专利名称：用于永磁电机的转子的转子扇段的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及旋转电机。更具体地，本发明涉及用于永磁电机的转子的转子扇段，且本发明涉及永磁电机。
背景技术：
大直径电机、例如气隙直径甚至能够大于2000mm的直接驱动风力发电机在许多情况中包括分段定子和/或分段转子。在典型情况中，转子扇段和/或定子扇段在一个地点制造且被运送到另一地点，在该另一地点处将所述扇段组装成电机。永磁电机的转子扇段典型地包括支撑结构和附接至该支撑结构的永磁体。永磁体被布置成在转子扇段的气隙表面上提供磁极。所述气隙表面是当转子扇段被用作永磁电机的一部分时、面向永磁电机的定子的转子扇段的表面。组装上述类型的转子扇段的永磁转子的挑战之一涉及将相邻的 转子扇段紧固在一起。在易受损坏的永磁体附近进行紧固的事实限制了与紧固相关的装置和方法。另外一个挑战涉及转子扇段的运输，这是因为特别地结合具有表贴式永磁体的结构，最接近转子扇段的侧面的永磁体在运输期间可能容易受到损坏。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种新型永磁电机。在根据本发明的永磁电机中，包括有转子扇段的永磁转子的磁极以如下方式定位，即在属于相邻转子扇段的相邻磁极的磁轴之间的切向间距大于在属于同一转子扇段的相邻磁极的磁轴之间的切向间距的平均值。因此，能够增大从转子扇段的侧面到最接近的永磁体的切向距离，因此能够为用于将转子扇段紧固在一起的布置提供更多空间。另外，特别地结合具有表贴式永磁体的结构，因为永磁体距离所述侧面更远，所以降低了在运输期间的易损性。磁极的上述定位降低了永磁体和永磁电机的定子绕组之间的磁稱合，但是，在另一方面，也可降低齿槽转矩。根据本发明的第二方面，提供了一种新型的用于永磁电机的转子的转子扇段。根据本发明的转子扇段的第一侧面和第二侧面之间的圆心角f最大是n弧度，即180°，且所述转子扇段包括支撑结构以及附接至所述支撑结构的永磁体。该永磁体被布置成在转子扇段的气隙表面上提供磁极，当该转子扇段被用作永磁电机的一部分时，所述气隙表面面向永磁电机的定子。所述磁极被定位在所述气隙表面上，使得ai=<p/2p+ B^Rag，并且
a2=(p/2p+ B R g，其中a I是在转子扇段的第一侧面和最接近所述第一侧面的磁极的磁轴之间的圆心角，a 2是在转子扇段的第二侧面和最接近所述第二侧面的磁极的磁轴之间的圆心角，
P是转子扇段的磁极的数目， Rag是转子扇段的气隙半径，并且B1和B2是切向长度，所述切向长度被选择成使得当转子扇段被用作永磁电机的一部分时、获得在相邻转子扇段的永磁体之间的足够的切向间距。适合&和民的数值在具体情况中取决于转子扇段的机械构造和尺寸和/或取决于定子绕组的几何形状。在实际情况中，5臟是81和民的下限。项B1Aag和项B2/Rag表明了弧度角是弧长除以半径的通则。在所附的从属权利要求中描述了本发明的多个示范性实施例。当结合附图阅读对于具体示范性实施例的如下说明时，将最好地理解本发明的关于结构和操作方法的各种示范性实施例以及本发明的另外的目的和优点。在本文中，动词“包括”用作开放式限定，其既不排斥、也不要求未列举的特征的存在。除非另外明确声明，从属权利要求中列举的特征能够相互自由组合。
下面参照附图并通过举例更详细地解释本发明的示范性实施例以及它们的优点，在附图中图I示出了根据本发明的一个实施例的永磁电机的横截面，并且图2示出了根据本发明的另一个实施例的永磁电机的横截面。
具体实施例方式图I示出了根据本发明的一个实施例的永磁电机的横截面。在图I中所示的永磁电机是外转子电机，在该外转子电机中，转子被布置成围绕定子。该定子包括由定子扇段125、126、127以及128组装成的分段定子铁芯。定子绕组优选地、但非必要地以如下方式布置，即定子绕组的每一个线圈占据属于定子铁芯的仅一个扇段的定子槽。在这种情况下，定子扇段能够彼此分离地缠绕，且仅不同定子扇段的绕组的端子在组装定子铁芯后必需以合适的方式连接起来。根据本发明的一个实施例，在图I中所示的永磁电机的转子包括四个转子扇段101、102、103以及104。所述转子扇段101-104彼此相似，因此，在下文中仅更详细地解释转子扇段101。在图I中，角9表示在转子扇段101的第一侧面107和转子扇段101的第二侧面108之间的圆心角。因为有四个相似的转子扇段，所以圆心角(P是/2弧度，即90°。然而，应注意，根据电机的构造和尺寸，转子以及定子能够被分段以具有任何适合数目的扇段。