CN110896255A - 用于电机的永磁体模块 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于电机的永磁体模块，具体地用于永磁体转子的永磁体模块(102、105)。每个永磁体模块都包括基板(110)以及被附接到该基板的永磁体元件(111)。基板包括底部区段(112)以及位于该底部区段与永磁体元件之间的上部区段(113)。永磁体模块构成子集，使得不同子集的永磁体模块因基板的上部区段相对于基板的底部区段的位置而彼此不同，使得不同子集的永磁体模块的永磁体元件在这些永磁体模块的底部区段在轴向上连续并且在周向上对准时在轴向上连续并且在周向上移位。因此，永磁体模块的永磁体元件能够例如在转子的表面上被布置成倾斜排。

Description

用于电机的永磁体模块
技术领域
本公开总体涉及永磁体电机，该永磁体电机能够例如是，但未必是风力发电设备的发电机。更明确地说，本公开涉及用于永磁体电机的转子的永磁体模块。此外，本公开涉及永磁体电机的转子。此外，本公开涉及永磁体电机。此外，本公开涉及用于组装永磁体电机的方法。
背景技术
永磁体电机的固有优点是良好的效率，这是因为与电磁体相反，永磁体在无损耗的情况下生成磁场。另一方面，永磁体电机并非没有挑战。所述挑战中的一种挑战与由永磁体生成并使永磁体电机的转子的安装复杂化的磁力相关。结合磁力强的大型永磁体电机，转子通常在没有永磁体的情况下安装。转子的本体部可以包括例如轴向指向紧固轨道，其中借助于该轴向指向紧固轨道，永磁体模块能够在本体部已被布置成由轴承相对于定子支撑之后，在轴向方向上滑动到所述永磁体模块在本体部的表面上的最终位置中。轴向指向紧固轨道可以例如具有T形横截面，使得是T型横截面的支腿与本体部的表面垂直，并且永磁体模块可以具有在朝向本体部紧固轴向指向紧固轨道时由该轴向指向紧固轨道压靠在本体部上的部分。转子可以包括例如螺栓或螺纹杆，所述螺栓或螺纹杆穿过本体部径向延伸到轴向指向紧固轨道，并且适于朝向本体部拉动轴向指向紧固轨道。
用于组装永磁体电机的转子的上述方法并非没有挑战。所述挑战中的一个挑战在于，上述方法固有地导致永磁体模块以轴向指向直排布置在转子的本体部的表面上的结构。例如，为了减小齿槽转矩和/或电压谐波，可能需要偏离永磁体模块以轴向指向直排布置的上述结构。而是，可能需要将永磁体模块布置成相对于轴向方向倾斜的排或布置成原本偏离轴向指向直排的排。
发明内容
以下内容提出简化概述以提供对各种发明实施例的一些方面的基本理解的简化概述。该概述并不是本发明的详尽概括。该概述既不意图识别本发明的关键或重要元素，也不意图限定本发明的范围。以下概述仅以简化形式提出本发明的一些概念，以作为例示性且非限制性实施例的更详细描述的序言。
根据本发明，提供用于永磁体电机的转子的新永磁体模块。永磁体电机能够例如是(但未必是)直驱式风力发电机。
上述永磁体模块中的每一个永磁体模块都包括基板以及被附接到该基板的永磁体元件。基板包括底部区段以及位于底部区段与永磁体元件之间的上部区段。永磁体模块构成永磁体模块的至少三个子集，使得所述子集中的不同子集的永磁体模块因基板的上部区段相对于基板的底部区段的位置而彼此不同，使得所述子集中的不同子集的永磁体模块的永磁体元件在这些永磁体模块的底部区段在转子的本体部的表面上在轴向上彼此连续并且在周向上彼此对准时，在轴向上连续并且在周向上处于不同位置处。
上述永磁体模块使得能够构造上述永磁体元件和基板的上部区段被布置成虽然偏离轴向指向直排的图案但基板的底部区段被布置成轴向指向直排的转子。例如，永磁体元件和基板的上部区段能够被布置成相对于轴向方向倾斜的排，而基板的底部区段被布置成轴向指向直(即，非倾斜)排。因为被附接到本体部的基板的底部区段被布置成轴向指向直排，所以转子的组件和永磁体模块的紧固都不复杂。
根据本发明，还提供一种用于永磁体电机的新转子。根据本发明的转子包括：
本体部，其具有轴；以及
根据本发明的永磁体模块，其位于本体部的表面上。
