CN103378664B - 用于电机的机器零件的极靴结构 - Google Patents

Abstract

用于电机的机器零件的极靴结构。按照一种实施例概括地描述了一种用于电机（700）的极靴元件（101），其中该电机（700）具有定子（720）、转子（710）和在定子（720）与转子（710）之间的气隙。所述极靴元件（101）按照一种实施例含有在极靴元件（101）的纵向（151）上延伸的磁体接纳区段（554），在其中所述极靴元件（101）在转子（710）的周向方向（149）上在第一径向内部位置（132）中具有第一宽度（134）并且在周向方向上在第二径向外部位置（136）中具有第二宽度（138）；其中第二宽度（138）小于第一宽度（134）。

Description

用于电机的机器零件的极靴结构

技术领域

本发明涉及电机技术领域，电机具有机器零件，机器零件具有磁体，尤其永久磁体，并且机器零件形成电机的定子和转子，其中转子可以基于定子旋转。本发明尤其涉及用于电机的转子和定子的极靴结构。本发明还涉及转子或定子形式的机器零件和电机。

背景技术

电机是机电的转换器，它在使用磁场连接的条件下执行机械能与电能之间的能量转换。电机例如可以是电动机（简称马达）或者电的发电机（简称发电机）或者马达/发电机，它不仅可以作为马达运行，而且可以作为发电机运行。例如电的发电机是机电的转换器，它在使用磁场连接的条件下将机械能转换成电能。电动机是机电的转换器，它在使用磁场连接的条件下将电能转换成机械能。电机包括定子和转子。定子是一种结构，它代表电机的静止部分。转子代表电机的一部分或几部分，它们相对于定子结构运动，尤其相对于定子结构旋转。由此转子可以含有磁体，例如永久磁体，它们相对于在定子中含有的一个或多个线圈旋转。在一种形式中转子围绕定子旋转。

在常见的系统中磁的转子和缠绕的定子作为独立的部件生产，然后组装。磁体嵌入到圆柱形的转子钢结构中，例如通过粘接。用于磁通集中的转子拓扑结构一般用于较小功率的电机。但是在常见的结构中磁体和铁部件彼此靠近地设置，用于实现磁通集中。

因此存在对于电机极靴元件的需求，通过它提供高效的电机。

发明内容

这个需求可以通过按照独立权利要求的主题满足。本发明的有利实施例在从属权利要求中描述。

按照在这里公开的主题的第一方面的实施例建议用于电机的极靴元件，其中该电机具有定子、转子和在定子与转子之间的气隙，所述极靴元件含有：在极靴元件的纵向上延伸的磁体接纳区段，在磁体接纳区段中所述极靴元件在转子周向方向上在第一径向内部位置中具有第一宽度并且在周向方向上在第二径向外部位置中具有第二宽度，其中在转子的径向方向上，第一宽度阶梯形地过渡到第二宽度，并且第二宽度小于第一宽度。

在这里公开的主题基于这种思想，通过基本楔形构成的极靴元件可以提高在转子与定子之间区域中的磁通集中，该极靴元件在转子周向方向上在第一径向内部位置中具有较大的第一宽度并且在周向方向上在第二径向外部位置中具有较小的第二宽度。

在此概念“气隙”表示电机的定子与转子之间的气隙，只要没有另外说明。概念“电机”表示机电的转换器，它设计成，在使用磁场连接的条件下将机械能转换成电能和/或将电能转换成机械能。

按照一种实施例，所述转子定义轴向，它平行于转子的旋转轴线延伸并且定义周向方向，它平行于运动方向或者在转子围绕其旋转轴线旋转时在转子上的点的运动。

按照一种实施例，所述极靴元件由铁磁材料、例如铁磁钢制成。

按照一种实施例，在所述转子的径向上第一宽度阶梯形地过渡到第二宽度。这允许使用磁体组件，它们在径向上分段地具有立方形的磁体模块。

按照一种实施例，所述磁体组件具有两个或多个单独的永久磁体。一个磁体组件的永久磁体相互间可以通过适合的固定措施固定，这易于使永久磁体布置在凹部中。按照一种实施例，所述磁体组件插到两个极靴元件之间的凹部中。按照另一实施例，所述磁体组件具有对应于凹部的形状。例如所述磁体组件的形状可以与凹部的形状互补。按照一种实施例，一个磁体组件的至少两个相互固定的永久磁体允许作为唯一的块件操作所述至少两个永久磁体。按照一种实施例，不是单个的磁体、而是含有两个或多个单个磁体的磁体组件插入到凹部中。按照一种实施例，不是使一个磁体组件的所有永久磁体相互固定，而是只使磁体组件的一部分永久磁体相互固定并且形成磁体模块。例如按照一种实施例，所述磁体模块是立方形的。

按照一种实施例，所述永久磁体的第一宽度和第二宽度和尺寸相互协调，由此使第一宽度与第二宽度之间的差是永久磁体宽度的偶数倍。通过这种方式例如在两个极靴之间在径向外部位置设置比在径向内部位置更多的永久磁体。这允许在构造磁体组件时使用唯一尺寸的永久磁体。这可以简化永久磁体的生产、库存和运输和装配。

按照一种实施例，所述极靴元件具有多个铁磁层和多个电绝缘层，其中在每两个铁磁层之间设置一个电绝缘层，它使这两个铁磁层相互电绝缘。通过这种方式可以减少在极靴元件中的涡流。

