CN112448504A - 电机的转子、电机及电机的装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电机的转子、电机及电机的装配方法，该转子包括：磁极模块，为长条形结构，磁极模块沿电机的轴向延伸；转子支架，沿自身径向具有相对设置的第一表面和第二表面，多个磁极模块沿转子支架的周向间隔分布于第一表面，第二表面对应于每相邻的两个磁极模块之间的间隔设置有向内凹陷的开口；导磁组件，包括多个导磁件，导磁件填充至转子支架上的开口。本发明通过在转子的转子支架上开设开口，可以增加电机的定子与转子之间的主磁路的磁阻，大幅降低定子与转子之间的预定气隙处的磁通量，进而减小预定气隙处的磁吸力对电机装配或者拆卸过程的影响，提高了在现场组装或者拆卸电机的便利性。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种电机的转子、电机及电机的装配方法。
背景技术
永磁电机的转子通常采用表贴式磁极单元，多个磁极单元沿转子磁轭的周向成列排布，使得转子与定子之间的预定气隙处存在较大的磁吸力，增加了组装及拆卸电机的困难。尤其对于大直径的电机，为满足道路运输限值的需求，例如不能超过5m，需要将定子和转子分段后再运输，分段后定子段和转子段的预定气隙处也存在较大的磁吸力，增加了运输难度和成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机的转子、电机及电机的装配方法，该转子可以降低定子与转子之间的预定气隙处的磁吸力对电机的组装或者拆卸过程的影响。
一方面，本发明实施例提出了一种电机的转子，该转子包括：磁极模块，为长条形结构，磁极模块的长度方向平行于电机的轴向；转子支架，沿自身径向具有相对设置的第一表面和第二表面，多个磁极模块沿转子支架的周向间隔分布于第一表面，第二表面对应于每相邻的两个磁极模块之间的间隔设置有向内凹陷的开口；导磁组件，包括多个导磁件，导磁件填充至转子支架上的开口。
根据本发明实施例的一个方面，开口为沿转子支架的径向贯通的通孔或者具有预定深度的沉孔。
根据本发明实施例的一个方面，开口沿轴向的长度尺寸大于或者等于磁极模块沿轴向的长度尺寸，开口沿周向的宽度尺寸W＝10mm～180mm。
根据本发明实施例的一个方面，导磁件为导磁材料制作的长条形结构体；或者，导磁件包括具有容纳腔的外壳和设置于容纳腔内的磁流体。
根据本发明实施例的一个方面，导磁组件还包括环形底板，多个导磁件沿环形底板的周向间隔分布，环形底板附接于转子支架的第二表面。
根据本发明实施例的一个方面，第一表面沿周向间隔设置有多个安装槽，磁极模块包括基板和沿基板的长度方向布置于基板上的多个磁钢，基板背离磁钢的一侧设置有与安装槽可滑动连接的安装部。
另一方面，本发明实施例还提供了一种电机，其包括同轴设置的转子和定子，其中，转子为如前所述的任一种转子。
根据本发明实施例的一个方面，电机还包括主轴，主轴包括同轴设置的转动轴、固定轴以及设置于转动轴与固定轴之间的轴承，转子固定至转动轴，定子固定至固定轴，以使转子套设于定子的外周侧，或者定子套设于转子的外周侧。
另一方面，本发明实施例还提供了一种如前所述的电机的装配方法，该装配方法包括：将不包括导磁组件的部分转子与定子同轴组装，以使部分转子与定子之间沿径向保持预定气隙；将导磁组件的导磁件填充至部分转子的转子支架上的开口，以形成完整的转子。
根据本发明实施例的一个方面，将不包括导磁组件的部分转子与定子同轴组装包括：提供主轴，主轴包括同轴设置的转动轴、固定轴以及设置于转动轴与固定轴之间的轴承；将部分转子固定至转动轴，将定子固定至固定轴，以使部分转子套设于定子的外周侧，或者定子套设于部分转子的外周侧。
本发明实施例提供的电机的转子、电机及电机的装配方法，通过在转子的转子支架上开设开口，可以增加电机的定子与转子之间的主磁路的磁阻，大幅降低定子与转子之间的预定气隙处的磁通量，进而减小预定气隙处的磁吸力对电机装配或者拆卸过程的影响，提高了在现场组装或者拆卸电机的便利性。同时，在电机的定子与转子组装完毕后，将导磁组件填充至转子支架的开口，使电机恢复至具有较小磁阻的主磁路状态，满足电机的功率需求。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。
