CN102738925B - 磁体保持结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于转动的电气机器的永久磁体转子结构，所述永久磁体转子结构包括转子本体(6)，所述转子本体具有外边缘(4)。周向的磁体承载器(8)阵列通过固定构件(16)和支撑构件(18)被安装到所述转子本体(6)并且在径向与所述转子本体(6)间隔开，以限定一系列轴向的间隙或空间(20)，所述间隙或空间可以可选地被用作冷却空气通道。至少一个由永久磁体材料制成的磁极件(10)被安置在邻近每个磁体承载器(8)的表面。所述磁体承载器(8)和所述磁极件(10)优选地具有叠片的或分离的构造，以实质上排除在某些类型和构造的电气机器中特别地成问题的涡流。在邻近磁极件(10)之间的所述磁通路线在所述磁体承载器之内在周向流动，并且不使用所述转子本体(6)。

Description

磁体保持结构

技术领域

本发明涉及磁体保持结构，并且特别地，涉及用于将永久磁体保持在转动的电气机器(例如电动机或发电机)的转子本体上的结构。

背景技术

EP 1860755公开一种永久磁体转子结构，其中周向的磁体承载器阵列被直接附着到转子本体或转子筒的边缘。由永久磁体材料制成的磁极件被安置为邻近每个磁体承载器的表面，并且在一沟道中被形成在相关联的倒U形磁极件保持器中。所述磁极件保持器是由非磁性材料制成的。

这样的转子结构特别适合这样的转子，即在所述转子中，磁通量占主导地位地在径向通过所述磁极件并且通入所述转子本体的所述边缘。换言之，所述转子结构是被故意设计成这样的，从而在邻近的磁极件之间的所述磁通路线在周向流过所述转子的所述本体或筒。

现已被理解的是，针对某些类型的机器，这样的转子结构可能导致难以接受地高的涡流损耗。

发明内容

本发明提供一种改进的用于转动的电气机器的永久磁体转子结构，具有优选的结构的所述永久磁体转子结构旨在显著地减少涡流损耗。更特别地，所述永久磁体转子结构包括转子本体(或转子筒)、周向的磁体承载器阵列以及至少一个由永久磁体材料制成的磁极件，所述磁体承载器阵列在径向与所述转子本体间隔开并且被固定于所述转子本体以与所述转子本体一起转动，每个磁体承载器具有一表面，所述磁极件被安置为邻近每个磁体承载器的所述表面。

所述转子结构可以是这样的，即所述转子本体被安置在固定的定子之内。在这种情况下，所述周向的磁体承载器阵列优选地与所述转子本体的径向外表面间隔开，并且每个磁极件优选地被安置为邻近每个磁体承载器的径向外表面。然而，所述转子结构也可以是这样的，即所述转子本体被安置在固定的定子之外。在这种情况下，所述周向的磁体承载器阵列优选地与所述转子本体的径向内表面间隔开，并且每个磁极件优选地被安置为邻近每个磁体承载器的径向内表面。

形成所述磁极件的所述永久磁体材料可能是易碎的并且易于断裂或腐蚀。当所述永久磁体材料是高磁能积或稀土磁体材料时，尤其是这样。磁极件包裹体或磁极件保持器可以因此被用来包住所述磁极件，以为所述永久磁体材料提供环境的(并且另外可选地机械的)保护，并且在形成所述磁极件的所述材料断裂或碎裂的情形下容纳所述永久磁体材料。所述磁极件包裹体或所述磁极件保持器还使所述永久磁体材料免受外部污染，由此使腐蚀的风险降到最小。

每个磁极件保持器或磁极件包裹体可以被附着到所述相关联的磁体承载器，并且可以可选地在所述磁极件和所述相关联的磁体承载器两者周围完全地延伸。

磁通量占主导地位地在径向通过所述磁极件。不同于EP 1860755的所述转子结构，在本发明中，在相反极性的周向地邻近的磁极件之间的所述磁通路线不通入所述转子本体。换言之，所述磁体承载器不被设计来提供进入所述转子本体和所述转子筒的磁通路线。所述磁体承载器可以被安装为在周向彼此邻接，以基本上形成连续的、环形的磁体承载器组件，所述磁体承载器组件在径向与所述转子本体间隔开。然而，在周向地邻近的磁体承载器之间可以有小的间隙，以例如容纳所述磁极件保持器或磁极件包裹体，并且顾及了制造差异。在磁通量在周向邻近的磁体承载器之间流动的这样的结构中，所述间隙的磁阻于是可以在所述磁体保持组件的设计中被考虑。

