专利名称：磁体组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有转子的机电换能器的技术领域，该转子包括磁体，具体地包括永 磁体。具体而言，本发明涉及用于机电换能器的转子装置的磁体组件。此外，本发明涉及均 装备有这种磁体组件的转子装置、机电换能器和风力涡轮机。此外，本发明涉及使得磁体组 件接合于转子的支撑结构的方法。
背景技术：
机电换能器是将电能转换成机械能或反之亦然的机器。电动马达是使用磁场链接 将电能转换为机械能的广泛使用的机电换能器。发电机是同样使用磁场链接将机械能转换 为电能的机电换能器。机电换能器包括定子和转子。定子是代表机电换能器的静止部分的组件。转子是 代表机电换能器的运动部分的组件。为了实现磁场链接，磁体，例如永磁体，可以被具体用于机电换能器的转子。最近 几年，特别是从引入稀土磁性材料开始，永磁体(PM)机电换能器已经变得流行，因为它们 省去了对于整流器和电刷的需要，而整流器和电刷是常规直流(DC)机电换能器通常所使用 的。缺少外部电动转子激励会消除转子上的损失并且使得永磁体机电换能器更有效率。此 外，PM机电换能器的无刷设计允许导体线圈专门地被置于静止定子内。在这方面，应该提 及的是装备有整流器和电刷的非PM机电换能器容易具有显著更高的维修成本。PM机电换能器也被已知于其耐用性、可控性和不存在电火花。由于其优点，PM机 电换能器被广泛用于许多应用中，例如电动车辆(机电换能器是马达)，或用于发电系统(机 电换能器是发电机)中，例如风力涡轮机。强永磁体(例如稀土磁体)逐渐被广泛用于大型电动机器，特别是马达和发电机。 这是由于相比于电激励而言具有增加的效率和稳固性。不过考虑到实际应用，会存在一些 困难。材料，具体是稀土磁体的材料，可能是非常脆的并且不能仅通过螺栓被安全固定。磁 体可以通过例如胶粘被固定到转子边沿。此外，当磁体可能被拉向生产设施中的其他磁体 和铁磁物体时处理各个磁体且使得每个磁体被正确定位会是困难、耗时且特别危险的过 程。因此，在转子组件处安装和对齐永磁体是困难且耗时的。因此，存在对于有助于将永磁 体安装和对齐于机电换能器的转子组件的需求。
发明内容
这种需求可以通过根据独立权利要求所述的主题来满足。通过从属权利要求描述 了本发明的有利实施例。根据本发明的第一方面，提供了磁体组件，该磁体组件包括基底元件和附连于所 述基底元件的第一表面的磁体，其中与所述基底元件的所述第一表面相对的所述基底元件 的第二表面包括轮廓，该轮廓适于与转子装置的支撑结构的互补轮廓相接合。所述磁体组件是基于如下想法，即通过使用轮廓和互补轮廓，每个磁体可被安全地推动就位，从而相比于传统安装提供了显著优点，其中每个磁体在没有任何引导的情况 下被安装并且其中所述磁体可以被磁力拉向另一物体。此外，在被使用的磁体可能非常坚 固并且如果没有被正确处理的话会构成潜在安全危害时，磁体组件在生产中可以被更安全 地处理，而且因为轮廓设置可以提供用于定位磁体的安全引导所以可以被容易地安装。磁 体组件可以在生产中提供短的时间来节省费用。使用一个鼓(patron)(单极鼓，one pole patron)(其包括对应一个整个极的多个磁体)可以使得在组装转子期间更容易且更安全地 处理磁体。磁体组件还可以提供自动或半自动组装转子的可能性。基底元件可以包括适于接合支撑结构的互补轮廓的轮廓。这可以提供如下优点， 即基底元件或安装结构和支撑结构可以以可靠方式在不使用任何特殊工具(例如螺丝刀或 扳手)的情况下彼此机械连接。具体地，当制造转子装置时，磁体组件可以以可滑动方式被插入到转子装置的中 心轴的沟槽内或者被置于转子装置的中心轴的突起上，其中所述沟槽或所述突起沿中心轴 的纵向轴线方向延伸。基底元件可以是基板，其包括对应基底元件的第一表面的第一侧和对应基底元件 的第二表面的第二侧。这可以提供如下优点，即使得通常具有平坦表面的永磁体可以被容 易地附连于基底元件。此外，通过使用基板，基底元件可以具有扁平设计，使得磁体组件可以在紧凑的并 且具体地在扁平构造中被实现。这可以提供如下优点，即当使用所述磁体组件时，对应转子 组件的直径将仅稍大于常规转子组件的直径。根据本发明的另一实施例，轮廓和/或互补轮廓以燕尾形式被形成。这可以提供 如下优点，即磁体组件可以正确地对齐于支撑结构。此外，燕尾形状或者任意类似几何形式 可以确保磁体组件和转子装置的支撑结构的机械可靠紧固。