CN114530961A - 电机中的磁体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机中的磁体。具体而言，本公开涉及用于电机的转子，包括第一类型的永磁体和第二类型的永磁体，其中第一类型的永磁体和第二类型的永磁体具有相同的磁强度，并且其中第一类型的永磁体具有第一温度额定值，且第二类型的永磁体具有不同于第一温度额定值的第二温度额定值。本公开涉及发电机，并且具体涉及包括这种发电机的风力涡轮，并且涉及用于为永磁体转子选择或提供磁体的方法。

Description

电机中的磁体

技术领域

本公开涉及电机，并且更具体地涉及包括永磁体的电机。本公开还涉及包括这种电机的风力涡轮，并且具体地涉及包括具有冷却布置的永磁发电机的风力涡轮。

背景技术

诸如马达和发电机的电机大体包括转子结构和定子结构。大型发电机可为例如永磁励磁发电机（PMG）。

这种发电机可用于例如风力涡轮。风力涡轮大体包括具有转子毂和多个叶片的转子。转子在风对叶片的作用下开始旋转。转子轴的旋转直接地驱动发电机转子（“直接驱动”），或通过使用变速箱驱动发电机转子。这种直接驱动的风力涡轮发电机可具有例如6–10米（236–328英寸）的直径，例如2–3米（79–118英寸）的长度，并且可以以低速旋转，例如在2至20 rpm（每分钟转数）的范围内。备选地，永磁发电机也可联接到变速箱，变速箱将发电机的旋转速度增加到例如50至500 rpm之间或甚至更高。

电机包括相对于定子旋转的转子。转子可为内部结构，且定子可为外部结构。因此，在此情况下，定子围绕转子。备选地，构造可与此相反，即转子围绕定子。

在永磁励磁发电机（PMG）的情况下，永磁体（PM）大体包括在转子中（但它们也可备选地布置在定子结构中），而绕组元件（例如线圈）通常包括在定子中（但它们也可备选地布置在转子结构中）。永磁发电机大体上被认为是可靠的，并且比其它发电机类型需要更少的维护。这是在离岸风力涡轮中，并且具体是在直接驱动的离岸风力涡轮中使用永磁发电机的重要原因。

多个永磁体可设在永磁体模块中，永磁体模块可附接到转子作为单个物件。永磁体模块可限定为具有多个永磁体的单元，使得多个磁体可一起安装和拆卸。这种模块可具有模块基座，该模块基座具有合适用于容纳或承载可固定到基座的多个永磁体的形状。基座可构造成以多个磁体通过模块基座一起固定到转子边缘的方式固定到转子边缘。永磁体模块的使用可便于转子的制造。

由于有源元件（磁体或线圈）在使用中发热，故冷却在电机中大体上很重要。过高的温度会导致这些元件的故障以及较低效率的操作。

电机的不同构造是已知的，例如径向电机和轴向电机。在轴向电机中，转子和定子沿轴向面对彼此。气隙沿轴向布置在转子和定子之间。在径向电机中，可在转子和定子之间形成基本环形的气隙。并且，转子和定子中的一个布置成沿径向围绕另一个。由于转子的运动，故气隙中的空气四处移动。空气由此可提供冷却效果，具体是在高速旋转的情况下。

已知的是提供主动空气冷却或空调系统，其提供通过内部定子结构的冷空气流。然后冷却空气流沿定子的圆周分布。然后空气流从一侧到另一侧沿轴向穿过气隙，从而冷却转子和定子的有源元件。然后在相对的轴向侧处收集热空气。然后热空气可排出或在热交换器中冷却并再次使用。其中冷却空气沿轴向穿过径向气隙的这种类型的冷却大体上称为轴向冷却。

径向冷却也是已知的，其中冷却空气通常在沿转子的轴向长度的各种点处沿径向吹入径向气隙中。对于轴向较短的电机大体上优选轴向冷却，而对于轴向较长的电机通常优选径向冷却。

随着冷却空气从一侧到另一侧沿轴向穿过气隙，空气在穿过气隙时发热。因此，冷却空气在一侧比在相对侧更冷，并因此在一侧提供比在另一侧更有效的冷却。结果在于，有源元件的冷却不均匀，即转子的一侧上的磁体可能比另一侧处的磁体处于较高的温度。

