CN108777521B - 磁极模块、电机转子及制造该电机转子的方法 - Google Patents

磁极模块、电机转子及制造该电机转子的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及磁极模块、电机转子及制造该电机转子的方法。一种电机转子(1000)包括转子磁轭(150)和设置在所述转子磁轭(150)上的多个磁极模块(100)，每个磁极模块(100)包括基板(110)、罩壳(140)和容纳在由所述基板(110)和所述罩壳(140)形成的容纳空间中的极性相反的一对磁极单元(120、130)，其中，每个磁极模块(100)内的一对磁极单元(120、130)沿着所述转子磁轭(150)的圆周方向彼此间隔开第一距离。根据本发明的电机转子能够兼顾发电机性能(齿槽转矩、转矩脉动)、磁极的防护和磁极的机械固定。

Description

磁极模块、电机转子及制造该电机转子的方法
技术领域
本发明涉及电机领域，更具体地，涉及磁极模块、包括该磁极模块的电机转子以及制造该电机转子的方法。
背景技术
对于大型风力发电机组的永磁直驱发电机，两项重要设计指标在于减小发电机的齿槽转矩和转矩脉动。发电机的齿槽转矩越小，意味着风力发电机组具有越低的切入风速，扩大了机组的转速运行范围，提高了风能利用率和机组发电量。发电机的转矩脉动越小，风力发电机组的运行稳定性越高，轴承等旋转部件的使用寿命越长。
为了减小发电机的齿槽转矩和转矩脉动，目前在电机设计中通常的解决方案为电机采用定子斜槽方式或者转子斜极方式。若采用电机定子斜槽方式，不但会使线圈因斜槽角度等问题而难于制造，还会使线圈长度增加，绕组电阻增大，导致电机的铜损耗增大，发热增大。对于电机转子斜极方式，参照图1，若采用将转子磁轭上的每个磁极沿轴向倾斜的方式，需要将转子磁轭2上的每个磁极1沿电机轴向倾斜，意味着磁极1或转子磁轭2须做成异形(即，除了诸如长方体等常规磁极形状之外的其他形状)，这不但增加了磁极1或转子磁轭2的制造难度，也增加了在生产和装配磁极1时所需模具和工装的加工制造难度，极大降低了磁极1或转子磁轭2的成品率，导致产品成本增加。此外，参照图2，电机转子斜极方式也可以是将电机轴向上的多段常规的磁极11沿轴向错开一定的角度(即，分段斜极)，但是，这对磁极11装配时的尺寸控制精度提出了严格要求，降低了磁极11的成品率和装配效率，进而降低了生产效率。
此外，尤为重要的是，风力发电机组的运行工况复杂多变，发电机的设计寿命通常要求20年甚至25年，这就要求转子磁极的固定和防护工艺提供更高的耐机械疲劳性能和耐腐蚀性能。转子磁极的固定方式主要有表贴式和插入式两种。表贴式磁极固定工艺是将磁极通过树脂粘接固定在转子磁轭表面。表贴式磁极固定工艺由于磁极完全通过树脂粘接力固定于转子磁轭表面，一旦工艺执行过程中出现密封薄弱点，在风力发电机组长时间高温度、高湿度运行条件下，磁极极易由于密封不足出现锈蚀粉化，进而造成树脂对磁极的粘贴失效，最终发生锈蚀的磁极在磁极之间相互排斥力的作用下，脱离转子发生跳出现象，导致定子与转子磨损乃至发电机故障下塔事故。插入式磁极固定工艺，将磁极插入到位于转子铁心的槽中，再通过端板固定磁极轴向两端，实现对磁极的固定。虽然插入式磁极固定工艺通过插槽固定式结构实现了对磁极的可靠固定，但仍然存在着磁极密封不足的隐患，在风力发电机组长时间高温度、高湿度运行条件下，磁极极易出现锈蚀粉化，从而削弱了转子磁极的励磁磁通和发电机的气隙磁感应强度，进而降低了风力发电机组的发电量。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，根据本发明的一个方面，提供一种兼顾发电机性能(齿槽转矩、转矩脉动)、磁极防护和磁极机械固定的具有磁极偏移结构特征的电机转子。
根据本发明的另一方面，提供一种能够实现对磁极或磁极单元的良好密封和防护，且易于机械固定的磁极模块。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造上述电机转子的方法。
根据本发明的一个方面，一种电机转子括转子磁轭和设置在转子磁轭上的多个磁极模块，每个磁极模块包括基板、罩壳和容纳在由基板和罩壳形成的容纳空间中的极性相反的一对磁极单元，其中，每个磁极模块内的一对磁极单元沿着转子磁轭的圆周方向彼此间隔开第一距离。
可选地，周向相邻的不同磁极模块中的相邻的磁极单元可沿着转子磁轭的圆周方向彼此间隔开第二距离，其中，第一距离可与第二距离不同。
可选地，周向相邻的不同磁极模块可沿着转子磁轭的圆周方向彼此间隔开预定距离。
可选地，基板上可设置有突起部，突起部可沿着轴向设置在基板的正表面上，一对磁极单元中的每个磁极单元可分别紧贴着突起部设置在突起部的两侧，每个磁极单元可包括在轴向上对齐的多个磁极，每个磁极单元中的多个磁极可具有相同的极性。
可选地，每个磁极单元的正表面可通过粘结剂被粘接在罩壳的内表面上。
可选地，罩壳、基板和一对磁极单元之间的各个间隙可被树脂填充。
可选地，基板上可设置有多个基板通孔，罩壳上可设置有与多个基板通孔对应的多个罩壳通孔，转子磁轭上可设置有螺纹孔，多个基板通孔、多个罩壳通孔、螺纹孔可彼此对齐，并可通过紧固件将磁极模块机械固定在转子磁轭上。
可选地，多个磁极模块可沿着转子磁轭的圆周方向成排地设置在转子磁轭上，成排的磁极模块中的每个磁极模块可在转子磁轭的圆周方向上彼此对齐，并且，多个磁极模块可沿着平行于电机转子的中心旋转轴线的轴向方向成列地设置在转子磁轭上，成列的磁极模块中的每个磁极模块可在平行于电机转子的中心旋转轴线的轴向方向上彼此对齐。
可选地，不同磁极模块中的周向相邻的磁极单元的极性可相反，不同磁极模块中的轴向相邻的磁极单元的极性可相同。
