必须能够让沟槽倾斜于中心轴。这使得为了最大化利用机器所必需的线圈变得难以应用。为了能够使用非倾斜的衔铁，磁力系统1或磁轮10必须是倾斜的，这对于使用简单的长方体磁段3，3’是不可能的。如果不采用平直的导向元件9，而采用凸变或阶梯的导向元件，或是使用错位的导向节片9a，9b(就像图4所示那样)，则可以得到相同的效果。因此形成了带阶梯状偏移磁环2’，2a’-2c’的磁力系统1，它与倾斜方式是类似的，其图形表示见图7。
本发明提供了类型为一个外转子，包括磁极转子13的磁力系统。它包括一个由各个磁环2，2’，2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g，2h，2i，2j，2a’-2c’和多个磁化了的、极性交替变换的磁段3，3’组成的磁轮10。它可以应用于风能设备的发电机上。
虽然该描述的磁力系统可以与已知的设备相似，但它的特别之处在于，这样一种磁力系统还能够应用于高负载的风能设备零件中，并能在应用中取得成功。
一个磁力系统1包括磁极转子壳11与放置在其中的磁轮10，该磁轮系统由各个通过粘胶剂连接且相互绝缘的磁环组成。磁环根据磁轮10的轴向总长度堆叠成一个组包，一个薄壁回绕环5a用于磁力线导向和对外屏蔽。该组包的机械强度是通过固定元件，支撑件或导向元件9来获得的，它们应被焊接在无磁力负载的区域。
由多个磁环组合而成的环状磁轮10在生产磁极转子13时与图6所示的磁极转子壳11相连接，磁轮10置于磁极转子壳11的内侧。为了减轻磁极转子壳11的重量，磁极转子壳11可以由磁中性材料制成。在磁极转子壳11的内圈上有一个安装表面14。
安装表面14(比如)可以是很轻微的凹槽，为了与磁极转子壳11形成连接，它可以与磁轮10的几何尺寸向匹配。
为了生产磁极转子，首先要将磁极转子壳11稍微加热，以便能够将磁极转子壳11与磁轮10连接。磁极转子壳11将被加热到一个温度，使得磁极转子壳11的内径(特别是安装表面14的内径)膨胀到比磁轮10外径大。
在加热磁极转子壳11之后，要将磁轮10放置在磁极转子壳11内圈表面形成的安装表面14中。
在接下来的步骤中，磁极转子壳11将被冷却，使得磁极转子壳11在磁轮10上面收缩。这样的收缩是基于热胀冷缩原理，相连接的两个零件在加工时并不是精确匹配的：磁极转子壳11会稍微小一点，磁轮10会稍微大一点。这样在正常温度下(即室温或环境温度下)它们是无法进行连接的。通过加热，被加热物体会膨胀，冷却时它又收缩。因此磁极转子壳11在冷却时就会收缩从而挤压磁轮10。
磁极转子壳11的冷却可以在环境温度下进行。
在该方法的步骤中，磁轮10的外圈面积(即，回绕环5a的外侧)涂有粘胶剂15。当然也可以在磁极转子壳11的安装表面14上涂抹粘胶剂。还可以考虑，既在磁轮10的外圈面积上又在磁极转子壳11的安装表面14上涂抹粘胶剂。对磁轮10的外圈面积上涂胶或是对磁极转子壳11的安装表面14涂胶，或是二者同时涂胶，可以在实施连接工艺的过程中来进行。比如可以在加热磁极转子壳11之前，在安装磁轮10之前，或是在冷却磁极转子壳11之前来涂胶。
涂胶所用的粘胶剂是一种单组分，厌氧型固化粘胶剂，它在排除氧份后能在室温下固化。只要与空气中的氧气相接触，在粘胶剂中包含的硬化成分就是非活性的。一旦排除了粘胶剂15中的氧气，比如将磁极转子壳11与磁轮10连接并使之收缩就是这样的例子，就会形成快速的固化，尤其是对于金属的同时接触。通过液体粘胶剂的毛细作用，在连接区域的最小空隙都会被填充。固化后的粘胶剂将会牢固附着在相邻磁环进行连接的两个侧面的粗糙面上。
固化过程是通过粘胶剂15与磁极转子壳11和磁轮10的金属表面接触开始发生的，这样金属表面就起到了催化剂的作用。金属材料就能够相互粘接在一起。
如果磁极转子壳11是非金属材料制成，即对于粘接来说是被动材料，在涂抹厌氧型固化粘胶剂之前，至少要在磁极转子壳11的安装表面14上涂抹活化剂。如果磁轮10也有一层非金属材料，那么也可以在该表面涂抹活化剂。推荐涂抹活化剂的理由是，这类被动材料只具有很少的催化作用或是根本不具备催化作用。对于高被动特性的材料，比如铬和不锈钢，也推荐使用活化剂来避免粘接错误。这样的粘接还加强了磁极转子壳11与磁轮10粘接处抗腐蚀介质的密封性。除此之外，该厌氧型固化粘胶剂15对于机械振动以及动态载荷有着很好的承受力。
在使用厌氧型固化粘胶剂时，无论是否使用活化剂都需要一个额外步骤：在安放磁轮10之前，将磁轮10的外围表面(也就是回绕环5a的外表面)或磁极转子壳11的安装表面14通过喷砂或喷丸处理变得毛糙。当然也可以将两个表面都通过喷砂或喷丸进行毛糙处理。通过该措施，能够增强粘胶剂15的附着力以及磁极转子壳11与回绕环5a的金属轮之间的连接