磁体之间不均匀的温度分布可影响电机的操作。退磁是其中永磁体失去其磁性的过程。退磁在存在强磁场（例如由定子电流并且具体是电机中的故障电流引起的磁场）的情况下发生。因此，永磁体的退磁可能在电机的使用期间和整个寿命内发生，并且在高温下退磁发生得更快并且程度更大。

如果温度分布如前所述沿轴向不均匀，则布置在转子的一侧上的磁体比布置在转子的另一侧上的磁体可经历更多的退磁并且可更快地经历退磁。

电机的大小和类型以及本文所述的潜在问题不仅限于直接驱动应用中的发电机，且甚至不仅限于风力涡轮的领域。例如，在蒸汽涡轮和水力涡轮中也可发现可能遭受相同问题和/或具有相同复杂性的相当大尺寸的电机。

本公开提供了至少部分解决上述缺点中的一些缺点的系统和方法的示例。

发明内容

在第一方面，一种用于电机的转子包括第一类型的永磁体和第二类型的永磁体。第一类型的永磁体和第二类型的永磁体具有相同的磁强度，并且其中第一类型的永磁体具有第一温度额定值，且第二类型的永磁体具有不同于第一温度额定值的第二温度额定值。

根据该方面，提供了一种永磁体转子，其可解决沿转子的不均匀温度分布。例如，当故障电流发生时，永磁体的退磁可能发生。为了避免退磁，通常选择具有足够高的“等级”（强度和温度额定值的组合）的永磁体，以即使对于处于最高温度的磁体也避免退磁。然而，较高等级的磁体比较低等级的磁体更昂贵。已知的解决方案在于增加永磁体转子的冷却从而降低磁体的等级。然而，根据前述方面，不同等级的磁体可用于具有不同温度的不同区域，从而提供成本效益合算的解决方案。

贯穿本公开，不同的温度额定值意味着不同的内禀矫顽力。矫顽力或磁矫顽力是铁磁材料承受外部磁场而不变得退磁的能力的量度。矫顽力通常以奥斯特或安培/米为单位来测量，并表示为H_C。较大的值是内禀矫顽力H_Ci，其不考虑负真空介电常数对磁场B的贡献，仅考虑磁化强度。

贯穿本公开，永磁体的强度可认作是其剩磁。剩磁或剩余磁化强度或残余磁性是当除去外部磁场时铁磁材料中留下的磁化强度。如贯穿本公开所使用的相同剩磁或相同磁强度应表示一个磁体与另一个磁体之间的剩磁差小于10%，特别地是小于5%。

另一方面，提供了一种方法，该方法包括确定电机的永磁体转子的永磁体的剩磁，以及确定操作中的永磁体转子的温度分布。该方法然后包括确定具有较高平均温度的永磁体转子的第一区，以及确定具有较低平均温度的永磁体转子的第二区。然后，选择用于第一区的第一类型的磁体和用于第二区的第二类型的磁体，其中第二类型不同于第一类型。

技术方案1. 一种用于电机的转子，包括第一类型的永磁体和第二类型的永磁体，其中

所述第一类型的永磁体和所述第二类型的永磁体具有相同的磁强度，且其中

所述第一类型的永磁体具有第一温度额定值，且所述第二类型的永磁体具有不同于所述第一温度额定值的第二温度额定值。

技术方案2. 根据技术方案1所述的转子，其中，所述永磁体由稀土材料制成，并且特别地，其中所述永磁体为钕铁硼磁体。

技术方案3. 根据技术方案1或技术方案2所述的转子，其中，所述转子从第一端沿轴向延伸到第二端，并且其中

第一集合的永磁体布置在所述转子的第一区中，

第二集合的永磁体布置在所述转子的第二区中，其中

所述第一区比所述第二区更靠近所述第一端。

技术方案4. 根据技术方案3所述的转子，其中，所述转子构造成以所述第一端比所述第二端更靠近冷却空气源的方式布置在所述电机中。

技术方案5. 根据技术方案1至技术方案4中任一项所述的转子，进一步包括第三集合的永磁体，其中所述第三集合的永磁体具有相同的磁强度，并且具有不同于所述第一温度额定值和所述第二温度额定值的第三温度额定值。

