磁體保持結構的製作方法
2023-09-19 09:17:55 1
專利名稱：磁體保持結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及磁體保持結構，並且特別地，涉及用於將永久磁體保持在轉動的電氣機器(例如電動機或發電機)的轉子本體上的結構。
背景技術：
EP 1860755公開一種永久磁體轉子結構，其中周向的磁體承載器陣列被直接附著到轉子本體或轉子筒的邊緣。由永久磁體材料製成的磁極件被安置為鄰近每個磁體承載器的表面，並且在一溝道中被形成在相關聯的倒U形磁極件保持器中。所述磁極件保持器是由非磁性材料製成的。這樣的轉子結構特別適合這樣的轉子，即在所述轉子中，磁通量佔主導地位地在、徑向通過所述磁極件並且通入所述轉子本體的所述邊緣。換言之，所述轉子結構是被故意設計成這樣的，從而在鄰近的磁極件之間的所述磁通路線在周向流過所述轉子的所述本體或筒。現已被理解的是，針對某些類型的機器，這樣的轉子結構可能導致難以接受地高的渦流損耗。
發明內容
本發明提供一種改進的用於轉動的電氣機器的永久磁體轉子結構，具有優選的結構的所述永久磁體轉子結構旨在顯著地減少渦流損耗。更特別地，所述永久磁體轉子結構包括轉子本體(或轉子筒)、周向的磁體承載器陣列以及至少一個由永久磁體材料製成的磁極件，所述磁體承載器陣列在徑向與所述轉子本體間隔開並且被固定於所述轉子本體以與所述轉子本體一起轉動，每個磁體承載器具有一表面，所述磁極件被安置為鄰近每個磁體承載器的所述表面。所述轉子結構可以是這樣的，即所述轉子本體被安置在固定的定子之內。在這種情況下，所述周向的磁體承載器陣列優選地與所述轉子本體的徑向外表面間隔開，並且每個磁極件優選地被安置為鄰近每個磁體承載器的徑向外表面。然而，所述轉子結構也可以是這樣的，即所述轉子本體被安置在固定的定子之外。在這種情況下，所述周向的磁體承載器陣列優選地與所述轉子本體的徑向內表面間隔開，並且每個磁極件優選地被安置為鄰近每個磁體承載器的徑向內表面。形成所述磁極件的所述永久磁體材料可能是易碎的並且易於斷裂或腐蝕。當所述永久磁體材料是高磁能積或稀土磁體材料時，尤其是這樣。磁極件包裹體或磁極件保持器可以因此被用來包住所述磁極件，以為所述永久磁體材料提供環境的(並且另外可選地機械的)保護，並且在形成所述磁極件的所述材料斷裂或碎裂的情形下容納所述永久磁體材料。所述磁極件包裹體或所述磁極件保持器還使所述永久磁體材料免受外部汙染，由此使腐蝕的風險降到最小。每個磁極件保持器或磁極件包裹體可以被附著到所述相關聯的磁體承載器，並且可以可選地在所述磁極件和所述相關聯的磁體承載器兩者周圍完全地延伸。磁通量佔主導地位地在徑向通過所述磁極件。不同於EP 1860755的所述轉子結構，在本發明中，在相反極性的周向地鄰近的磁極件之間的所述磁通路線不通入所述轉子本體。換言之，所述磁體承載器不被設計來提供進入所述轉子本體和所述轉子筒的磁通路線。所述磁體承載器可以被安裝為在周向彼此鄰接，以基本上形成連續的、環形的磁體承載器組件，所述磁體承載器組件在徑向與所述轉子本體間隔開。然而，在周向地鄰近的磁體承載器之間可以有小的間隙，以例如容納所述磁極件保持器或磁極件包裹體，並且顧及了製造差異。在磁通量在周向鄰近的磁體承載器之間流動的這樣的結構中，所述間隙的磁阻於是可以在所述磁體保持組件的設計中被考慮。所述轉子結構的優點是構造簡單，能夠預組裝完整的磁極結構以及，如果期望的話，所述磁極件可以利用所述轉子結構而被方便地移除和替換。每個磁體承載器優選地沿所述轉子本體的所述邊緣軸向地延伸。例如，每個磁體承載器可以由單件諸如鋼的磁性材料構成，但是為了減少渦流，一般優選地每個磁體承載 器具有疊片構造。所述磁體承載器可以是由軸向的疊片堆疊來製成的。