所述转子结构的优点是构造简单，能够预组装完整的磁极结构以及，如果期望的话，所述磁极件可以利用所述转子结构而被方便地移除和替换。

每个磁体承载器优选地沿所述转子本体的所述边缘轴向地延伸。例如，每个磁体承载器可以由单件诸如钢的磁性材料构成，但是为了减少涡流，一般优选地每个磁体承载器具有叠片构造。所述磁体承载器可以是由轴向的叠片堆叠来制成的。每个叠片典型地为约0.5mm厚，所述每个叠片可以由合适种类的叠片钢(lamination steel)构成，并且涂有合适的绝缘涂层或膜。所述叠片可以由平坦的叠片钢冲压而成，并且然后使用传统制造技术被组装在一起以形成磁体承载器。

每个磁极件优选地沿所述转子本体的所述边缘轴向地延伸。

在某些情况下，每个磁体承载器将承载两个或更多个周向邻近的轴向延伸的永久磁体材料的磁极件(例如，在单个磁体承载器上以并排关系被排列)。由每个磁体承载器承载的所述磁极件可以由单个的磁极件包裹体或磁极件保持器包住。然而，也可以提供针对每个磁极件的分开的磁极件包裹体或磁极件保持器。所述全部的永久磁体转子结构将被这样构造，从而周向地邻近的磁极件具有相反的极性(例如，交替的北极性和南极性)，而不论多少磁极件被承载在每个磁体承载器上。例如，如果每个磁体承载器具有两个并排排列的轴向延伸的磁极件，那么一个磁极件将限定所述转子的北极，并且另外一个磁极件将限定所述转子的南极。

每个磁极件可以由单独的磁极体的轴向阵列构成，所述单独的磁极体在轴向以彼此邻接的方式被安置，但是为了减少涡流，一般优选的是，每个磁极件沿它们的轴向长度、它们的周向宽度之一或两者，以及可选地还沿它们的径向厚度被分离成电气隔离的永久磁体材料块。换言之，每个磁极件由数个较小的永久磁性材料块构成。单独的邻近永久磁性材料块可以由至少一个非磁性板或非磁性叠片来分开，所述块可以可选地被结合或被附着到至少一个非磁性板或非磁性叠片。所述非磁性板或非磁性叠片可以延伸进入所述磁体承载器，例如，所述磁体承载器可以由一系列轴向叠片堆叠构成，其中邻近的堆叠由被用来分开单独的邻近永久磁性材料块的非磁性板或非磁性叠片来分开。所述非磁性板或非磁性叠片可以支撑所述磁极件保持器或所述磁极件包裹体，所述磁极件保持器或所述磁极件包裹体可以可选地被附着到所述非磁性板或非磁性叠片，例如，通过焊接或粘合剂。如果所述非磁性板或非磁性叠片不被使用，那么某种绝缘形式将优选地仍在所述磁性材料块之间被提供，但是这可以以涂层、油漆或间隔件的形式，所述涂层、油漆或间隔件由合适的电学上非导电的材料构成。在一种结构中，具有用于接纳所述永久磁性材料块的空间的支撑结构可以从非磁性板或非磁性叠片来形成，并且还可选地可以从所述磁极件包裹体或磁极件保持器来形成。所述空间被一个或更多个块填满，并且组装的支撑结构被安装到磁体承载器。

可以使用任何合适的手段将所述磁体承载器永久地或可释放地附着到所述转子本体。在一种可能的结构中，所述磁体承载器可以被安装在周向地被间隔开的支撑构件阵列上，所述支撑构件是由磁性或非磁性材料制成的，并且所述支撑构件使所述磁体承载器与所述转子本体在径向间隔开，以在所述磁体承载件和所述转子本体之间限定空间或空隙。少量的磁通量可以流入所述支撑构件，但是所述磁通路线不延伸进入所述转子本体。非磁性间隔件可以在所述支撑构件和所述转子本体之间或在所述支撑构件和所述磁体承载器之间可选地被提供，以防止所述磁通量进入所述转子本体。所述非磁性间隔件也可以被绝缘，以防止在邻近的磁体承载器之间的涡流的流动。每个单独的磁体承载器可以被安装在轴向地被间隔开的支撑构件阵列上。