技术方案6. 根据技术方案1至技术方案5中任一项所述的转子，包括转子边缘和附接到所述转子边缘的多个永磁体模块。

技术方案7. 根据技术方案6所述的转子，其中，所述多个永磁体模块包括第一组永磁体模块和第二组永磁体模块，且其中

所述第一组永磁体模块包括所述第一类型的磁体，并且所述第二组永磁体模块包括所述第二类型的磁体。

技术方案8. 根据技术方案6所述的转子，其中，所述永磁体模块中的一个或多个包括所述第一类型的磁体和所述第二类型的磁体或磁体部分。

技术方案9. 根据技术方案8所述的转子，其中，所述永磁体模块包括相对于径向方向倾斜布置的一个或多个倾斜磁体，以及垂直于所述径向方向布置的一个或多个切向磁体，并且其中

所述倾斜磁体为所述第一类型的磁体，并且所述切向磁体为所述第二类型的磁体。

技术方案10. 一种电机，包括根据技术方案1至技术方案9中任一项所述的转子，可选地，其中所述电机是发电机。

技术方案11. 一种风力涡轮，包括塔架，可旋转地安装在所述塔架上的机舱，以及包括多个叶片的风力涡轮转子，以及根据技术方案10所述的发电机，并且可选地，其中所述发电机是直接驱动的。

技术方案12. 一种方法，包括：

确定电机的永磁体转子的永磁体的剩磁；

确定操作中的所述永磁体转子的温度分布；

确定具有较低平均温度的所述永磁体转子的第一区，并且确定具有较高平均温度的所述永磁体转子的第二区；以及

选择用于所述第一区的第一类型的磁体和用于所述第二区的第二类型的磁体，其中所述第二类型不同于所述第一类型。

技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其中，所述第一类型的磁体具有比所述第二类型的磁体较低的温度额定值。

技术方案14. 根据技术方案12或技术方案13所述的方法，其中，确定操作中的所述永磁体转子的温度分布包括模拟所述电机的操作。

技术方案15. 根据技术方案12至技术方案14中任一项所述的方法，其中，通过增材制造提供所述第一类型的磁体和所述第二类型的磁体。

附图说明

下文将参考附图来描述本公开的非限制性示例，在附图中：

图1示出了根据一个示例的风力涡轮的透视图；

图2示出了根据一个示例的风力涡轮的机舱的详细内部视图；

图3示意性地表示电机的示例的截面视图；

图4A和4B示意性地示出了退磁曲线；

图5A和5B示意性地示出了永磁体模块的两个示例；以及

图6示意性地示出了用于为电机的转子选择合适的永磁体的方法的示例。

具体实施方式

在这些附图中，相同的参考标号用于表示匹配的元件。

图1示出了风力涡轮160的一个示例的透视图。如图所示，风力涡轮160包括从支承表面150延伸的塔架170、安装在塔架170上的机舱161和联接到机舱161的转子115。转子115包括可旋转的毂110和联接到毂110且从毂110向外延伸的至少一个转子叶片120。例如，在所示实施例中，转子115包括三个转子叶片120。然而，在备选实施例中，转子115可包括多于或少于三个转子叶片120。每个转子叶片120可围绕毂110间隔开，以便于使转子115旋转来使动能能够从风转化为可用的机械能，并随后转化为电能。例如，毂110可以可旋转地联接到定位于机舱161内的发电机162（图2）以允许产生电能。

图2示出了图1的风力涡轮160的机舱161的一个示例的简化内部视图。如图所示，发电机162可设置在机舱161内。大体上，发电机162可联接到风力涡轮160的转子115，以用于由转子115生成的旋转能来生成电力。例如，转子115可包括联接到毂110以随其旋转的主转子轴163。发电机162然后可联接到转子轴163，使得转子轴163的旋转驱动发电机162。例如，在所示实施例中，发电机162包括通过变速箱164可旋转地联接到转子轴163的发电机轴166。