在根据本发明的转子中，永磁体模块的永磁体元件被布置成在转子的轴向方向上延伸并偏离转子的轴向方向的排，并且该永磁体模块的底部区段被布置成轴向指向直排。
根据本发明，还提供新永磁体电机，该新永磁体电机包括根据本发明的转子以及定子，其中，转子相对于定子以可旋转的方式被支撑。
根据本发明，还提供一种用于组装永磁体电机的新方法。该方法包括：
将永磁体电机的转子的本体部安装在本体部的表面径向面向永磁体电机的定子的气隙表面的操作位置上；以及随后
在转子的轴向方向上并沿着本体部的表面将根据本发明的永磁体模块滑动到永磁体模块的操作位置，使得永磁体模块的永磁体元件被布置成在转子的轴向方向上延伸并偏离转子的轴向方向的排，并且该永磁体模块的底部区段被布置成轴向指向直排；以及
将永磁体模块附接到本体部。
在所附从属权利要求中描述例示性且非限制性实施例。
当结合附图阅读时，将从具体例示性且非限制性实施例的以下描述最好地理解各种例示性且非限制性实施例(关于构造与操作的方法两者)及其额外目的和优点。
动词“包括”和“包含”在本文献中被用作开放限制，该开放限制既不排除也不要求也存在未叙述的特征。除非另有明确陈述，否则所附从属权利要求中的所叙述的特征能够相互自由地组合。此外，应理解的是，“一”或“一个”(即，单数形式)的使用在该文献的全文中不排除多个。
附图说明
在下文中，参照附图而更详细地解释例示性且非限制性实施例及其优点，在所述附图中：
图1a到图1f图示了根据例示性且非限制性实施例的永磁体电机，
图2a和图2b图示了根据例示性且非限制性实施例的转子，
图3图示根据例示性且非限制性实施例的永磁体模块，并且
图4示出了根据例示性且非限制性实施例的用于组装永磁体电机的方法的流程图。
具体实施方式
下文描述中所提供的具体示例不应解释为限制所附权利要求书的范围和/或适用性。除非另有明确陈述，否则描述中所提供的示例的列表和群组并非是详尽的。
图1a示出根据例示性且非限制性实施例的永磁体电机的一部分的截面图。该截面是沿着图1b中所示的线A1-A1截取的，并且截平面与坐标系199的xy平面平行。图1b示出了在沿着朝向转子的气隙表面的径向方向观察时的永磁体电机的转子118的一部分。图1c示意性地示出了永磁体电机，使得虽然永磁体电机的定子121被呈现为截面图，但转子118未被呈现为截面图。图1d示出了沿着图1b中所示的线A2-A2截取的截面的视图，并且图1e示出了沿着图1b中所示的线A3-A3截取的截面的视图。与图1d和图1e相关的截平面与坐标系199的xy平面平行。
转子118利用未示出在图1a到图1e中的轴承系统相对于定子121以可旋转的方式被支撑。转子118包括本体部119，该本体部119包括轴。转子118包括被安装在本体部119的表面上的永磁体模块。在图1a、图1b、图1d和图1e中，永磁体模块中的一些利用附图标记101、102、103、104、105、106、107、108和109标注。永磁体模块102和105在图1f中示出。
所述永磁体模块中的每一个永磁体模块都包括基板以及被附接到该基板的永磁体元件。在图1f中，永磁体模块102和105的基板利用附图标记110标注，并且永磁体模块102和105的永磁体元件利用附图标记111标注。永磁体元件111的磁化方向与坐标系199的y轴平行。因此，图1a、图1b、图1d和图1e中所示的永磁体模块的永磁体元件具有径向磁化方向。每个永磁体元件都能够例如是例如利用胶被附接在基板的表面上的单片永磁体材料。还可能的是，永磁体元件包括壳体，在该壳体内存在一片或更多片永磁体材料。值得注意的是，各种种类的永磁体元件结合所考虑的永磁体模块是可能的。
每个永磁体模块的基板都包括底部区段以及位于底部区段与永磁体模块的永磁体元件之间的上部区段。在图1f中，永磁体模块102和105的底部区段利用附图标记112标注，并且永磁体模块102和105的上部区段利用附图标记113标注。永磁体模块构成永磁体模块的子集，使得所述子集中的不同子集的永磁体模块因基板的上部区段相对于基板的底部区段的位置而彼此不同。在图1a到图1e中所图示的例示性永磁体电机中，永磁体模块101到103属于第一子集，永磁体模块104到105属于第二子集，并且永磁体模块107到109属于第三子集。因此，图1f中所示的永磁体模块102和105属于不同子集。如图1f中所示，这些永磁体模块102和105因基板110的上部区段113相对于基板110的底部区段112的位置而彼此不同。每个基板都能够例如是单片钢或其它适当材料。然而，还可能的是，基板由例如两片钢或其它适当材料构成。