图1是现有技术中电机沿垂直于转子的轴向方向截取的转子与定子的组装结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种电机沿垂直于转子的轴向方向截取的转子与定子的局部分解结构示意图；
图3是图2所示的转子未安装导磁组件的结构示意图；
图4是图3所示的转子的区域A的放大结构示意图；
图5是图2所示的转子中的导磁组件的结构示意图；
图6是图2所示的转子中的磁极模块的结构示意图；
图7是图2所示的转子中的磁极模块与转子支架的组装效果示意图；
图8是图2所示的电机中的主轴的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种电机的装配方法的流程框图。
其中：
1’-现有技术中的转子；11’-现有技术中的磁极模块；12’-现有技术中的转子支架；
1-转子；11-磁极模块；111-基板；111a-安装部；112-磁钢；12-转子支架；121-第一表面；121a-安装槽；122-第二表面；123-开口；P-预定气隙；13-导磁组件；131-环形底板；132-导磁件；1a-未安装导磁组件13的部分转子；
2-定子；21-定子铁芯；22-定子绕组；
3-主轴；31-转动轴；311-第一外法兰；32-固定轴；321-第二外法兰；33-轴承。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少区域的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了区域结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的电机及风力发电机组的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更好地理解本发明，下面结合图1至图9对本发明实施例提供的电机的转子、电机及电机的装配方法进行详细描述。
参阅图1，现有技术中的电机包括同轴设置的转子1’和定子2，定子2包括定子铁芯21及定子绕组22，转子1’包括转子支架12’和设置于转子支架12’的安装表面上的磁极模块11’。多个磁极模块11’的磁极N和S沿转子支架12’的周向交替设置，转子1’与定子2之间的主磁路由磁极模块11’、转子支架12’、磁极模块11’的磁极对应的定子2与转子1’之间的预定气隙P、定子铁芯21及定子绕组22组成，如图1中的虚线所示。由于转子1’与定子2之间沿径向保持预定气隙P，该预定气隙P处存在较大的磁通量，而静态磁吸力与磁通量的平方成正比，导致预定气隙P处具有较大的磁吸力，增加了组装或者拆卸电机的困难。
参阅图2，为了降低组装或者拆卸电机的困难，本发明实施例提供了一种改进的电机，其包括：同轴设置的转子1和定子2，该电机可以是内定子、外转子结构，也可以是内转子、外定子结构，其中，转子1在结构上有所改进。为了便于描述，本发明以内定子、外转子结构为例进行说明。
本发明实施例提供的转子1包括：磁极模块11、转子支架12和导磁组件13。
磁极模块11为长条形结构，磁极模块11沿电机的轴向延伸。
转子支架12沿自身径向具有相对设置的第一表面121和第二表面122，多个磁极模块11沿转子支架12的周向间隔分布于第一表面121，第二表面122对应于每相邻的两个磁极模块11之间的间隔设置有沿径向向内凹陷的开口123。
导磁组件13包括多个导磁件132，导磁件132可以填充至转子1的转子支架12上的开口123。
转子1与定子2之间的主磁路如图2中的虚线所示，开口123位于主磁路上，开口123的空隙增加了主磁路的磁阻，大幅降低预定气隙P处的磁通密度，进而降低预定气隙P处的磁吸力。以MW级电机为例，假设预定气隙P为7.5mm，磁极模块11的厚度为20mm，主磁路上设置的开口123沿周向的宽度尺寸为30mm时，预定气隙P处的电磁力即定子2与转子1之间的电磁吸力降低为原来的约29％，由此便于在现场拆卸或者组装电机，提高工作效率。
当电机在较小的磁吸力的作用下组装完成转子1与定子2后，可以将导磁组件13填充至转子支架12的开口123，使电机恢复至具有较小磁阻的主磁路状态，以满足电机的功率需求。
本发明实施例提供的电机的转子1，通过在转子支架12上开设开口123，可以增加电机的定子2与转子1之间的主磁路的磁阻，大幅降低定子2与转子1之间的预定气隙P处的磁通量，进而减小预定气隙P处的磁吸力对电机装配或者拆卸过程的影响，提高了在现场组装或者拆卸电机的便利性。同时，在电机的定子2与转子1组装完毕后，将导磁组件13填充至转子支架12的开口123，使电机恢复至具有较小磁阻的主磁路状态，满足电机的功率需求。