按照一种实施例，所述多个铁磁层和与多个电绝缘层形成极靴元件的一个分层部分，并且所述极靴元件还具有由铁磁材料制成的实心部分，它固定在所述分层部分上。通过这种方式例如可以减少在分层部分中的涡流，而实心部分保证极靴元件的高度机械稳定性。

按照一种实施例，所述分层部分和实心部分中的一个具有槽，所述分层部分和实心部分中的另一个具有凸起。例如所述分层部分可以具有槽，所述实心部分具有凸起。按照另一实施例，所述分层部分具有凸起，而所述实心部分具有槽。分层部分与实心部分的凸起-槽连接允许简单地相互固定两个部分，其中例如分层部分也可以可更换地固定在实心部分上。

按照一种实施例，所述凸起能在所述槽的纵向上插入到所述槽中进入插入位置中。所述槽的纵向例如可以平行于轴向。按照另一实施例，所述槽的纵向平行于极靴元件的纵向。

按照一种实施例，所述槽和凸起具有止挡面，它们在插入状态相互对置并且使凸起在垂直于纵向的方向上固定在所述槽中。这避免在插入状态实心部分与分层部分相互间相对运动。

按照一种实施例，所述极靴元件设计成，在装配状态下分层部分与气隙对置并且所述实心部分设置在分层部分的背离气隙的一侧上。通过这种方式可以减少在与气隙相邻的极靴元件部位中的涡流。

按照一种实施例，所述极靴元件完全由所述多个铁磁层和多个电绝缘层构成。

所述铁磁层和电绝缘层可以通过各种适合的方式相互固定。按照一种实施例，所述铁磁层和电绝缘层相互粘接。按照另一实施例，所述铁磁层和电绝缘层通过螺栓相互固定，其中所述铁磁层和电绝缘层分别具有穿口，螺栓延伸穿过所述穿口。当然，也可以设有两个或多个螺栓用于使层相互固定。按照一种实施例，所述铁磁层具有联锁结构的第一部分并且所述电绝缘层具有联锁结构的第二部分，其中所述铁磁层和电绝缘层利用联锁结构的第一部分和联锁结构的第二部分机械地相互固定。例如所述铁磁层可以具有凸起、例如冲切棱，它可以与临接的电绝缘层和/或与相邻的其它铁磁层钩联。

按照另一实施例，所述铁磁层和绝缘层在转子的轴向上交替。按照另一实施例，所述铁磁层和绝缘层在转子的周向方向上交替。按照一种实施例，这样定义层序的方向，使得通过电绝缘层与另一取向相比减小涡流。

按照一种实施例，所述极靴元件在纵向上延伸并且装配在机器零件中的极靴元件的纵向倾斜于转子的旋转轴线设置，例如以锐角（所谓的极靴元件的歪斜；歪斜在德语中意味着“倾斜”）。按照另一实施例，装配在机器零件中的极靴元件的纵向平行于轴向。

按照一种实施例，所述极靴元件具有内端部，它设计成，在机器零件的装配状态下至少部分地与电机的气隙对置。此外按照一种实施例，所述极靴元件具有与内端部相反的外端部。按照一种实施例，所述内端部通过分层部分构成。

按照在此公开的主题的第一方面的实施例所述极靴元件适配于提供一个或多个在这里所述实施例的功能性，和/或提供功能性，如同通过一个或多个在这里公开的实施例所需的那样，尤其也提供在这里公开的主题的其它方面实施例的功能性。

按照在这里公开的主题的第二方面的实施例提供用于电机的机器零件，其中所述电机具有定子、转子和在定子与转子之间的气隙并且所述机器零件或者形成转子或者形成定子。按照一种实施例，所述机器零件含有多个如在这里公开的一个或多个实施例所述的极靴元件。

按照一种实施例，所述极靴元件设置在极靴结构中，在其中各两个极靴元件相互对置并且在转子的周向方向上彼此相距地设置，其方式为在每两个对置的极靴之间构成用于接收磁体组件的凹部。

按照一种实施例，所述极靴元件具有用于接收永久磁体的接收面。按照一种实施例，磁体组件在纵向上只在所述凹部的纵向上的长度的一部分上延伸。换言之，在凹部中在纵向上顺序设置两个或多个磁体组件。例如在极靴元件的纵向上（例如在轴向上）设置5至20个磁体组件，取决于电机的长度。

按照一种实施例，每个极靴元件具有用于接收永久磁体的接收面。按照一种实施例，所述接收面用于接收至少一个永久磁体、例如两个或多个永久磁体。按照一种实施例，所述接收面是平面。平面可以无间隙地顶靠立方形的永久磁体。按照一种实施例，所述极靴元件设计成，形成立方形的或者分段立方形的凹部，其中该立方形是直角立方形。所述极靴元件的这个结构例如可以通过相应倾斜的接收面实现。在凹部的立方形区段内例如可以设置多个永久磁体。立方形或分段地立方形的凹部允许使用立方形永久磁体，这简化永久磁体的加工和装配。立方形永久磁体可以具有一致尺寸，其中立方形永久磁体优选组装成磁体组件并且相互固定。与阶梯形极靴元件相结合（其宽度向着其径向外端部阶梯形地减小），由此通过一致尺寸的永久磁体能够实现磁体组件和从属的极靴元件的有利形状。

