专利名称：永久磁铁元件和电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别适用于电工装置的永久磁铁元件，该元件包括至少一个永久磁铁块。本发明还涉及一种如权利要求11的引用部分所述的电机。
背景技术：
通常，为了产生磁场，并进一步为了能利用磁场和旋转电机中导体之间的相互作用，而将永久磁铁应用在电机中。旋转电机的一个例子是永磁同步电机，该永磁同步电机具有安装在其转子上的永久磁铁和通常安装在其定子上的三相绕组。当转子转动时，由转子内的磁铁产生的旋转磁通穿过定子绕组，在定子线圈内产生了电流。对应地，当交流电流入定子，并且永磁转子转动时，在定子线圈内就产生了磁通。
现有用在电工装置中的永久磁铁具有的问题是永久磁铁块很难被紧固，并很难将永久磁铁块的尺寸做小。当制造大型装置时，由于大功率同步电机的转子直径和轴长可以达到几米，因此必须要用到大量的易碎并难处理的永久磁铁块。
为便于永久磁铁块的安装，现有的方法是将永久磁铁块粘到形成永久磁铁元件的金属板上以进行安装。这样，这些永久磁铁块就不需要一个接一个地安装到安装点上，如转子的表面上。完成安装后，通常是通过绕整个转子缠绕玻璃纤维带，并在最后在烘箱内硬化玻璃纤维带内的树脂来确保永久磁铁元件的牢固。因此，在安装完这些元件后，需要进行额外的工作步骤来确保安装。特别是树脂硬化步骤需要时间很长，延缓了装置的最终完成。此外，如果永久磁铁块如转子很大，则很难将该块放到烘箱内。玻璃纤维带在纵向上相当牢固，因此在磁铁被安装到如旋转转子上后为磁铁抗离心力提供了可靠的支撑。但是，该玻璃纤维带没有提供给磁铁横向支撑。此外，在安装永久磁铁或永久磁铁元件时，外部的磁性金属片牢固地固定到它们表面上，这妨碍并放慢了安装进程。
发明内容
本发明的目的是提供一种永久磁铁元件，其克服了上面提到的缺点，并使永久磁铁以较以前简单的方式安装到电工装置上。通过本发明的永久磁铁元件实现了该目的，其特征在于，永久磁铁元件还包括防护罩，将防护罩设置成部分地包围住设置在元件内的永久磁铁块，并且永久磁铁元件还包括一个或多个固定元件。
本发明是基于这种思想，即永久磁铁元件是通过将一个或多个永久磁铁块部分地包围在防护罩内而形成的。最简单地，是通过例如模制使塑料防护罩包围住永久磁铁块或多个永久磁铁块而进行包围的。作为将该罩直接包围这些块模制的一种可替换的方式，该防护罩还可以通过胶粘构成，或者通过将永久磁铁块固定到形成包围这些块的盖子的结构部件上而构成。除了塑料，还可以使用不同类型的纤维结构用作防护罩的材料。
永久磁铁元件还包括一个或多个固定元件，其以简单并可靠的方式使永久磁铁元件和永久磁铁元件包含的磁铁块固定到电工装置上。例如制作盖子时，可以将该固定元件粘接到盖子结构上，同时，其它的附加部件也可以连接到该罩上。
防护罩可以制成所需的形状，使得考虑到安装点的形状。与元件有关的所需信息也可以在模制过程中插入到防护罩中。
由于将易碎并成形的永久磁铁置于防护罩下面，因此本发明的永久磁铁元件的处理与现有技术相比变得相当容易。这意味着，外部物体不会像以前那样牢牢地固定到元件的表面上，并且罩也提供了很好的抵抗外部杂质的保护。此外，本发明的元件提供了可靠的抗永久磁铁块腐蚀的保护。
本发明还涉及一种电机，其包括至少部分地用永久磁铁元件磁化的转子，因此该电机的特征在于，将转子表面上的永久磁铁元件设置成包括一个或多个永久磁铁块，并具有一个或多个固定元件，用于将永久磁铁元件固定到基本平的或弯曲的转子表面上。
通过这样的电机，可以利用通过本发明的永久磁铁元件实现的永磁转子的简单结构，其中，至少部分地使用永久磁铁元件进行了转子的磁化。然后，可以以十分简单的方式制作该转子并进行其磁铁的安装。
现在，将通过优选实施例并参考附图来更详细地描述本发明，其中图1和2示出了本发明永久磁铁元件结构的实施例，和图3示出了固定到电工装置上的本发明的元件。
具体实施例方式
图1和2示出了本发明永久磁铁元件1的实施例的结构。图1是图2所示结构的横截面，图2中，是从上部示出了永久磁铁元件1。本发明的元件包括至少一个永久磁铁块10。在图1和2的实施例中，共有4个这种块10。
