CN110474447A - 用于永磁电机的磁体模块 - Google Patents
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Abstract
一种用于永磁电机(10)的永磁体模块(101、102、103、104)包括至少一永磁体(200)，所述永磁体(200)固定到包括软磁复合材料的底板(301、302、303)。
Description
技术领域
本发明涉及减少永磁电机中的损耗的领域。更特定来说，本发明涉及一种用于永磁电机的永磁体模块以及一种制造用于永磁电机的永磁体模块的方法，其允许减少涡流损耗并提高永磁电机的效率。
背景技术
电机（例如安装在风力涡轮机中的发电机）通常包括转子，所述转子相对于定子围绕旋转轴线旋转。定子和转子通过围绕旋转轴线周向延伸的空气间隙彼此分开。
在永磁电机中，转子包括多个永磁体，每一磁体附接到介于相应磁体和转子主体之间的相应底板。定子通常包括具有沿着定子的轴向方向延伸的定子槽的主体和包括容纳在所述槽中的多个铜绕组的电路。上述发电机或马达的绕组可以分类为集中式或分布式。
在集中式绕组方案中，线匝串联缠绕在一起以形成一个多匝线圈，所述多匝线圈容纳在两个相邻槽中。在分布式绕组方案中，所有绕组线匝布置在数个线圈中，并且每一线圈容纳在彼此不相邻的不同槽中。
根据槽的数目，上述电机的绕组可以分类为整数槽（integral-slot）或分数槽（fractional-slot）。如果每相每极的槽的数目是整数，则于是所述绕组称为整数槽绕组。如果每相每极的槽的数目不是整数，则于是所述绕组称为分数槽绕组。
以上两种类型的分类的组合是可能的，例如整数槽集中式绕组(ISCW)和分数槽集中式绕组(FSCW)两者都是已知的。
在永磁电机中，更特定来说在分数槽集中式绕组电机中，空气间隙磁通密度中高水平的次谐波导致转子（磁体和底板和转子壳体）中的大量涡流损耗。这些大损耗导致较低效率以及转子温度的增加，这可能导致较早功率减额，或/和甚至更糟的是，不可逆的磁体去磁。
为了减少涡流损耗，通常使用永磁体的分段。根据磁体分段的实践，将磁体元件轴向和/或周向切割成小磁片，然后在所有侧表面上抛光所述小磁片。之后，在一个永磁体单元中将所述小磁片胶粘回到一起。磁体分段相对便宜和容易。
另外，出于减少涡流损耗的相同目的可以层压底板，特别是对于高频应用（航空航天和汽车）。此选项的缺点是制造成本的显著增加。磁体底板的使用通常限于大型机器（例如工业和大型可再生能源应用），其通常使用低频率，并且因此损耗低。
磁体和底板是称为“磁体模块”的部件的一部分。每一磁体模块包括胶粘或通过其它方式固定到一个或更多个底板的一个或更多个磁体。在每一磁体模块中，磁体由金属或非金属盖固定，所述盖是非磁性或磁性的，其焊接或通过其它方式固定到相应底板。通常，此金属盖由不锈钢或任何其它非磁性材料制成。使用此类盖，定子和转子之间的机械空气间隙由盖的厚度减小。不锈钢盖通常不导磁，使得其并不因磁通泄漏而减小磁性空气间隙或转矩。还可以使用磁性盖，虽然磁通泄漏将更高，但是有效空气间隙将更小。
发明内容
本发明的范围是提供一种用于永磁电机的磁体模块，其可以用于以比上述现有技术更有效和更便宜的方式减少涡流损耗并提高永磁电机的效率。
根据独立权利要求的主题满足此范围。从属权利要求描述本发明的有利实施例。
根据本发明的第一方面，提供一种用于永磁电机的永磁体模块。所述永磁体模块包括至少一永磁体和底板，所述至少一个永磁体固定到所述底板，其中所述底板包括软磁复合材料。
根据本发明的第二方面，提供一种包括上述永磁体支撑件的永磁电机。特别地，所述永磁电机可以是待安装在风力涡轮机上的分数槽集中式绕组发电机。更一般来说，本发明可以应用于任何类型的永磁电机。
根据本发明的第三方面，提供一种制造用于永磁电机的永磁体模块的方法。所述方法包括以下步骤：
-制造至少一永磁体，
-制造包括软磁复合材料的底板，所述底板可附接到永磁电机的转子，
- 将所述至少一永磁体固定到所述底板。
“软磁复合物”(SMC)是包括由电绝缘膜环绕的压实铁磁粉末颗粒的材料。软磁复合物的特征在于低导电性。
通过将软磁复合(SMC)材料用于磁体底板材料，已经发现，可以有效消除此部件中的涡流损耗，因此导致总转子损耗的显著减少。在安装在风力涡轮机上的发电机中，这导致年发电量(AEP)的显著增加，特别是在分数槽集中式绕组中。
根据本发明的可能的实施例，本发明的永磁体模块包括用于至少部分覆盖所述永磁体模块的盖，所述盖包括非磁性材料、特别是塑料材料。