在图1a到图1e中所图示的例示性永磁体电机中，转子118包括位于本体部119的表面上的轴向指向紧固轨道。轴向方向与坐标系199的z轴平行。在图1a中，所述轴向指向紧固轨道中的一个紧固轨道利用附图标记129标注。在该例示性状况下，所述轴向指向紧固轨道中的每一个轴向指向紧固轨道都具有T形横截面，使得T型横截面的支腿与本体部119的表面垂直。转子118包括螺纹元件，该螺纹元件穿过本体部119径向延伸到轴向指向紧固轨道。在图1a中，所述螺纹元件中的一个螺纹元件利用附图标记120标注。在该状况下，虽然螺纹元件是螺栓，但螺纹元件也能够是具有螺母的螺纹杆。螺纹元件适于朝向本体部119拉动轴向指向紧固轨道。永磁体模块的底部区段被成形成使得永磁体模块由轴向指向紧固轨道在径向方向和周向方向上形状锁定。在图1a和图1b中，利用箭头
Figure BDA0002183940830000061
描绘周向方向。当螺纹元件被松开(即，未紧固)时，永磁体模块能够沿着轴向指向紧固轨道在轴向方向上滑动。因此，永磁体模块能够在本体部119已相对于定子121被安装在本体部119的操作位置上之后通过使永磁体模块沿着轴向指向紧固轨道轴向滑动而被安装在本体部119的表面上。此后，永磁体模块能够通过紧固螺纹元件而被附接到本体部119，从而导致轴向指向紧固轨道将永磁体模块压靠在本体部119上的情形。
如图1a、图1d和图1e中所示的截面图所示，永磁体模块101、104和107的底部区段在周向方向上彼此对准。对应地，永磁体模块102、105和108的底部区段在周向方向上彼此对准，并且永磁体模块103、106和109的底部区段在周向方向上彼此对准。因为永磁体模块101到103因基板的上部区段相对于基板的底部区段的位置而不同于永磁体模块104到105，并且对应地永磁体模块104到106以上述方式不同于永磁体模块107到109，所以永磁体模块的永磁体元件未被布置成轴向指向的直排。在该例示性状况下，永磁体模块的永磁体元件被布置成在轴向方向上延伸的排，使得所述排以在图1b中示出的倾斜角α相对于轴向方向倾斜。
图2a图示根据例示性且非限制性实施例的转子的一部分。与图2a相关的观察方向对应于与图1b相关的观察方向。所述永磁体模块中的两个永磁体模块利用附图标记201和202标注。在该例示性状况下，永磁体模块的永磁体元件被布置成在轴向方向上延伸的V形排。轴向方向与坐标系299的z轴平行。V形以虚线折线261图示。图2b图示根据另一例示性且非限制性实施例的转子的一部分。与图2b相关的观察方向对应于与图1b相关的观察方向。所述永磁体模块中的两个永磁体模块利用附图标记203和204标注。在该例示性状况下，永磁体模块的永磁体元件被布置成在轴向方向上延伸的Z形排。轴向方向与坐标系299的z轴平行。Z形以虚线折线262图示。
在图1a、图1b、图1d、图1e和图1f中所图示的例示性永磁体模块中，每个永磁体模块的底部区段都包括紧固边缘，用于在轴向方向和周向方向上将所考虑的永磁体模块形状锁定到所述轴向指向紧固轨道中的相邻轴向指向紧固轨道之间，如图1a、图1d和图1e中所图示。在图1f中，永磁体模块102和105的紧固边缘利用附图标记114和115标注。紧固边缘114包括凸缘区段116，并且紧固边缘115包括凸缘区段117。凸缘区段使得轴向指向紧固轨道能够将所考虑的永磁体模块压靠在转子118的本体部119上，如图1a、图1d和图1e中所图示。
图1a到图1e中所图示的例示性永磁体电机是内转子电机。用于构造永磁体电机的转子的上述原理也适用于外转子电机。如图1a、图1d和图1e中所图示，永磁体模块被附接在本体部119的凸表面上。在根据例示性且非限制性实施例的外转子电机中，根据本发明的实施例的永磁体模块被附接在转子的本体部的凹表面上。
