永久磁鐵元件和電機的製作方法
2023-05-13 21:18:46 2
專利名稱：永久磁鐵元件和電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種特別適用於電工裝置的永久磁鐵元件，該元件包括至少一個永久磁鐵塊。本發明還涉及一種如權利要求11的引用部分所述的電機。
背景技術：
通常，為了產生磁場，並進一步為了能利用磁場和旋轉電機中導體之間的相互作用，而將永久磁鐵應用在電機中。旋轉電機的一個例子是永磁同步電機，該永磁同步電機具有安裝在其轉子上的永久磁鐵和通常安裝在其定子上的三相繞組。當轉子轉動時，由轉子內的磁鐵產生的旋轉磁通穿過定子繞組，在定子線圈內產生了電流。對應地，當交流電流入定子，並且永磁轉子轉動時，在定子線圈內就產生了磁通。
現有用在電工裝置中的永久磁鐵具有的問題是永久磁鐵塊很難被緊固，並很難將永久磁鐵塊的尺寸做小。當製造大型裝置時，由於大功率同步電機的轉子直徑和軸長可以達到幾米，因此必須要用到大量的易碎並難處理的永久磁鐵塊。
為便於永久磁鐵塊的安裝，現有的方法是將永久磁鐵塊粘到形成永久磁鐵元件的金屬板上以進行安裝。這樣，這些永久磁鐵塊就不需要一個接一個地安裝到安裝點上，如轉子的表面上。完成安裝後，通常是通過繞整個轉子纏繞玻璃纖維帶，並在最後在烘箱內硬化玻璃纖維帶內的樹脂來確保永久磁鐵元件的牢固。因此，在安裝完這些元件後，需要進行額外的工作步驟來確保安裝。特別是樹脂硬化步驟需要時間很長，延緩了裝置的最終完成。此外，如果永久磁鐵塊如轉子很大，則很難將該塊放到烘箱內。玻璃纖維帶在縱向上相當牢固，因此在磁鐵被安裝到如旋轉轉子上後為磁鐵抗離心力提供了可靠的支撐。但是，該玻璃纖維帶沒有提供給磁鐵橫向支撐。此外，在安裝永久磁鐵或永久磁鐵元件時，外部的磁性金屬片牢固地固定到它們表面上，這妨礙並放慢了安裝進程。
發明內容
本發明的目的是提供一種永久磁鐵元件，其克服了上面提到的缺點，並使永久磁鐵以較以前簡單的方式安裝到電工裝置上。通過本發明的永久磁鐵元件實現了該目的，其特徵在於，永久磁鐵元件還包括防護罩，將防護罩設置成部分地包圍住設置在元件內的永久磁鐵塊，並且永久磁鐵元件還包括一個或多個固定元件。
本發明是基於這種思想，即永久磁鐵元件是通過將一個或多個永久磁鐵塊部分地包圍在防護罩內而形成的。最簡單地，是通過例如模製使塑料防護罩包圍住永久磁鐵塊或多個永久磁鐵塊而進行包圍的。作為將該罩直接包圍這些塊模製的一種可替換的方式，該防護罩還可以通過膠粘構成，或者通過將永久磁鐵塊固定到形成包圍這些塊的蓋子的結構部件上而構成。除了塑料，還可以使用不同類型的纖維結構用作防護罩的材料。
永久磁鐵元件還包括一個或多個固定元件，其以簡單並可靠的方式使永久磁鐵元件和永久磁鐵元件包含的磁鐵塊固定到電工裝置上。例如製作蓋子時，可以將該固定元件粘接到蓋子結構上，同時，其它的附加部件也可以連接到該罩上。
防護罩可以製成所需的形狀，使得考慮到安裝點的形狀。與元件有關的所需信息也可以在模製過程中插入到防護罩中。