下面结合附图进一步详细描述本发明实施例提供的电机的转子1的具体结构。
当电机为内定子、外转子结构时，转子1沿定子2的外周设置，转子支架12的用于安装磁极模块11的第一表面121即为转子支架12的内周面；开口123设置于转子支架12的第二表面122即外周面一侧。
图3示出了未安装导磁组件13的部分转子1a，图4为图3中的区域A的放大结构示意图。如图3和图4所示，开口123可以为沿转子支架2的径向贯通的通孔，也可以为沿转子支架2的径向具有预定深度的沉孔。另外，开口123在转子支架2的第二表面122上的具体位置与磁极模块11在转子支架2的第一表面121的位置有关。可选地，磁极模块11沿自身长度方向的两端与转子支架2的轴向两端分别相距一定距离，便于在转子支架2的轴向两端固定其它部件。相应地，开口123沿转子支架2的轴向延伸，且与转子支架2的轴向两端分别相距一定距离，开口123的形状可以为矩形、梯形等。
进一步地，开口123沿轴向的长度尺寸L大于或者等于磁极模块11沿轴向的长度尺寸。理论上来说，长条形结构的磁极模块11沿轴向的长度尺寸越大于其沿周向的宽度尺寸，且开口123沿轴向的长度尺寸L越长，主磁路的磁阻越大，定子2与转子1之间的磁吸力越小。
可选地，开口123沿周向的宽度尺寸W的取值范围为：W＝10mm～180mm。仍以前述MW级电机为例，经过试验验证，开口123沿周向的宽度尺寸W＝30mm～50mm时，可以大幅降低定子2与转子1之间的磁吸力，有利于组装或者拆卸定子2与转子1。
参阅图5，可选地，导磁件132为导磁材料制作的长条形结构体，导磁材料例如但不限于低碳钢等，经滚圆、铣削等工序加工而成，其外形与开口123相适配，以使导磁件132能够填充于开口123中，电机恢复至具有较小磁阻的主磁路状态。
可选地，导磁件132包括具有容纳腔的外壳和设置于容纳腔内的磁流体(图中未示出)。外壳可以为具有容纳腔的长条形壳体，其能够填充于开口123中，外壳也可以采用低碳钢等导磁材料制作而成。组装定子2与转子1时，可以先将外壳填充于开口123中，当定子2与转子1同轴组装完毕后，再将磁流体注入到外壳内；也可以在定子2与转子1完毕后，再将注入磁流体的外壳一并填充于开口123，使电机恢复至具有较小磁阻的主磁路状态。
进一步地，导磁组件13还包括环形底板131，多个导磁件132沿环形底板131的周向间隔分布，环形底板131附接于转子支架12的第二表面122。多个导磁件132通过紧固件固定于环形底板131上，再将环形底板131附接于转子支架12的第二表面122，可以同时将多个导磁件132填充至对应的各个开口123内，以提高导磁组件13的组装效率。环形底板131可以通过紧固件、胶结等方式固定于转子支架12的第二表面122。
请一并参阅图6和图7，磁极模块11安装于转子支架12的第一表面121上，第一表面121沿周向间隔设置有多个安装槽121a，磁极模块11一般包括基板111和沿基板111的长度方向依次布置于基板111上的多个磁钢112，基板111还设置有与安装槽121a可滑动连接的安装部111a。
多个磁钢112通过结构胶粘接在基板111上，或者通过螺钉等方式连接在基板111上。磁钢112采用硬磁材料制作而成，例如钕铁硼材料等。磁钢122表面通过注胶、磁极盒等方式进行防护，使其与外界空气隔离，降低失效风险。基板111可以采用导磁材料制作而成，例如低碳钢、硅钢、电工铁等，基板111一方面为多个磁钢112提供支撑，另一方面为相邻的磁极模块11提供了磁通路。
安装部111a可以设置于基板111背离磁钢112的一侧，也可以设置于基板111沿周向的两端，具体根据转子支架12的第一表面121上的安装槽121a的结构而定。例如，如图6和图7所示，转子支架12的第一表面121上的安装槽121a设置为沿轴向延伸的燕尾槽，相应地，安装部111a为设置于基板111背离磁钢112的一侧与燕尾槽配合的导向结构，以使安装部111a与安装槽121a构成沿轴向可移动的滑轨结构，便于快速将多个磁极模块11组装于转子支架12上，或者将磁极模块11从转子支架12上快速拆卸进行维修。