根据本发明的另一实施例，转子装置的支撑结构包括突起，并且基底元件包括用 于与转子装置的支撑结构的突起相接合的凹槽。基底元件可以被成形为在磁体所附连的相 对侧具有燕尾引导件。燕尾引导件可以被制备成接合转子支撑结构上的对应突起。根据本发明的另一实施例，基底元件包括突起，并且转子装置的支撑结构包括用 于与基底元件的突起相接合的凹槽。在这种情况下，转子支撑结构可以包括燕尾引导件，该 燕尾弓I导件被制备成接合基底元件上的对应部分。根据本发明的另一实施例，磁体被胶粘材料附连于基底元件。胶可以位于基底元 件和永磁体之间的边界表面。这可以意味着通过胶粘来实现将永磁体紧固于基底元件。由于磁体材料通常具有大的脆性，所以将永磁体附连于基底元件可以特别优选于 其他紧固机构，例如优于使用螺钉和/或螺栓。通过使用适当胶粘材料，当将永磁体附连于 基底元件时毁坏永磁体的风险可以被保持得非常小。根据本发明的另一实施例，磁体组件还包括封套磁体的保护罩。磁体可以由非常 容易被侵蚀且需要高度保护的材料构成。因此，磁体组件可以包括用于封套磁体的保护罩。根据本发明的另一实施例，保护罩由非金属材料构成。根据本发明的另一实施例，保护罩被固定到基底元件。保护罩可以例如通过胶粘、 焊接或钎焊的方式被固定到基板或基底元件。
根据本发明的另一实施例，基底元件和/或保护罩包括用于排空保护罩的内部的 开口。在保护罩和基底元件之间的内部腔可以通过基底元件内或保护罩内的至少一个开口 被排空。在另一实施例中，可以使用位于基底元件中的两个开口，一个开口用于排空内部腔 而另一个开口用于喷射填充物。磁体可以被较少侵蚀并且被机械地保护在由适当填充物填 充的密闭保护罩内部。根据本发明的另一方面，提供用于机电换能器的转子装置。所提供的转子装置包 括如上所述的支撑结构和磁体组件。所述转子组件基于如下想法，即通过使用如上所述的磁体组件，每个磁体可以被 安全地推动就位。根据本发明的另一方面，提供包括定子组件和如上所述的转子装置的机电换能器。所提供的机电换能器是基于如下想法，即使用上述转子装置，通过使用轮廓和互 补轮廓，每个磁体可以被安全地推动就位。根据本发明的一种实施例，机电换能器是发电机。根据本发明的另一方面，提供用于产生电力的风力涡轮机。所提供的风力涡轮机 包括塔、被设置在塔的顶部部分且包括至少一个叶片的转子以及如上所述的机电换能器， 其中机电换能器被机械联接于转子。根据本发明的另一方面，提供用于将磁体组件接合到转子的支撑结构的方法，其 中所述磁体组件包括基底元件和附连到基底元件的第一表面的磁体。所提供的方法包括将 与基底元件的第一表面相对的基底元件的第二表面的轮廓接合于转子装置的支撑结构的 互补轮廓。同样，所述接合方法是基于如下想法，即通过使用如上所述的磁体组件，每个磁体 可被安全地推动就位，从而与传统安装相比提供显著优点，其中在没有任何引导的情况下 安装每个磁体并且磁体可以通过磁力被拉向另一物体。此外，通过使用所述方法，在被使用 的磁体可能非常坚固并且如果不被正确处理的话会构成潜在安全危害时，磁体组件在生产 中可以被更安全地处理，而且可以被容易地安装，因为轮廓设置可以提供用于定位磁体的 安全引导。应该注意到，已经参考不同主题描述了本发明的实施例。具体而言，已经参考产品 权利要求描述了一些实施例，且参考方法权利要求描述了其它实施例。不过，本领域技术人 员从上述和下述描述中可以意识到，除另有说明外，除了属于一种主题类型的特征的任意 结合之外，属于不同主题的特征之间的任意结合，具体是产品权利要求的特征和方法权利 要求的特征之间的任意结合也被认为被本申请所公开。从下述的实施例示例中可以显而易见到本发明的上述方面和其他方面，并且参考 实施例的示例解释了本发明的上述方面和其他方面。下面将参考实施例的示例更详细地描 述本发明，不过本发明并不限于此。
图1示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机。图加以横截面图的形式示出了两个磁体组件，其以燕尾设置接合于图1所示转子组件的支撑结构。图2b以横截面图的形式示出了两个磁体组件，其以与图加所示相反的燕尾设置 接合于图1所示转子组件的支撑结构。图3以立体图形式示出了如图2b所示的磁体组件。图4以立体图形式示出了与图1所示转子组件的支撑结构相接合的一行磁体组 件。