根据本发明的另一方面，一种磁极模块包括：基板；第一磁极单元和第二磁极单元，设置在基板的正表面上，第一磁极单元和第二磁极单元的极性相反并彼此间隔开第一距离；罩壳，扣装在第一磁极单元、第二磁极单元和基板上。
可选地，磁极模块还可包括突起部，突起部可设置在基板的正表面上，并位于第一磁极单元和第二磁极单元之间。
可选地，第一磁极单元和第二磁极单元可与罩壳的内表面之间通过粘结剂粘接在一起。
可选地，基板可包括设置在基板的两侧上的多个基板通孔，罩壳可包括设置在罩壳的两侧上的多个罩壳通孔，其中，多个基板通孔可与多个罩壳通孔对齐。
可选地，罩壳、基板、第一磁极单元和第二磁极单元之间的各个间隙可被树脂填充。
可选地，第一磁极单元和第二磁极单元可在宽度方向上彼此间隔开，每个磁极单元可包括在长度方向上对齐的多个磁极，每个磁极单元中的多个磁极具有相同的极性。
根据本发明的另一方面，提供一种制造电机转子的方法，所述方法包括：将极性相反的一对磁极单元并列设置在基板上，并使一对磁极单元间隔开第一距离；将罩壳扣装在一对磁极单元和基板上并在罩壳与基板之间形成密封空间；对由罩壳和基板形成的密封空间灌注树脂，从而形成磁极模块；将多个磁极模块设置在转子磁轭上，以使周向相邻的不同磁极模块中的相邻的磁极单元沿着转子磁轭的圆周方向彼此间隔开第二距离，第一距离与第二距离不同。
可选地，所述方法还可包括：在将一对磁极单元设置在基板上之前，可在基板的中部设置突起部，并可将一对磁极单元设置在突起部的两侧。
可选地，在扣装罩壳之前，可在一对磁极单元的每个磁极单元的正表面上涂覆粘结剂，用于使正表面粘接到罩壳上；在将罩壳扣装在一对磁极单元之后，可压紧罩壳和一对磁极单元的正表面，以使罩壳和一对磁极单元的正表面之间的粘结剂完全铺开；可对罩壳与基板之间的外部接缝进行密封，以使罩壳和基板形成密封空间。
可选地，罩壳还可包括分别设置在罩壳的两个端表面上的抽真空嘴和注胶嘴，所述方法还可包括如下步骤：通过抽真空嘴和注胶嘴对由罩壳与基板形成的密封空间的内部灌注树脂，以使罩壳、基板和一对磁极单元之间的各个间隙被树脂填充，在灌注树脂完成后，去除抽真空嘴和注胶嘴，并对去除注胶嘴和抽真空嘴后的位置涂覆密封剂以进行密封。
可选地，在基板上可开设多个基板通孔、在罩壳上可开设多个罩壳通孔并可在转子磁轭上开设多个螺纹孔，所述方法还可包括如下步骤：通过使多个紧固件分别穿过多个基板通孔、多个罩壳通孔和多个螺纹孔而将多个磁极模块机械地固定到转子磁轭上，并使不同磁极模块中的周向相邻的磁极单元的极性相反，不同磁极模块中的轴向相邻的磁极单元的极性相同。
通过采用本发明的电机转子，可降低发电机的齿槽转矩和转矩脉动，同时确保磁极或磁极单元可靠地固定在转子磁轭上，并实现对磁极或磁极单元的可靠密封，从而兼顾了发电机性能(齿槽转矩、转矩脉动)、磁极防护和磁极机械固定。
通过采用本发明的磁极模块，可以有效地将磁极或磁极单元可靠地密封，并利于对磁极或磁极单元的机械固定。
通过采用本发明的制造电机转子的方法，可减少磁极模块制造工时并实现磁极的可靠密封防护和固定，同时提供能够降低发电机的齿槽转矩和转矩脉动的磁极排布方式。
附图说明
图1是示出现有技术中的采用转子斜极方式的电机转子的一部分的示意图；
图2是示出现有技术中的采用转子分段斜极方式的电机转子的一部分的示意图；
图3是示出根据本发明的第一实施例的磁极模板的基板的结构示意图；
图4是示出根据本发明的第一实施例的磁极模块的基板和磁极单元的结构示意图；
图5是示出根据本发明的第一实施例的磁极模块的罩壳的结构示意图；
图6是示出根据本发明的第一实施例的磁极模块的基板、磁极单元和罩壳的结构示意图；
图7是示出根据本发明的第一实施例的磁极模块(包括注胶嘴和抽真空嘴)的结构示意图；
图8是示出根据本发明的第一实施例的磁极模块(去除注胶嘴和抽真空嘴)的结构示意图；
图9是示出根据本发明的第一实施例的电机转子的一部分的结构示意图；
图10是示出根据本发明的第二实施例的磁极模块的基板、磁极单元和罩壳的结构示意图；
图11是示出根据本发明的第二实施例的压条的结构示意图；
图12是示出根据本发明的第二实施例的电机转子的一部分的结构示意图；
图13是示出根据本发明的第二实施例的电机转子的一部分的结构示意图。
附图标号说明：
1-磁极；2-磁轭；11-磁极；100-磁极模块；110-基板；111a-正表面；111b-背表面；112a-第一侧表面；112b-第二侧表面；113a-第一端表面；113b-第二端表面；114-突起部；115-基板通孔；120-第一磁极单元；121a-正表面；121b-背表面；122a-第一侧表面；122b-第二侧表面；123a-第一端表面；123b-第二端表面；130-第二磁极单元；131a-正表面；131b-背表面；132a-第一侧表面；132b-第二侧表面；133a-第一端表面；133b-第二端表面；140-罩壳；141a-第一部分；141b-第二部分；141c-第三部分；145-罩壳通孔；148-抽真空嘴；149-注胶嘴；150-转子磁轭；160-垫片；170-紧固件；1000-电机转子；200-磁极模块；210-基板；220-第一磁极单元；230-第二磁极单元；240-罩壳；248-抽真空嘴；249-注胶嘴；250-转子磁轭；251-螺纹孔；260-垫片；270-紧固件；280-压条；281-突出部分；282-第一边缘部分；283-第二边缘部分；2000-电机转子。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好地理解本发明的技术构思，下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。