按照一种实施例，所述极靴结构且尤其极靴沿着横向于转子旋转平面的纵向延伸。例如所述极靴在一实施例中平行于转子的旋转轴线延伸。按照另一实施例，所述极靴元件倾斜于轴向延伸，其中所述极靴元件的内端部位于圆柱形表面上，用于定义机器零件的圆柱形内表面并由此定义圆柱形气隙。

按照在此公开的主题的第二方面的实施例所述机器零件适配于提供一个或多个在这里所述实施例的功能性，和/或提供功能性，如同通过一个或多个在这里公开的实施例所需的那样，尤其也提供在这里公开的主题的其它方面实施例的功能性。

按照在此公开的主题的第三方面的实施例提供电机，该电机含有：转子和定子；其中或者所述转子或者所述定子通过如在此公开的主题的一个或多个实施例所述的机器零件构成。所述转子基于定子旋转。按照一种实施例，所述转子通过机器零件构成并且所述转子可围绕定子旋转。换言之，所述机器零件按照一种实施例，形成电机、例如发电机的外转子。按照另一实施例，所述转子径向在定子内部可旋转。

按照一种实施例，所述电机具有至少一个永久磁体。例如所述电机可以具有一个或多个按照在此公开的主题的实施例的磁体组件。按照一种实施例，所述永久磁体是铁磁体。在此公开的主题的实施例允许高效地使用铁磁体。这可以在风力涡轮机中使用所述电机。按照一种实施例，所述电机是风力涡轮机的发电机。

按照在此公开的主题的第三方面的实施例所述电机适配于提供一个或多个在这里所述实施例的功能性，和/或提供功能性，如同通过一个或多个在这里公开的实施例所需的那样，尤其也提供在这里公开的主题的其它方面实施例的功能性。

按照在此公开的主题的第四方面的实施例提供风力涡轮机，该风力涡轮机含有如一个或多个在此公开主题所述的电机。

按照在此公开的主题的第四方面的实施例所述风力涡轮机适配于提供在这里所述的一个或多个实施例的功能性，和/或提供功能性，如同通过一个或多个在这里公开的实施例所需的那样，尤其也提供在这里公开的主题的其它方面实施例的功能性。

下面描述在此公开的主题的其它实施例，其中下面的实施例可以与上述实施例任意组合或者在上述实施例中应用。

按照在此公开主题的另一方面提供用于电机的机器零件（例如转子）的极靴结构，尤其用于直接驱动-外转子发电机方案，其中所述电机是发电机并且包括定子和转子，转子可以围绕定子旋转。

按照一种实施例，所述极靴结构包括由铁磁材料制成的第一极靴元件，和由铁磁材料制成的第二极靴元件，其中第一极靴元件和第二极靴元件固定在承载结构上、例如转子承载结构上。当然，概念“第一极靴元件”和“第二极靴元件”可以是电机的两个任意相互在周向方向上对置的极靴元件。第一极靴元件和第二极靴元件在转子的轴向上延伸并且在转子的周向方向上彼此相距，其方式为形成用于接收磁体组件的凹部。每个极靴元件在周向方向上在第一径向内部位置中具有第一宽度，并且在周向方向上在第二径向外部位置中具有第二宽度，其中在径向上第一宽度阶梯形地过渡到第二宽度，并且其中第二宽度小于第一宽度。

概念“承载结构”在此意义上可以是机器零件、例如转子的结构，在其上固定所有必需的元件。

概念“极靴元件”一般是机器零件，它们形成由磁体提供的磁流的磁流分布。极靴元件可以是钢杆、例如钢转子杆，它们可以接收磁体和磁流。通过使用在此描述的极靴结构可以实现通过转子流动的磁场的更好分布，而同样提供在相邻磁体之间的电绝缘。在极靴元件之间的极可以通过磁体提供。

在此描述的极靴结构的实施例形成电机的径向外部的机器零件，这些实施例以这种思想为基础，即在使用所述极靴结构实施例的条件下可以实现外置的机器零件的改善的安装，因为在所述转子和定子组装以后，所述永久磁体可以插到机器零件中。所述结构的实施例允许表面结构使安装的永久磁体-拓扑结构-机器零件模块化，由此也改善磁通集中或分布。但是尽管机器零件形成为内置的机器零件，但是通过在此公开的主题的实施例也总是易于永久磁体的装配，它们能够在径向将永久磁体插到机器零件中。

通过使用所述结构可以提供完全模块化的机器零件表面，其中整个机器零件表面由单独的部件制成。因为按照一种实施例，所有部件、例如极靴元件和磁体从外部可以接触到，因此可以易于维护和修理机器零件尤其上述磁体。

按照在此公开的主题的一实施例第一极靴元件和第二极靴元件通过螺栓固定在承载结构上。该承载结构可以具有不同的部分，在其上可以固定极靴元件。在另一实施例中第一极靴元件和第二极靴元件通过粘接或螺栓或其它固定措施固定在承载结构上。

按照另一实施例，铁磁的材料是磁钢。磁钢的成分可以改变，只要磁钢提供用于接收磁体的磁流的铁磁特性。

按照另一实施例，设置在机器零件的径向向内指向的端部上的每个极靴元件的一部分设计成层压结构部分。

所述的极靴元件的分层部分也可以称为层压结构。如上所述，这种层压结构可以用于减小涡流损失，它们可能在这种机器零件中产生。尤其所述极靴元件的这个部分可以由层压的钢板制成。极靴元件的其余部分可以是实心结构的形式。这可以提供良好的极靴元件稳定性和良好的磁流分布。所述层压可以在轴向或周向方向上呈现，相应于与该机器零件对置的其它机器零件（它例如可以是定子，如果机器零件形成电机的转子）。