图3示出根据例示性且非限制性实施例的永磁体模块302和303。所述永磁体模块中的每一个永磁体模块都包括基板310以及被附接到该基板的永磁体元件311。基板包括底部区段312以及位于底部区段312与永磁体元件311之间的上部区段313。永磁体模块302和303因基板的上部区段相对于基板的底部区段的位置而彼此不同，使得当永磁体模块302和305的底部区段在坐标系399的z方向上连续并且在坐标系399的x方向上彼此对准时，永磁体模块的永磁体元件在坐标系399的z方向上连续并且在坐标系399的x方向上的不同位置处。在该例示性状况下，所述永磁体模块中的每一个永磁体模块的底部区段312都具有燕尾形沟槽322，使得永磁体模块能够沿着具有燕尾形横截面的紧固轨道滑动。永磁体模块能够利用用于朝向本体部拉动紧固轨道的装置(例如，螺栓)而被附接到转子的本体部。
在上述例示性状况下，永磁体模块沿着也被用于将永磁体模块附接到转子的本体部的轴向指向紧固轨道滑动。然而，还能够将暂时安装且可移除的安装装置用于将永磁体模块在转子的本体部的表面上逐个轴向滑动到永磁体模块的最终位置中，并且此后利用例如穿过本体部径向延伸到所考虑的永磁体模块的一个或多个螺栓将每个永磁体模块紧固到本体部。即使永磁体模块形成了偏离轴向方向的排，永磁体模块的底部形成轴向指向直排的原理在不存在轴向指向紧固轨道的状况下也能够是有用的。
图4示出根据例示性且非限制性的实施例的用于组装永磁体电机的方法的流程图。该方法包括以下动作：
动作401：将永磁体电机的转子的本体部安装在本体部的表面径向面向永磁体电机的定子的气隙表面的操作位置上；以及随后
动作402：在转子的轴向方向上并沿着本体部的表面将根据本发明的实施例的永磁体模块滑动到永磁体模块的操作位置，使得永磁体模块的永磁体元件被布置成在转子的轴向方向上延伸并且偏离转子的轴向方向的排，并且永磁体模块的底部区段被布置成轴向指向直排；以及
动作403：将永磁体模块附接到本体部。
在根据例示性且非限制性实施例的方法中，转子包括位于本体部的表面上并且被附接到本体部的轴向指向紧固轨道。在该例示性状况下，永磁体模块沿着轴向指向紧固轨道滑动并通过朝向本体部拉动轴向指向紧固轨道而被附接到本体部。
在根据例示性且非限制性实施例的方法中，所述轴向指向紧固轨道中的每一个轴向指向紧固轨道都具有T形横截面，使得T型横截面的支腿与本体部的表面垂直。
在根据例示性且非限制性实施例的方法中，永磁体模块通过紧固穿过本体部径向延伸到轴向指向紧固轨道的螺纹元件(例如，螺栓)以使轴向指向紧固轨道将永磁体模块压靠在本体部上而被附接到本体部。
在根据例示性且非限制性实施例的方法中，永磁体模块的永磁体元件被布置成在轴向方向上延伸的排，使得所述排相对于轴向方向倾斜。
在根据例示性且非限制性实施例的方法中，永磁体元件被布置成在轴向方向上延伸的V形排。
在根据例示性且非限制性实施例的方法中，永磁体元件被布置成在轴向方向上延伸的Z形排。
上文给出的描述中所提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求书的范围和/或适用性。除非另有明确陈述，否则上文给出的描述中所提供的示例的列表和群组并非是详尽的。

Claims (14)

1.一种用于永磁体电机的转子的永磁体模块(101-109、201-204、302、305)，所述永磁体模块中的每一个永磁体模块都包括基板(110、310)以及被附接到所述基板的永磁体元件(111、311)，所述基板包括底部区段(112、312)以及在所述底部区段和所述永磁体元件之间的上部区段(113、313)，
其特征在于，所述永磁体模块构成所述永磁体模块的至少三个子集(101-103、104-106、107-108)，使得所述子集中的不同子集的所述永磁体模块彼此不同之处在于所述基板的上部区段相对于所述基板的底部区段的位置，使得所述子集中的不同子集的所述永磁体模块的永磁体元件在这些永磁体模块的底部区段在所述转子的本体部的表面上在轴向上连续并且在周向上彼此对准时在轴向(z)上连续并且在周向
