专利名称：用于电机的永磁模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于永磁电机的转子的永磁模块。此外，本发明涉及一种永磁电机的转子。此外，本发明涉及一种永磁电机。此外，本发明涉及一种用于组装永磁电机的转子的方法。此外，本发明涉及一种用于组装永磁电机的方法。
背景技术：
在设计永磁电机、即永磁马达或发电机中的挑战之一涉及永磁体到永磁电机的转子的固定。通常转子的构造是关于几个因素的折衷，这些因素例如有永磁体的冷却、特别抵抗离心力的机械强度、防潮湿和其它环境因素的密封保护、在没有经由例如支撑结构的过度漏磁通量的情况下利用永磁体的材料、永磁体形状的简单/复杂性、产生的转矩的波动以及涉及安装和制造的因素。公开文献EP1860755A2公开了一种包括具有外缘的转子的永磁转子布置。磁体载体的圆周排列被固定到外缘的表面。每个磁体载体具有面向径向方向的表面。由例如不锈钢或玻璃增强环氧树脂的非磁性材料制成的倒U形保持器被固定到每个磁体载体，且被布置成与磁体载体一起形成轴向延伸通道。至少一个永磁材料块位于轴向延伸通道中。磁体载体、倒U形保持器和至少一个永磁材料块构成永磁模块，该永磁模块在转子的切线方向上延伸360/N度，其中N是大致沿切线方向设置的永磁体模块的数目。上述类型的永磁模块可被分开地生产且被用作永磁转子的构件块。磁通量密度在永磁电机的气隙中的空间分布必需充分地接近期望形式，以便将由永磁电机产生的转矩的波动保持在足够低的水平。与上述类型的永磁模块结合，实现磁通量密度的期望空间分布需要对永磁体造型。例如，矩形棱柱形状的永磁体不必然地提供足够好的操作质量。因此，在永磁体的形状的复杂性和操作质量之间要有平衡。对永磁体造型的需要使得永磁体更昂贵且制造更困难。
发明内容
根据本发明第一方面，提供一种新的用于永磁电机的转子的永磁模块。所述永磁模块在转子的切线方向上延伸至少180度，且所述永磁模块包括-铁磁钢片堆叠，所述铁磁钢片堆叠包括在与所述铁磁钢片垂直的方向上的至少一个凹槽；-至少一个永磁体，所述至少一个永磁体位于所述至少一个凹槽中，且被布置成产生穿透所述铁磁钢片堆叠的表面的磁通量，所述铁磁钢片堆叠的所述表面具有适于将预定磁通量密度分布形成到所述永磁电机的气隙中的形状；-支撑结构，所述支撑结构被布置成以机械的方式支撑所述铁磁钢片堆叠；和-由实心铁磁钢制成的至少一个基板，每个基板位于所述至少一个凹槽中的一个凹槽的开口处，且与所述至少一个凹槽一起构成设置所述至少一个永磁体的孔隙。由凹槽和基板形成的孔隙的形状优选是矩形棱柱，以便允许永磁体的形状也是简单的矩形棱柱。另一方面，通过利用具有适合形式的钢片，上面提到的铁磁钢片堆叠的表面的形状可被自由设计。因此，在不需要永磁体的复杂形状的情况下，能够实现磁通量密度在永磁电机的气隙中期望的空间分布。根据本发明第二方面，提供一种永磁电机的新转子。所述转子包括具有轴的中央部和在所述中央部的表面上且在所述转子的所述切线方向上接连设置的至少两个根据本发明的永磁模块。根据本发明第三方面，提供一种新的永磁电机。所述永磁电机具有转子，该转子包括具有轴的中央部。所述转子包括在所述中央部的表面上且在所述转子的所述切线方向上接连设置的至少两个根据本发明的永磁模块。根据本发明第四方面，提供一种用于组装永磁电机的转子的新方法。所述方法包括将根据本发明的永磁模块安装到所述转子的中央部的表面上。根据本发明第四方面，提供一种用于组装永磁电机的新方法。所述方法包括将转子安装到所述永磁电机的定子孔中，其中所述转子包括在所述转子的中央部的表面上且在所述转子的所述切线方向上接连设置的至少两个根据本发明的永磁模块。本发明的多个示范性实施例被在所附从属权利要求中描述。当与附图结合阅读时，通过以下具体示范性实施例的描述中，将最好地理解本发明的关于构造和操作方法的各示范性实施例以及其附加目的和优势。动词“包括”在本文献中用作开放式限定，不排除存在未列举的特征。除了明确说明外，从属权利要求中列举的特征可相互自由组合。