之前所述的方法在磁极转子壳11冷却时发生了粘接和压紧的组合过程。它们同时且共同发挥作用，来产生磁极转子壳11和磁轮10之间的连接。在磁极转子壳11进行冷却的时候，它以力连接形式用轻轻的压紧力包围着磁轮10，同时以材料连接形式产生粘合连接的效果。另外，带侧边的凹陷的安装表面14还有一个辅助的型面连接方式。无论如何，磁轮10的外圆周表面与磁极转子壳11的安装表面14之间的粘胶剂15无法与氧气发生接触，因此它会硬化，从而在以材料连接形式在缝隙中形成高强度的连接。通过冷却磁极转子壳11及其环抱着的磁轮10，磁轮10的各个永久磁铁单体4，4’和各个磁段3，3’相互间以及与固定元件6之间会发生挤压。同样，载体5的金属段16也会相互挤压。所有这些元素就形成了相互间额外的力连接。在磁极转子壳11冷却时，它会是在磁轮10上面发生收缩，由此形成磁极转子壳11和磁轮10之间的材料连接，并且在磁轮10的各个磁段3，3’或永久磁铁单体4，4’之间，或是这些元件与相邻的固定元件6之间产生力连接。这样它们与磁极转子壳11一道构成了磁力系统1。
为了从经济角度上解决过量的粘胶剂15的使用，我们建议：要吸除从磁极转子壳11和磁轮10之间的连接缝处溢出的粘胶剂15，并重复利用。
总的说来，生产外转子类型的磁极转子13的一种方法是借助“收缩粘合连接”来完成的：磁极转子壳11和磁轮10之间，各磁段3，3’或永久磁铁单体4，4’之间，以及它们与磁轮10的固定元件6之间形成力连接和材料连接。采用“收缩粘合连接”在抗剪力和抗扭矩方面得到明显的改善，同时被连接零件在其总长度上的连接几乎是牢不可分的。
一个按照该方法生产的外转子型的磁极转子13带有一个由多个极性方向交替的、磁化的磁段3，3’组成的磁轮以及一个极转子壳11。它可以应用于风能设备的发电机中。
即使该描述的磁力系统可以与已知的设备相似，但它的特别之处在于，这样一种用于形成粘合和收缩连接的工艺还能够应用于高负载的风能设备零件中，并能在应用中取得成功。

Claims (65)

1.一个多极发电机的磁力系统(1)，磁环(2，2′，2a′-2c′，2a-2j)包覆载体(5)，在其外圈或内圈将大量永久磁铁单体(4，4′)并排布置在规律性变化的极性方向上，
其特征在于：
多个磁环(2，2′，2a-2j，2a′-2c′)在侧面上沿轴向、同轴且并排地组合成为磁轮(10)；
载体(5)在它两个侧面上(8a，8b)，沿着其周向或固定元件(6)以规则或是不规则的弧距布有导向孔(7)，在导向孔中插入导向元件的第一个导向节(9a)，导向元件(9)的第二个导向节(9b)则插入相邻磁环(2′，2a′-2b′，2a-2j)的对应导向孔(7)中。
2.根据权利要求1所述的磁力系统(1)，其特征在于：相邻磁环(2′，2a′-2b′，2a-2j)通过一种材料结合将其并排的侧面(8a，8b)相互连接起来，而该材料结合是通过挤压相邻磁环(2′，2a′-2b′，2a-2j)由一种厌氧固化粘胶剂形成的。
3.根据权利要求2所述的磁力系统(1)，其特征在于：相邻磁环(2′，2a′-2b′，2a-2j)在相互挤压作用下由一种厌氧固化粘胶剂和一种活性剂形成材料结合。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：对于沿着圆周布置的永久磁铁单体(4，4′)或磁段(3，3′)，所有磁环(2′，2a′-2b′，2a-2j)的、载体(5)的或回绕环(5a)的导向孔(7)都处于在相同的圆周位置和弧面位置上。
5.根据权利要求4所述的磁力系统(1)，其特征在于：导向元件(9)的第二个导向节(9b)在侧面与第一个导向节(9a)形成偏移。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：导向元件(9)的第二个导向节(9b)在侧面与第一个导向节(9a)形成偏移。
7.根据权利要求4所述的磁力系统(1)，其特征在于：第一个导向节(9a)与第二个导向节(9b)之间形成的间距要使得同极性方向的永久磁铁单体(4，4′)或磁段(3，3′)在磁轮(10)上的装配位置相对于磁轴在磁环(2′，2a′-2b′，2a-2j)之间的轴向方向上处于6°至20°，主要是倾斜布置或是阶梯状偏置的。
8.根据权利要求6所述的磁力系统(1)，其特征在于：第一个导向节(9a)与第二个导向节(9b)之间形成的间距要使得同极性方向的永久磁铁单体(4，4′)或磁段(3，3′)在磁轮(10)上的装配位置相对于磁轴在磁环(2′，2a′-2b′，2a-2j)之间的轴向方向上处于6°至20°，主要是倾斜布置或是阶梯状偏置的。
9.根据权利要求1-3或5中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：第一个导向节(9a)与第二个导向节(9b)之间形成的间距要使得同极性方向的永久磁铁单体(4，4′)或磁段(3，3′)在磁轮(10)上的装配位置相对于磁轴在磁环(2′，2a′-2b′，2a-2j)之间的轴向方向上处于6°至20°，主要是倾斜布置或是阶梯状偏置的。
10.根据权利要求9所述的磁力系统(1)，其特征在于：导向元件(9)的第一个导向节(9a)和第二个导向节(9b)之间的侧向偏移要小于一个磁段(3，3′)掠过的圆环弧段。
11.根据权利要求7或8所述的磁力系统(1)，其特征在于：导向元件(9)的第一个导向节(9a)和第二个导向节(9b)之间的侧向偏移要小于一个磁段(3，3′)掠过的圆环弧段。
12.根据权利要求4所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是由多个相邻堆叠并用导向元件(9)相互定位磁环(2，2a-2j，2′，2a′-2c′)组成的。
