转子组件、电机和风力发电机组的制作方法

1.本实用新型涉及电机领域，特别是涉及一种转子组件、包括该转子组件的电机以及包括该电机的风力发电机组。


背景技术：

2.随着风力发电机组的电机转子的转速越来越高，并且转子的直径越来越大，离心力也随着剧增。在这种情况下，如何在大的离心力的作用下保持磁极模块可靠地、有效地固定在转子磁轭上成为重点关注问题。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在提供一种能够对磁极模块实现可靠固定的转子组件、包括该转子组件的电机以及包括该电机的风力发电机组。
4.根据本实用新型的一方面，提供一种转子组件，一种转子组件包括磁轭和沿所述磁轭的周向布置的多个磁极模块，其中，第一固定键设置在周向相邻的两个磁极模块之间，沿着所述磁轭的轴向延伸并且位于所述磁极模块的背对所述磁轭的一侧，第一紧固件穿过所述磁轭、所述磁极模块并与所述第一固定键结合；每个所述磁极模块在面向所述磁轭的一侧设置有槽，第二固定键插入到所述槽中，第二紧固件穿过所述磁轭与所述第二固定键配合。
5.通过在磁极模块的周向两端以及磁极模块的中间(或大致中间位置)设置三个固定点，通过三点固定方式，能够使磁极模块可靠地固定在转子磁轭上。此外，在磁极模块的周向两端的第一紧固件和在磁极模块的大致中间部分处的第二紧固件均穿过磁轭，借助磁轭的稳定性及其强度和刚性，可以确保紧固件的紧固强度和可靠性，从而可以使磁极模块的紧固力有效地抵抗离心力的作用。另外，由此贯穿磁轭的方式可以明显提高紧固可靠性，因此可以使用径向厚度较小或较薄的磁轭即可满足这种紧固效果，同时还可以增加磁极模块的径向宽度，以增加磁极模块的容纳永磁体或磁钢的空间位置。
6.优选地，每个所述磁极模块可包括磁极安装部和从所述磁极安装部的周向两侧延伸的侧凸部，所述第一固定键抵压在周向相邻的两个磁极模块的所述侧凸部上。
7.优选地，所述转子组件还可包括垫板，所述垫板可设置在所述第一固定键与周向相邻的两个磁极模块的所述侧凸部之间。由此，磁极模块由许多的磁极片在轴向上相互叠置(或叠压)而成(下面将更详细地描述)，因此，多个磁极片叠置之后形成的表面的平面度可能不足，如果使固定键与磁极模块直接接触，可能容易导致摩擦力不足，通过在固定键和磁极模块(特别是磁极模块的侧凸部)之间设置垫板，可以增加接触面积，来确保固定键对磁极模块抵压的可靠性。
8.优选地，每个所述磁极安装部可包括磁钢容纳槽，其中，所述第一固定键相对于所述磁钢容纳槽在径向上更靠近转子轴线。由此，第一紧固件贯穿磁轭进行紧固，因此能够借助于磁轭的厚度来增强紧固，因此第一紧固键相对于整个磁极模块而言可以更靠近磁极模
块的面对磁轭的径向侧处，由此可以避免第一固定键对周向相邻的两个磁极模块中的磁钢或永磁体的磁力线进行干扰，因此无论固定键采取何种材料(导磁或不导磁)，都可以有效地避免相邻磁极模块之间磁力线混乱，减少漏磁现象。
9.优选地，所述磁轭的面向所述磁极模块的一侧可设置有间隔开的多个凹部，每个凹部与所述槽对齐，以使所述第二固定键插入所述槽和所述凹部中。磁极模块上设置的这种槽和磁轭上设置的这种凹部，不仅可以形成容纳第二固定键的空间，使磁极模块和磁轭同时对固定键产生周向和径向约束而加强紧固作用，此外槽和凹部的对准还便于在安装过程中磁极模块相对于磁轭的定位。
10.优选地，每个所述磁极模块可包括在转子轴向上叠置的多个第一磁极片和多个第二磁极片，所述第一磁极片的周向长度可小于所述第二磁极片的周向长度，其中，在所述磁极模块的对应于设置所述第一紧固件的位置处，多个所述第一磁极片在轴向上相互叠置，以使在周向上相邻的两个第一磁极片的端部之间形成使所述第一紧固件穿过的避让间隙；在所述磁极模块的对应于没有设置所述第一紧固件的位置处，多个所述第二磁极片在轴向上相互叠置，以使在周向上相邻的两个第二磁极片的端部彼此抵接或间隔距离小于所述避让间隙。