例如，在某些情况中，转子可包括仅两个转子扇段，在该情况中，圆心角9将会是n弧度，即180°，并且，在一些其它的情况中，转子可以包括三个扇段或多于四个的扇段。转子扇段101包括支撑结构109，所述支撑结构109可以包括层压铁磁材料和/或实心铁磁材料。转子扇段101包括附接到支撑结构109的永磁体110、111、112以及113。在图I中所示的情况中，所述永磁体被安装在支撑结构109的表面上。然而，也可以使支撑结构具有用于所述永磁体的凹部。永磁体被布置成在转子扇段的气隙表面上提供磁极。绘制在图中表示永磁体的元件上的箭头指示每个永磁体的磁化方向。所述磁极以这样的一种 方式被定位，即在属于相邻转子扇段的相邻磁极的磁轴之间的切向间距大于在属于同一转子扇段的相邻磁极的磁轴之间的切向间距的平均值。在图I中，圆心角Y1对应于在分别属于相邻转子扇段101和104的相邻磁极的磁轴114和116之间的切向间距。相应地，圆心角Y 2对应于在分别属于相邻转子扇段101和102的相邻磁极的磁轴115和120之间的切向间距。因为转子扇段101-104相互类似，所以Y1等于Y2。中心角PpP2以及对应于在属于转子扇段101的相邻磁极的磁轴之间的切向间距。磁极的定位通过永磁体110-113的合适定位而完成。在使用具有用于永磁体的凹部的支撑结构的情况下，磁极的定位也能够通过对构成磁通量的路径的铁磁部分的合适成形而完成。磁极的上述定位增大了分别从转子扇段101的侧面107和108到最接近的永磁体110和113的切向距离，因此为将转子扇段101紧固至相邻的转子扇段104和102的布置121和122提供了更多空间。磁极的上述定位降低了在永磁电机的永磁转子和定子绕组之间的磁耦合，但是，在另一方面，也可降低齿槽转矩。通过将在图I中所示的圆心角a工选择成大于f/8=7t/16弧度=11. 25°、并且将在图I中所示的圆心角a 2选择成大于(p/8，能够获得在图I中所示的永磁电机的上述特性。分母8来自于转子扇段101具有四个磁极的事实。圆心角a :是在转子扇段的第一侧面107和最接近该第一侧面的磁极的磁轴114之间的角，且圆心角Ci2是在转子扇段的第二侧面108和最接近该第二侧面的磁极的磁轴115之间的角。圆心角\和圆心角a 2的这种选择可以借助于以下公式来表征ai=(p/8+ B1ZRlig,并且(I)
a2=(p/8+ B2ZRaMs其中Rag是如图I中所示的转子扇段的气隙半径。结合如图I中所示出的外转子电机，该气隙半径Rag是能够被转子环绕的最大圆的半径。B1和B2是切向长度，该切向长度被选择成使得获得在相邻转子扇段的永磁体之间的足够的切向间距。适合B1和B2的数值根据具体情况取决于转子扇段的机械构造和尺寸和/或取决于定子绕组的几何形状。在实际情况中，5mm是B1和B2的下限。在图I中示出的永磁电机中，每个转子扇段的磁极的数目为四。在更普通的情况中，在每个转子扇段的磁极的数目为P的情况下，圆心角a I和圆心角a 2是app.Up+B^Rag，并且(2)
a2=(p/2p+ B2ZRngO在根据本发明的一个实施例的转子扇段中，转子扇段的磁极的磁轴在该转子扇段内、在切向方向上以相同间距设定节距。结合图I中示出的转子扇段101，这将意味着Pi=p2=p3<{p/4a 运2以及小于<p/4的事实是公式(I)的结论。^ 以及P3中的每一个因此小于总和a i+ a 2= Y i= Y 2，即，整个转子的全部磁极的磁轴并不是相同地设定节距的。在根据本发明的一个实施例的转子扇段中，B1基本等于B2,即圆心角a :基本等于圆心角a 2。
图2示出了根据本发明的一个实施例的永磁电机的横截面。图2中所示的永磁电机是内转子电机，在该内转子电机中，定子被布置成围绕转子。所述定子包括由定子扇段225、226、227、228、229以及230组装而成的分段定子铁芯。定子绕组优选地、但非必要地以如下方式布置，即定子绕组的每一线圈占据属于定子铁芯的仅一个扇段的定子槽。在这种情况中，定子扇段能够彼此分离地缠绕，且仅不同定子扇段的绕组的端子在组装定子铁芯后必需以适合的方式连接起来。