应当认识到，转子轴163、变速箱164和发电机162大体上可由定位于风力涡轮塔架170顶部的支承框架或底板165支承在机舱161内。

机舱161以机舱161能够围绕偏航轴线YA旋转的方式通过偏航系统20可旋转地联接到塔架170。偏航系统20包括偏航轴承，该偏航轴承具有构造成相对于彼此旋转的两个轴承构件。塔架170联接到一个轴承构件，并且机舱161的底板或支承框架165联接到另一个轴承构件。偏航系统20包括环形齿轮21和多个偏航驱动器22，偏航驱动器具有马达23、变速箱24和小齿轮25，小齿轮25用于与环形齿轮21啮合以使一个轴承构件相对于另一个轴承构件旋转。

叶片120通过位于叶片120和毂110之间的变桨轴承100联接到毂110。变桨轴承100包括内环和外环。风力涡轮叶片可附接在内轴承环处或外轴承环处，而毂联接在另一个处。当致动变桨系统107时，叶片120可执行相对于毂110的相对旋转移动。内轴承环因此可执行相对于外轴承环的旋转移动。图2的变桨系统107包括与设在内轴承环上的环形齿轮109啮合的小齿轮108，以使风力涡轮叶片开始围绕变桨轴线PA旋转。

由发电机产生的能量可输送到转换器，转换器使发电机的输出电力适应电网的要求。电机可包括电相位，例如三个电相位。转换器可布置在机舱内或塔架内，或布置在外部。

图3示意性地示出了电机。电机可为发电机，特别地是直接驱动的风力涡轮发电机。

图3的发电机10包括从第一侧101延伸到第二侧102并构造成围绕旋转轴线33旋转的转子20、定子30、转子20和定子30之间的气隙40。

该图中的定子30包括多个电线圈90和定子结构50，该定子结构包括支承多个电线圈90的周向支承件60。定子结构50沿发电机的旋转轴线33从第一侧31延伸到第二侧32。

图3的发电机10进一步包括空气冷却系统110以冷却多个电线圈90。在该示例中，空气冷却系统110包括电机空气入口111、延伸穿过周向支承件60的一部分的空气分配通道，以及与气隙40流体连通的电机空气出口112。电机空气入口可允许空气流进入电机。

由空气冷却系统110输送的冷却空气可向气隙40提供冷空气。该空气从而可冷却沿气隙布置的电磁元件，例如与转子20一起布置的磁体21以及还有布置在定子上的电线圈90。

该示例的空气分配通道包括进气口71，该进气口与电机空气入口111流体连通并且布置在周向支承件60的第一侧31处，以及。空气分配通道进一步包括布置在周向支承件60的第二侧32处的多个轴向空气开口73，其与气隙40流体连通，以沿气隙40分配来自电机空气入口111的空气流。

在该特别示例的发电机10中，转子20围绕定子30。转子通过发电机轴承11可旋转地安装在风力涡轮的支承框架9上。转子20可连接到使其旋转的风力涡轮的转子毂（在该图中未示出）。定子30可刚性地连接到风力涡轮的支承框架9。电绕组90布置在周向支承件的外边缘的外侧，并且磁体或磁体模块21可布置在外转子边缘22的内侧。

在该图的示例中，发电机包括布置在第一侧101处的盖板12。盖板12可封闭发电机，并且可固定地附接到风力涡轮的支承框架9。密封部件可布置在转子边缘22的靠近第一侧101的部分与盖板12之间。

在其它示例中，盖板12可形成转子20的一部分。在这些示例中的一些中，附加的发电机轴承可将盖板与风力涡轮的支承框架可旋转地连接。在其它示例中，转子20可在定子的径向内侧，即定子30可沿径向围绕转子20。转子20可直接地联接到风力涡轮转子（例如联接到转子轴或转子毂），或变速箱可布置在风力涡轮转子与发电机之间。