13.根据权利要求6所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是由多个相邻堆叠并用导向元件(9)相互定位磁环(2，2a-2j，2′，2a′-2c′)组成的。
14.根据权利要求9所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是由多个相邻堆叠并用导向元件(9)相互定位磁环(2，2a-2j，2′，2a′-2c′)组成的。
15.根据权利要求11所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是由多个相邻堆叠并用导向元件(9)相互定位磁环(2，2a-2j，2′，2a′-2c′)组成的。
16.根据权利要求1-3、5、7、8、10中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是由多个相邻堆叠并用导向元件(9)相互定位磁环(2，2a-2j，2′，2a′-2c′)组成的。
17.根据权利要求4所述的磁力系统(1)，其特征在于：载体(5)的外圆周面或内圆周面有安装元件(12)，在它上面可以安放夹子状的固定元件(6)，并且每两个相隔一定距离的固定元件(6)将永久磁铁单体(4，4′)上固定在载体(5)上。
18.根据权利要求6所述的磁力系统(1)，其特征在于：载体(5)的外圆周面或内圆周面有安装元件(12)，在它上面可以安放夹子状的固定元件(6)，并且每两个相隔一定距离的固定元件(6)将永久磁铁单体(4，4′)上固定在载体(5)上。
19.根据权利要求9所述的磁力系统(1)，其特征在于：载体(5)的外圆周面或内圆周面有安装元件(12)，在它上面可以安放夹子状的固定元件(6)，并且每两个相隔一定距离的固定元件(6)将永久磁铁单体(4，4′)上固定在载体(5)上。
20.根据权利要求11所述的磁力系统(1)，其特征在于：载体(5)的外圆周面或内圆周面有安装元件(12)，在它上面可以安放夹子状的固定元件(6)，并且每两个相隔一定距离的固定元件(6)将永久磁铁单体(4，4′)上固定在载体(5)上。
21.根据权利要求16所述的磁力系统(1)，其特征在于：载体(5)的外圆周面或内圆周面有安装元件(12)，在它上面可以安放夹子状的固定元件(6)，并且每两个相隔一定距离的固定元件(6)将永久磁铁单体(4，4′)上固定在载体(5)上。
22.根据权利要求1-3、5、7、8、10、12-15中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：载体(5)的外圆周面或内圆周面有安装元件(12)，在它上面可以安放夹子状的固定元件(6)，并且每两个相隔一定距离的固定元件(6)将永久磁铁单体(4，4′)上固定在载体(5)上。
23.根据权利要求22所述的磁力系统(1)，其特征在于：相邻永久磁铁单体(4，4′)的每个固定元件(6)都以机械方式隔开，并防止它们直接接触。
24.根据权利要求17-21中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：相邻永久磁铁单体(4，4′)的每个固定元件(6)都以机械方式隔开，并防止它们直接接触。
25.根据权利要求22所述的磁力系统(1)，其特征在于：相邻固定元件(6)之间的间隔以及永久磁铁单体(4，4′)的尺寸要保证：永久磁铁单体(4，4′)在侧向上可以沿载体(5)轴向在相邻固定元件(6)形成的自由空间中移动。
26.根据权利要求24所述的磁力系统(1)，其特征在于：相邻固定元件(6)之间的间隔以及永久磁铁单体(4，4′)的尺寸要保证：永久磁铁单体(4，4′)在侧向上可以沿载体(5)轴向在相邻固定元件(6)形成的自由空间中移动。
27.根据权利要求17-21或23中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：相邻固定元件(6)之间的间隔以及永久磁铁单体(4，4′)的尺寸要保证：永久磁铁单体(4，4′)在侧向上可以沿载体(5)轴向在相邻固定元件(6)形成的自由空间中移动。
28.根据权利要求22所述的磁力系统(1)，其特征在于：由多个同极性方向、相邻排列的永久磁铁单体(4，4′)形成磁段(3，3′)。
29.根据权利要求24所述的磁力系统(1)，其特征在于：由多个同极性方向、相邻排列的永久磁铁单体(4，4′)形成磁段(3，3′)。
30.根据权利要求27所述的磁力系统(1)，其特征在于：由多个同极性方向、相邻排列的永久磁铁单体(4，4′)形成磁段(3，3′)。
31.根据权利要求17-21、23、25、26中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：由多个同极性方向、相邻排列的永久磁铁单体(4，4′)形成磁段(3，3′)。
32.根据权利要求22所述的磁力系统(1)，其特征在于：载体(5)形成回绕环(5a)。
