用于磁体保持的装置和方法_2

文档序号:8947554阅读:来源:国知局
[0039]如图4所示,磁体组件100中的磁体60可以交替地沿“径向向内”和“径向向外”方向(可以被看作是交替的南磁体和北磁体)被磁化。可替换地,如图5所示,可以通过使用两个或更多个相同极性的磁体来实现更宽广的磁极。
[0040]图6至图9显示了磁体组件100的实施方式。永磁体60通过磁体保持件20安装至磁体载体10。磁体保持件20通过形成在磁体载体10的基体中的多个通道30而包围磁体60和磁体载体10。在一些实施方式中,超过一个永磁体60可以安装在单个磁体载体10上。
[0041]在优选实施方式中,磁体载体10由铁磁材料形成,最优选地,由磁钢形成。合适的钢可以包括软钢(等级例如为1020、1020、ENla)、硅钢(硅-碳制成)、铁素体和马氏体不锈钢(即,等级为410、416、446)或钴铁合金。如图3所示,磁体载体10可以作为转子磁轭2的机械接口。转子磁轭2可以由铁磁材料形成。磁体载体和转子磁轭2为铁磁体,磁体载体10与转子磁轭2 —起可以为电磁电路(例如相邻的磁极之间的磁通的返回路径)提供背铁。
[0042]优选地,电磁路径不应该与转子背铁妥协。磁体载体10为磁体保持件20提供槽部或通道30以在下方通过磁体组件100。通道30之间的中间凸起部或齿部50允许磁通畅通无阻地(例如不会创造大的具有高磁阻的气隙)从磁体载体10进入另一个铁磁结构或转子磁轭2,另一个铁磁结构或转子磁轭2构成了转子背铁的一部分。磁体载体10的齿部50优选为磁通路径提供足够的切面面积。在优选实施方式中,磁体载体由钢制成。由于钢的较高的饱和通量密度(通常为1.5-2.0T),磁通路径内的钢的切面面积能够小于磁体60的切面面积,磁体60通常将具有0.8-1.0T的工作通量密度,不会有任何磁性饱和问题,该磁性饱和问题导致磁性电路较高的磁阻以及磁性性能降低。
[0043]磁体保持件20可以优选为包括缠绕在环氧基中的纤维丝。合适的纤维丝包括碳纤维和玻璃纤维。优选地,纤维可以以特定的张紧力(优选大约5-10千克力,或者大约49-98N)缠绕,该张紧力施加至拖绳以获得在完成处理部分中的预压。由于磁体材料的温度限制,将根据所需强度还有潜在的任何在处理周期上的限制来选择纤维(例如碳纤维或玻璃纤维)和环氧基。纤维可以被湿绕(即干燥的纤维在被缠绕在磁体和磁体载体上之前经过树脂浴)或可以为预浸渍产品或为已经施加环氧涂层的预浸品。在烤箱或压热器中烘烤部件然后处理环氧树脂。在处理过程中,可以在部件上施加模具以确保完成环氧树脂最终的形状/表面光洁度。优选地,拖绳可以包括在3000至15000根(最优选地,7000根)之间的碳纤维丝。优选地,每一根碳纤维的直径可以在5到10微米之间,最优选地,6微米。
[0044]磁体保持件可以优选为使用树脂传递模塑成型工艺(RTM)添加至磁体和磁体载体。在树脂传递模塑成型工艺中,磁体和磁体载体被碳纤维层或玻璃纤维层(可以,例如以席子、带子或绳子的形式)干裹起来然后被夹持或保持到成型腔中,同时低粘性树脂或环氧树脂在压力下注入。然后该部件如上所述被加热处理以生产高度整体部分。
[0045]磁体保持件20可以对应某一角度,以覆盖磁体60的表面在上表面102的较大面积。因此,上表面102上的磁体保持件20的宽度24A可以大于磁体载体10上的通道30的宽度24B。在磁体保持件20包括在张紧下缠绕的纤维丝的情况下,磁体保持件20将沿着纤维方向产生力。然而,角纤维和零度缠绕纤维(垂直于轴线方向)之间的最大角度(Θ)优选为较小。因此,从磁体保持件20沿轴线方向分解的力(该力与sin(0)成比例)可以被忽略。
[0046]磁体保持件20的切面的宽高比可以在磁体组件100的周围改变。磁体保持件20可以在磁体组件100的上表面102上形成薄层(厚度为22A),该薄层在使用时可以邻近电机气隙(例如面对传统的径向场永磁体机器中的定子)。磁体保持件20在通道30处可以相对较厚(厚度为22B)。磁体保持件20可以具有恒定的切面面积。在上表面102上的较薄磁体保持件20具有缩小使用转子的机器中的磁气隙的优点。