以下在示例意义上且参考附图更详细地说明本发明的示范性实施例和其优势，在附图中图Ia示出根据本发明实施例的永磁模块，图Ib示出该永磁模块的截面图；图加示出根据本发明实施例的永磁模块，图2b示出该永磁模块的截面图；图3a示出根据本发明实施例的永磁模块，图北示出该永磁模块的截面图；图4示出根据本发明实施例的永磁电机；图5是根据本发明实施例的用于组装永磁电机的转子的方法的流程图；图6是根据本发明实施例的用于组装永磁电机的方法的流程图；并且图7示出根据本发明实施例的永磁电机的局部截面图。
具体实施例方式图Ia示出根据本发明实施例的用于永磁电机的转子的永磁模块IOlUOla和 101b。图Ib示出永磁模块的截面图A-A。每个永磁模块在转子的切线方向φ上延伸360/N 度，其中N是在切线方向上接连设置的永磁模块的数目。由于存在至少两个永磁模块(Ν> 1)，所以一个永磁模块在切线方向上延伸至多180度。然而，图Ia和图Ib示出永磁模块的数目显著大于2的情况下的局部图。在图Ia和图Ib示出的情况下，用紧固楔(例如111) 和螺栓(例如112)将永磁模块101、IOla和IOlb紧固到转子的中央部110。在不限制一般性的情况下，下文可被集中于永磁模块101。永磁模块101包括铁磁钢片堆叠，该铁磁钢片堆叠具有在与铁磁钢片垂直的方向上、即在转子的轴向方向上的凹槽。永磁模块101包括位于铁磁钢片堆叠的凹槽中的永磁体105。永磁体被布置成产生穿透铁磁钢片堆叠的表面 106的磁通量Φ，所述表面意图面向永磁电机的气隙。表面106具有适于将预定磁通量密度分布形成到永磁电机的气隙中的形状。永磁模块101包括由实心铁磁钢制成的基板102。 基板位于凹槽的开口处且与该凹槽一起构成其中设置永磁体105的孔隙。如可从图Ia和图Ib看出的，磁通量Φ与铁磁钢片平行地流动，且铁磁钢片堆叠的处于永磁体105和表面106之间的部分意图面向气隙。因此，在铁磁钢片堆叠中和永磁体中，由磁通量密度分布的气隙空间谐波引起的涡流损耗能够都被保持在足够低的水平。如可从图Ib中看出的，表面106能够被造型，而不产生与永体磁105的形状有关的要求，即永磁体的形状可以是简单的矩形棱柱，而与永磁体的形状无关，表面106可具有期望的曲率。铁磁钢片堆叠的颈部区域108和107优选较薄，使得由于在所述颈部区域的磁饱和，经由这些颈部区域的漏磁通量足够少。永磁体105可由多个永磁材料块中的一个永磁材料块组成。永磁材料例如可以是AlNiCo-钢(铝-镍-钴)，或是例如钐-钴永磁材料或Nbi^eB-永磁材料(钕-铁-硼)的稀土 -金属永磁材料。永磁模块101包括布置成以机械的方式支撑铁磁钢片堆叠104的支撑结构。在图Ia和图Ib示出的示范情况下，支撑结构包括从铁磁钢片堆叠104的一端延伸到铁磁钢片堆叠的另一端的焊缝(例如114)。例如通过在永磁体和基板被放置在其最终位置之后将树脂或其它适合材料铸造在凹槽中，能够将永磁体105和基板102紧固到铁磁钢片的凹槽。也可以使用适于防止永磁体105和基板在与铁磁钢片垂直的方向上移动的端板或其它机械装置。根据本发明实施例的永磁模块设有密封涂层。该密封涂层保护永磁模块抵抗潮湿和其它有害环境因素。密封涂层可由例如塑料或树脂(例如环氧树脂)制成。图加示出根据本发明实施例的用于永磁电机的转子的永磁模块201、201a。