在本文中提及的“轴向”是指平行于电机转子的中心旋转轴线的轴向方向，“周向”是指沿着转子旋转方向的圆周方向，“径向”是指电机的半径方向。
图3至图9示出了根据本发明的第一实施例的磁极模块100以及包括该磁极模块100的电机转子1000。参照图3至图8，磁极模块100可主要包括基板110、一对磁极单元(第一磁极单元120和第二磁极单元130)和罩壳140。一对磁极单元设置在基板110上，并相互间隔预定距离，罩壳140覆盖在一对磁极单元上，密封一对磁极单元。
多个磁极模块100将固定在转子磁轭150的表面上，从而形成电机转子1000。在下面的描述中，为了便于描述，将用“轴向”、“周向”、“径向”等指示方向的术语来描述磁极模块100的结构。
如图3和图4所示，基板110可以是具有一定厚度的矩形或方形的板。基板110在厚度方向上可具有正表面111a和背表面111b。第一磁极单元120和第二磁极单元130可设置在基板110的正表面111a上。基板110还可具有宽度方向上的第一侧表面112a和第二侧表面112b以及长度方向上的第一端表面113a和第二端表面113b。基板110可以由导磁材料制成。
突起部114可沿着长度方向设置在基板110的正表面111a上，用于将第一磁极单元120和第二磁极单元130分隔开。优选地，突起部114可固定在基板110的对称中心线上。如图3所示，突起部114可以是设置在基板110上的细长形的凸台。突起部114可通过粘结剂(例如，结构胶)粘贴在基板110的正表面111a上，突起部114也可以与基板110一体地形成。如图3中所示，突起部114的长度与基板110的长度相等，也就是突起部114的两端与基板110的端表面彼此对齐，但本发明的实施例并不限于此。突起部114的长度也可以与基板110的长度不同，突起部114可以具有任何适合的形状，突起部114还可以由多个不连续的部分(诸如，柱状体)组成，只要突起部114能够设置在两列磁极单元120、130之间，以隔开两列磁极单元120、130即可。
在宽度方向上，第一磁极单元120和第二磁极单元130可分别紧贴着突起部114设置在突起部114的两侧。第一磁极单元120和第二磁极单元130通过突起部114分隔开，从而使两列磁极单元在物理上隔离开，进而防止由于电机长时间工作而使第一磁极单元120和第二磁极单元130相对于彼此移动(例如，因为磁场作用)。
第一磁极单元120和第二磁极单元130可在宽度方向上彼此间隔开，第一磁极单元120和第二磁极单元130中的每个磁极单元可分别包括一个磁极，并且，第一磁极单元120和第二磁极单元130中的每个磁极单元也可分别包括在长度方向上对齐的多个磁极。每个磁极单元中的多个磁极可具有相同的极性。如图4所示，每个磁极单元分别包括3个磁极。第一磁极单元120和第二磁极单元130的极性相反，从而组成一对磁极单元，例如，第一磁极单元120可以是N极(即，第一磁极单元120中的每个磁极的极性均为N)，第二磁极单元130可以是S极(即，第二磁极单元130中的每个磁极的极性均为S)。
如图4所示，第一磁极单元120可具有厚度方向上的正表面121a和背表面121b、宽度方向上的第一侧表面122a和第二侧表面122b、长度方向上的第一端表面123a和第二端表面123b。第二磁极单元130可具有厚度方向上的正表面131a和背表面131b、宽度方向上的第一侧表面132a和第二侧表面132b、长度方向上的第一端表面133a和第二端表面133b。
第一磁极单元120的背表面121b和第二磁极单元130的背表面131b可通过粘结剂(例如，结构胶)粘接在基板110的正表面111a上。突起部114的宽度可用d1表示，因此，两列磁极单元之间可保持距离d1，下面称为第一距离d1。换言之，第一磁极单元120的与突起部114接触的第二侧表面122b和第二磁极单元130的与突起部114接触的第一侧表面132a之间可间隔开第一距离d1。
此外，在长度方向上，第一磁极单元120以及第二磁极单元130的两端可以与基板110对齐，即，第一磁极单元120的第一端表面123a和第二磁极单元130的第一端表面133a可以与基板110的第一端表面113a对齐，第一磁极单元120的第二端表面123b和第二磁极单元130的第二端表面133b可以与基板110的第二端表面113b对齐。然而，该设置仅为示例，也可以考虑使磁极单元的两端与基板的两端略微不对齐或彼此错开的情况。
基板110还可具有设置在基板110的两侧的多个基板通孔115。多个基板通孔115可设置在基板110上未放置磁极单元的位置处，例如，多个基板通孔115可分别靠近基板110的第一侧表面112a和第二侧表面112b设置。如图4所示，每个基板110上可设置有四个基板通孔115，在基板110的两侧可分别设置两个基板通孔115。
如图5所示，罩壳140可扣装在基板110、第一磁极单元120和第二磁极单元130上，以将第一磁极单元120和第二磁极单元130密封包围在基板110上。
具体地，罩壳140可覆盖在基板110上，并在罩壳140与基板110之间形成容纳空间，第一磁极单元120和第二磁极单元130可位于并密封在该容纳空间中。
为了将第一磁极单元120和第二磁极单元130密封并固定在基板110上，以及保持结构的紧凑性，罩壳140可具有与磁极单元120和130安装在基板110之后的结构的外表面随形的形状，以紧密接触第一磁极单元120、第二磁极单元130以及基板110的外表面。
例如，罩壳140可以具有“凸”字形的形状。沿着宽度方向，罩壳140可包括覆盖第一磁极单元120和第二磁极单元130的外表面的第一部分141a、以及位于第一部分141a两侧并覆盖基板110的第二部分141b和第三部分141c。第一部分141a可接触设置在基板110上的第一磁极单元120的正表面121a和第二磁极单元130的正表面131a。第二部分141b和第三部分141c可以覆盖基板110的位于磁极单元120和130两侧的部分。