每個疊片典型地為約0. 5mm厚,所述每個疊片可以由合適種類的疊片鋼(lamination steel)構成,並且塗有合適的絕緣塗層或膜。所述疊片可以由平坦的疊片鋼衝壓而成，並且然後使用傳統製造技術被組裝在一起以形成磁體承載器。每個磁極件優選地沿所述轉子本體的所述邊緣軸向地延伸。在某些情況下，每個磁體承載器將承載兩個或更多個周向鄰近的軸向延伸的永久磁體材料的磁極件(例如，在單個磁體承載器上以並排關係被排列)。由每個磁體承載器承載的所述磁極件可以由單個的磁極件包裹體或磁極件保持器包住。然而，也可以提供針對每個磁極件的分開的磁極件包裹體或磁極件保持器。所述全部的永久磁體轉子結構將被這樣構造，從而周向地鄰近的磁極件具有相反的極性(例如，交替的北極性和南極性)，而不論多少磁極件被承載在每個磁體承載器上。例如，如果每個磁體承載器具有兩個並排排列的軸向延伸的磁極件，那麼一個磁極件將限定所述轉子的北極，並且另外一個磁極件將限定所述轉子的南極。每個磁極件可以由單獨的磁極體的軸向陣列構成，所述單獨的磁極體在軸向以彼此鄰接的方式被安置，但是為了減少渦流，一般優選的是，每個磁極件沿它們的軸向長度、它們的周向寬度之一或兩者，以及可選地還沿它們的徑向厚度被分離成電氣隔離的永久磁體材料塊。換言之，每個磁極件由數個較小的永久磁性材料塊構成。單獨的鄰近永久磁性材料塊可以由至少一個非磁性板或非磁性疊片來分開，所述塊可以可選地被結合或被附著到至少一個非磁性板或非磁性疊片。所述非磁性板或非磁性疊片可以延伸進入所述磁體承載器，例如，所述磁體承載器可以由一系列軸向疊片堆疊構成，其中鄰近的堆疊由被用來分開單獨的鄰近永久磁性材料塊的非磁性板或非磁性疊片來分開。所述非磁性板或非磁性疊片可以支撐所述磁極件保持器或所述磁極件包裹體，所述磁極件保持器或所述磁極件包裹體可以可選地被附著到所述非磁性板或非磁性疊片，例如，通過焊接或粘合劑。如果所述非磁性板或非磁性疊片不被使用，那麼某種絕緣形式將優選地仍在所述磁性材料塊之間被提供，但是這可以以塗層、油漆或間隔件的形式，所述塗層、油漆或間隔件由合適的電學上非導電的材料構成。在一種結構中，具有用於接納所述永久磁性材料塊的空間的支撐結構可以從非磁性板或非磁性疊片來形成，並且還可選地可以從所述磁極件包裹體或磁極件保持器來形成。所述空間被一個或更多個塊填滿，並且組裝的支撐結構被安裝到磁體承載器。可以使用任何合適的手段將所述磁體承載器永久地或可釋放地附著到所述轉子本體。在一種可能的結構中，所述磁體承載器可以被安裝在周向地被間隔開的支撐構件陣列上，所述支撐構件是由磁性或非磁性材料製成的，並且所述支撐構件使所述磁體承載器與所述轉子本體在徑向間隔開，以在所述磁體承載件和所述轉子本體之間限定空間或空隙。少量的磁通量可以流入所述支撐構件，但是所述磁通路線不延伸進入所述轉子本體。非磁性間隔件可以在所述支撐構件和所述轉子本體之間或在所述支撐構件和所述磁體承載器之間可選地被提供，以防止所述磁通量進入所述轉子本體。所述非磁性間隔件也可以被絕緣，以防止在鄰近的磁體承載器之間的渦流的流動。每個單獨的磁體承載器可以被安裝在軸向地被間隔開的支撐構件陣列上。所述支撐構件可選地被附著到所述轉子本體和/或所述磁體承載器，例如，通過諸如螺栓或螺絲的機械固定件，通過合適形狀的輪廓(例如，被滑動地接納在互補槽中的 燕尾榫)，通過錐形鍵或通過焊接。被附著到所述轉子本體的支撐構件可以被稱為固定構件。固定構件不是必須接觸所述轉子，例如，它們可以與所述轉子本體間隔開，並且由機械固定件拉下。所述支撐構件也可以與所述轉子本體或所述磁體承載器一起被一體地形成。針對每個磁體承載器可以使用各種各樣不同的支撐構件(或固定構件)。