根据本发明的一个实施例，在图2中示出的永磁电机的转子包括六个转子扇段201、202、203、204、205以及206。转子扇段201-206彼此紧固，且被紧固至轴250。在图2中，角(P表示位于转子扇段201的第一侧面207和转子扇段201的第二侧面208之间的圆心角。因为有六个相似的转子扇段，所以圆心角9是n/3弧度，即60°。转子扇段201-206中的每一个包括支撑结构，所述支撑结构能包括层压铁磁材料和/或实心铁磁材料。转子扇段201-206中的每一个还包括嵌入表面层232的永磁体。因此，在图2中没有示出单独的永磁体。永磁体被布置成在转子扇段的气隙表面上提供磁极。在图2中，每个转子扇段的磁极的数目是P，且虚线214、217、218、219、231以及215代表转子扇段201的p个磁极中的一些磁极的磁轴。虚线216代表转子扇段206的两个最外侧的磁极中的一个磁极的磁轴。磁极以如下方式定位，即在属于相邻转子扇段的相邻磁极的磁轴之间的切向间距大于在属于同一转子扇段的相邻磁极的磁轴之间的切向间距的平均值。在图2中，圆心角Y :对应于在分别属于相邻转子扇段201和206的相邻磁极的磁轴214和216之间的切向间距。圆心角P1, ^2,…，P p_2以及P ^对应于在属于转子扇段201的相邻磁极的磁轴之间的切向间距。磁极的上述定位增大了从转子扇段的侧面到最接近的永磁体的切向距离，由此为用于将每个转子扇段紧固到其相邻转子扇段的布置提供了更多空间。磁极的上述定位降低了在永磁电机的定子绕组和永磁转子之间的磁耦合，但是，在另一方面，也可降低齿槽转矩。在根据本发明的一个实施例的永磁电机中，在每一个转子扇段内，磁极的磁轴以相同间距设定节距，并且，定子磁极节距不同于所述相同间距的长度。在根据本发明的一个实施例的永磁电机中，所述相同间距的长度、即在每个转子扇段内的转子磁极节距大致是(PsXp — nX T s) / p,其中Ps是定子磁极节距，p是每个转子扇段的磁极的数目，T s是定子槽节距，且n是大于或等于I的整数。为了说明的目的，下面考虑以下范例-每个转子扇段的磁极的数目=P-定子磁极节距=Ps,-定子槽节距=ts，-参见公式(I)和(2)，在转子扇段的两个侧面处的额外的切向距离B1和B2是定子槽节距的一半，即B1=B2= T s/2，并且-气隙半径是Rag。结合如在图I中示出的外转子电机，气隙半径Rag是能够被转子环绕的最大圆的半径，并且，结合如在图2中示出的内转子电机，气隙半径Rag是能够环绕转子的最小圆的半径。在上述范例中，在图I和2中示出的圆心角q>、a !以及a2是Cp= ( pxPs ) / Rag,并且
权利要求
1.一种用于永磁电机的转子的转子扇段(101、201)，在所述转子扇段的第一侧面和第ニ侧面(107、108、207、208)之间的圆心角f最大是Ji弧度，并且所述转子扇段包括支撑结构(109)和永磁体(110-113)，所述永磁体被附接至所述支撑结构，且被布置成在所述转子扇段的气隙表面上提供至少两个磁极，当所述转子扇段被用作所述永磁电机的一部分吋，所述气隙表面面向所述永磁电机的定子，其特征在于
2.根据权利要求I所述的转子扇段，其中，所述磁极的磁轴在切向方向上以相同间距设定节距，与每ー个所述相同间距对应的圆心角小于Q1+ Q20
3.根据权利要求I或2所述的转子扇段，其中，B1基本等于B2。
4.ー种永磁电机，所述永磁电机包括定子和转子，所述转子包括至少两个根据权利要求1-3中的任一项所述的转子扇段(101-104、201-206)。
5.根据权利要求4所述的永磁电机，其中，在每ー个转子扇段内，所述磁极的磁轴以相同间距设定节距，并且，定子磁极节距不同于所述相同间距的长度。
6.根据权利要求5所述的永磁电机，其中，所述相同间距的长度大致为(PsXp — nX ts) / p, 其中Ps为所述定子磁极节距，P为每个转子扇段的磁极的数目，T s为定子槽节距，并且n为大于或等于I的整数。
7.根据权利要求6所述的永磁电机，其中，整数n为I。
8.根据权利要求4-7中的任一项所述的永磁电机，其中，所述永磁电机为外转子电机，使得所述转子围绕所述定子。
9.根据权利要求4-7中的任一项所述的永磁电机，其中，所述永磁电机为内转子电机，使得所述定子围绕所述转子。
10.根据权利要求4-9中的任一项所述的永磁电机，其中，所述定子包括分段定子铁芯，并且定子绕组的每ー个线圈被布置成占据属于所述定子铁芯的仅ー个扇段的定子槽。
全文摘要
由转子扇段(101-04)组成的永磁转子的磁极以如下方式定位，即在属于相邻转子扇段(101、104)的相邻磁极的磁轴(114、116)之间的切向间距大于在属于同一个转子扇段(101)的相邻磁极的磁轴(114、117)之间的切向间距的平均值。因此，能够增大从所述扇段的侧面(107、108)到最接近的永磁体的切向距离，且能够为将转子扇段紧固在一起的布置(121、122)提供更多空间。磁极的上述定位降低了在永磁转子和定子绕组之间的磁耦合，但是，在另一方面，也可降低齿槽转矩。
文档编号H02K29/03GK102630362SQ201080053748
公开日2012年8月8日 申请日期2010年10月20日 优先权日2009年10月28日
发明者帕努·库罗宁 申请人:斯维奇传动系统有限公司