按照另一实施例，所述层压结构在通过垂直于转子轴向的截平面形成的横截面中具有梯形。

按照一种实施例，所述极靴元件一般可以具有径向内部的部分，它包括极靴元件的内端部，其中径向内部部分在其横截面中是梯形的，其形式为使径向内部部分的宽度在径向向外的方向上减小。概念“极靴元件的宽度”在这里并且一般地在此涉及极靴元件在周向方向上的尺寸。

所述极靴元件在其径向内部部分中在垂直于转子轴向的平面中具有梯形的横截面，由此可以使极靴元件相互靠近地设置，其中所述梯形的尖端可以对接。按照另一实施例，相邻极靴元件的梯形尖端可以彼此相距地设置。相邻的极靴元件在这种情况下没有接触点。如果磁体组件具有矩形的形状，可以在转子与定子之间的气隙、磁体和极靴元件之间实现气隙。换言之，在这种情况下所述磁体组件与在转子与定子之间的气隙相距地布置。这可以改善磁流分布。

因此按照一种实施例，所述极靴元件在周向上彼此相距，用于定义相邻极靴之间的空隙，用于避免或至少减小磁流的泄漏路径。

按照一种实施例，一般地建议，使在传导磁流的部件、如例如极靴元件（其相互对置并使磁流朝面对定子的方向上集中）之间的磁流最小化。在极靴元件之间并且不延伸通过定子的磁流也称为泄漏流（磁流的泄漏），它例如在传导磁流的部件中导引。在电机作为马达配置的情况下，或者为了产生电流在电机作为发电机配置的情况下，泄漏流无助于产生机械转矩。按照在此公开的主题的实施例通过极靴彼此相距地离开来减小磁流的泄漏。由此提高电机效率。

优选所述极靴元件的在径向的内端部与相邻永久磁体相距地设置。这例如可以通过相应的接收面配置实现。按照一种实施例，在径向上形成极靴元件与径向最内部的永久磁体之间的气隙。通过这种方式可以减小或避免永久磁体的去磁，它可能由于在转子与定子之间的气隙中的强烈磁场引起。这种强烈的磁场例如可能在短路时产生。

按照一种实施例，在径向上延伸的气隙（它在径向最内部的永久磁体与相邻的极靴之间形成）设置在这样的区域中，该区域一般在短路情况下一般大多消磁。

在本发明的备选的实施例中建议，所述永久磁体配有部段，其设置在与极靴相邻的区域中，由此使每个极靴与相邻永久磁体在径向向内方向上相距。因此去除易于消磁的区域。减小消磁效应可以延长含有永久磁体的机器零件的使用寿命。因此相应构成的电机对于延长的持续时间可以可靠地工作。

在本发明的优选实施例中每个极靴元件（例如转子）具有弯曲区段，它适配用于使电机的径向对置的机器零件（例如定子）处于对置。配置所述弯曲区段，由此使向着径向对置的机器零件建立的磁场具有对于有效地产生机械转矩或者对于有效地利用电磁感应产生电流足够的几何形状。

为了消除磁流泄漏路径，按照一种实施例，所述极靴元件优选在机器零件的周向方向上彼此相距，没有通过导引磁流的部件来连接。尤其按照一种实施例，所述极靴元件不通过由铁磁金属、例如可能是铁制成的部件来连接。换言之，使至少两个极靴元件机械地相互连接并且使极靴元件的相对位置相互固定的连接件没有由铁磁材料形成贯通的路径，而是含有至少一个间隔元件，它使铁磁部件保持间隔，其中间隔元件由非铁磁材料构成。消除背面的、径向外置的泄漏件进一步改善电机的效率，因为去掉不必要的泄漏流。按照一种实施例，所述转子的永久磁体以足够的厚度制成，由此有助于机器零件的机械稳定性并且必要时保证稳定性。按照一种实施例，所述极靴元件成形为具有三角形横截面的零件。按照另一实施例，所述极靴元件在垂直于轴向的截平面中具有三角形或基本三角形的区段。

按照另一实施例，非铁磁的盖子固定在磁体组件上。

所述盖子可以为永久磁体提供保护并且还可以固定永久磁体。此外所述盖子可以提供固定，用于消除在径向上由于磁体件公差引起的振动。所述盖子可以是非磁钢或铝，定位在磁体组件的外周边上。所述盖子可以具有软的或减振材料（如泡沫或橡胶）构成的层，它定位在盖子与磁体组件之间。通过盖子从外周边朝径向移动，柔性的或者软的材料能够使得盖子以由于永久磁体或磁体组件的公差所需的程度向下运动。

在此概念“非磁”和“非铁磁”一般同义地使用，即，概念“非磁”总是读作“非铁磁”。

所述盖子可以旋拧在极靴元件上。这同样可以有助于使磁体组件在所在地点和位置上固定。

此外所述减振材料除了机械减振还可以用作密封，用于排除颗粒、湿气或含盐空气、水或各种其它形式的流体或污物进入到电机中。

按照另一实施例，在机器零件（例如转子）的轴向端部上设置端板。

所述极靴元件可以以角度设置在端板之间，用于允许错位（歪斜、倾斜）。所述端板可以由非磁材料制成，用于避免磁体短路。所述端板可以用于将极靴元件固定在机器零件上（例如在转子上）。