根据本发明，永久磁铁元件1进一步包括防护罩11，将该防护罩11设置成部分地包围住元件内的永久磁铁块或元件的单个永久磁铁块。优选地，还可以以这样的方式制成该防护罩11，使得元件内的块彼此相互间可靠地固定住，从而使元件的结构变得均匀并且牢固。
将图中所示的元件固定到电工装置上，在图中所示的实施例中该电工装置是本发明的电机的转子12，该转子将利用永久磁铁进行磁化。根据本发明的优选实施例，永久磁铁元件的防护罩是一个侧面开口的盖状结构。如图1所示，防护罩的开口侧抵着安装表面，即，在这种情况下，抵着转子12的表面。将防护罩对着安装表面的那一侧打开以使在磁路内形成的气隙长度最小。如果防护罩的材料对实际应用来说是足够硬的，并且可以保持元件始终在罩内，则也可以将防护罩处在要安装的元件之间的各个侧打开。否则防护罩应基本上整体包围住该块或多个块。
根据本发明的一个优选实施例，永久磁铁元件1的防护罩11是由聚酰胺(尼龙)或相应的塑料制成的。优选地，这种塑料防护罩是通过以这样的方式模压制成的，使得在注入塑料熔体之前将永久磁铁块彼此相对地放在模内预定的位置上。这样就形成一个最终结构，该结构内永久磁铁块都处在它们各自适当的位置上。制作该防护罩的另一种可替换的方法是在没有永久磁铁块的情况下制造防护罩。然后随后以其它的方式将永久磁铁块粘到或固定到防护罩上。通常只有在准备好元件之后才对永久磁铁块进行磁化。还可以利用其它公知的方法来制作用在本发明中的防护罩11，使该防护罩足够牢固并足够可靠地用于固定磁铁块或多个磁铁块。
特别地，制作防护罩的方法的实例包括挤压法、注塑法和真空模塑法。这些方法中，挤压法特别适用于防护罩具有三个开口侧的情况，即，在对着转子表面一侧和两个其它侧上开口。
防护罩的材料可以是例如具有命名为Zytel产品的聚酰按，其商标的持有者是DuPont。这种聚酰胺是一种注塑塑料，已经发现其能满足防护罩的需要。其它合适的塑料例如有聚氨酯树脂，玻璃纤维增强树脂，聚酯层压塑料，即玻璃纤维增强聚酯片，以及各种乙烯基和环氧塑料。特别是聚酯层压塑料已经长时间使用并发现其是用于电工装置的可靠的材料。在将永久磁铁块粘到防护罩上之前制作该防护罩时，聚酯层压塑料是特别有用的。还应该理解的是，适用在本发明的解决方案中的塑料的选择范围是很广的。
用在本发明的解决方案中的防护罩还可以由不同类型的纤维结构制成，如玻璃、石墨和酰胺纤维或它们的混合物。纤维结构的优点是它们很牢固并且很轻，相当薄的结构就能生产出可靠的防护罩。
根据本发明，元件11还包括一个或多个固定元件13，用于固定永久磁铁元件。该固定元件是在模制过程中固定到塑料盖上的金属接头或类似物，通过该固定元件，永久磁铁元件可以可靠地固定到电工装置的表面上。
例如可以如图3所示进行元件的固定。图3中，通过利用模制过程中附加到元件的防护罩11上的突出部21和按压到该突出部上的夹具22而将元件1支撑在转子的表面上。通常在模制过程中利用金属对突出部进行加固以确保固定。在图3的实施例中，以这样的方式，即使得形成在夹具上的棱角按压住永久磁铁元件的突出部并可靠地将元件固定到转子的表面上，利用螺栓将夹具直接固定到转子的表面上。图3仅示出了安装在转子表面上的几个永久磁铁元件中的一个。沿着转子的整个轴长安装这些元件，这样就形成了一个用于转子的磁极。通过机械设计根据需要将用类似方式形成的磁极都设置在转子的圆周上。
一种先前公知的用于将磁铁元件固定到转子表面上的方法是胶粘法，其中例如可以使用热传导胶来将转子的热量从转子上带走。
由于一个磁极是由一组沿着转子整个长度的永久磁铁元件构成的，因此如图3所示可以将元件可靠并简单地固定住，其中，夹具22是由比一个元件的轴长要长的侧板制成的。这样，一个夹具就将几个元件1固定在转子表面上的适当位置上。在最简单的情况下，夹具的长度对应于转子的长度，这种情况下，一个磁极就只需要两个夹具。但是，可以用许多不同的实施方式来固定永久磁铁元件。应该注意，图3中为了清楚，只示出了元件内单独的磁铁块10。在典型的实施方式中，永久磁铁块是在塑料防护罩内。
图中所示的永久磁铁元件形状上很简单，并且元件中的永久磁铁块像在矩阵中一样基本上以直线排列。但是，本发明并不局限于这种块，在每种情况下根据需要可以在元件内自由地改变块之间的相互位置关系。根据本发明，元件内磁铁的合适位置可以例如在电机转子磁化中形成的不同类型的磁化模式或斜度。这些图示出了具有几个永久磁铁块的永久磁铁元件。根据本发明，该元件也可以只包含一个永久磁铁块。