所述支撑构件可选地被附着到所述转子本体和/或所述磁体承载器，例如，通过诸如螺栓或螺丝的机械固定件，通过合适形状的轮廓(例如，被滑动地接纳在互补槽中的燕尾榫)，通过锥形键或通过焊接。被附着到所述转子本体的支撑构件可以被称为固定构件。固定构件不是必须接触所述转子，例如，它们可以与所述转子本体间隔开，并且由机械固定件拉下。所述支撑构件也可以与所述转子本体或所述磁体承载器一起被一体地形成。针对每个磁体承载器可以使用各种各样不同的支撑构件(或固定构件)。

在所述磁体承载器和所述转子本体的所述边缘之间的所述空间可以被用来作为冷却空气通道。可以在所述转子结构之内提供径向地延伸的通道，以允许所述冷却空气进入所述转子本体和所述定子之间的空气间隙。这在这样的情形中是特别有用的，即在邻近的磁极件组件之间的空间不足以为电气机器承载足够的冷却空气。冷却空气可以从所述电气机器的一个或两个轴向端被引入在所述磁体承载器和所述转子本体之间的所述轴向地延伸的通道。

可以使用任何合适的手段将每个磁极件附着到其相关联的磁体承载器。例如，所述磁极件可以被黏附地结合。可以使用一种或更多种固定手段的组合。

本发明还提供一种永久磁体转子结构，所述永久磁体转子结构包括：转子本体；周向的磁体承载器阵列，所述磁体承载器阵列被固定到所述转子本体，以与所述转子本体一起转动，每个磁体承载器具有一表面，以及至少一个由永久磁体材料制成的磁极件，所述磁极件被安置为邻近每个磁体承载器的所述表面，其中所述磁体承载器具有叠片的构造。所述磁体承载器可以在径向与所述转子本体间隔开，而所述永久磁体转子结构的其他可选的特征如上面所描述。

附图说明

图1示出根据本发明的部分第一永久磁体转子的轴向端视图；

图2示出将所述磁极件保持器移除后的图1的所述磁体保持组件的顶视图；

图3示出将所述磁极件保持器和所述永久磁体磁极件移除后的图1的所述磁体保持组件的顶视图；以及

图4示出根据本发明的第二永久磁体转子的部分的轴向端视图。

具体实施方式

参照图1，用于电气机器的永久磁体转子结构包括磁体保持组件2的周向的阵列(仅有两个磁体保持组件被示出)，所述磁体保持组件被固定在转子筒6的所述径向外表面4周围。每个磁体保持组件2包括叠片的磁体承载器8。所述单独的叠片由磁性叠片钢冲压而成，并且被组装在一起以形成所述磁体承载器。第一磁体保持组件2a包括磁极件10a，所述磁极件10a限定所述转子的北极。第二磁体保持组件2b包括磁极件10b，所述磁极件10b限定所述转子的南极。全部的永久磁体转子结构被这样构造，从而周向地邻近的磁极件限定所述转子的交替的北极和南极。虽然在图1示出的所述结构中，每个磁体承载器8承载单个轴向地延伸的磁极件10，将容易理解的是，每个磁体承载器可以承载两个或更多个并排排列的磁极件。这样的可替换的结构在下面参照图4来描述。所述磁极件10被由非磁性材料制成的所述磁极件包裹体12包住，所述磁极件包裹体1 2给所述永久磁体材料提供环境的保护。