在所述磁體承載器和所述轉子本體的所述邊緣之間的所述空間可以被用來作為冷卻空氣通道。可以在所述轉子結構之內提供徑向地延伸的通道，以允許所述冷卻空氣進入所述轉子本體和所述定子之間的空氣間隙。這在這樣的情形中是特別有用的，即在鄰近的磁極件組件之間的空間不足以為電氣機器承載足夠的冷卻空氣。冷卻空氣可以從所述電氣機器的一個或兩個軸向端被引入在所述磁體承載器和所述轉子本體之間的所述軸向地延伸的通道。可以使用任何合適的手段將每個磁極件附著到其相關聯的磁體承載器。例如，所述磁極件可以被黏附地結合。可以使用一種或更多種固定手段的組合。本發明還提供一種永久磁體轉子結構，所述永久磁體轉子結構包括轉子本體；周向的磁體承載器陣列，所述磁體承載器陣列被固定到所述轉子本體，以與所述轉子本體一起轉動，每個磁體承載器具有一表面，以及至少一個由永久磁體材料製成的磁極件，所述磁極件被安置為鄰近每個磁體承載器的所述表面，其中所述磁體承載器具有疊片的構造。所述磁體承載器可以在徑向與所述轉子本體間隔開，而所述永久磁體轉子結構的其他可選的特徵如上面所描述。
圖I示出根據本發明的部分第一永久磁體轉子的軸向端視圖；圖2示出將所述磁極件保持器移除後的圖I的所述磁體保持組件的頂視圖；圖3示出將所述磁極件保持器和所述永久磁體磁極件移除後的圖I的所述磁體保持組件的頂視圖；以及圖4示出根據本發明的第二永久磁體轉子的部分的軸向端視圖。
具體實施例方式參照圖1，用於電氣機器的永久磁體轉子結構包括磁體保持組件2的周向的陣列(僅有兩個磁體保持組件被示出)，所述磁體保持組件被固定在轉子筒6的所述徑向外表面4周圍。每個磁體保持組件2包括疊片的磁體承載器8。所述單獨的疊片由磁性疊片鋼衝壓而成，並且被組裝在一起以形成所述磁體承載器。第一磁體保持組件2a包括磁極件10a，所述磁極件IOa限定所述轉子的北極。第二磁體保持組件2b包括磁極件10b，所述磁極件IOb限定所述轉子的南極。全部的永久磁體轉子結構被這樣構造，從而周向地鄰近的磁極件限定所述轉子的交替的北極和南極。雖然在圖I示出的所述結構中，每個磁體承載器8承載單個軸向地延伸的磁極件10，將容易理解的是，每個磁體承載器可以承載兩個或更多個並排排列的磁極件。這樣的可替換的結構在下面參照圖4來描述。所述磁極件10被由非磁性材料製成的所述磁極件包裹體12包住，所述磁極件包裹體I 2給所述永久磁體材料提供環境的保護。、
每個磁極件10被安置在淺凹入部14中，所述淺凹入部14形成在每個磁體承載器8的所述徑向外表面中。每個磁體承載器8相對於所述轉子筒由至少一個非磁性固定構件16固定。在實踐中，每個磁體承載器8將典型地使用軸向間隔開的固定構件陣列來固定，僅有一個固定構件被示出。所述固定構件16被設計為被螺栓連接到所述轉子筒，並且藉助於燕尾榫接頭被固定到所述磁體承載器8，但是其他固定方法是可能的。所述磁體保持組件可以被插入和被移除而不拆卸所述電氣機器。每個磁體承載器8還由至少一個非磁性支撐構件18支撐。再者，在實踐中，每個磁體承載器將典型地由軸向間隔開的支撐構件陣列來支撐。所述支撐構件可以被安置在每個磁體承載器8的周向邊界處，並且支撐構件可以如圖I示出的被周向地鄰近的磁體承載器共用。所述固定構件16和支撐構件18安裝每個磁體承載器8，從而每個磁體承載器8與所述轉子筒6的所述外表面4徑向地間隔開。在所述磁體承載器8和所述轉子筒6之間的所述徑向的間隙或空間20限定軸向通道，所述軸向通道可以被用來承載進入所述電氣機器的所述本體的通風或冷卻空氣。磁通量基本上在徑向通過所述磁極件10，並且在周向地鄰近的磁體承載器8之間在周向上流動。由於所述磁體承載器8與所述轉子筒的所述外表面徑向地間隔開一足夠的距離，所述磁通路線FP不通入所述轉子筒6。圖2是單個磁體保持組件2的頂視圖，所述單個磁體保持組件2限定所述轉子的單個磁極(例如，北極或南極)。