具体实施例方式附图中的图释是示意性的。应该注意到在不同附图中类似或相同元件具有相同附 图标记。图1示出了根据本发明实施例的风力涡轮机100。风力涡轮机100包括被安装在 未示出地基上的塔120。在塔120的顶部上设置有机舱122。在塔120和机舱122之间设 置有偏航角调节装置121，该偏航角调节装置121能够绕未示出的竖直轴线旋转机舱122， 该未示出的竖直轴线对齐于塔120的纵向延长。通过以适当方式控制偏航角调节装置121， 可以确保在风力涡轮机100的正常操作期间机舱122总是合适地对齐于当前风向。不过偏 航角调节装置121也可以被用于将偏航角调节到机舱122特意地不精确对齐于当前风向的 位置。风力涡轮机100还包括具有三个叶片114的转子110。在图1的视图中，仅可见两 个叶片114。转子110可以绕旋转轴线IlOa旋转。被安装于毂112的叶片114相对于旋转 轴线IlOa径向延伸。在毂112和叶片114之间相应地设置有叶片调节装置116，以便通过围绕未示出 轴线旋转相应叶片114来调节各叶片114的叶片俯仰角，其中所述未示出轴线基本平行于 叶片114的纵向延长对齐。通过控制叶片调节装置116，可以以如下方式调节相应叶片114 的叶片俯仰角，即至少当风力不是很强时可以从可用风力汲取出最大风能。不过，叶片俯仰 角也可以被有意地调节到仅能捕获减小的风能的位置。可以从图1看出，在机舱122内设置有齿轮箱124。齿轮箱IM被用于将转子110 的转数转换成轴125的较大转数，该轴125以已知方式被联接到机电换能器140。机电换能 器是发电机140。此外，提供制动器126以便例如(a)在紧急情况下、(b)在风力条件过强的情况下 (这会损坏风力涡轮机100)以及/或者(C)在特意节省风力涡轮机100的至少一个结构部 件的消耗疲劳寿命时间和/或疲劳寿命时间消耗率的情况下停止风力涡轮机100的运转或 减小转子110的旋转速度。风力涡轮机100还包括控制系统153，该控制系统153用于以高度有效方式操作风 力涡轮机100。除了控制例如偏航角调节装置121之外，所示控制系统153还用于以优化方 式调节转子叶片114的叶片俯仰角。根据电气工程的基本原理，发电机140包括定子组件145和转子装置150。定子组 件145包括多个线圈，所述多个线圈用于响应随时间更替的磁通量来产生电流。转子装置 包括多个永磁体，所述永磁体被成行地设置成对齐于转子装置150的纵向轴线。如下面所 具体描述的，被指定到一行的永磁体接合转子装置的支撑结构，其中包括永磁体的磁体组件的轮廓适于接合支撑结构的互补轮廓。图加以横截面图的形式示出了两个磁体组件观0，这两个磁体组件观0以燕尾设 置接合图ι所示转子组件的支撑结构观1。磁体组件包括基底元件272和被定位在基底元 件上的永磁体271。基底元件272包括作为轮廓的凹槽或沟槽273。转子的支撑结构 包括作为互补轮廓的突起观2。两个突起之间的距离被示作长度L。图2b以横截面图的形式示出了两个磁体组件，这两个磁体组件以与于图加所示 相反的燕尾设置接合于图1所示转子组件的支撑结构。图2b示出了两个磁体组件观0，这 两个磁体组件以燕尾设置接合图1所示转子组件的支撑结构观1。磁体组件包括基底元件 272和被定位在基底元件上的永磁体271。基底元件272包括作为轮廓的突起273。转子的 支撑结构281包括作为互补轮廓的凹槽或沟槽观2。支撑结构的一个凹槽的长度被示作长 度Lo图3以立体图形式示出了图2b所示的磁体组件沈0。转子的支撑结构281包括凹 槽洲2。磁体组件包括由板部分272和突起部分273构成的基底元件272、273。磁体或永 磁体271被定位在板部分上。磁体组件可以以可滑动方式如图3所示从支撑结构的一侧或 两侧被插入到支撑结构的凹槽内，其中所述凹槽或沟槽沿转子装置的中心轴的纵向轴线方 向延伸。这种实施例也可以以相反方式被实施，即意味着磁体组件包括凹槽并且支撑结构 包括突起。图4以立体图形式示出了与图1所示转子组件的支撑结构相接合的一行磁体组件 400。该行磁体组件包括多个磁体组件。每个磁体组件260包括基底元件，该基底元件包括 板部分272和突起部分273。磁体271被定位在板部分272上。每个磁体组件260通过滑 动被插入到支撑结构的凹槽或沟槽观2内。凹槽和突起也可以以相反方式被设置，即 意味着磁体组件包括凹槽而支撑结构包括突起。突起273适于接合支撑结构的互补轮廓，即接合凹槽观2。