由於將易碎並成形的永久磁鐵置於防護罩下面，因此本發明的永久磁鐵元件的處理與現有技術相比變得相當容易。這意味著，外部物體不會像以前那樣牢牢地固定到元件的表面上，並且罩也提供了很好的抵抗外部雜質的保護。此外，本發明的元件提供了可靠的抗永久磁鐵塊腐蝕的保護。
本發明還涉及一種電機，其包括至少部分地用永久磁鐵元件磁化的轉子，因此該電機的特徵在於，將轉子表面上的永久磁鐵元件設置成包括一個或多個永久磁鐵塊，並具有一個或多個固定元件，用於將永久磁鐵元件固定到基本平的或彎曲的轉子表面上。
通過這樣的電機，可以利用通過本發明的永久磁鐵元件實現的永磁轉子的簡單結構，其中，至少部分地使用永久磁鐵元件進行了轉子的磁化。然後，可以以十分簡單的方式製作該轉子並進行其磁鐵的安裝。
現在，將通過優選實施例並參考附圖來更詳細地描述本發明，其中圖1和2示出了本發明永久磁鐵元件結構的實施例，和圖3示出了固定到電工裝置上的本發明的元件。
具體實施例方式
圖1和2示出了本發明永久磁鐵元件1的實施例的結構。圖1是圖2所示結構的橫截面，圖2中，是從上部示出了永久磁鐵元件1。本發明的元件包括至少一個永久磁鐵塊10。在圖1和2的實施例中，共有4個這種塊10。
根據本發明，永久磁鐵元件1進一步包括防護罩11，將該防護罩11設置成部分地包圍住元件內的永久磁鐵塊或元件的單個永久磁鐵塊。優選地，還可以以這樣的方式製成該防護罩11，使得元件內的塊彼此相互間可靠地固定住，從而使元件的結構變得均勻並且牢固。
將圖中所示的元件固定到電工裝置上，在圖中所示的實施例中該電工裝置是本發明的電機的轉子12，該轉子將利用永久磁鐵進行磁化。根據本發明的優選實施例，永久磁鐵元件的防護罩是一個側面開口的蓋狀結構。如圖1所示，防護罩的開口側抵著安裝表面，即，在這種情況下，抵著轉子12的表面。將防護罩對著安裝表面的那一側打開以使在磁路內形成的氣隙長度最小。如果防護罩的材料對實際應用來說是足夠硬的，並且可以保持元件始終在罩內，則也可以將防護罩處在要安裝的元件之間的各個側打開。否則防護罩應基本上整體包圍住該塊或多個塊。
根據本發明的一個優選實施例，永久磁鐵元件1的防護罩11是由聚醯胺(尼龍)或相應的塑料製成的。優選地，這種塑料防護罩是通過以這樣的方式模壓製成的，使得在注入塑料熔體之前將永久磁鐵塊彼此相對地放在模內預定的位置上。這樣就形成一個最終結構，該結構內永久磁鐵塊都處在它們各自適當的位置上。製作該防護罩的另一種可替換的方法是在沒有永久磁鐵塊的情況下製造防護罩。然後隨後以其它的方式將永久磁鐵塊粘到或固定到防護罩上。通常只有在準備好元件之後才對永久磁鐵塊進行磁化。還可以利用其它公知的方法來製作用在本發明中的防護罩11，使該防護罩足夠牢固並足夠可靠地用於固定磁鐵塊或多個磁鐵塊。
特別地，製作防護罩的方法的實例包括擠壓法、注塑法和真空模塑法。這些方法中，擠壓法特別適用於防護罩具有三個開口側的情況，即，在對著轉子表面一側和兩個其它側上開口。
防護罩的材料可以是例如具有命名為Zytel產品的聚醯按，其商標的持有者是DuPont。這種聚醯胺是一種注塑塑料，已經發現其能滿足防護罩的需要。其它合適的塑料例如有聚氨酯樹脂，玻璃纖維增強樹脂，聚酯層壓塑料，即玻璃纖維增強聚酯片，以及各種乙烯基和環氧塑料。特別是聚酯層壓塑料已經長時間使用並發現其是用於電工裝置的可靠的材料。在將永久磁鐵塊粘到防護罩上之前製作該防護罩時，聚酯層壓塑料是特別有用的。還應該理解的是，適用在本發明的解決方案中的塑料的選擇範圍是很廣的。