按照在此公开的主题的另一方面提供电机，包括如上所述的定子和转子，其中所述转子可以基于定子旋转并且转子和定子中的一个通过按照一个或多个在此公开的实施例的机器零件构成。按照一种实施例，所述机器零件外置地设置，即，所述机器零件形成外置的转子或者外置的定子。“外置”通常在此意义上意味着，所述机器零件设置在另一机器零件径向外部。

所提供的电机实施例以这种思想为基础，在转子和定子组装以后，磁体可以插到机器零件中。这可以通过外置地布置极靴元件实现，其提供凹部的向着机器零件的外侧面的开口，用于插入磁体组件。

按照在此公开的主题的另一方面提供用于产生电功率的风力涡轮机。所提供的风力涡轮机包括塔架、风力涡轮机转子，它设置在塔架的上部并且它具有至少一个叶片，该风力涡轮机还具有如上所述的发电机形式的电机，其中所述发电机机械地与风力涡轮机转子连接，例如没有中间连接传动机构（直接驱动发电机）。

在风力涡轮机设计中有利的是，使塔架上部中的质量、即尤其吊舱和发电机的质量保持较小。通过这种方式可以相对使用于运输以及用于基础和塔架的成本较低。发电机的轻重量在规定的发电机额定功率时例如可以通过永久磁体实现，它们含有稀土（稀土磁体）。但是稀土磁体是昂贵的并且施加非常大的磁力。在传统的发电机中在安装发电机在风力涡轮机中以后几乎不能更换稀土磁体。

按照在此公开的主题的实施例的发电机解决或减小传统的用于风力涡轮机的发电机的一些问题。按照在此公开的主题的实施例所述至少一个永久磁体是铁磁体。尽管由此在相同的额定功率时发电机的质量可能重于在传统的具有稀土磁体的发电机，但是发电机在制造中价廉并且铁磁体的价格水平比稀土磁体的价格水平更恒定。此外磁体可以容易地更换，即使发电机已经安装在风力涡轮机中。尤其对于外动子（即，具有外置转子的发电机）可以以简单的方式实现更换，例如通过在吊舱中的小吊车。因此当发电机已经安装在风力涡轮机中时，可以安装或更换有缺陷的磁体本身。铁磁体的另一优点是，磁体温度比在稀土磁体中更无问题，由此易于冷却发电机。

按照一种实施例，铁磁体以磁体组件的形式装配在发电机中。这通常是成本有利且有效的，以标准尺寸加工永久磁体并且布置在结构组件中。

按照一种实施例，所述电机是风力涡轮机的直接驱动发电机，具有外置的转子。

必需注意，已经描述了基于不同主题的实施例。尤其已经描述了基于装置类型的权利要求的几个实施例，也描述了基于方法类型的权利要求的其它实施例。但是专业人员由上述和下面的描述得出，除了每个属于一个主题类型的特征组合，只要不另外说明，涉及不同主题的特征之间的、尤其装置类型的权利要求特征与方法类型的权利要求特征之间的各种组合都视为通过本申请公开的内容。

附图说明

上面定义的方面和本发明的其它方面由下面要描述和说明的实施例示例参照示例实施例加以说明。下面借助于示例实施例详细描述本发明，但是本发明不局限于这些示例实施例。

图1示出按照在此公开主题的实施例的极靴结构，

图2示出按照在此公开主题的实施例的极靴结构，

图3示出按照在此公开主题的实施例的极靴结构，

图4示出按照在此公开主题的实施例的极靴元件，

图5示出按照在此公开主题的实施例的极靴元件，

图6以沿着线VI-VI的俯视图示出图5的极靴元件，

图7示出按照在此公开主题的实施例的极靴元件，

图8、9和10以不同轴向位置的剖视图示出图7的极靴元件，

图11示出按照在此公开主题的实施例的极靴元件，

图12示出按照在此公开主题的实施例的机器零件，

图13示出按照在此公开主题的实施例的机器零件，

图14示出按照在此公开主题的实施例的磁体组件，

图15示出按照在此公开主题的实施例的电机的一部分。

在附图中的图示是简示的。要指出，在不同的附图中类似或相同的部件配有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出按照在此公开主题的实施例的极靴结构100。

极靴结构例如可以用于电机的转子，其中电机具有定子和转子，转子可以围绕定子旋转。按照另一未示出的实施例转子可旋转地设置在定子内部，其中在这种情况下按照一种实施例，外置的定子具有极靴结构100。也可以可选地内置的转子或内置的定子具有极靴结构100。极靴结构包括第一极靴元件101和第二极靴元件102。两个极靴元件可以由铁磁材料、例如铁磁钢制成。极靴元件可以接收磁体组件103的磁流。按照一种实施例，电机、例如参照附图所述的电机是发电机。按照一种实施例，机器零件、例如参照附图所描述的机器零件是转子。但是当然，这仅仅是示例性的并且按照其它实施例电机可以是马达和/或机器零件可以是定子。

极靴元件101、102固定在转子上，例如转子承载结构（未示出）上。极靴元件在纵向151、例如轴向上延伸，如同在图3中看到的那样，在那里以轴向视图示出极靴结构300的极靴元件101。极靴元件101、102在转子周向方向上相互间以这种方式相距，使得形成用于接收磁体组件103的凹部。凹部的形状可以对应于磁体组件103的形状。例如磁体组件103的轮廓与凹部的轮廓互补。每个极靴元件在周向方向上在第一径向内部位置中具有第一宽度，并且在周向方向上在第二径向外部位置中具有第二宽度。换言之，极靴元件向着转子径向外端部变得更薄。但是在各种情况下内部宽度都大于外部宽度。在宽度之间的过渡按照一种实施例，以阶梯形成。按照另一实施例，连续地实现在第一宽度与第二宽度之间的过渡。例如按照一种实施例，极靴元件可以具有锥形的横截面。