冷空气流可通过电机空气入口111进入发电机10。该冷空气流可朝向发电机10的气隙40引导通过定子结构50和多个轴向空气开口73。因此，空气流可沿气隙40的圆周基本均匀地分布。该冷空气流因此可冷却布置在气隙40处的转子和定子的电磁构件。空气流可从第二侧102到第一侧101沿轴向穿过气隙，以冷却布置在气隙处的电磁构件。来自电磁构件的热量传递到空气流，并且第一侧101处的空气流的温度可高于第二侧102处的空气流的温度。该热空气流然后可通过电机空气出口112离开发电机以在热交换器中冷却。电机空气出口可允许空气流离开电机。

因此，布置在气隙处的电磁构件（例如磁体）可在预定合适范围内的温度下操作，并因此电机可有效地操作。

根据该图的空气冷却系统包括在周向支承件60的第二侧32与转子20的第二侧102之间沿径向延伸的第二侧径向空气通道114。第二侧径向空气通道114可使多个轴向空气开口73与气隙40连通。

空气冷却可包括在周向支承件60的第一侧31与转子20的第一侧101之间沿径向延伸的第一侧径向空气通道113。第一侧径向空气通道113可使气隙40与电机空气出口112连通。

在一些示例中，冷却系统可包括热交换器。热交换器可包括第一流体回路和第二流体回路。第一流体回路可连接到冷却系统以冷却电机。第二流体回路可冷却沿第一流体回路流动的流体。例如，第二流体回路的流体可为空气或水。第一流体回路可包括连接到电机空气出口的热交换器空气入口，以接收来自气隙的热空气流。另外，第一流体回路可包括连接到电机空气入口的热交换器空气出口，以将空气流输送到气隙。导管可布置在电机空气出口与热交换器空气入口之间，以朝向热交换器引导空气流。导管可将热交换器空气出口连接到电机空气入口。

来自气隙的空气流可由第二流体回路冷却，并且该冷却的空气流可通过电机空气入口输入到电机，以冷却布置在气隙上的电磁构件。

如前所述，冷空气流因此可冷却布置在气隙40处的转子和定子的电磁构件。空气流可从第二侧102到第一侧101沿轴向穿过气隙，以冷却布置在气隙处的电磁构件。来自电磁构件的热量传递到空气流，并且第一侧101处的空气流的温度可高于第二侧102处的空气流的温度。由于第一侧101处的（冷却）空气流的温度可较高，故电机的该侧处的磁体的冷却是用较热的空气完成的。因此，局部冷却可能较不有效。

热侧处的磁体21因此可在比转子的较冷侧处的磁体较高的温度下操作。

图4A示出了永磁体，特别地钕铁硼磁体的退磁曲线205。退磁曲线205是“正常”退磁曲线，而“内禀”退磁曲线200是针对同一磁体示出的。

退磁曲线表示磁体在给定温度下的行为，并表示在特定磁场存在下退磁可能如何发生。正常退磁曲线205显示出拐点208。只要磁场在曲线的线性区207内，磁体的特性将会恢复到原始强度。然而，如果磁场高于拐点208，则在没有磁场的情况下，磁体将不会恢复到其原始强度，即其原始剩磁。相反，线209表示磁体将如何恢复到较低的剩磁，即磁体已部分地退磁。

能够部分或完全退磁的强磁场可能由例如发电机中的电气故障引起。

对于不同温度的给定磁体，存在不同的退磁曲线。在较高温度下，拐点在较低磁场下达到，即，将更容易发生退磁。

图4B示意性地示出了具有相同强度（即相同剩磁）的两种类型的钕永磁体的退磁曲线205、207。

然而，磁体具有不同的温度额定值，即不同的内禀矫顽力。曲线207（和曲线202）是具有较高温度额定值的永磁体N48SH的退磁曲线，且曲线205（和曲线200）是具有较低温度额定值的永磁体N48H的退磁曲线。

退磁曲线205、207显示了80℃的温度下的退磁。永磁体N48SH的不可逆退磁显示在较高磁场下发生。

在本公开的一个方面（参考图3），提供了一种用于电机10的转子20，其包括第一类型的永磁体和第二类型的永磁体。第一类型的永磁体和第二类型的永磁体具有相同的磁强度，并且第一类型的永磁体具有第一温度额定值，且第二类型的永磁体具有不同于第一温度额定值的第二温度额定值。