11.通过采用两种不同形式的磁极片，在需要设置第一紧固件的位置处，采用相对短的磁极片，以使周向相邻的两个磁极片的端部间隔开能够使第一紧固件穿过的避让间隙；同时在不需要设置第一紧固件的位置处，采用相对长的磁极片，以使周向相邻的两个磁极片的端部磁极抵接或间隔距离小于该避让间隙，由此可以有效地实现第一紧固件穿过磁轭、穿过磁极模块而与第一固定键结合，这种磁极片设计以及叠压方式能够避免在磁极片叠置完成之后对多个磁极片进行径向冲孔来实现紧固件的固定，另外在不需要紧固件的位置处，周向上相邻的磁极片的端部彼此抵靠或接近，可以增强整个磁极模块在周向上的连续性，加强整个磁极模块的整体强度。
12.优选地，所述第一磁极片可包括第一主体部和第一突出部，所述第一突出部可在所述第一主体部的靠近所述磁轭的径向侧处从所述第一主体部的周向两侧突出，所述第二磁极片可包括第二主体部和第二突出部，所述第二突出部在所述第二主体部的靠近所述磁轭的径向侧处从所述第二主体部的周向两侧突出，其中，所述磁极模块的所述侧凸部由所述第一突出部和所述第二突出部形成，所述磁极安装部由所述第一主体部和所述第二主体部形成，其中，所述第一突出部的周向长度可小于所述第二突出部的周向长度，所述第二突出部与所述第一突出部的周向长度差小于等于所述避让间隙的1/2。
13.优选地，所述第一突出部和所述第二突出部中的每个突出部可具有垫板容纳槽，所述垫板容纳槽可从每个突出部的背对所述磁轭的径向侧表面朝向所述磁轭凹陷。通过设置垫板容纳槽，不仅可以有效地定位和固定垫板，而且还可以使垫板和固定键进一步靠近磁轭，由此能够使固定键相对于磁钢或永磁体更进一步靠近磁轭或转子轴线，由此进一步加强避免由于磁极模块之间的紧固构件而产生的相邻磁极模块之间的磁力线混乱问题。
14.根据本实用新型的另一方面，提供一种电机，所述电机包括如上所述的转子组件。
15.根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，包括如上所述的电机。
附图说明
16.图1示出了根据本实用新型的转子组件的在周向上截取的一部分的示意图；
17.图2a和图2b分别示出了沿图1中的b-b和c-c截取的转子组件的截面图；
18.图3a和图3b分别示出了第一磁极片和第二磁极片的示意图；
19.图4示出了转子组件的在周向上截取的一部分的示意图；以及
20.图5示出了第二磁极片的变型的示意图。
21.附图标记说明：
22.10-磁极模块；11-槽；15-侧凸部；16-磁钢容纳槽；20-磁轭；21-凹部； 30-第一固定键；40-垫板；50-第二固定键；61-第一紧固件；62-第二紧固件； 100-第一磁极片；101-第一主体部；102-第一突出部；104-端部；105-磁钢容纳槽；106-槽；200-第二磁极片；201-第二主体部；202-第二突出部；203-垫板容纳槽；204-端部；205-磁钢容纳槽；206-槽。
具体实施方式
23.下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
24.如图1以及图2a和图2b所示，图1仅示出了转子组件的在周向上截取的一部分的示意图。转子组件可包括磁轭20和沿磁轭20的周向设置的多个磁极模块10。磁轭20可具有圆筒形形状，每个磁极模块10可对应于一个磁极，因此沿着磁轭20的整个圆周可布置多个磁极模块10或多列磁极。每个磁极模块10可由多个磁极片在轴向上相互叠置而成。
25.根据本实用新型，提出采用三点固定的方式对每个磁极模块10进行固定，以提高磁极模块的固定可靠性。
26.如图1以及图2a和图2b所示，在周向相邻的两个磁极模块10之间设置有第一固定键30，并且第一固定键30位于磁极模块10的背对磁轭20的一侧，第一固定键30可以是沿着磁轭20的轴向延伸的长条形结构件。
27.每个磁极模块10包括磁极安装部和从磁极安装部的周向两侧延伸的侧凸部15，第一固定键30抵压在周向相邻的两个磁极模块10的侧凸部15上。