图2b 示出永磁模块的截面图A-A。在不限制一般性的情况下，下文集中于永磁模块201。永磁模块201包括铁磁钢片堆叠204，该铁磁钢片堆叠204具有在与铁磁钢片垂直的方向上、即在转子的轴向方向上的两个凹槽。永磁模块201包括由实心铁磁钢制成的基板202和20加。 每个基板位于凹槽中的一个凹槽的开口处且与相应凹槽一起构成用于永磁体的孔隙。永磁模块201在铁磁钢片堆叠的两端包括端板209和213。端板、基板和凹槽形成两个矩形空腔。永磁模块201包括位于所述两个空腔中的一个空腔中的永磁体205和位于所述两个空腔中的另一个空腔中的永磁体20fe。永磁体205和20 被布置成产生穿透铁磁钢片堆叠的表面206的磁通量Φ，所述表面意图面向永磁电机的气隙。表面206具有适于将预定磁通量密度分布形成到永磁电机的气隙中的形状。永磁模块201包括布置成以机械的方式支撑铁磁钢片堆叠204以及端板209和213的支撑结构。在图加和图2b示出的示范性情况下，支撑结构包括从端板中的一个端板到端板中的另一个端板穿过铁磁钢片堆叠204延伸的螺栓(或螺杆)以及对应的螺母。在图加中，附图标记214和215涉及支撑结构。端板209和213优选由例如不锈钢的非磁性材料制成。端板也可以由铁磁材料以如下方式制成，所述方式为使得端板具有其厚度适于通过磁饱和的辅助将经由端板的漏磁通量限制到足够低的水平的部分，或端板具有限制漏磁通量但是不允许永磁体在与铁磁钢片垂直的方向上移动的孔隙。根据本发明实施例的铁磁模块包括至少一个孔隙217，该至少一个孔隙217被布置成允许冷却流体流过铁磁钢片堆叠和端板。
在根据本发明实施例的永磁模块中，凹槽的开口 216和216a被布置以构成T-形凹槽，且基板202和20 被布置以构成T形楔，以用于将永磁模块紧固到转子的中央部 210。根据本发明实施例的永磁模块包括阻尼绕组。阻尼绕组可以是例如由导电条(例如218)和导电短路元件219和220组成的。导电条被布置成延伸穿过铁磁钢片堆叠，且导电短路元件219和220被布置成在导电条的各端之间形成电连接。图Ia和图Ib中示出的永磁模块101在转子的表面上构成一个磁极，图加和图2b 中示出的永磁模块201在转子的表面上构成两个磁极、即一对磁极。然而，应该注意由根据本发明实施例的永磁模块构成的磁极的数目也可以大于2。图3a示出根据本发明实施例的用于永磁电机的转子的永磁模块301的对接端视图。图北示出永磁模块的截面图A-A。永磁模块包括具有铁磁钢片堆叠304，该铁磁钢片堆叠304在与铁磁钢片垂直的方向上、即在转子的轴向方向上的两个凹槽。永磁模块包括由实心铁磁钢制成的基板302和302a。每个基板位于凹槽中的一个凹槽的开口处且与相应凹槽一起构成用于永磁体的孔隙。永磁模块在铁磁钢片堆叠的两端包括端板309和313。 端板、基板和凹槽形成两个空腔。永磁模块包括位于所述两个空腔中的一个空腔中的第一永磁体和位于所述两个空腔中的另一个空腔中的第二永磁体。凹槽的开口 316和316a被布置以构成燕尾形凹槽，基板302和30 被布置以构成燕尾形楔，以用于将永磁模块紧固到转子的中央部。永磁模块301包括孔隙317，该孔隙317被布置成允许冷却流体流过铁磁钢片堆叠 304以及端板309和313。第一永磁体由永磁材料块305a-305d组成，第二永磁体由永磁材料块305『30证组成。如基于图北明显的是，通常情况下在与钢片垂直的方向上、即在转子的轴向方向上具有两个或更多接连的永磁材料块，也在转子的切线方向φ上具有两个或更多接连的永磁材料块。因此，永磁材料块的最大尺寸不对永磁模块的尺寸设定限制。永磁材料块的最大尺寸可取决于例如与永磁体的制造技术有关的问题。