极靴元件的最大宽度在接近在转子与定子106之间的气隙104（或电机的磁气隙）的位置。极靴元件的最小宽度在接近转子外部105（空气）的位置。例如极靴元件101、102可以在其内部的、面对气隙104的端部上具有最大宽度，并且在其外部的、与内端部对置的端部上具有最小宽度。

图2示出按照在此公开主题的实施例的极靴结构200。

按照一种实施例，在极靴元件101的周向方向上最宽的部分、即也是最接近电机磁气隙的部分201横交于纵向（例如垂直于纵向）具有梯形形状的横截面，它在离开气隙的方向上在其宽度上收缩，如同在图2中所示的那样。极靴元件101的这个部分201可以由层压结构制成。这可以提供减小涡流损失的优点。如图2所示，层压可以在周边上设置，即，层压的不同层序在周向方向149上实现。

图3示出按照在此公开主题的实施例的极靴结构300。

在图3中相应的实施例示出层压的轴向结构，即，在纵向151上实现极靴元件101的在与气隙对置的部分301中的层序。按照一种实施例，层压的结构要对应于定子结构。

图4示出按照在此公开主题的实施例的极靴元件101。按照一种实施例，极靴元件101具有在纵向151上延伸的磁体接纳区段554，在其中极靴元件101在附设极靴元件的电机转子的周向方向149上在第一径向内部位置132中具有第一宽度134，并且在周向方向上在第二径向外部位置中具有第二宽度138，由此形成在磁体接纳区段554中的阶梯140。按照另一实施例，极靴元件101在周向方向上在第三径向外部位置137中具有第三宽度139，其中在径向125上极靴元件的在周向方向上的宽度从第二径向外部宽度138阶梯形地过渡到第三径向外部宽度139，用于形成在磁体接纳区段554中的另一阶梯140。按照一种实施例，第二宽度138小于第一宽度134，第三宽度139小于第二宽度138。

按照实施例极靴元件101具有在磁体接纳区段554中的至少一个阶梯140，例如两个阶梯140，如图4中所示那样。按照一种实施例，极靴元件对称地构成，即，极靴元件101的两个相互背离的侧面142和144以这种方式构成，使这两个侧面142、144具有接收面124，在其上设置电机的永久磁体。按照一种实施例，在径向125上设置三个接收面124，它们分别通过阶梯140相互分开。通过极靴元件101的对称结构可以使极靴元件的两个侧面142、144配备永久磁体。

按照一种实施例，极靴元件101具有多个铁磁层560和多个电绝缘层562，其中在每两个铁磁层560之间设置一个电绝缘层562，它使这两个铁磁层562相互电绝缘。其中几个铁磁层以560表示，其中几个电绝缘层以562表示。通过交替的铁磁层560和绝缘层562可以减小极靴元件101中的涡流。铁磁层560和绝缘层562可以通过各种适合的方式相互连接，例如通过粘接，如图4所示那样，或者按照另一实施例，通过机械的固定元件。

图5示出按照在此公开主题的实施例的极靴元件101。

在图5中的极靴元件101除了铁磁层560和电绝缘层562的固定以外与图4的极靴元件101相同地构成。按照一种实施例，极靴元件101包括至少一个通孔564，穿过它可以设置螺栓，利用它使铁磁层560与电绝缘层562相互压紧并由此相互固定。

按照一种实施例，代替通孔564或附加地对于通孔564设有联锁结构，例如冲切棱，其中铁磁层具有联锁结构的第一部分，并且电绝缘层具有联锁结构的第二部分，其中铁磁层和电绝缘层利用联锁结构的第一部分和联锁结构的第二部分机械地相互固定。

图6以沿着线VI-VI的俯视图示出图5的极靴元件101。按照一种实施例，通孔564平行于极靴元件101的纵向151延伸。按照一种实施例，通孔564平行于电机的轴向566延伸，它通过电机转子的旋转轴线定义，如同在图6中所示的那样。

图7示出按照在此公开主题的实施例的极靴元件。按照一种实施例，极靴元件101沿着其纵向151延伸，其中纵向倾斜于轴向566设置。换言之，铁磁层560和电绝缘层562分别以小的数值侧面离开轴向566移动。极靴元件纵向151与轴向566的这个偏差称为倾斜（英语歪斜），并且具有优点，即减小电机的转矩波动性。此外通过“歪斜”减小齿槽转矩，其使电机转子定位在确定的旋转位置。因此结果是，减小电机振动和噪声。

在铁磁层与电绝缘层的旋拧中按照一种实施例，通孔564倾斜地穿过极靴元件101延伸。图8、9和10以不同轴位置的剖视图示出图7的极靴元件，它们在图7中通过VIII-VIII、IX-IX和X-X表示。

按照一种实施例，极靴元件完全由所述多个铁磁层560和电绝缘层562构成，例如在图4中的极靴元件101、在图5中的极靴元件101和在图6至图10中的极靴元件101。