28.第一紧固件61可穿过磁轭20、磁极模块10并与第一固定键30结合。例如，第一紧固件61可以是螺栓，第一紧固件61从磁轭20的背对磁极模块 10的径向侧(当转子为内转子时，从磁轭的径向内侧；当转子为外转子时，从磁轭的径向外侧)插入，并贯穿磁轭20、磁极模块10并与第一固定键30 结合(例如，拧入第一固定键30中)。对于每个第一固定键30，在第一固定键30的轴向长度上可设置间隔开的多个第一紧固件61(如图2b所示)。
29.此外，考虑到每个磁极模块10由许多的磁极片在轴向上相互叠置(或叠压)而成(下面将更详细地描述)，多个磁极片叠置之后形成的表面的平面度可能不足，如果使固定键与磁极模块直接接触，可能容易导致摩擦力不足，因此在第一固定键30与周向相邻的两
个磁极模块10(特别是磁极模块10的侧凸部15)之间设置垫板40，由此增加接触面积，来确保第一固定键30对磁极模块10抵压的可靠性。
30.此外，进一步优选地，可以对磁极模块10和垫板40的接触面进行加工，以改善平面度，从而进一步增加两者之间的摩擦力，从而增强紧固可靠性。
31.垫板40的周向宽度可略大于第一固定键30的周向宽度，并且与第一固定键30类似，垫板40也是沿磁轭20的轴向延伸的长条形结构件，例如长条形薄板。
32.另外，在每个磁极模块10的周向上的大致中间位置，每个磁极模块10 在面向磁轭20的一侧设置有槽11，槽11可以是在轴向上贯穿整个磁极模块 10的轴向长度的通槽，可以由多个磁极片中的每个磁极片上开设的槽在轴向上对准而形成。
33.第二固定键50可插入到槽11中，并且第二紧固件62可穿过磁轭20与第二固定键50配合。与第一紧固件61类似，第二紧固件62可以从磁轭20 的背对磁极模块10的径向侧插入磁轭20并拧入第二固定键50中。
34.第二紧固件62也可以是螺栓，第二紧固件62的长度可小于第一紧固件 61的长度。
35.另外，如图1所述，槽11可以是燕尾槽，第二固定键50可以是与该燕尾槽的形状配合的燕尾形固定键。然而，本实用新型不限于此，槽11还可以具有其他任意形状。
36.此外，磁轭20的面向磁极模块10的一侧可设置有间隔开的多个凹部21，每个凹部21与磁极模块10上的槽11对齐，以使第二固定键50插入槽11和凹部21中。磁极模块10上设置的这种槽11和磁轭20上设置的这种凹部21，不仅可以形成容纳第二固定键50的空间，使磁极模块10和磁轭20同时对第二固定键50产生周向和径向约束而加强紧固作用，此外槽11和凹部21的对准还便于在安装过程中磁极模块10相对于磁轭20的定位。
37.如上所述，对于每个磁极模块10而言，可以在三个固定点(即，磁极模块10的周向两端以及磁极模块10的周向上的大致中间位置)处将磁极模块 10紧固在磁轭20上，由此提高磁极模块的固定可靠性。
38.此外，在磁极模块10的周向两端的第一紧固件61和在磁极模块10的大致中间部分处的第二紧固件62均穿过磁轭20，借助磁轭20的稳定性(例如，磁轭20可以是一体式的刚性圆筒)及其强度和刚性，可以确保紧固件的紧固强度和可靠性，从而可以使磁极模块10的紧固力有效地抵抗离心力的作用。另外，由此贯穿磁轭的方式可以明显提高紧固可靠性，因此可以使用径向厚度较小或较薄的磁轭即可满足这种紧固效果，同时还可以增加磁极模块的径向宽度，以增加磁极模块的容纳永磁体或磁钢的空间位置。
39.另外，由于第一紧固件61贯穿磁轭20进行固定，可以使第一固定键30 和垫板40所抵压的磁极模块10的侧凸部15的厚度可以减薄，进一步地，第一固定键30可更靠近磁轭或转子轴线。例如，每个磁极模块10的磁极安装部可包括磁钢容纳槽16，用于容纳磁钢或永磁体。在本实施例中，第一固定键30相对于磁钢容纳槽16在径向上更靠近转子轴线或更靠近磁轭20。这种情况下，容纳在周向相邻的两个磁极模块10中的磁钢或永磁体不被第一固定键30干扰，由此无论第一固定键30采取何种材料(导磁或不导磁)，都可以有效地避免相邻磁极模块之间磁力线混乱，减少漏磁现象。
40.在此，第一固定键30和垫板40可以采用不锈钢制成。此外，第二固定键50因其所在位置不会造成磁力线混乱的问题，因此第二固定键50可以采用普通高强度碳钢制成。