為清楚起見，所述磁極件包裹體12已被移除。可以看到的是，如何沿磁極件的軸向長度將每個磁極件10被分離成電氣隔離的永久磁體材料塊22和24的陣列，以減少渦流。圖2還示出如何沿磁極件的周向寬度將磁極件分離，其中塊24在相同磁極件包裹體之內被並排地排列。所述塊22和24在軸向由徑向地向內延伸進入所述磁體承載器8的非磁性板26分開。圖3是圖2的單個磁體保持組件2的頂視圖，但是為清楚起見，在所述塊22和24也已被移除的地方僅剩所述疊片的磁體承載器8。所述磁體承載器8的所述單獨的疊片28被形成為一系列軸向堆疊30，其中鄰近的堆疊由非磁性板26分開。圖4示出可替換的永久磁體轉子結構，並且可替換的永久磁體轉子結構包括磁體保持組件102的周向的陣列(僅有一個磁體保持組件被示出)，所述磁體保持組件102在所述轉子筒6的所述徑向外表面4周圍被固定。每個磁體保持組件102包括疊片的磁體承載器104。所述單獨的疊片由磁性疊片鋼衝壓而成，並且以如所述第一種結構完全相同的方式被組裝在一起以形成所述磁體承載器。所述磁體保持組件102包括第一磁極件106a以及所述第二磁極件106b，所述第一磁極件106a限定所述轉子的北極，所述第二磁極件106b限定所述轉子的南極。所述磁極件106被並排排列並且由磁極件包裹體108包住，所述磁極件包裹體108是由非磁性材料製成的，所述非磁性材料為所述永久磁體材料提供環境的保護。全部的永久磁體轉子結構被這樣構建，從而周向地鄰近的磁極件限定所述轉子的交替的北極和南極。每個磁極件106被安置在各自的淺凹入部110中，所述淺凹入部110形成在所述磁體承載器104的所述徑向外表面中。所述磁體承載器104和所述單獨的磁極件106的構造如上面參照圖I至圖3示出的所述結構所描述。更特別地，所述磁體承載器104是疊片的、可選地被形成為一系列軸向堆疊，所述軸向堆疊具有由非磁性板分開的鄰近的堆疊。所述磁極件被分離成電氣隔離的永久磁體材料塊的陣列，以減少渦流。每個磁體承載器104通過至少一個非磁性固定構件112相對於所述轉子筒固定。 在實踐中，每個磁體承載器104將典型地使用軸向間隔開的固定構件陣列來固定，僅有一個固定構件被示出。所述固定構件112被設計為被螺栓連接到所述轉子筒，並且藉助於燕尾榫接頭被固定到所述磁體承載器104，但是其他固定方法是可能的。每個磁體承載器104還由至少一個支撐構件支撐。在圖4示出的所述結構中，徑向地延伸的支撐構件114被安置在所述磁體承載器104的所述周向邊界處，並且與所述磁體承載器疊片一起被一體地形成。再者，在實踐中，每個磁體承載器將典型地由軸向間隔開的支撐構件陣列來支撐。非磁性間隔件116被定位在所述支撐構件和所述轉子筒6之間的每個支撐構件114的基部處。所述非磁性間隔件116防止任何磁通量延伸進入所述轉子筒。將容易理解的是，一體的支撐構件和非磁性間隔件的相同結構可以與圖I至圖3示出的所述結構一起使用。所述固定構件112和支撐構件114安裝每個磁體承載器104，從而每個磁體承載器104徑向地與所述轉子筒6的所述外表面4間隔開。在所述磁體承載器104和所述轉子筒6之間的所述徑向的間隙和空間20限定軸向通道，所述軸向通道可以被用來承載進入所述電氣機器的所述本體的通風或冷卻空氣。磁通量基本上在徑向通過所述磁極件106，但是很少的磁通量橫穿在鄰近的磁體承載器之間(例如，在所述鄰近的磁體保持組件的所述磁體承載器之間)的所述間隙。由於所述磁體承載器與所述轉子筒6的所述外表面4徑向地間隔開一足夠的距離，並且也由於所述非磁性間隔件116，所述磁通路線FP不通入所述轉子筒。
權利要求