在图3的示例中，电机可包括第一集合的永磁体（第一类型）和第二集合的永磁体（第二类型）。即，可使用分离的独立磁体。在其它示例中，可利用增材制造来提供磁性材料。在这样的示例中，磁体等级（且具体是温度额定值）的变化可更加连续。

永磁体可由稀土材料制成，并且特别地可为钕铁硼磁体。在备选示例中，永磁体可由例如陶瓷材料、钐钴或铝镍钴（铝镍钴是铁合金家族，其除铁外主要由铝（Al）、镍（Ni）和钴（Co）构成）制成。

在示例中，转子20可具有径向转子边缘并且从第一端102沿轴向延伸到第二端101，并且其中第一集合的永磁体布置在转子的第一区中，第二集合的永磁体布置在转子的第二区中，其中第一区比第二区更靠近第一端102。

该示例中的转子构造成以第一端102比第二端101更靠近冷却空气源73的方式布置在电机10中。

在一些示例中，转子可进一步包括第三集合的永磁体，其中第三集合的永磁体具有相同的磁强度，并且具有不同于第一温度额定值和第二温度额定值的第三温度额定值。在这些示例中，可限定三个不同的温度区，并且对于这些区中的每一个，可选择合适的永磁体。在其它示例中，可提供四个集合、五个集合或更多不同集合的永磁体。

在其中利用3D打印或增材制造提供磁性材料的示例中，可提供具体数量的磁体类型（温度额定值），或可提供温度额定值的连续变化。

在另一方面，提供了一种包括这种转子的电机10。电机10可为发电机。在又一方面，风力涡轮160包括塔架170、可旋转地安装在塔架170上的机舱161和包括多个叶片120的风力涡轮转子115，其中风力涡轮转子115可操作地连接到发电机的转子，其中转子是如本文所述的转子。

图5A和5B示意性地示出了用于电机的转子的永磁体模块的两个示例。图5A示出了具有基座225的永磁体模块220的示例。基座可附接到转子边缘。基座可例如通过装配在基座225的任一侧上的凹部内的T形锚固件附接。多个永磁体230可布置在基座225的顶部上。

该示例中的永磁体模块220可具有相同长度的转子，即永磁体模块从转子的第一（前）侧延伸到转子的第二（后）侧。转子（和永磁体模块220）的第一侧232可为冷侧，且第二侧234可为热侧。在操作中，冷侧232上的磁体的平均温度可低于热侧上的平均温度。

可限定具有较低平均温度的第一区240，并且可限定具有较高平均温度的第二区242。第一区240中的磁体230可不同于第二区242中的磁体230。

提供了一种电机，该电机包括：包括多个永磁体的转子、包括多个电线圈的定子，以及转子和定子之间的径向气隙。多个永磁体包括第一组磁体和第二组磁体，其中第一组磁体具有第一内禀矫顽力，且第二组磁体具有不同的第二内禀矫顽力。第一组磁体可布置在第一区240中，且第二组磁体可布置在第二区242中。

在示例中，第一组磁体和第二组磁体具有相同的剩磁。

在一些示例中，电机可进一步包括用于向径向气隙供应冷却空气的冷却源，并且其中第一组磁体比第二组磁体更靠近冷却源。第一内禀矫顽力可低于第二内禀矫顽力。

在一些示例中，转子包括转子边缘和附接到转子边缘的多个永磁体模块。

在一些示例中，多个永磁体模块包括第一组永磁体模块和第二组永磁体模块，并且第一组永磁体模块包括第一组磁体且第二组永磁体模块包括第二组磁体。磁体模块不一定具有与转子相同的轴向长度。在示例中，两个磁体模块可沿轴向背靠背布置。一个磁体模块可具有第一组磁体，且另一个磁体模块可具有第二组磁体。

图5B示意性地示出了永磁体模块250的另一个示例。永磁体模块250在轴向截面中具有基本上V形的磁体部分。用于电机的永磁体模块250沿轴向方向延伸。如前所述，温度分布可沿轴向不均匀。可存在冷侧282和热侧284。