用在本發明的解決方案中的防護罩還可以由不同類型的纖維結構製成，如玻璃、石墨和醯胺纖維或它們的混合物。纖維結構的優點是它們很牢固並且很輕，相當薄的結構就能生產出可靠的防護罩。
根據本發明，元件11還包括一個或多個固定元件13，用於固定永久磁鐵元件。該固定元件是在模製過程中固定到塑料蓋上的金屬接頭或類似物，通過該固定元件，永久磁鐵元件可以可靠地固定到電工裝置的表面上。
例如可以如圖3所示進行元件的固定。圖3中，通過利用模製過程中附加到元件的防護罩11上的突出部21和按壓到該突出部上的夾具22而將元件1支撐在轉子的表面上。通常在模製過程中利用金屬對突出部進行加固以確保固定。在圖3的實施例中，以這樣的方式，即使得形成在夾具上的稜角按壓住永久磁鐵元件的突出部並可靠地將元件固定到轉子的表面上，利用螺栓將夾具直接固定到轉子的表面上。圖3僅示出了安裝在轉子表面上的幾個永久磁鐵元件中的一個。沿著轉子的整個軸長安裝這些元件，這樣就形成了一個用於轉子的磁極。通過機械設計根據需要將用類似方式形成的磁極都設置在轉子的圓周上。
一種先前公知的用於將磁鐵元件固定到轉子表面上的方法是膠粘法，其中例如可以使用熱傳導膠來將轉子的熱量從轉子上帶走。
由於一個磁極是由一組沿著轉子整個長度的永久磁鐵元件構成的，因此如圖3所示可以將元件可靠並簡單地固定住，其中，夾具22是由比一個元件的軸長要長的側板製成的。這樣，一個夾具就將幾個元件1固定在轉子表面上的適當位置上。在最簡單的情況下，夾具的長度對應於轉子的長度，這種情況下，一個磁極就只需要兩個夾具。但是，可以用許多不同的實施方式來固定永久磁鐵元件。應該注意，圖3中為了清楚，只示出了元件內單獨的磁鐵塊10。在典型的實施方式中，永久磁鐵塊是在塑料防護罩內。
圖中所示的永久磁鐵元件形狀上很簡單，並且元件中的永久磁鐵塊像在矩陣中一樣基本上以直線排列。但是，本發明並不局限於這種塊，在每種情況下根據需要可以在元件內自由地改變塊之間的相互位置關係。根據本發明，元件內磁鐵的合適位置可以例如在電機轉子磁化中形成的不同類型的磁化模式或斜度。這些圖示出了具有幾個永久磁鐵塊的永久磁鐵元件。根據本發明，該元件也可以只包含一個永久磁鐵塊。
模製過程中，其它的附加部件，如用於確定溫度的測量傳感器，也可以附加到本發明的永久磁鐵元件上。此外，模製過程中，還可以包括關於塑料或其它相應的模製材料的磁化方向的信息，即極性的信息。該信息可以通過模製過程中形成的圖案，如字母或其它符號，或者通過使用彩色標記來的簡單方式來顯現，從而以特殊的信息內容識別出以不同方式磁化的元件防護罩的顏色。
對於本領域的技術人員很明顯的是，隨著技術的進步，本發明的基本思想可以用許多不同的方式來實現。因此本發明和其實施例並不局限於上述實例，而是可以在權利要求的範圍內進行改變。
權利要求
1.一種特別適用於電工裝置的永久磁鐵元件，該元件(1)包括至少一個永久磁鐵塊(10)，其特徵在於，該永久磁鐵元件(1)還包括防護罩(11)，將防護罩設置成部分地包圍住設置在元件內的永久磁鐵塊(10)，並且永久磁鐵元件(1)還包括一個或多個固定元件(13；21)。