Figure FDA0002183940820000011
上处于不同位置处。
2.根据权利要求1所述的永磁体模块，其中，所述永磁体模块的底部区段(112、312)被成形为使得所述永磁体模块能够在径向方向和周向方向上被形状锁定到位于所述转子的本体部的所述表面上的轴向指向紧固轨道，并且使得所述永磁体模块能够沿着所述轴向指向紧固轨道在轴向方向上滑动。
3.根据权利要求2所述的永磁体模块，其中，所述永磁体模块中的每一个永磁体模块的所述底部区段(112)包括紧固边缘(114、115)，用于在所述径向方向和所述周向方向上将所考虑的所述永磁体模块形状锁定到所述轴向指向紧固轨道中的相邻轴向指向紧固轨道之间。
4.根据权利要求3所述的永磁体模块，其中，所述紧固边缘中的每一个紧固边缘都包括凸缘区段(116、117)，所述凸缘区段(116、117)使得所述轴向指向紧固轨道能够将所考虑的所述永磁体模块压靠在所述转子的所述本体部上。
5.一种用于永磁体电机的转子(118)，所述转子包括：
本体部(119)，所述本体部具有轴；以及
永磁体模块(101-109)，所述永磁体模块位于所述本体部的表面上，
其中，所述永磁体模块是根据权利要求1-4中的任一项所述的永磁体模块，并且所述永磁体模块的永磁体元件被布置成在所述转子的轴向方向上延伸并偏离所述转子的轴向方向的排，并且所述永磁体模块的底部区段被布置成轴向指向直排。
6.根据权利要求5所述的转子，其中，所述转子还包括轴向指向紧固轨道(129)，所述轴向指向紧固轨道(129)位于所述本体部的表面上并且被附接到所述本体部，所述永磁体模块是根据权利要求2所述的永磁体模块，并且所述轴向指向紧固轨道被布置成将所述永磁体模块压靠在所述本体部上。
7.根据权利要求6所述的转子，其中，所述轴向指向紧固轨道(129)中的每一个轴向指向紧固轨道都具有T形横截面，使得所述T型横截面的支腿与所述本体部的表面垂直。
8.根据权利要求6所述的转子，其中，所述转子包括螺纹元件(120)，所述螺纹元件(120)穿过所述本体部径向延伸到所述轴向指向紧固轨道(129)并被布置成朝向所述本体部拉动所述轴向指向紧固轨道以将所述永磁体模块压靠在所述本体部上。
9.根据权利要求5所述的转子，其中，所述永磁体元件被布置成在所述轴向方向上延伸的排，使得所述永磁体元件的排相对于所述轴向方向倾斜(α)。
10.根据权利要求5所述的转子，其中，所述永磁体元件被布置成在所述轴向方向上延伸的V形排。
11.根据权利要求5所述的转子，其中，所述永磁体元件被布置成在所述轴向方向上延伸的Z形排。
12.一种永磁体电机，包括：
定子(121)；以及
根据权利要求5所述的转子(118)，所述转子相对于所述定子以可旋转的方式被支撑。
13.一种用于组装永磁体电机的方法，所述方法包括：
将所述永磁体电机的转子的本体部安装在操作位置上(401)，在所述操作位置中所述本体部的表面径向面向所述永磁体电机的定子的气隙表面；随后
使永磁体模块在所述转子的轴向方向上并且沿着所述本体部的表面滑动到所述永磁体模块的操作位置(402)；以及
将所述永磁体模块附接到所述本体部(403)，
其特征在于，所述永磁体模块是根据权利要求1-4中的任一项所述的永磁体模块，并且所述永磁体模块的永磁体元件被布置成在所述转子的轴向方向上延伸并偏离所述转子的轴向方向的排(402)，并且所述永磁体模块的底部区段被布置成轴向指向直排(402)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述转子包括轴向指向紧固轨道，所述轴向指向紧固轨道位于所述本体部的表面上并且被附接到所述本体部，所述永磁体模块是根据权利要求2所述的永磁体模块，并且所述永磁体模块沿着所述轴向指向紧固轨道滑动并通过朝向所述本体部拉动所述轴向指向紧固轨道而被附接到所述本体部。
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