罩壳140的一侧可以是敞开的，以为基板110、第一磁极单元120和第二磁极单元130提供入口。因此，在罩壳140覆盖第一磁极单元120和第二磁极单元130以及基板110之后，第一磁极单元120、第二磁极单元130整体密封在罩壳140中，并且基板110的侧表面、端表面也被覆盖，仅露出基板110的背表面111b。
当罩壳140扣装在基板110、第一磁极单元120和第二磁极单元130上时，罩壳140的内表面可以通过粘结剂与第一磁极单元120、第二磁极单元130以及基板110紧密接触和粘接固定。
可以通过下述方法来确保第一磁极单元120和第二磁极单元130与罩壳140的紧密接触和牢固结合：在扣装罩壳140之前，可以先在第一磁极单元120的正表面121a和第二磁极单元130的正表面131a上涂覆粘结剂(例如，通过点涂或通过打胶线涂覆粘结剂层)。之后，将罩壳140扣装在第一磁极单元120和第二磁极单元130上，并压紧罩壳140与第一磁极单元120和第二磁极单元130，确保罩壳140的内表面与第一磁极单元120和第二磁极单元130的正表面之间的粘结剂完全铺开，从而充分填充罩壳140与第一磁极单元120和第二磁极单元130之间的间隙，避免在它们之间出现气穴。之后，加热固化粘结剂。
为了尽量降低对转子和定子之间的气隙的影响，罩壳140与第一磁极单元120和第二磁极单元130的正表面应紧密贴附，通过打胶(例如，涂覆粘结剂)并紧贴罩壳140铺开胶层(例如，粘结剂层)的方式既保证该处100％填胶，不会因间隙小在真空灌注树脂时出现空腔(下文将更详细地描述)，也不影响气隙。
在扣装罩壳140之后，可以利用密封剂对罩壳140和基板110的外部接缝进行密封，从而在罩壳140和基板110之间形成容纳第一磁极单元120和第二磁极单元130的密封空间。
罩壳140还可包括设置在罩壳140的两个端表面上的注胶嘴149和抽真空嘴148。注胶嘴149和抽真空嘴148可被设置用于对由罩壳140与基板110形成的密封空间进行真空灌注树脂，从而填充罩壳140与基板110以及罩壳140与第一磁极单元120和第二磁极单元130之间的所有间隙。
罩壳140与磁极单元的侧表面以及端表面之间、罩壳140与基板110的外表面之间的间隙可设计较大值(因为不会影响气隙)，由此保证真空灌注时树脂对该处各间隙100％填胶。
在对磁极模块100完成真空灌注树脂之后，可去除注胶嘴149和抽真空嘴148。在去除注胶嘴149和抽真空嘴148之后，对去除注胶嘴149和抽真空嘴148后的位置涂覆密封剂以进行密封，例如，可使用密封胶封堵裸露的注胶口和抽真空口。如图8所示，在磁极模块100被制造完成之后，切除注胶嘴149和抽真空嘴148并打磨平整，从而罩壳140的端表面是平整的。
罩壳140还可包括设置在磁极单元的两侧上的多个罩壳通孔145。罩壳140上的罩壳通孔145的位置与设置在基板110上的基板通孔115的位置相对应。当罩壳140扣装在基板110、第一磁极单元120和第二磁极单元130上时，罩壳140上的多个罩壳通孔145与基板110上的多个基板通孔115一一对齐。
基板通孔115和罩壳通孔145可在分别制造基板110和罩壳140时形成，当将罩壳140扣装在基板110和磁极单元120、130上之后，在对由罩壳140和基板110形成的密封空间进行真空灌注树脂时，为避免基板通孔115和罩壳通孔145影响形成密封空间以及为了防止基板通孔115和罩壳通孔145被所灌注树脂堵塞，可以将磁极模块(未完成)安装在特定的工装上，以将基板通孔115和罩壳通孔145设置到工装的特定部件上，暂时堵塞基板通孔115和罩壳通孔145，从而使基板110和罩壳140形成密封空间，进而执行后续的抽真空和灌注树脂操作。此外，可选地，在将罩壳140扣装在基板110和磁极单元120、130上之后，可使用密封剂对罩壳通孔145和基板通孔115之间的接缝进行密封，从而使基板110和罩壳140形成密封空间。
此外，虽然以上参照附图描述了基板通孔115和罩壳通孔145可在分别制造基板110和罩壳140时形成，但并不限于此。也可以首先形成无通孔的基板110和罩壳140，并在完成树脂灌注之后，再在磁极模块100上开设通孔。
罩壳140可以由非导磁材料制成。通过将磁极单元(磁极)粘接在由导磁材料制成的基板110上，再涂覆粘结剂并覆盖非导磁材料的罩壳140，对罩壳140的边缘与基板110的边缘的外部接缝、罩壳通孔145与基板通孔115之间的接缝涂覆密封胶进行密封，并对由罩壳140和基板110形成的容纳磁极单元的密封空间进行真空灌注树脂，可以有效地实现对磁极的密封防护。
通过将上述磁极模块100安装在转子磁轭150的内表面上，可形成电机转子1000。图9示出了根据本发明的实施例的电机转子1000的一部分的结构示意图。如图9中所示，电机转子1000可包括转子磁轭150和设置在转子磁轭150上的多个磁极模块100，磁极模块100的基板110的背表面111b可接触转子磁轭150的径向内表面。
转子磁轭150上可设置有多个螺纹孔(图中不可见)。转子磁轭150上的多个螺纹孔可以与磁极模块100的基板110上的多个基板通孔115和罩壳140上的多个罩壳通孔145对应并在磁极模块100安装在转子磁轭150上时彼此一一对齐，以使紧固件170(可加设垫片160)穿过各个基板通孔115、罩壳通孔145和转子磁轭150上的螺纹孔，从而使磁极模块100机械地固定到转子磁轭150。