1.一種永久磁體轉子結構,所述永久磁體轉子結構包括 轉子本體； 周向的磁體承載器陣列，所述磁體承載器陣列在徑向與所述轉子本體間隔開並且被固定於所述轉子本體，以與所述轉子本體一起轉動，每個磁體承載器具有一表面； 至少一個由永久磁體材料製成的磁極件，所述磁極件被安置為鄰近每個磁體承載器的所述表面。
2.根據權利要求I所述的永久磁體轉子結構，其中所述磁體承載器是由磁性材料製成的並且相對於所述轉子本體被這樣安裝，即使得磁通量基本上在徑向通過所述磁極件並且在所述磁體承載器之內基本上在周向流動。
3.根據權利要求I所述的永久磁體轉子結構，還包括磁極件保持器，所述磁極件保持器基本上包住每個磁極件。
4.根據權利要求3所述的永久磁體轉子結構，其中每個磁極件保持器還基本上包住相關聯的磁體承載器。
5.根據權利要求I所述的永久磁體轉子結構，其中所述磁體承載器沿所述轉子本體的邊緣軸向地延伸。
6.根據權利要求I所述的永久磁體轉子結構，其中所述磁體承載器具有一疊片的構造。
7.根據權利要求6所述的永久磁體轉子結構，其中所述磁體承載器包括軸向的疊片堆疊，其中在軸向上鄰近的堆疊由至少一個非磁性板或非磁性疊片來分開。
8.根據權利要求I所述的永久磁體轉子結構，其中至少一個軸向地延伸的永久磁體材料的磁極件被安置為鄰近每個磁體承載器的所述表面。
9.根據權利要求I所述的永久磁體轉子結構，其中每個磁極件包括數個較小的永久磁體材料塊。
10.根據權利要求9所述的永久磁體轉子結構，其中鄰近的永久磁體材料塊由至少一個非磁性板或非磁性疊片來分開。
11.根據權利要求10所述的永久磁體轉子結構，其中所述永久磁體材料塊被結合到或附著到所述至少一個非磁性板或非磁性疊片。
12.根據權利要求I所述的永久磁體轉子結構，其中所述磁體承載器被安裝在支撐構件陣列上。
13.根據權利要求12所述的永久磁體轉子結構，其中所述支撐構件陣列使所述磁體承載器與所述轉子本體在徑向間隔開，以在所述磁體承載器和所述轉子本體之間限定空間或空隙。
14.根據權利要求12所述的永久磁體轉子結構，其中所述支撐構件陣列限定軸向地延伸的通道的周向陣列，所述通道為在所述磁體承載器和所述轉子本體之間的冷卻空氣通道。
15.根據權利要求14所述的永久磁體轉子結構，還包括徑向地延伸的冷卻空氣通道。
16.根據權利要求I所述的永久磁體轉子結構，其中每個磁體承載器僅承載單個的磁極件，並且磁通量在周向地鄰近的磁體承載器之間流動。
17.根據權利要求I所述的永久磁體轉子結構，其中每個磁體承載器承載多個磁極件。
18.根據權利要求I所述的永久磁體轉子結構，其中所述磁體承載器被永久地附著到所述轉子本體。
19.根據權利要求I所述的永久磁體轉子結構，其中所述磁體承載器被可釋放地附著到所述轉子本體。
全文摘要
本發明提供一種用於轉動的電氣機器的永久磁體轉子結構，所述永久磁體轉子結構包括轉子本體(6)，所述轉子本體具有外邊緣(4)。周向的磁體承載器(8)陣列通過固定構件(16)和支撐構件(18)被安裝到所述轉子本體(6)並且在徑向與所述轉子本體(6)間隔開，以限定一系列軸向的間隙或空間(20)，所述間隙或空間可以可選地被用作冷卻空氣通道。至少一個由永久磁體材料製成的磁極件(10)被安置在鄰近每個磁體承載器(8)的表面。所述磁體承載器(8)和所述磁極件(10)優選地具有疊片的或分離的構造，以實質上排除在某些類型和構造的電氣機器中特別地成問題的渦流。在鄰近磁極件(10)之間的所述磁通路線在所述磁體承載器之內在周向流動，並且不使用所述轉子本體(6)。
文檔編號H02K1/28GK102738925SQ20121009117
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月30日 優先權日2011年4月1日
發明者P·E·克拉克 申請人:康弗蒂姆技術有限公司