[0047]图8至图12更详细地显示了磁体载体10。
[0048]磁体载体10还可以包括大量机械固定点12以允许载体被固定在如图1所示的转子结构上。机械固定点12可以为螺孔。在图1显示的实施方式中,螺栓4穿过转子磁轭2的间隙孔,且与磁体载体机械固定点12接合。额外的固定点14可以包括在载体的其他表面,以允许磁体安装在转子上时,磁体组件被牢固地保持以对抗磁力。当然,间隙孔和螺孔可以相对地位于上面,且用于固定的可选择的机构可以被代替地使用。
[0049]优选地,通道30具有轮廓边缘32,轮廓边缘32例如可以为倒斜角的和/或倒圆角的。轮廓边缘32有助于避免在磁体保持件20上的高应力集中。磁体保持件20包括纤维丝,轮廓边缘还允许纤维经过结构时不会有尖角导致纤维拖绳缠绕时损坏。优选地,轮廓边缘具有比纤维的最小弯曲半径更大的半径。在通道30的引导边缘34上具有斜边或圆边也是有利的,以防止纤维拖绳在缠绕时被损坏且允许纤维拖绳在没有损坏的情况下进入通道30 ο
[0050]图15显示了适合与磁体载体10 —起使用的永磁体60。磁体60被分割以避免祸电流,分割部64之间具有粘接接口 62。在一种实施方式中,粘接接口 62优选包括玻璃珠以防止分割部64之间接触。类似于磁体载体通道30,磁体60可以具有轮廓边缘66以防止应力集中,且在磁体保持件包括纤维丝的情况中,减小了纤维在缠绕时的弯曲半径。在该区域的材料移除对机器性能(例如气隙通量密度和扭矩产生)不会有明显的影响,因为这里的磁体材料通常导致了极间泄露(即通量在转子上没有横越气隙的磁极之间泄露且与电机的剩余部分连接)。
[0051]在如上描述的实施方式中,磁体保持件20沿转子的圆周方向布置。磁体保持件20并由此的通道30沿着磁体60和磁体载体10轴向地延伸也有可能,即,磁体保持件可以平行于转子的旋转轴延伸。然而,如果磁体的相关边缘构造为移除尖角,这种设置可以增加磁极主轴上的有效气隙且能够损害性能。在圆周的情况下,轮廓边缘66在磁体极间产生且该位置磁体材料的损失对性能具有明显的降低效果。
[0052]为了制造如上所述的磁体组件100,永磁体材料安装磁体载体10上且磁体保持件20包围磁体载体10和永磁体材料,且磁体保持件20通过磁体载体10的通道30。
[0053]当永磁体材料安装在磁体载体10上时,它可以使用合适的粘合剂粘接至磁体载体10,粘合剂例如为环氧树脂或丙烯酸树脂。在施加磁体保持件20的同时,粘合剂可以将永磁体材料保持定位在磁体载体上。粘合剂还可以用于在使用磁体组件100时将永磁体60保持在转子磁轭2上。
[0054]永磁体材料可以在未磁化状态下安装在磁体载体10上,这简化了制造过程,因为永磁体材料和磁体载体10之不会出现较高的磁吸引力(较高的磁吸引力可能会挤出粘合剂),且允许实现最佳的粘接且处理永磁体材料会更容易。然后永磁体材料可以被磁化以在永磁体材料被安装至磁体载体10之后或者在磁体保持件20被施加之后创造永磁体60。可选择地,永磁体材料在安装至磁体载体10之前可以已经磁化以形成永磁体60。
[0055]永磁体60可以包括分割的或层叠的磁体。在一些实施方式中,超过一个永磁体60可以安装至单个磁体载体10。
[0056]优选地,磁体保持件20包括纤维丝。通常,磁体保持件20将由在结合的磁体60和磁体载体10旋转时缠绕的单个拖绳(或纤维束)形成。结合的磁体60和磁体载体10以及纤维拖绳还可以关于彼此沿旋转轴线的方向在旁边运动以允许纤维横贯磁体60和磁体载体10的长度。可以使用可选择的横贯图案,例如在引入下一个通道30之前在每个通道30中缠绕大量的圈或者在运动至下一个通道30且使用多次横贯磁体60长度之前在通道30中设置
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