33.根据权利要求24所述的磁力系统(1)，其特征在于：载体(5)形成回绕环(5a)。
34.根据权利要求27所述的磁力系统(1)，其特征在于：载体(5)形成回绕环(5a)。
35.根据权利要求31所述的磁力系统(1)，其特征在于：载体(5)形成回绕环(5a)。
36.根据权利要求17-21、23、25、26、28-30中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：载体(5)形成回绕环(5a)。
37.根据权利要求22所述的磁力系统(1)，其特征在于：永久磁铁单体(4，4′)是从稀土中的金属生产出来的。
38.根据权利要求24所述的磁力系统(1)，其特征在于：永久磁铁单体(4，4′)是从稀土中的金属生产出来的。
39.根据权利要求27所述的磁力系统(1)，其特征在于：永久磁铁单体(4，4′)是从稀土中的金属生产出来的。
40.根据权利要求31所述的磁力系统(1)，其特征在于：永久磁铁单体(4，4′)是从稀土中的金属生产出来的。
41.根据权利要求36所述的磁力系统(1)，其特征在于：永久磁铁单体(4，4′)是从稀土中的金属生产出来的。
42.根据权利要求17-21、23、25、26、28-30、32-35中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：永久磁铁单体(4，4′)是从稀土中的金属生产出来的。
43.根据权利要求22所述的磁力系统(1)，其特征在于：安装元件(12)是倾斜绕转的。
44.根据权利要求24所述的磁力系统(1)，其特征在于：安装元件(12)是倾斜绕转的。
45.根据权利要求27所述的磁力系统(1)，其特征在于：安装元件(12)是倾斜绕转的。
46.根据权利要求31所述的磁力系统(1)，其特征在于：安装元件(12)是倾斜绕转的。
47.根据权利要求36所述的磁力系统(1)，其特征在于：安装元件(12)是倾斜绕转的。
48.根据权利要求42所述的磁力系统(1)，其特征在于：安装元件(12)是倾斜绕转的。
49.根据权利要求17-21、23、25、26、28-30、32-35、37-41中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：安装元件(12)是倾斜绕转的。
50.根据权利要求49所述的磁力系统(1)，其特征在于：安装元件(12)在6°至20°的角度内是倾斜绕转的。
51.根据权利要求43-48中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：安装元件(12)在6°至20°的角度内是倾斜绕转的。
52.根据权利要求4所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
53.根据权利要求6所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
54.根据权利要求9所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
55.根据权利要求11所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
56.根据权利要求16所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
57.根据权利要求22所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
58.根据权利要求24所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
59.根据权利要求27所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
60.根据权利要求31所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
61.根据权利要求36所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
62.根据权利要求42所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
63.根据权利要求49所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
64.根据权利要求51所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
65.根据权利要求1-3、5、7、8、10、12-15、17-21、23、25、26、28-30、32-35、37-41、43-48、50中任一项所述的磁力系统(1)，其特征在于：磁轮(10)是采用热缩胶结合通过材料连接或力连接方式沿着安装面(14)与磁极转子壳(11)连接在一起的。
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