模块250包括永磁体组件，该永磁体组件包括至少一个永磁体和支承永磁体组件的至少一部分的基座255。基座从适于定位在电机的转子（未示出）上的底部沿径向方向（沿线A-A）延伸到顶部。永磁体组件包括沿径向方向（沿线A-A）向外倾斜布置的第一倾斜永磁体部分261（V形的“第一腿”）和第二倾斜永磁体部分262（V形的“第二腿”），以及相对于切向方向（沿线B-B）平行布置的切向永磁体部分263，切向方向基本上垂直于径向方向。

在图5B的示例中，永磁体组件包括：包括第一永磁体的第一倾斜永磁体部分261、包括第二永磁体的第二倾斜永磁体部分262，以及包括第三永磁体的切向永磁体部分263。另外，永磁体模块可包括沿轴向方向布置成一排的若干第一永磁体261，或沿轴向方向布置成一排的第二永磁体262，或沿轴向方向布置成一排的第三永磁体263。特别地，这些磁体的轴向长度可相似。

若干永磁体模块可沿轴向背靠背布置以覆盖电机的轴向长度。

在图5B的示例中，永磁体模块250进一步包括基座，基座至少部分地支承永磁体并且从适于定位在电机的转子上的底部沿径向方向延伸到顶部；其中第一永磁体261和第二永磁体262沿径向方向向外倾斜布置；并且第三永磁体263基本上平行于切向方向布置，切向方向基本上垂直于径向方向。

第一永磁体和第二永磁体沿轴向截面可为基本上矩形的。备选地或附加地，第一永磁体261和第二永磁体262可具有基本上梯形截面。以此方式，改善了磁体到基座的固定并且因此可降低这种磁体意外分离的风险。

此外，第三永磁体263可具有矩形截面。在其它示例中，第三永磁体263可具有带有斜边的矩形截面。

图5B的示例示出了基座255，其包括上极片273以及第一侧向翼270和第二侧向翼272。永磁体组件可布置在上极片273与第一侧向翼270和第二侧向翼272之间。在该示例中，上极片273具有基本上梯形的轴向截面，包括平行于短侧的长侧以及将长侧连接到短侧的第一侧向侧和第二侧向侧。在该示例中，第三永磁体263附接到上极片的短侧，第一永磁体261附接到上极片的第一侧向侧，并且第二永磁体部分262附接到上极片的第二侧向侧。

在该示例中，第一侧向翼261和第二侧向翼262具有基本上直角三角形的截面。

如在图5A的示例中，基座还可包括沿轴向方向延伸的侧向凹部。合适形状的锚固件可接合此侧向凹部的形状，并然后可用于将永磁体模块固定到转子边缘。

在一些示例中，底座可包括用于冷却磁体的冷却通道279，以便避免磁体过热而降低电机的效率。

可存在冷侧282和热侧284。磁体261、262、263可沿轴向方向变化。永磁体模块的较冷区290可具有较低“等级”的磁体，且较热区292可具有较高“等级”的磁体。特别地，对于较热区292中的磁体，磁体的强度可为相同的，但是温度额定值可较高。

在一些示例中，永磁体模块中的一个或多个包括第一类型的磁体和第二类型的磁体。永磁体模块内的磁体类型可根据前面的描述沿轴向方向变化。

具体参考图5B的示例，永磁体模块包括相对于径向方向倾斜布置的一个或多个倾斜磁体261、262，以及垂直于径向方向布置的一个或多个切向磁体263，并且倾斜磁体261、262可为第一类型的磁体，且切向磁体263可为第二类型的磁体。

在该示例中，倾斜磁体可具有比水平磁体较低的温度额定值。在操作中，轴向平面中的各种磁体的温度实际上可非常均匀，即同一轴向平面中的磁体内的温度可几乎没有差异。但是在图5B中所示的布置中，用于切向磁体263的磁场可能比用于倾斜磁体的磁场更强。例如，在电气故障的情况下能够退磁的磁场可比倾斜磁体261、262更容易地使切向磁体263退磁。出于此原因，用于切向磁体263的温度额定值或内禀矫顽力可选择成高于用于倾斜磁体的温度额定值或内禀矫顽力。