这提供了如下优点，即 基底元件272、273且因而磁体组件260和支撑结构281可以在不使用任何特殊工具(例如 螺丝刀或扳手)的情况下以可靠方式彼此机械连接。具体地，当制造转子装置时，磁体组件可以以可滑动方式被插入到转子装置的中 心轴的沟槽内或者被置于转子装置的中心轴的突起上，其中所述沟槽或所述突起沿中心轴 的纵向轴线方向延伸。通过使用轮廓(例如突起)和互补轮廓(例如凹槽)，每个磁体可以被安全地推动就 位，从而相比于传统安装提供显著优点，其中每个磁体在没有任何引导的情况下被安装并 且其中所述磁体可以被磁力拉向另一物体。此外，在被使用的磁体可能非常坚固并且如果 没有被正确处理的话会构成潜在安全危害时，磁体组件在生产中可以更容易地被处理，而 且因为轮廓设置(例如燕尾设置)可以提供用于定位磁体的安全引导(例如如图4所示)所 以可以被容易地安装。应该意识到术语“包括”不意味着排除其他元件或步骤，并且“一”或“一种”不排 除多个。而且关于不同实施例被描述的元件可以被结合。也应该意识到权利要求中的附图 标记不构成对于权利要求范围的限制。
权利要求
1.一种磁体组件(260)，包括 基底元件(272，273)，以及附连于所述基底元件的第一表面的磁体(271)，其中与所述基底元件的所述第一表面相对的所述基底元件的第二表面包括轮廓 (273)，该轮廓(273)适于与转子装置的支撑结构(281)的互补轮廓(282)相接合。
2.如权利要求1所述的磁体组件(260)，其中所述轮廓(273)和/或所述互补轮廓 (282)以燕尾方式形成。
3.如前述权利要求中任一项所述的磁体组件(260)，其中所述转子装置的所述支撑结构(281)包括突起(282)并且其中所述基底元件包括凹槽 (273 )，该凹槽(273 )用于接合所述转子装置的所述支撑结构的所述突起。
4.如权利要求1或2所述的磁体组件(260)，其中所述基底元件包括突起(273)并且其中所述转子装置的所述支撑结构(281)包括用于 接合所述基底元件的所述突起的凹槽(282 )。
5.如前述权利要求中任一项所述的磁体组件(260)，其中所述磁体(271)被胶粘材料附连于所述基底元件(272，273 )。
6.如前述权利要求中任一项所述的磁体组件(260)，还包括 封套所述磁体(271)的保护罩。
7.如权利要求6所述的磁体组件(260)，其中所述保护罩由非金属材料构成。
8.如权利要求6或7所述的磁体组件(260)，其中 所述保护罩被固定到所述基底元件(272，273)。
9.如权利要求6-8中任一项权利要求所述的磁体组件(260)，其中所述基底元件(272， 273)和/或所述保护罩包括用于排空所述保护罩的内部的开口。
10.一种用于机电换能器的转子装置，所述转子装置包括 支撑结构(281)，以及如前述权利要求中任一项所述的磁体组件(260)。
11.一种机电换能器，包括 定子组件(145)，以及如权利要求10所述的转子装置(150)。
12.如权利要求11所述的机电换能器，其中 所述机电换能器是发电机(140 )。
13.一种风力涡轮机(100)，包括 塔(120)，转子(110)，其被设置在所述塔的顶部部分并且包括至少一个叶片(114)，以及 如权利要求10或11中一项权利要求所述的机电换能器(140)，其中所述机电换能器被 机械联接于所述转子。
14.一种使磁体组件(260)与转子的支撑结构接合的方法，其中所述磁体组件(260)包 括基底元件和附连于所述基底元件的第一表面的磁体，所述方法包括使得与所述基底元件的所述第一表面相对的所述基底元件的第二表面的轮廓接合于 转子装置的支撑结构的互补轮廓。
全文摘要
本发明涉及一种磁体组件。该磁体组件(260)包括基底元件(272，273)以及附连于所述基底元件的第一表面的磁体(271)。与所述基底元件的所述第一表面相对的所述基底元件的第二表面包括适于与转子装置的支撑结构(281)的互补轮廓(282)相接合的轮廓(273)。还描述了用于使得磁体组件(260)接合于转子装置的支撑结构的方法、用于机电换能器的转子装置、机电换能器以及风力涡轮机。
文档编号H02K1/06GK102130517SQ20111002279
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者K. 布思 J. 申请人:西门子公司