每个磁极件10被安置在浅凹入部14中，所述浅凹入部14形成在每个磁体承载器8的所述径向外表面中。

每个磁体承载器8相对于所述转子筒由至少一个非磁性固定构件16固定。在实践中，每个磁体承载器8将典型地使用轴向间隔开的固定构件阵列来固定，仅有一个固定构件被示出。所述固定构件16被设计为被螺栓连接到所述转子筒，并且借助于燕尾榫接头被固定到所述磁体承载器8，但是其他固定方法是可能的。所述磁体保持组件可以被插入和被移除而不拆卸所述电气机器。每个磁体承载器8还由至少一个非磁性支撑构件18支撑。再者，在实践中，每个磁体承载器将典型地由轴向间隔开的支撑构件阵列来支撑。所述支撑构件可以被安置在每个磁体承载器8的周向边界处，并且支撑构件可以如图1示出的被周向地邻近的磁体承载器共用。

所述固定构件16和支撑构件18安装每个磁体承载器8，从而每个磁体承载器8与所述转子筒6的所述外表面4径向地间隔开。在所述磁体承载器8和所述转子筒6之间的所述径向的间隙或空间20限定轴向通道，所述轴向通道可以被用来承载进入所述电气机器的所述本体的通风或冷却空气。磁通量基本上在径向通过所述磁极件10，并且在周向地邻近的磁体承载器8之间在周向上流动。由于所述磁体承载器8与所述转子筒的所述外表面径向地间隔开一足够的距离，所述磁通路线FP不通入所述转子筒6。

图2是单个磁体保持组件2的顶视图，所述单个磁体保持组件2限定所述转子的单个磁极(例如，北极或南极)。为清楚起见，所述磁极件包裹体12已被移除。可以看到的是，如何沿磁极件的轴向长度将每个磁极件10被分离成电气隔离的永久磁体材料块22和24的阵列，以减少涡流。图2还示出如何沿磁极件的周向宽度将磁极件分离，其中块24在相同磁极件包裹体之内被并排地排列。所述块22和24在轴向由径向地向内延伸进入所述磁体承载器8的非磁性板26分开。图3是图2的单个磁体保持组件2的顶视图，但是为清楚起见，在所述块22和24也已被移除的地方仅剩所述叠片的磁体承载器8。所述磁体承载器8的所述单独的叠片28被形成为一系列轴向堆叠30，其中邻近的堆叠由非磁性板26分开。

图4示出可替换的永久磁体转子结构，并且可替换的永久磁体转子结构包括磁体保持组件102的周向的阵列(仅有一个磁体保持组件被示出)，所述磁体保持组件102在所述转子筒6的所述径向外表面4周围被固定。每个磁体保持组件102包括叠片的磁体承载器104。所述单独的叠片由磁性叠片钢冲压而成，并且以如所述第一种结构完全相同的方式被组装在一起以形成所述磁体承载器。所述磁体保持组件102包括第一磁极件106a以及所述第二磁极件106b，所述第一磁极件106a限定所述转子的北极，所述第二磁极件106b限定所述转子的南极。所述磁极件106被并排排列并且由磁极件包裹体108包住，所述磁极件包裹体108是由非磁性材料制成的，所述非磁性材料为所述永久磁体材料提供环境的保护。全部的永久磁体转子结构被这样构建，从而周向地邻近的磁极件限定所述转子的交替的北极和南极。

每个磁极件106被安置在各自的浅凹入部110中，所述浅凹入部110形成在所述磁体承载器104的所述径向外表面中。所述磁体承载器104和所述单独的磁极件106的构造如上面参照图1至图3示出的所述结构所描述。更特别地，所述磁体承载器104是叠片的、可选地被形成为一系列轴向堆叠，所述轴向堆叠具有由非磁性板分开的邻近的堆叠。所述磁极件被分离成电气隔离的永久磁体材料块的阵列，以减少涡流。

每个磁体承载器104通过至少一个非磁性固定构件112相对于所述转子筒固定。在实践中，每个磁体承载器104将典型地使用轴向间隔开的固定构件阵列来固定，仅有一个固定构件被示出。所述固定构件112被设计为被螺栓连接到所述转子筒，并且借助于燕尾榫接头被固定到所述磁体承载器104，但是其他固定方法是可能的。每个磁体承载器104还由至少一个支撑构件支撑。在图4示出的所述结构中，径向地延伸的支撑构件114被安置在所述磁体承载器104的所述周向边界处，并且与所述磁体承载器叠片一起被一体地形成。再者，在实践中，每个磁体承载器将典型地由轴向间隔开的支撑构件阵列来支撑。非磁性间隔件116被定位在所述支撑构件和所述转子筒6之间的每个支撑构件114的基部处。所述非磁性间隔件116防止任何磁通量延伸进入所述转子筒。将容易理解的是，一体的支撑构件和非磁性间隔件的相同结构可以与图1至图3示出的所述结构一起使用。