可以理解的是，前述导磁组件13也适用于安装至内转子、外定子结构的电机，即定子2沿转子1的外周设置，转子支架12的用于安装磁极模块11的第一表面121即为转子支架12的外周面，开口123设置于转子支架12的第二表面122即内周面一侧，不再赘述。
参阅图8，本发明实施例提供的电机还包括主轴3，主轴3包括同轴设置的转动轴31、固定轴32以及设置于转动轴31与固定轴32之间的轴承33，转子1固定至转动轴31，定子2固定至固定轴32，以使转子1套设于定子2的外周侧，或者定子2套设于转子1的外周侧。
转动轴31、固定轴32通常由钢铁材料如低碳钢、球墨铸铁等通过焊接或铸造等成形工艺后经机械加工得到，通过固定轴承33的零件如轴承挡圈等，可以使得转动轴31相对固定轴32沿轴向不可移动，但可以转动。
以转动轴31套设于固定轴32的外周侧为例，转动轴31外周设置有第一外法兰311，转子支架12的内周设置有第一内法兰(图中未示出)，将转动轴31沿轴向伸入转子支架12的内周，且通过紧固件将第一外法兰盘411和第一内法兰盘组装为一体，以将转子支架12固定至转动轴31。
固定轴32的外周设置有第二外法兰321，定子2的内周设置有第二内法兰(图中未示出)，将固定轴32沿轴向伸入定子3的内周，且通过紧固件将第二外法兰321和第二内法兰组装为一体，以将定子2固定至固定轴32。
另外，对于大直径的电机，当其定子2或者转子1的最大直径超过道路运输限值5m时，需要在工厂内预先制作定子和转子，在运输前将定子分段为若干个定子段，将转子分段为若干个转子段。其中，为了保证定子绕组的工艺要求，每个定子段的最大弦长尺寸小于工厂内浸漆罐的内径尺寸。导磁组件13如果包括环形底板131，环形底板131也需要分段为若干个底板段。为便于运输，定子段、转子段、底板段的最大宽度尺寸小于道路运输限值。运输到组装现场时，再将各定子段组装为定子，将各转子段组装为转子，各底板段分别组装至转子支架上。
由于各个转子支架分段上设置有如前所述的开口123，运输时定子段和转子段组成的区段模块之间的磁吸力较小，区段模块在例如固定工装的作用下容易保持预定气隙P，并且运输到组装现场后，有利于各个区段模块之间的拼装，最后将各底板段安装至转子支架上，完成环形底板131的拼装，将大直径电机恢复至具有较小磁阻的主磁路状态，满足大直径电机的功率需求。
本发明实施例提供的电机的转子1及电机，通过在转子1的转子支架12上开设开口123，可以增加电机的定子2与转子1之间的主磁路的磁阻，大幅降低定子2与转子1之间的预定气隙P处的磁通量，进而减小预定气隙P处的磁吸力对电机装配或者拆卸过程的影响，提高了在现场组装或者拆卸电机的便利性。同时，在电机的定子2与转子1同轴组装完毕后，将导磁组件13填充至转子支架12的开口123，使电机恢复至具有较小磁阻的主磁路状态，以满足电机的功率需求。
参阅图9，本发明实施例还提供了一种如前所述的任一种电机的装配方法，该装配方法包括：
步骤S1：将不包括导磁组件13的部分转子1a与定子2同轴组装，以使部分转子1与定子2之间沿径向保持预定气隙P。
如前所述，根据电机的类型，部分转子1a与定子2同轴组装可以为部分转子1a套设于定子2的外周侧，也可以为定子2套设于部分转子1的外周侧。
对于大直径的电机，转子1与定子2同轴组装之前，需要在工厂预先将转子1分段为若干转子段，将定子2分段为若干定子段，并转子段和定子段组装为区段模块，由于转子段的转子支架段上设置有如前所述的开口123，使得各区段模块中的转子段和定子段之间的磁吸力较小，二者之间容易保持预定气隙P。运输至组装现场后，再将各个区段模块组装至主轴，以分别拼接为完整的定子2和转子1。
步骤S2：将导磁组件13的导磁件132填充至部分转子1a的转子支架12上的开口123。
定子2和部分转子1a同轴组装完毕后，将导磁件132填充至转子支架12上的开口123，使电机恢复至具有较小磁阻的主磁路状态。
进一步地，步骤S1中，将不包括导磁组件的部分转子与定子同轴组装包括：
步骤S11：提供主轴3，主轴3包括同轴设置的转动轴31、固定轴32以及设置于转动轴31与固定轴32之间的轴承33；
步骤S12：将部分转子1a固定至转动轴31，将定子2固定至固定轴32，以使部分转子1a套设于定子2的外周侧，或者定子2套设于部分转子1a的外周侧。