在根据本发明实施例的永磁模块中，位于空腔中的永磁体包括在转子的切线方向上接连设置的多个永磁材料块。在根据本发明实施例的永磁模块中，位于空腔中的永磁体包括在与铁磁钢片垂直的方向上接连设置的多个永磁材料块。图4示出根据本发明实施例的永磁电机。永磁电机包括定子431和根据本发明实施例的转子429。转子包括具有轴433的中央部410。转子还包括在中央部的表面上且在转子的切线方向上接连设置的永磁模块401、401a、401b和401c。永磁模块可以是例如根据以上且在图加和图2b的辅助或图3a和图北的辅助下描述的永磁模块。根据本发明实施例的转子包括在转子的轴向方向上接连设置的根据本发明实施例的永磁模块。轴向接连的永磁模块可处于例如以相邻永磁模块的相邻端沿轴向方向与定子的径向冷却管道成一直线的方式。图7示出根据本发明实施例的永磁电机的局部截面图。永磁电机包括设有径向冷却管道740的定子731。在转子的中央部710的表面上具有在转子的轴向方向上、即在Z方向上接连设置的永磁模块701、701a。轴向相邻的永磁模块 701和701a的端板709和709a在Z方向上与定子的径向冷却管道740成一直线。
根据本发明实施例的转子包括在转子的轴向方向上接连设置的根据本发明实施例的永磁模块，且在轴向接连的永磁模块之间具有在切线方向上的偏移，即轴向接连的永磁模块在切线方向上不对准，而且它们在切线方向上阶梯式设置。永磁模块的阶梯式安装可用于减少或消除由永磁电机产生的转矩的波动。在根据本发明实施例的转子中，永磁模块倾斜地设置或相对于转子的轴向方向倾斜，即在转子的轴向方向和沿铁磁钢片堆叠的最靠近定子的那些点的线之间具有非零角度。该倾斜可用于减少或消除由永磁电机产生的转矩的波动。图4中能够看到的点434表示上面提到的线的“横截面”。在根据本发明实施例的转子中，永磁模块具有沿着铁磁钢片堆叠的离定子最近的那些点的曲线(即非直线)路径。在图4中能够看到的点434表示上面提到曲线路径的 “横截面”。上述特性可用于减少或消除由永磁电机产生的转矩的波动。曲线路径可以是例如像正弦曲线一样弯曲。例如通过利用彼此不相同的钢片组装永磁模块的铁磁钢片堆叠能够实现上述倾斜或曲线方案。通过利用彼此不同的钢片可以具有与倾斜或曲线性无关地用于永磁体(多个磁体)的矩形凹槽(多个凹槽)。图5是根据本发明实施例的用于组装永磁电机的转子的方法的流程图。该方法包括将根据本发明实施例的永磁模块安装到转子的中央部的表面上(阶段501)。永磁模块可以是例如根据在本说明书前面且在图Ia和图让、图加和图2b或图3a和图北辅助下描述的永磁模块。图6是根据本发明实施例的用于组装永磁电机的方法的流程图。该方法包括将根据本发明实施例的转子安装到永磁电机的定子孔中(阶段601)。转子包括在转子的中央部的表面上且在转子的切线方向上接连设置的至少两个根据本发明实施例的永磁模块。永磁模块可以是例如根据本说明书前面且在图Ia和图让、图加和图2b或图3a和图北辅助下描述的永磁模块。在上面给出的说明书中提供的具体示例应该不构成限制。因此，本发明不仅仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种用于永磁电机的转子的永磁模块(101，201，301)，所述永磁模块在所述转子的切线方向(φ)上延伸至多180度，并且所述永磁模块包括铁磁钢片堆叠(104，204，304)，所述铁磁钢片堆叠包括在与所述铁磁钢片垂直的方向上的至少一个凹槽；至少一个永磁体(105，205，305a-305h)，所述至少一个永磁体位于所述至少一个凹槽中，且所述至少一个永磁体被布置成产生穿透所述铁磁钢片堆叠的表面(106，206)的磁通量，所述铁磁钢片堆叠的所述表面具有适于将预定磁通量密度分布形成到所述永磁电机的气隙中的形状；和-支撑结构(114，214，215)，所述支撑结构被布置成以机械的方式支撑所述铁磁钢片堆叠，其特征在于所述永磁模块还包括由实心铁磁钢制成的至少一个基板(102，202，302)， 每个基板位于所述至少一个凹槽中的一个凹槽的开口(116，216，316)处，且与所述至少一个凹槽一起构成设置所述至少一个永磁体的孔隙。