图11示出按照在此公开主题的实施例的极靴元件101。已经借助于图4至10讨论过的极靴元件101的特征在图11的描述中去掉，其中类似或相同的元件以相同的附图标记表示。

按照一种实施例，所述多个铁磁层560和多个电绝缘层形成极靴元件的分层部分568。此外按照一种实施例，极靴元件具有由铁磁材料制成的实心部分570，它固定在分层部分568上。通过这种方式可以改变极靴元件101的特性，其中例如在分层部分568中比在实心部分中更有效地抑制涡流，而实心部分570例如可以提供更高的机械稳定性。实心部分570的倾斜（歪斜）例如可以通过相应的机械加工在加工实心部分时实现。

按照一种实施例，分层部分568和实心部分570中的一个具有槽，例如实心部分570具有槽。分层部分和实心部分中的另一个，例如分层部分568具有凸起574，它可以插入到槽572中。按照一种实施例，槽572和凸起574具有止挡面576、578，它们在插入状态相互对置并且使凸起在垂直于纵向151的方向上固定在槽572中。按照一种实施例，构成极靴元件，由此在装配状态下，在该状态下凸起574插入到槽572中，并且极靴元件位于其在电机中的规定位置，分层部分568与气隙104对置并且实心部分570设置分层部分的在背离气隙104的侧面上。

图12示出按照在此公开主题的实施例的机器零件400，它例如可以以转子的形式呈现。

如图12所示，在转子400的轴向端部上（例如在极靴元件101的端面上）设置端板401、402，例如以正面板和背面板的形式。极靴元件101可以固定在转子上，通过焊接或旋拧在端板上。多个极靴元件101可以设置在转子结构上，其中每个极靴元件在端板之间延伸并且与下一极靴元件相距，用于形成用于磁体组件的凹部。

图13示出按照在此公开主题的实施例的机器零件500，它例如可以以转子的形式呈现。

如图13所述，磁体组件102可以插到凹部中，其由极靴元件101提供。因此按照一种实施例，转子500的径向外表面通过磁体组件覆盖。磁体组件可以通过非磁材料覆盖，它提供保护。按照在此公开的主题的实施例非磁（非铁磁）材料例如可以是盖子。

图14示出按照在此公开主题的实施例的磁体组件103。

与示例地在图14中示出的那样，磁体组件103由多个单个的永久磁体601至604构成，它们形成凹部148的轮廓。单个磁体件（永久磁体）在边长上优选不大于25cm。

在图14中所示的示例中磁体组件103由15个部分组成。磁体件（永久磁体）精确地具有相同的尺寸。这可以提供优点，即设计可以是模块化的并且不同的磁体件可以方便地处理。磁体件可以具有不同的材料。例如磁体件601，它们靠近气隙，具有更高的矫顽磁场强度，用于更好地抵制去磁，它在短路情况下与磁体对立。其它磁体件602、603和604可以具有较小的矫顽场强。如同在此所述的那样，按照一种实施例，磁体组件可以具有多个相互固定的铁磁体。

按照一种实施例，不是一个磁体组件的所有永久磁体都相互固定，而是一个磁体组件的部分永久磁体相互固定并且形成磁体模块。例如在周向方向上并排的磁体、例如磁体601可以相互固定，用于形成磁体组件的磁体模块。可以根据磁体模块的尺寸和重量实现将磁体组件划分为磁体模块（在其中永久磁体相互连接（相互固定））。当然也可以使一个磁体组件的所有永久磁体相互固定，例如紧挨地固定。

图15以发电机、尤其风力涡轮发电机的形式示出按照在此公开主题的实施例的完整电机700的一部分。转子710围绕定子720可旋转地设置。定子与轴706连接并且具有线圈结构705，其中在线圈之间形成气隙704。按照在此公开主题的实施例转子710形成机器零件。

气隙104在转子710与定子720之间形成。此外通过极靴元件101、102和磁体组件103形成气隙702。在极靴元件的侧面上（这些侧面与磁体组件103相反）可以分别设置另一磁体组件103。对此要明确地指出，气隙702和704不允许与转子710与定子720之间的气隙104混淆。如果在此在其它位置涉及“气隙”，总是指的是转子与发电机之间的气隙，如果不如同在气隙702和704的情况下另外指出的话。

向着转子外部105（它可以是空气），可以从上面设置盖子701在磁体组件103上。这可以提供防污保护。为了减小振动，可以在盖子701与磁体组件103之间设置减振材料703。

机器零件710具有第一极靴元件101和第二极靴元件102，第二极靴元件102与第一极靴元件101相距地设置，使得在第一极靴元件101与第二极靴元件102之间形成用于接收至少一个永久磁体501的凹部148。每个极靴元件具有内端部120和外端部122。机器零件在凹部148中还含有所述至少一个永久磁体501。按照一种实施例，在凹部中设置多个永久磁体，如同在图15中所示的那样，在其中以501表示永久磁体的一部分。按照一种实施例，永久磁体501形成磁体组件103，它设置在凹部中。按照一种实施例，磁体组件103具有外形状，它对应于凹部的形状，由此使磁体组件103插入到凹部148中。