如图9中所示，多个磁极模块100可沿着平行于电机转子1000的中心旋转轴线的轴向方向(即，轴向)成列地设置在转子磁轭150上，成列的磁极模块100中的每个磁极模块100在平行于电机转子1000的中心旋转轴线的轴向方向(即，轴向)上彼此对齐，并且每个磁极模块100中的第一磁极单元120和第二磁极单元130分别在轴向上彼此对齐。不同磁极模块中的轴向相邻的磁极单元的极性相同，即，相同极性的磁极单元沿着轴向对齐。如图9中所示，成列的磁极模块100整体上竖直地沿着轴向布置，磁极模块100彼此不偏移或不倾斜。
此外，多个磁极模块100可沿着转子磁轭150的圆周方向(即，周向)成排地设置在转子磁轭150上，成排的磁极模块100中的每个磁极模块100在转子磁轭150的圆周方向(即，周向)上彼此对齐，并且每个磁极模块100中的第一磁极单元120与相邻的磁极模块100的第二磁极单元130相邻。相同磁极模块中或不同磁极模块中的周向相邻的磁极单元的极性相反，即，在圆周方向极性不同的磁极单元交替设置。例如，一个磁极模块100中的第一磁极单元120和第二磁极单元130的极性可相反，如上所述，当一个磁极模块100中的第一磁极单元120的极性为N，第二磁极单元130的极性为S时，则成排的磁极模块100中的所述一个磁极模块100中的第二磁极单元130(极性为S)与相邻的另一个磁极模块100的第一磁极单元120(极性为N)相邻，也就是说，在转子磁轭150的圆周方向上形成N-S-N-S极性交替形式的磁极单元布置。
当将磁极模块100设置在转子磁轭150上时，每个磁极模块100内的一对磁极单元120、130沿着转子磁轭150的圆周方向彼此间隔开第一距离d1。此外，多个磁极模块100还被设置为使得周向相邻的不同磁极模块100中的相邻的磁极单元沿着转子磁轭150的圆周方向彼此间隔开第二距离d2，如图9所示。
返回参照图4，第一磁极单元120的第一侧表面122a可以与基板110的第一侧表面112a间隔开第三距离d3。第二磁极单元130的第二侧面132b可以与基板110的第二侧表面112b间隔开第四距离d4。此外，如图9所示，在装配磁极模块100时，可以使两个相邻的磁极模块100之间间隔开第五距离d5。在这种情况下，第二距离d2可大致等于第三距离d3、第四距离d4和第五距离d5之和(考虑罩壳140与基板110以及磁极单元120、130之间的各个间隙)。
因此，一个磁极模块100中的两列磁极单元(第一磁极单元120和第二磁极单元130)之间分隔开的距离为第一距离d1，而两个相邻的磁极模块100中的相邻的两列磁极单元之间分隔开的距离为第二距离d2，并且d1不等于d2。在该实施例中，d1<d2。
因此，在根据本发明的实施例的电机转子的磁极分布中，转子磁轭上的所有磁极单元不是等距分布的，而是每对磁极单元(即，在一个磁极模块中的一对磁极单元)之间的间距相等，而每个磁极单元与相邻磁极单元的距离是不相等的。采用这种磁极偏移结构型式，能够降低永磁直驱发电机的齿槽转矩和转矩脉动。
在将多个磁极模块100全部装配完成后，可以对所有磁极模块100整体进行一次树脂真空灌注，以实现对磁极模块100与转子磁轭150之间的间隙、紧固件170、垫片160以及基板通孔115、罩壳通孔145、转子磁轭150上的螺纹孔中的各个间隙进行有效填胶和密封。
电机转子还可包括其它部件(例如，转子支架等结构件)，在本实施例中，出于说明性目的，仅示出并描述了转子磁轭150和转子磁轭150上布置和固定的磁极模块100。
对于根据本发明的实施例的磁极偏移结构型式，每个磁极模块100均分别制造，并且每个磁极模块100包括成对的磁极单元(极性相反的第一磁极单元120和第二磁极单元130)，这相比于传统的“每个磁极模块包括一个基板、一列磁极、一个罩壳”而言，工时大幅减小。
此外，通过采用这样的磁极模块100以及磁极偏移结构型式，可以有效地实现磁极偏移从而降低齿槽转矩和转矩脉动，并且通过粘结剂结合和真空灌封树脂的方式，每个磁极模块100中的磁极单元120、130与基板110之间、磁极单元120、130与罩壳140之间、基板110与罩壳140之间均充分地被粘接，从而实现对磁极模块100中各个间隙的100％填胶，实现对磁极的可靠密封。
此外，通过在基板110、罩壳140以及转子磁轭150上开孔并利用紧固件170(可加设垫片160)，实现对磁极模块100与磁极单元120、130的可靠的机械固定。
综上，通过采用上述的磁极模块100以及电机转子1000，不仅可以实现磁极偏移结构型式，能够有效地降低永磁直驱发电机的齿槽转矩和转矩脉动，还可以对磁极(磁极单元)进行有效地密封并将其牢固地机械固定在转子磁轭150上，从而实现磁极的有效密封和磁极模块100的安全可靠固定，从而保证了磁极在发电机全生命周期内高温度和高湿度工况下的使用可靠性。因此，本发明提供的磁极模块100和包括该磁极模块100的具有磁极偏移结构特征的电机转子1000兼顾了发电机性能(齿槽转矩、转矩脉动)、磁极防护和磁极机械固定。
以下将结合图3至图9描述制造根据本发明的第一实施例的磁极模块100和电机转子1000的方法。
首先，如图3所示，制造开设有多个基板通孔115的基板110。然后，在基板110的中部(优选地，在对称中心线处)设置突起部114，可通过粘结剂将突起部114粘贴在基板110的正表面111a上。在此，也可以使开设有多个基板通孔115的基板110与突起部114一体地形成。
然后，如图4所示，将一对极性相反的磁极单元(第一磁极单元120(N极)和第二磁极单元130(S极))并列设置在基板110上，并使这对磁极单元间隔开第一距离d1。可使第一磁极单元120和第二磁极单元130紧贴着突起部114设置在突起部114的两侧，并可通过粘结剂将第一磁极单元120的背表面121b和第二磁极单元130的背表面131b粘贴在基板110的正表面111a上。第一磁极单元120和第二磁极单元130可通过突起部114隔离开，且对称地分布在突起部114的两侧。