模制过程中，其它的附加部件，如用于确定温度的测量传感器，也可以附加到本发明的永久磁铁元件上。此外，模制过程中，还可以包括关于塑料或其它相应的模制材料的磁化方向的信息，即极性的信息。该信息可以通过模制过程中形成的图案，如字母或其它符号，或者通过使用彩色标记来的简单方式来显现，从而以特殊的信息内容识别出以不同方式磁化的元件防护罩的颜色。
对于本领域的技术人员很明显的是，随着技术的进步，本发明的基本思想可以用许多不同的方式来实现。因此本发明和其实施例并不局限于上述实例，而是可以在权利要求的范围内进行改变。
权利要求
1.一种特别适用于电工装置的永久磁铁元件，该元件(1)包括至少一个永久磁铁块(10)，其特征在于，该永久磁铁元件(1)还包括防护罩(11)，将防护罩设置成部分地包围住设置在元件内的永久磁铁块(10)，并且永久磁铁元件(1)还包括一个或多个固定元件(13；21)。
2.如权利要求1的元件，其特征在于，将防护罩设置成用以将永久磁铁块相对于彼此固定住。
3.如权利要求1或2的元件，其特征在于，永久磁铁元件(1)的防护罩(11)包括一个打开侧的盖状结构。
4.如权利要求3的元件，其特征在于，将永久磁铁元件(1)的防护罩(11)的打开侧设置成抵着电工装置(12)的表面连接。
5.如前述权利要求1到4中任何一个中的元件，其特征在于，永久磁铁元件(1)的防护罩(11)由聚酰胺或其它相应的塑料制成。
6.如前述权利要求1到4中任何一个中的元件，其特征在于，永久磁铁元件(1)的防护罩(11)由纤维增强塑料制成。
7.如前述权利要求1到4中任何一个中的元件，其特征在于，永久磁铁元件(1)的防护罩(11)由纤维结构如玻璃、石墨或酰胺纤维制成。
8.如前述权利要求1到6中任何一个中的元件，其特征在于，永久磁铁元件(1)的防护罩(11)是通过模制制成的。
9.如前述权利要求1到6中任何一个中的元件，其特征在于，永久磁铁元件(1)的防护罩(11)是通过挤压制成的。
10.如前述权利要求1到9中任何一个中的元件，其特征在于，永久磁铁元件(1)还包括一个或多个用于将永久磁铁元件固定到电工装置上的固定元件(13；21)。
11.如前述权利要求1到10中任何一个中的元件，其特征在于，永久磁铁元件(1)还包括一个或多个结合到防护罩上或防护罩内的测量传感器。
12.一种电机，该电机包括至少部分采用永久磁铁元件磁化的转子，其特征在于，包括一个或多个永久磁铁块的永久磁铁元件设置在转子表面上，并具有一个或多个固定元件，用于将永久磁铁元件固定到基本上平的或弯曲的转子表面上。
13.如权利要求12的电机，其特征在于，转子的横断面基本上是圆形。
14.如权利要求12或13的电机，其特征在于，永久磁铁元件包括设置成包围住永久磁铁的防护罩，将防护罩设置成用以将永久磁铁块相对于彼此固定住。
15.如权利要求12、13或14的电机，其特征在于，永久磁铁元件的防护罩包括具有至少一个打开侧边的盖状结构。
16.如权利要求15的电机，其特征在于，将盖状结构的一个打开测设置成朝向转子的表面，并且盖状结构包括至少一个第二打开侧。
17.如前述权利要求12到16中任何一个中的电机，其特征在于，设置在电机转子上的永久磁铁元件还包括一个或多个固定元件，用于将永久磁铁元件固定到转子的表面上。
18.如前述权利要求12到17中任何一个中的电机，其特征在于，设置在转子表面上的永久磁铁元件的形状设置成在转子磁化中形成不对称或斜度。
全文摘要
一种特别适用于电工装置的永久磁铁元件和一种电机，该元件(1)包括至少一个永久磁铁块(10)。该永久磁铁元件(1)还包括防护罩(11)，将其设置成部分地包围住设置在元件内的永久磁铁块(10)，并且永久磁铁元件(1)还包括一个或多个固定元件(13；21)。
文档编号H02K1/27GK1526191SQ02811920
公开日2004年9月1日 申请日期2002年6月13日 优先权日2001年6月14日
发明者J·马尔姆伯格, J 马尔姆伯格 申请人:Abb有限公司