通过使用非磁性盖，可以使用较薄盖或修整其厚度以减小永磁电机的物理空气间隙或/和热性能。通过永磁体模块中的此类盖，定子和转子之间的空气间隙可以被限制成0.2-0.5 mm。
根据一个可能的实施例，盖具有恒定厚度。
根据另一可能的实施例，盖具有可变厚度，盖在磁体的边缘处较厚并且在磁体的中心处较薄。这可以给整个永磁电机带来热优点。
根据其它可能的实施例，可能不存在盖。
根据本发明的可能的实施例，底板包括彼此固定的多个部分。特别地，底板的所述多个部分可以沿着平行于永磁电机的周向方向安置的方向对齐。此实施例可以准许构建具有所期望尺寸的底板，即使当单个SMC部分的尺寸因技术限制（例如用于压实包括在SMC材料中的铁磁粉末颗粒的工具的尺寸）而受限时也是如此。
必须注意，已经参考不同主题描述了本发明的实施例。特定来说，已经参考装置类型的权利要求描述了一些实施例，而已经参考方法类型的权利要求描述了其它实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述得知，除非另有说明，否则除属于一种类型的主题的特征的任何组合以外，与不同主题有关的特征之间（特别是装置类型的权利要求的特征和方法类型的权利要求的特征之间）的任何组合也将被视为与本申请一起公开。
附图说明
本发明的上文限定的方面和另外的方面根据待在下文中描述的实施例的示例显而易见，并且参考实施例的示例来解释。在下文中将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明并不限于此。
图1示出包括本发明的实施例的风力涡轮机的示意性截面。
图2示出根据本发明的第一示例性实施例的永磁体模块的正面周向视图。
图3示出根据本发明的第二示例性实施例的永磁体模块的正面周向视图。
图4示出根据本发明的第三示例性实施例的永磁体模块的正面周向视图。
图5示出根据本发明的第四示例性实施例的永磁体模块的正面周向视图。
图6示出图5的永磁体模块的侧向轴向视图。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。应注意，在不同的附图中，类似或相同的元件设置有相同的附图标记。
图1示出包括永磁电机10的风力涡轮机1的局部横截面视图，永磁电机10包括根据本发明的永磁体支撑件。
永磁电机10包括定子11和转子12。转子12可相对于定子11围绕永磁电机10的纵向轴线旋转。
在下文中，术语轴向、径向和周向旨在参考永磁电机10的纵向旋转轴线。
在图1的实施例中，转子12相对于定子11在径向外部并且可围绕纵向轴线Y旋转。周向空气间隙15设置在定子11和转子12之间。
根据本发明的其它可能的实施例（未表示在附图中），转子12相对于定子11在径向内部并且可围绕纵向轴线Y旋转。
永磁电机10可以是分数槽集中式绕组。
根据本发明的其它可能的实施例（未表示在附图中），本发明可以应用于任何类型的永磁电机，例如径向、轴向等等。
本发明还可以应用于整数槽永磁电机。
多个永磁体模块（图1中不可见）借助于相应底板附接到转子12，如在下文中详细说明的。
根据本发明的其它可能的实施例（未表示在附图中），多个永磁体模块附接到定子。
图2示出永磁体模块101，其包括借助于胶粘层110固定到底板301的永磁体200。
根据本发明的其它实施例，可以使用任何其它固定介质替代胶水。
底板301包括软磁复合(SMC)材料。
永磁体模块101进一步包括盖401，盖401包括非磁性材料，例如塑料材料。
盖401可以是塑料盖或者涂绘或喷涂在永磁体模块101上的任何其它类型的非磁性材料盖。
盖401的相同材料可以用于将磁体200固定到底板301。
盖401完全覆盖磁体200并且在底板301的外表面的至少一部分上方延伸，因此与胶粘层110一起准许将磁体200固定到底板301。
在图2的实施例中，盖401具有恒定厚度。
类似于图2，图3示出永磁体模块102，其包括借助于胶粘层110固定到底板301的永磁体200。
底板301包括软磁复合(SMC)材料。永磁体模块102进一步包括盖402，盖402包括非磁性材料，例如塑料材料。
图3的实施例自身与图2的实施例的区别在于，盖402具有可变厚度，盖402在磁体200的边缘处较厚并且在磁体200的中心处较薄。
图4示出永磁体模块103，其包括借助于胶粘层110固定到底板302的多个永磁体200（两个磁体200）。磁体200沿着平行于永磁电机10的周向方向的方向X对齐安置并且胶粘到一起。永磁体200可以通过分段获得，即，得自将磁体元件切割成小磁片，然后在一个永磁体单元中将所述小磁片胶粘回到一起。