然后，如图5至图6所示，可将罩壳140扣装在基板110、第一磁极单元120和第二磁极单元130上，并在罩壳140和基板110之间形成密封空间。
具体地，在扣装罩壳140之前，可在第一磁极单元120的正表面121a和第二磁极单元130的正表面131a上涂覆粘结剂(例如，点涂或通过打胶线涂覆粘结剂)，用于使正表面121a和正表面131a粘接到罩壳140上。
将罩壳140扣装在基板110、第一磁极单元120和第二磁极单元130上，使得罩壳140的第一部分141a覆盖第一磁极单元120和第二磁极单元130，并使罩壳140的第二部分141b和第三部分141c覆盖基板110的位于磁极单元120和130两侧的部分。
在将罩壳140扣装在基板110、第一磁极单元120和第二磁极单元130上之后，可压紧罩壳140与第一磁极单元120、第二磁极单元130，以使罩壳140的第一部分141a与第一磁极单元120的正表面121a、第二磁极单元130的正表面131a之间的粘结剂完全且均匀地铺开，从而填充罩壳140与第一磁极单元120、第二磁极单元130之间的间隙，并加热固化粘结剂。
在将罩壳140覆盖第一磁极单元120和第二磁极单元130以基板110之后，第一磁极单元120、第二磁极单元130整体被密封在罩壳140中，并且基板110的侧表面、端表面也被覆盖，仅露出基板110的背表面。
之后，可利用密封剂对罩壳140和基板110之间的外部接缝进行密封，然后固化密封剂，由此罩壳140和基板110形成了用于容纳磁极单元120、130的密封空间。
罩壳140还可包括分别设置在罩壳140的两个端表面上的抽真空嘴148和注胶嘴149。
如图7所示，将图6所示的磁极模块100立式放置，将抽真空嘴148连接到抽真空管路，以将磁极模块100的内部抽真空。从罩壳140轴向底部的注胶嘴149连接到注胶管路，并向由罩壳140与基板110形成的密封空间的内部真空灌注树脂，以使树脂完全填充在罩壳140与基板110之间、罩壳140与磁极单元120、130之间的各个间隙，真空灌注树脂完成后，加热固化树脂。
在本实施例中，采用了真空灌注树脂的方式对由罩壳140与基板110形成的密封空间进行密封和填充，在罩壳140较薄时，该方式可以保证罩壳140与磁极单元120、130伏贴。然而，也可采用其它注胶方式，例如，如果罩壳140较厚，刚度较大，则可使用正压注胶方式。
如图8所示，在完成真空灌注树脂之后，可以将罩壳140上的抽真空嘴148和注胶嘴149去除或切除，然后将罩壳140的两个端表面打磨平整，去除毛刺，并对去除注胶嘴149和抽真空嘴148后的位置涂覆密封剂以进行密封，例如，使用密封剂封堵裸露的注胶口和抽真空口。加热固化密封剂，完成对磁极模块100的密封，由此完成单个磁极模块100的制造。
如图9所示，将多个磁极模块100装配到开设有螺纹孔(图中不可见)的转子磁轭150上。通过工装或机械臂将磁极模块100定位，以将磁极模块100的基板通孔115、罩壳通孔145与转子磁轭150上的螺纹孔一一对应。通过使多个紧固件170(可加设垫片160)分别穿过多个基板通孔115、多个罩壳通孔145和转子磁轭150上的多个螺纹孔而多个磁极模块100机械地固定到转子磁轭150上，实现对磁极模块100的机械固定。机械固定后，可以使用密封剂对裸露的紧固件170、垫片160、基板通孔115、罩壳通孔145以及转子磁轭150上的螺纹孔进行刮涂覆盖并加热固化，实现对该处的密封。也可以在磁极模块100全部装配完成后，对所有磁极模块100整体进行依次树脂真空灌注，实现对磁极模块100与转子磁轭150之间、紧固件170、垫片160以及基板通孔115、罩壳通孔145、转子磁轭150上的螺纹孔中的各个间隙进行有效填胶和密封。
如图9所示，在装配磁极模块100时，可使周向相邻的不同磁极模块100中的相邻的磁极单元沿着转子磁轭150的圆周方向彼此间隔开第二距离d2。
此外，如图9所示，可使周向相邻的磁极模块100沿着转子磁轭150的圆周方向彼此间隔开一定距离(例如，如上文所述的第五距离d5)。同时，装配时需确保不同磁极模块中的周向相邻的磁极单元的极性相反，不同磁极模块中的轴向相邻的磁极单元的极性相同。
以下将结合图10至图13说明书根据本发明的第二实施例的可替代的磁极模块200和电机转子2000以及制造磁极模块200和电机转子2000的方法。根据第二实施例的磁极模块200与根据第一实施例的磁极模块100的不同之处在于，磁极模块200的基板210和罩壳240上没有设置通孔，除此之外，其它部分结构特征可相同。电机转子2000与根据第一实施例的电机转子1000的不同之处在于，电机转子2000还包括压条280，并且磁极模块200通过压条280被机械固定到转子磁轭250上。因此，在下面的描述中，将对这些不同之处进行详细描述，而与第一实施例相同或类似的部分将简要描述或省略，本领域技术人员应理解，第一实施例和第二实施例可以结合使用。
如图10所示，磁极模块200可主要包括基板210、一对磁极单元(第一磁极单元220和第二磁极单元230)和罩壳240。一对磁极单元220、230设置在基板210上，并相互间隔预定距离(如上所述的第一距离d1)，罩壳240覆盖在一对磁极单元220、230上，密封一对磁极单元220、230。罩壳240的两个端表面上分别设置有注胶嘴248和抽真空嘴248(在真空灌注树脂之后被去除)。
磁极模块200没有开设通孔。如图13所示，多个磁极模块200可通过压条280和紧固件270被机械地固定到转子磁轭250上。