如前所述，对于大直径的电机来说，由于各个转子支架分段上设置有如前所述的开口123，运输时定子段和转子段组成的区段模块之间的磁吸力较小，区段模块在例如固定工装的作用下容易保持预定气隙P，并且运输到组装现场后，有利于各个区段模块之间的拼装，最后将各底板段安装至转子支架上，完成环形底板131的拼装，将大直径电机恢复至具有较小磁阻的主磁路状态，满足大直径电机的功率需求。由此，大直径的电机既能满足道路运输要求，也能提高组装或者拆卸电机过程的便利性，还不会影响电机的正常使用需求，具有较高的工程实用性。
另外，根据以上所述的示例性实施例的电机及电机的装配方法可被应用到各种需要设置电机的设备中，例如但不限于风力发电机组。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种电机的转子，其特征在于，所述转子(1)包括：
磁极模块(11)，为长条形结构，所述磁极模块(11)沿所述电机的轴向延伸；
转子支架(12)，沿自身径向具有相对设置的第一表面(121)和第二表面(122)，多个所述磁极模块(11)沿所述转子支架(12)的周向间隔分布于所述第一表面(121)，所述第二表面(122)对应于每相邻的两个所述磁极模块(11)之间的间隔设置有沿径向向内凹陷的开口(123)；
导磁组件(13)，包括多个导磁件(132)，所述导磁件(132)填充至所述转子支架(12)上的所述开口(123)。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述开口(123)为沿所述转子支架(12)的径向贯通的通孔或者具有预定深度的沉孔。
3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述开口(123)沿轴向的长度尺寸L大于或者等于所述磁极模块(11)沿所述轴向的长度尺寸；
和/或，所述开口(123)沿周向的宽度尺寸W＝10mm～180mm。
4.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述导磁件(132)为导磁材料制作的长条形结构体；
或者，所述导磁件(132)包括具有容纳腔的外壳和设置于所述容纳腔内的磁流体。
5.根据权利要求4所述的转子，其特征在于，所述导磁组件(13)还包括环形底板(131)，多个所述导磁件(132)沿所述环形底板(131)的周向间隔分布，所述环形底板(131)附接于所述转子支架(12)的第二表面(122)。
6.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述第一表面(121)沿周向间隔设置有多个安装槽(121a)，所述磁极模块(11)包括基板(111)和沿所述基板(111)的长度方向布置于所述基板(111)上的多个磁钢(112)，所述基板(111)还设置有与所述安装槽(121a)可滑动连接的安装部(111a)。
7.一种电机，包括同轴设置的转子(1)和定子(2)，其特征在于，所述转子(1)为如权利要求1至6任一项所述的转子。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，还包括主轴(3)，所述主轴(3)包括同轴设置的转动轴(31)、固定轴(32)以及设置于所述转动轴(31)与所述固定轴(32)之间的轴承(33)，所述转子(1)固定至所述转动轴(31)，所述定子(2)固定至所述固定轴(32)，以使所述转子(1)套设于所述定子(2)的外周侧，或者所述定子(2)套设于所述转子(1)的外周侧。
9.一种如权利要求7或8所述的电机的装配方法，其特征在于，所述装配方法包括：
将不包括导磁组件(13)的部分转子(1a)与定子(2)同轴组装，以使所述部分转子(1a)与所述定子(2)之间沿径向保持预定气隙(P)；
将导磁组件(13)的导磁件(132)填充至所述部分转子(1a)的转子支架(12)上的开口(123)，以形成完整的转子(1)。
10.根据权利要求9所述的装配方法，其特征在于，所述将不包括导磁组件(3)的部分转子与定子(2)同轴组装包括：
提供主轴(3)，所述主轴(3)包括同轴设置的转动轴(31)、固定轴(32)以及设置于所述转动轴(31)与所述固定轴(32)之间的轴承(33)；
将所述部分转子(1a)固定至所述转动轴(31)，将所述定子(2)固定至所述固定轴(32)，以使所述部分转子(1a)套设于所述定子(2)的外周侧，或者所述定子(2)套设于所述部分转子(1a)的外周侧。
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