根据本发明的其它可能的实施例（未表示在附图中），可以使用单个部分分段的永磁体。
在图2的实施例中，底板302包括例如借助于一层胶水或任何其它固定介质彼此固定并且固定到永磁体200的多个部分310（两个部分310，每一部分310具有其固定到的相应永磁体200的相同周向延伸部）。
底板302的多个部分310沿着周向方向X对齐。
类似于图4，图5和图6示出永磁体模块104，其包括固定到底板303的多个部分310的多个永磁体200（两个磁体200），多个部分310例如借助于一层胶水或任何其它固定介质彼此固定并且固定到永磁体200。
图5和图6的实施例自身与图4的实施例的区别在于，使用三个部分310，三个部分310并不具有其固定到的永磁体200的相同周向延伸部。
根据本发明的其它可能的实施例（未表示在附图中），在根据本发明的永磁体模块中可以使用任何其它数目个永磁体和底板部分。特定来说，不同于图6的实施例，永磁体模块还可以包括沿着轴向方向Y对齐的底板的多个部分。
应注意，术语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且“一(a)”或“一(an)”并不排除多个。而且，可以组合与不同实施例相关联描述的元件。还应注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
Claims (13)
1.一种用于永磁电机(10)的永磁体模块(101、102、103、104)，所述永磁体模块(101、102、103、104)包括至少一永磁体(200)和底板(301、302、303)，所述至少一个永磁体(200)固定到所述底板(301、302、303)，
其中，所述底板(301、302、303)包括软磁复合材料。
2.根据权利要求1所述的永磁体模块(101、102、103、104)，包括用于至少部分覆盖所述永磁体模块(101、102、103、104)的盖(401、402)，所述盖(401、402)包括非磁性材料。
3.根据权利要求2所述的永磁体模块(101、102、103、104)，其中，所述盖(401、402)包括塑料材料。
4.根据权利要求2或3所述的永磁体模块(101、102、103、104)，其中，所述盖(401)具有恒定厚度。
5.根据权利要求2或3所述的永磁体模块(101、102、103、104)，其中，所述盖(402)具有可变厚度，所述盖(402)在所述永磁体(200)的边缘处较厚并且在所述永磁体(200)的中心处较薄。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的永磁体模块(101、102、103、104)，其中，所述至少一个永磁体(200)胶粘到所述底板(301、302、303)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的永磁体模块(101、102、103、104)，其中，所述底板(301、302、303)包括彼此固定的多个部分(310)。
8.根据权利要求7所述的永磁体模块(101、102、103、104)，其中，所述底板(301、302、303)的所述部分(310)沿着平行于所述永磁电机(10)的周向方向安置的方向(X)对齐。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的永磁体模块(101、102、103、104)，包括多个磁体。
10.一种永磁电机(10)，包括根据前述权利要求中的任一项所述的多个永磁体模块(101、102、103、104)。
11.根据权利要求10所述的永磁电机(10)，其中，所述永磁电机(10)是分数槽集中式绕组发电机。
12.一种风力涡轮机(1)，包括根据权利要求11所述的发电机(10)。
13.一种制造用于永磁电机(10)的永磁体模块(101、102、103、104)的方法，所述方法包括以下步骤：
-制造至少一永磁体(200)，
-制造包括软磁复合材料的底板(301、302、303)，所述底板(301、302、303)可附接到所述永磁电机(10)的转子(12)，
-将所述至少一个永磁体(200)固定到所述底板(301、302、303)。
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