2.如權利要求1的元件，其特徵在於，將防護罩設置成用以將永久磁鐵塊相對於彼此固定住。
3.如權利要求1或2的元件，其特徵在於，永久磁鐵元件(1)的防護罩(11)包括一個打開側的蓋狀結構。
4.如權利要求3的元件，其特徵在於，將永久磁鐵元件(1)的防護罩(11)的打開側設置成抵著電工裝置(12)的表面連接。
5.如前述權利要求1到4中任何一個中的元件，其特徵在於，永久磁鐵元件(1)的防護罩(11)由聚醯胺或其它相應的塑料製成。
6.如前述權利要求1到4中任何一個中的元件，其特徵在於，永久磁鐵元件(1)的防護罩(11)由纖維增強塑料製成。
7.如前述權利要求1到4中任何一個中的元件，其特徵在於，永久磁鐵元件(1)的防護罩(11)由纖維結構如玻璃、石墨或醯胺纖維製成。
8.如前述權利要求1到6中任何一個中的元件，其特徵在於，永久磁鐵元件(1)的防護罩(11)是通過模製製成的。
9.如前述權利要求1到6中任何一個中的元件，其特徵在於，永久磁鐵元件(1)的防護罩(11)是通過擠壓製成的。
10.如前述權利要求1到9中任何一個中的元件，其特徵在於，永久磁鐵元件(1)還包括一個或多個用於將永久磁鐵元件固定到電工裝置上的固定元件(13；21)。
11.如前述權利要求1到10中任何一個中的元件，其特徵在於，永久磁鐵元件(1)還包括一個或多個結合到防護罩上或防護罩內的測量傳感器。
12.一種電機，該電機包括至少部分採用永久磁鐵元件磁化的轉子，其特徵在於，包括一個或多個永久磁鐵塊的永久磁鐵元件設置在轉子表面上，並具有一個或多個固定元件，用於將永久磁鐵元件固定到基本上平的或彎曲的轉子表面上。
13.如權利要求12的電機，其特徵在於，轉子的橫斷面基本上是圓形。
14.如權利要求12或13的電機，其特徵在於，永久磁鐵元件包括設置成包圍住永久磁鐵的防護罩，將防護罩設置成用以將永久磁鐵塊相對於彼此固定住。
15.如權利要求12、13或14的電機，其特徵在於，永久磁鐵元件的防護罩包括具有至少一個打開側邊的蓋狀結構。
16.如權利要求15的電機，其特徵在於，將蓋狀結構的一個打開測設置成朝向轉子的表面，並且蓋狀結構包括至少一個第二打開側。
17.如前述權利要求12到16中任何一個中的電機，其特徵在於，設置在電機轉子上的永久磁鐵元件還包括一個或多個固定元件，用於將永久磁鐵元件固定到轉子的表面上。
18.如前述權利要求12到17中任何一個中的電機，其特徵在於，設置在轉子表面上的永久磁鐵元件的形狀設置成在轉子磁化中形成不對稱或斜度。
全文摘要
一種特別適用於電工裝置的永久磁鐵元件和一種電機，該元件(1)包括至少一個永久磁鐵塊(10)。該永久磁鐵元件(1)還包括防護罩(11)，將其設置成部分地包圍住設置在元件內的永久磁鐵塊(10)，並且永久磁鐵元件(1)還包括一個或多個固定元件(13；21)。
文檔編號H02K1/27GK1526191SQ02811920
公開日2004年9月1日 申請日期2002年6月13日 優先權日2001年6月14日
發明者J·馬爾姆伯格, J 馬爾姆伯格 申請人:Abb有限公司