如图11所示，压条280可包括突出部分281和位于突出部分281两侧的第一边缘部分282和第二边缘部分283。突出部分281的厚度可以比第一边缘部分282和第二边缘部分283的厚度大，以此来匹配磁极模块200的形状。压条280还可包括沿着长度方向设置的多个通孔284。优选地，多个通孔284可沿着压条280的轴向中心线设置。
此外，如图12所示，转子磁轭250上可设置有多个螺纹孔251，螺纹孔251沿着转子磁轭250的圆周方向彼此间隔开的距离可大于磁极模块200的宽度。磁极模块200可布置在轴向列的螺纹孔251的两侧。此外，转子磁轭250上的各个螺纹孔251沿轴向的间距与图11中所示的压条280上的通孔284之间的间距相等。
如图12和图13所示，可通过工装或机械壁将多个磁极模块200定位在转子磁轭250上，可以使周向相邻的两个磁极模块200之间间隔开预定距离(如上文所述的第五距离d5)，该预定距离可等于或略大于压条280的突出部分281的宽度。
在利用工装或机械臂将磁极模块200定位之后，如图13所示，可以将压条280设置在两列磁极模块200之间，使压条280的突出部分281设置在周向相邻的两列磁极模块200之间的间隙中，并使压条280的第一边缘部分282和第二边缘部分283分别压在相邻的磁极模块200上，同时使压条280上的多个通孔284与转子磁轭250上的多个螺纹孔251一一对齐，将紧固件270(可加设垫片260)穿过通孔284和螺纹孔251，以将磁极模块200机械地固定到转子磁轭250上。
如图13所示，图中所示的压条280的长度可对应于两个磁极模块200的长度。然而，本发明并不限于此，压条280可具有能够同时保持多个磁极模块200的长度，其可以通过实际应用进行调整。此外，压条280上的通孔284的数量也可以根据实际应用来调整，只要与转子磁轭250上设置的螺纹孔251对应即可。
通过设置压条280，可以高效地将密封好的磁极模块200机械地固定在转子磁轭250上。
与根据第一实施例的电机转子1000中的磁极模块100的排布类似，一个磁极模块200中的两列磁极单元(第一磁极单元220和第二磁极单元230)之间分隔开的距离为第一距离d1，而两个相邻的磁极模块200中的相邻的两列磁极单元之间分隔开的距离为第二距离d2，并且d1不等于d2。在该实施例中，d1<d2。
下面将参照图10至图13描述制造根据本发明的第二实施例的磁极模块200和电机转子2000的方法。
磁极模块200与根据第一实施例的磁极模块100的制造方法类似，除了基板210和罩壳240上不开设通孔之外。因此，在此将不再详细描述磁极模块200的制造方法(例如，基板210、磁极单元220和230以及罩壳240的结构特征、组装或空间关系)。第一实施例和第二实施例可以相互结合，从而产生未详细描述的实施例。
下面，将详细描述制造根据本发明的第二实施例的电机转子2000的方法。
在利用与上述制造磁极模块100类似的方法制得磁极模块200之后，通过工装或机械臂将多个磁极模块200定位在转子磁轭250上，转子磁轭250上开设有多个螺纹孔251。可以将磁极模块200布置在轴向列的螺纹孔251的两侧，如图12所示。
之后，可以将压条280设置在两列磁极模块200之间，使压条280的突出部分281设置在周向相邻的两列磁极模块200之间的间隙中，并使压条280的第一边缘部分282和第二边缘部分283分别压在相邻的磁极模块200上，同时使压条280上的多个通孔284与转子磁轭250上的多个螺纹孔251一一对齐，将紧固件270(可加设垫片260)穿过通孔284和螺纹孔251，以将磁极模块200机械地固定到转子磁轭250上。
在磁极模块200装配完成之后，一个磁极模块200中的两列磁极单元(第一磁极单元220和第二磁极单元230)之间分隔开的距离为第一距离d1，而两个相邻的磁极模块200中的相邻的两列磁极单元之间分隔开的距离为第二距离d2，并且d1不等于d2。在该实施例中，d1<d2。
在将多个磁极模块200全部装配完成后，可以对所有磁极模块200整体进行一次树脂真空灌注，以实现对磁极模块200与转子磁轭250之间的间隙、紧固件270、垫片260以及压条280上的通孔284、转子磁轭250上的螺纹孔251中的各个间隙进行有效填胶和密封。
根据第二实施例的电机转子2000通过利用“压条+紧固件固定”的方式，可以更高效地将可靠密封的磁极模块200机械地固定到转子磁轭250上，以上描述了通过在磁极模块100上开设通孔或利用压条280将磁极模块100或200机械地固定到转子磁轭上，但本发明不限于此，在不脱离本发明的技术构思和范围的情况下，可以考虑其它机械固定方式，使得根据本发明的电机转子能够兼顾发电机性能(齿槽转矩、转矩脉动)、磁极防护和磁极机械固定。
上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已示出和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行组合、修改和完善(例如，可以对本发明的不同技术特征进行组合以得到新的技术方案)。这些组合、修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种电机转子(1000)，其特征在于，所述电机转子(1000)包括转子磁轭(150)和设置在所述转子磁轭(150)上的多个磁极模块(100)，每个磁极模块(100)包括基板(110)、罩壳(140)和容纳在由所述基板(110)和所述罩壳(140)形成的容纳空间中的极性相反的一对磁极单元(120、130)，其中，每个磁极模块(100)内的一对磁极单元(120、130)沿着所述转子磁轭(150)的圆周方向彼此间隔开第一距离，周向相邻的不同磁极模块(100)中的相邻的磁极单元沿着所述转子磁轭(150)的圆周方向彼此间隔开第二距离，其中，所述第一距离与所述第二距离不同。