按照一种实施例，且如图15所示，在这个描述中涉及的永久磁体501总是磁体组件103的永久磁体。

在此描述的极靴结构和磁体组件可以提供下面的优点：无需背面铁路径；取而代之，可以使用具有减振效应的非磁盖子。无需正面铁路径，这在周向方向上在极靴元件之间的气隙中引起。在使用相同几何尺寸的磁体件的条件下可以实现模块化的磁体模块设计。这也导致方便的装配，由于类似拼图的设计，在那里所有磁体模块插到两个转子极靴元件之间。设计的模块化还可以允许从侧面（空气）装配，这可以减小运输成本。此外更易于维修和维护，因为更容易接触到磁体模块和极元件。在有故障的磁体模块或极靴元件情况下，模块化的设计也允许中间更换性。因为机械的和电磁的结构功能性相组合，可以实现最佳地使用材料和紧凑的电机。

在此给出的尺寸仅仅示例地给出用于相关元件的可能尺寸。当然，这些示例的尺寸总是要适配于电机的要求和尺寸并由此可以明显超过或低于示例的尺寸。

此外要注意，概念“具有”和“包括”不排除其它元件或步骤并且“一”或“一个”不排除复数。结合不同实施例描述的元件也可以组合。也要注意，在权利要求中的附图标记不应作为权利要求范围的限制。

总之，按照一种实施例，描述用于电机700的极靴元件101，其中电机700具有定子720、转子710和在定子720与转子710之间的气隙。按照一种实施例，极靴元件101含有在极靴元件101的纵向151上延伸的磁体接纳区段554，在该磁体接纳区段中极靴元件101在转子710的周向方向149上在第一径向内部位置132具有第一宽度134，并且在周向方向上在第二径向外部位置136具有第二宽度138，其中第二宽度138小于第一宽度134。

Claims (14)

1.用于电机（700）的极靴元件（101），其中该电机（700）具有定子（720）、转子（710）和在定子（720）与转子（710）之间的气隙，所述极靴元件（101）含有：

在极靴元件（101）的纵向（151）上延伸的磁体接纳区段（554），在该磁体接纳区段中所述极靴元件（101）在转子（710）的周向方向（149）上在第一径向内部位置（132）中具有第一宽度（134）并且在周向方向上在第二径向外部位置（136）中具有第二宽度（138）；并且

第二宽度（138）小于第一宽度（134），

其中，所述极靴元件（101）具有实心部分（570）和分层部分（201、568），所述实心部分（570）由铁磁材料制成，所述分层部分（201、568）由多个铁磁层（560）与多个电绝缘层（562）形成，所述实心部分固定在所述分层部分（201、568）上。

2.如权利要求1所述的极靴元件（101），其中在所述转子（710）的径向上第一宽度（134）阶梯形地过渡到第二宽度（138）。

3.如权利要求1或2所述的极靴元件（101），其中在每两个铁磁层（560）之间设置一个电绝缘层（562），所述电绝缘层使这两个铁磁层（560）相互电绝缘。

4.如权利要求1所述的极靴元件（101），其中所述分层部分（568）和实心部分（570）中的一个具有槽（572），所述分层部分（568）和实心部分（570）中的另一个具有凸起（574）；

所述凸起（574）能在所述槽的纵向上插入到所述槽（572）中进入插入位置中；并且

所述槽（572）和凸起（574）具有止挡面（576、578），所述止挡面在插入状态中相互对置并且使凸起（574）在垂直于纵向的方向上固定在所述槽（572）中。

5.如权利要求1或4所述的极靴元件（101），其中所述极靴元件（101）设计成，在装配状态下所述分层部分（568）与气隙（104）对置并且所述实心部分（570）设置在分层部分（568）的背离气隙（104）的一侧上。

6.如权利要求1或2所述的极靴元件（101），还含有至少一个下列特征：

所述铁磁层（560）和电绝缘层（562）相互粘接；

所述铁磁层（560）和电绝缘层（562）通过螺栓相互固定，其中所述铁磁层（560）和电绝缘层分别具有穿口（564），螺栓延伸穿过所述穿口；

所述铁磁层（560）具有联锁结构的第一部分并且所述电绝缘层（562）具有联锁结构的第二部分，其中所述铁磁层（560）和电绝缘层（562）能利用联锁结构的第一部分和联锁结构的第二部分机械地相互固定；

所述铁磁层（560）和电绝缘层（562）在转子（710）的轴向（566）上交替。

7.如权利要求1或2所述的极靴元件（101），其中

所述极靴元件（101）在纵向（151）上延伸并且装配在机器零件中的极靴元件（101）的纵向（151）布置成倾斜于转子（710）的旋转轴线。

8.用于电机（700）的机器零件，其中所述电机（700）具有定子（720）、转子（710）和在定子（720）与转子（710）之间的气隙并且所述机器零件或者形成转子（710）或者形成定子（720）；所述机器零件含有：

多个如上述权利要求中任一项所述的极靴元件（101）。

9.如权利要求8所述的机器零件，其中每两个极靴元件（101）相互对置并且在转子（710）的周向方向（149）上彼此相距地设置，其方式为在每两个对置的极靴元件（101）之间构成用于接收磁体组件（103）的凹部（148）。

10.电机（700），含有：

转子（710）和

定子（720），

其中或者所述转子（710）或者所述定子（720）通过如权利要求8或9所述的机器零件构成。

11.如权利要求10所述的电机（700），其中所述电机（700）具有至少一个永久磁体（501、601-604）。

12.如权利要求11所述的电机（700），其中所述永久磁体（501、601-604）是铁磁体。

13.如权利要求10至12中任一项所述的电机（700），其中所述电机（700）是风力涡轮机的发电机。

14.风力涡轮机，含有如权利要求10至12中任一项所述的电机（700）。