第一类型的磁体可具有较低的温度额定值，如N48H，且在这些示例中的第二类型的磁体可为例如N48SH。

沿轴向方向的磁体类型的变化和永磁体模块内的差异两者也可组合。

图6示意性地示出了用于为电机的永磁体转子选择磁体的方法300的示例。该方法包括确定永磁体的剩磁310。取决于发电机的标称功率、磁体的数量和大小等，可确定永磁体的合适强度。永磁体转子的所有磁体可具有相同的强度。

该方法进一步包括确定330操作中的永磁体转子的温度分布。确定温度分布可包括模拟320电机的操作。

该方法进一步包括确定340具有较低平均温度的永磁体转子的第一区，以及确定具有较高平均温度的永磁体转子的第二区。基于温度分布，可限定永磁体转子的两个或更多个区。在一些示例中，第一区具有比第二区高10至40℃的平均温度。

该示例的方法进一步包括选择用于第一区的第一类型的磁体并且选择用于第二区的第二类型的磁体，其中第二类型不同于第一类型。

在一些示例中，由于第一区在操作中具有较低的平均温度，故第一类型的磁体可具有比第二类型的磁体较低的温度额定值。例如，如果第一区布置得更靠近冷却空气源，则这可能发生。

在一些示例中，仅选择第一类型的磁体或第二类型的磁体。即仅限定两个温度区。在许多实施方式中，已经发现两个温度区足以优化成本并避免退磁。

本书面描述使用了示例来公开本发明，包括优选实施例，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有并非不同于权利要求书的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的书面语言无实质差异的等同结构元件，则期望此类其它示例在权利要求书的范围内。来自描述的各种实施例的方面以及各个此类方面的其它已知等同物可由本领域的普通技术人员混合和匹配，以构成根据本申请的原理的附加实施例和技术。如果与附图有关的参考标记放在权利要求书的括号中，则它们仅用于试图增加权利要求书的可理解性，并且不应被解释为限制权利要求书的范围。

Claims (10)

1.一种用于电机的转子，包括第一类型的永磁体和第二类型的永磁体，其中

所述第一类型的永磁体和所述第二类型的永磁体具有相同的磁强度，且其中

所述第一类型的永磁体具有第一温度额定值，且所述第二类型的永磁体具有不同于所述第一温度额定值的第二温度额定值。

2.根据权利要求1所述的转子，其中，所述永磁体由稀土材料制成，并且特别地，其中所述永磁体为钕铁硼磁体。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的转子，其中，所述转子从第一端沿轴向延伸到第二端，并且其中

第一集合的永磁体布置在所述转子的第一区中，

第二集合的永磁体布置在所述转子的第二区中，其中

所述第一区比所述第二区更靠近所述第一端。

4.根据权利要求3所述的转子，其中，所述转子构造成以所述第一端比所述第二端更靠近冷却空气源的方式布置在所述电机中。

5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的转子，进一步包括第三集合的永磁体，其中所述第三集合的永磁体具有相同的磁强度，并且具有不同于所述第一温度额定值和所述第二温度额定值的第三温度额定值。

6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的转子，包括转子边缘和附接到所述转子边缘的多个永磁体模块。

7.根据权利要求6所述的转子，其中，所述多个永磁体模块包括第一组永磁体模块和第二组永磁体模块，且其中

所述第一组永磁体模块包括所述第一类型的磁体，并且所述第二组永磁体模块包括所述第二类型的磁体。

8.根据权利要求6所述的转子，其中，所述永磁体模块中的一个或多个包括所述第一类型的磁体和所述第二类型的磁体或磁体部分。

9.根据权利要求8所述的转子，其中，所述永磁体模块包括相对于径向方向倾斜布置的一个或多个倾斜磁体，以及垂直于所述径向方向布置的一个或多个切向磁体，并且其中

所述倾斜磁体为所述第一类型的磁体，并且所述切向磁体为所述第二类型的磁体。

10.一种电机，包括根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的转子，可选地，其中所述电机是发电机。

Images