所述固定构件112和支撑构件114安装每个磁体承载器104，从而每个磁体承载器104径向地与所述转子筒6的所述外表面4间隔开。在所述磁体承载器104和所述转子筒6之间的所述径向的间隙和空间20限定轴向通道，所述轴向通道可以被用来承载进入所述电气机器的所述本体的通风或冷却空气。磁通量基本上在径向通过所述磁极件106，但是很少的磁通量横穿在邻近的磁体承载器之间(例如，在所述邻近的磁体保持组件的所述磁体承载器之间)的所述间隙。由于所述磁体承载器与所述转子筒6的所述外表面4径向地间隔开一足够的距离，并且也由于所述非磁性间隔件116，所述磁通路线FP不通入所述转子筒。

Claims (17)

1.一种永久磁体转子结构，所述永久磁体转子结构包括：

转子本体；

周向的磁体承载器阵列，所述磁体承载器阵列被固定于所述转子本体，以与所述转子本体一起转动，每个磁体承载器具有一表面；

至少一个由永久磁体材料制成的磁极件，所述磁极件被安置为邻近每个磁体承载器的所述表面；以及

磁体承载器安装在周向隔开的支撑构件阵列上，所述支撑构件阵列由磁性或非磁性材料制成，并且所述支撑构件阵列使所述磁体承载器与所述转子本体在径向间隔开，以在所述磁体承载器和所述转子本体之间限定空间或空隙;

其中，非磁性间隔件在所述支撑构件阵列和所述转子本体之间或在所述支撑构件阵列和所述磁体承载器之间被提供，以防止所述磁通量进入所述转子本体。

2.根据权利要求1所述的永久磁体转子结构，其中所述磁体承载器是由磁性材料制成。

3.根据权利要求1所述的永久磁体转子结构，还包括磁极件保持器，所述磁极件保持器基本上包住每个磁极件。

4.根据权利要求3所述的永久磁体转子结构，其中每个磁极件保持器还基本上包住相关联的磁体承载器。

5.根据权利要求1所述的永久磁体转子结构，其中所述磁体承载器沿所述转子本体的边缘轴向地延伸。

6.根据权利要求1所述的永久磁体转子结构，其中所述磁体承载器具有一叠片的构造。

7.根据权利要求6所述的永久磁体转子结构，其中所述磁体承载器包括轴向的叠片堆叠，其中在轴向上邻近的堆叠由至少一个非磁性板或非磁性叠片来分开。

8.根据权利要求1所述的永久磁体转子结构，其中至少一个轴向地延伸的永久磁体材料的磁极件被安置为邻近每个磁体承载器的所述表面。

9.根据权利要求1所述的永久磁体转子结构，其中每个磁极件包括数个较小的永久磁体材料块。

10.根据权利要求9所述的永久磁体转子结构，其中邻近的永久磁体材料块由至少一个非磁性板或非磁性叠片来分开。

11.根据权利要求10所述的永久磁体转子结构，其中所述永久磁体材料块被结合到或附着到所述至少一个非磁性板或非磁性叠片。

12.根据权利要求1所述的永久磁体转子结构，其中所述支撑构件阵列限定轴向地延伸的通道的周向阵列，所述通道为在所述磁体承载器和所述转子本体之间的冷却空气通道。

13.根据权利要求12所述的永久磁体转子结构，还包括径向地延伸的冷却空气通道。

14.根据权利要求1所述的永久磁体转子结构，其中每个磁体承载器仅承载单个的磁极件，并且磁通量在周向地邻近的磁体承载器之间流动。

15.根据权利要求1所述的永久磁体转子结构，其中每个磁体承载器承载多个磁极件。

16.根据权利要求1所述的永久磁体转子结构，其中所述磁体承载器被永久地附着到所述转子本体。

17.根据权利要求1所述的永久磁体转子结构，其中所述磁体承载器被可释放地附着到所述转子本体。