2.如权利要求1所述的永磁模块，其中所述永磁模块包括至少一个孔隙017，317)，所述至少一个孔隙被布置成允许冷却流体流过所述铁磁钢片堆叠。
3.如权利要求1所述的永磁模块，其中所述凹槽的所述开口(216)被布置成构成T形凹槽，且所述基板(20 被布置成构成T形楔，所述T形楔用于将所述永磁模块紧固到所述转子的中央部010)。
4.如权利要求1所述的永磁模块，其中所述凹槽的所述开口(316)被布置成构成燕尾形凹槽，且所述基板(30 被布置成构成燕尾形楔，所述燕尾形楔用于将所述永磁模块紧固到所述转子的中央部。
5.如权利要求1所述的永磁模块，其中所述永磁模块设有密封涂层。
6.如权利要求5所述的永磁模块，其中所述密封涂层由树脂制成。
7.如权利要求1所述的永磁模块，其中所述永磁模块在所述铁磁钢片堆叠的两端处包括端板(209，213，309，313)，所述端板、所述至少一个基板和所述至少一个凹槽形成用于所述至少一个永磁体的至少一个空腔。
8.如权利要求7所述的永磁模块，其中所述端板由非磁性材料制成。
9.如权利要求1所述的永磁模块，其中所述永磁模块包括阻尼绕组018，219，220)。
10.如权利要求1所述的永磁模块，其中所述永磁体包括在所述转子的所述切线方向 (φ)上接连设置的至少两个永磁材料块(30 ，305b)。
11.如权利要求1或10所述的永磁模块，其中所述永磁体包括在与所述铁磁钢片垂直的所述方向上接连设置的至少两个永磁材料块(30 ，305c)。
12.—种永磁电机的转子0四)，所述转子包括具有轴(43 的中央部032)，其特征在于所述转子包括在所述中央部的表面上且在所述转子的所述切线方向(φ)上接连设置的至少两个如权利要求1所述的永磁模块001，401a，401b，401c)。
13.一种具有转子0 )的永磁电机，所述转子包括具有轴G33)的中央部032)，其特征在于所述转子包括在所述中央部的表面上且在所述转子的所述切线方向(φ)上接连设置的至少两个如权利要求1所述的永磁模块001，401a，401b，401c)。
14.一种用于组装永磁电机的转子的方法，其特征在于所述方法包括将如权利要求1所述的永磁模块安装到所述转子的中央部的表面上(501)。
15. 一种用于组装永磁电机的方法，所述方法包括将转子安装到所述永磁电机的定子孔中(601)，其特征在于所述转子包括在所述转子的中央部的表面上且在所述转子的切线方向上接连设置的至少两个如权利要求1所述的永磁模块。
全文摘要
提出一种用于永磁电机的转子的永磁模块。永磁模块包括具有在与铁磁钢片垂直的方向上的凹槽的铁磁钢片堆叠(104)和位于凹槽中且被布置成产生穿透铁磁钢片堆叠的表面(106)的磁通量的永磁体(105)。该表面具有适于将预定磁通量密度分布形成到永磁电机的气隙中的形状。永磁模块还包括由实心铁磁钢片制成的基板(102)。基板位于凹槽的开口(116)处，且与凹槽一起构成设置永磁体的孔隙。
文档编号H02K1/27GK102439822SQ200980151208
公开日2012年5月2日 申请日期2009年12月8日 优先权日2008年12月17日
发明者帕努·库罗宁 申请人:斯维奇传动系统有限公司