2.根据权利要求1所述的电机转子(1000)，其特征在于，周向相邻的不同磁极模块(100)沿着所述转子磁轭(150)的圆周方向彼此间隔开预定距离。
3.根据权利要求1所述的电机转子(1000)，其特征在于，所述基板(110)上设置有突起部(114)，所述突起部(114)沿着轴向设置在所述基板(110)的正表面(111a)上，所述一对磁极单元(120、130)中的每个磁极单元(120、130)分别紧贴着所述突起部(114)设置在所述突起部(114)的两侧，每个磁极单元包括在轴向上对齐的多个磁极，每个磁极单元中的多个磁极具有相同的极性。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机转子(1000)，其特征在于，每个磁极单元(120、130)的正表面通过粘结剂被粘接在所述罩壳(140)的内表面上。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电机转子(1000)，其特征在于，所述罩壳(140)、所述基板(110)和所述一对磁极单元(120、130)之间的各个间隙被树脂填充。
6.根据权利要求1所述的电机转子(1000)，其特征在于，所述基板(110)上设置有多个基板通孔(115)，所述罩壳(140)上设置有与所述多个基板通孔(115)对应的多个罩壳通孔(145)，所述转子磁轭(150)上设置有螺纹孔，所述多个基板通孔(115)、所述多个罩壳通孔(145)、所述螺纹孔彼此对齐，并通过紧固件(170)将所述磁极模块(100)机械固定在所述转子磁轭(150)上。
7.根据权利要求1所述的电机转子(1000)，其特征在于，多个磁极模块(100)沿着所述转子磁轭(150)的圆周方向成排地设置在所述转子磁轭(150)上，成排的磁极模块(100)中的每个磁极模块(100)在所述转子磁轭(150)的圆周方向上彼此对齐，并且，多个磁极模块(100)沿着平行于所述电机转子(1000)的中心旋转轴线的轴向方向成列地设置在所述转子磁轭(150)上，成列的磁极模块(100)中的每个磁极模块(100)在平行于所述电机转子(1000)的中心旋转轴线的轴向方向上彼此对齐。
8.根据权利要求1所述的电机转子(1000)，其特征在于，不同磁极模块中的周向相邻的磁极单元的极性相反，不同磁极模块中的轴向相邻的磁极单元的极性相同。
9.一种制造电机转子(1000)的方法，其特征在于，所述方法包括：
将极性相反的一对磁极单元(120、130)并列设置在基板(110)上，并使所述一对磁极单元(120、130)间隔开第一距离；
将罩壳(140)扣装在所述一对磁极单元(120、130)和所述基板(110)上并在所述罩壳(140)与所述基板(110)之间形成密封空间；
对由所述罩壳(140)和所述基板(110)形成的密封空间灌注树脂，从而形成磁极模块(100)；
将多个磁极模块(100)设置在转子磁轭(150)上，以使周向相邻的不同磁极模块(100)中的相邻的磁极单元沿着所述转子磁轭(150)的圆周方向彼此间隔开第二距离，所述第一距离与所述第二距离不同。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
在将所述一对磁极单元(120、130)设置在所述基板(110)上之前，在所述基板(110)的中部设置突起部(114)，并将所述一对磁极单元(120、130)设置在所述突起部(114)的两侧。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在扣装所述罩壳(140)之前，在所述一对磁极单元(120、130)的每个磁极单元(120、130)的正表面上涂覆粘结剂，用于使所述正表面粘接到所述罩壳(140)上；
在将所述罩壳(140)扣装在所述一对磁极单元(120、130)之后，压紧所述罩壳(140)和所述一对磁极单元(120、130)的正表面，以使所述罩壳(140)和所述一对磁极单元(120、130)的正表面之间的粘结剂完全铺开；
对所述罩壳(140)与所述基板(110)之间的外部接缝进行密封，以使所述罩壳(140)和所述基板(110)形成密封空间。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述罩壳(140)还包括分别设置在所述罩壳(140)的两个端表面上的抽真空嘴(148)和注胶嘴(149)，所述方法还包括如下步骤：
通过所述抽真空嘴(148)和所述注胶嘴(149)对由所述罩壳(140)与所述基板(110)形成的密封空间的内部灌注树脂，以使所述罩壳(140)、所述基板(110)和所述一对磁极单元(120、130)之间的各个间隙被树脂填充，在灌注树脂完成后，去除所述抽真空嘴(148)和所述注胶嘴(149)，并对去除所述注胶嘴(149)和所述抽真空嘴(148)后的位置涂覆密封剂以进行密封。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述基板(110)上开设多个基板通孔(115)、在所述罩壳(140)上开设多个罩壳通孔(145)并在所述转子磁轭(150)上开设多个螺纹孔，所述方法还包括如下步骤：
通过使多个紧固件(170)分别穿过所述多个基板通孔(115)、所述多个罩壳通孔(145)和所述多个螺纹孔而将多个磁极模块(100)机械地固定到所述转子磁轭(150)上，并使不同磁极模块中的周向相邻的磁极单元的极性相反，不同磁极模块中的轴向相邻的磁极单元的极性相同。
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