41.如上所述，第一紧固件61贯穿磁轭20、磁极模块10而与第一固定键30 结合，因此
对于这种固定方式，本实用新型另外提出使磁极模块10采用两种不同的磁极片在轴向上堆叠而成，在设置第一紧固件61的位置处，采用第一种磁极片(相对较短的磁极片)，以使周向相邻的两个磁极片之间形式能够使第一紧固件61穿过的避让间隙；在没有设置第一紧固件61的位置处，采用第二磁极片(相对较长的磁极片)，以使周向相邻的两个磁极片彼此抵接或间隔距离小于上述避让间隙。
42.更具体地，如图3a和图3b所示，每个磁极模块10可包括在转子轴向上叠置的多个第一磁极片100和多个第二磁极片200，第一磁极片100的周向长度可小于第二磁极片200的周向长度。
43.图3a示出了第二磁极片200，在不设置第一紧固件61的位置处，采用第二磁极片200，图3b示出了第一磁极片100，在设置第一紧固件61的位置处，采用第一磁极片100。
44.更具体地，结合图2b和图3b所示，在磁极模块10的对应于设置第一紧固件61的位置处，多个第一磁极片100在轴向上相互叠置，以使在周向上相邻的两个第一磁极片100的端部104之间形成使第一紧固件61穿过的避让间隙。此外，多个第一磁极片100可在轴向上叠置超过第一紧固件61的直径的厚度。
45.结合图2a和图3a所示，在磁极模块10的对应于没有设置第一紧固件 61的位置处，多个第二磁极片200在轴向上相互叠置，以使在周向上相邻的两个第二磁极片的端部204彼此抵接或间隔距离小于上述避让间隙。
46.更进一步地，第一磁极片100可包括第一主体部101和第一突出部102，第一突出部102可在第一主体部101的靠近磁轭20的径向侧处从第一主体部101的周向两侧突出，并且第一磁极片100可形成有磁钢容纳槽105，并且在面对磁轭20的一侧形成有槽106。
47.第二磁极片200可包括第二主体部201和第二突出部202，第二突出部 202在第二主体部201的靠近磁轭20的径向侧处从第二主体部201的周向两侧突出，并且第二磁极片200可形成有磁钢容纳槽205，并且在面对磁轭20 的一侧形成有槽206。
48.第一主体部101和第二主体部201的形状基本相同，并且在每个磁极模块10中，多个第一磁极片100的磁钢容纳槽105和槽106与多个第二磁极片 200的磁钢容纳槽205和槽206彼此对准而形成如上所述的磁极模块10的磁钢容纳槽16和槽11。
49.另外，磁极模块10的上述磁极安装部由多个第一磁极片100的第一主体部101和多个第二磁极片200的第二主体部201形成，并且磁极模块10的上述侧凸部15由多个第一磁极片100的第一突出部102和多个第二磁极片200 的第二突出部202形成，其中，第一突出部102的周向长度可小于第二突出部202的周向长度，第二突出部202与第一突出部102的周向长度差小于等于避让间隙的1/2。
50.通过采用两种不同形式的磁极片，在需要设置第一紧固件的位置处，采用相对短的磁极片，以使周向相邻的两个磁极片的端部间隔开能够使第一紧固件穿过的避让间隙；同时在不需要设置第一紧固件的位置处，采用相对长的磁极片，以使周向相邻的两个磁极片的端部磁极抵接或间隔距离小于该避让间隙，由此可以有效地实现第一紧固件穿过磁轭、穿过磁极模块而与第一固定键结合，这种磁极片设计以及叠压方式能够避免在磁极片叠置完成之后对多个磁极片进行径向冲孔来实现紧固件的固定，另外在不需要紧固件的位置处，周向上相邻的磁极片的端部彼此抵靠或接近，可以增强整个磁极模块在周向上的连续性，加强整个磁极模块的整体强度。
51.另外，由于第二磁极片200用在不设置第一紧固件61的位置处，因此第二磁极片200的设计灵活性较大，例如，第二磁极片200可以对应于或跨过多于一个的磁极模块10，也就是说，如图5所示，第二磁极片200可对应于两个磁极模块10或两个磁极，同样地，第一固定键30和垫板40可设置在单个第二磁极片200上且位于周向相邻的两个磁极模块10之间。
52.相比之下，第一磁极片100仅对应一个磁极模块10或一个磁极。
53.此外，优选地，如图4所示，第一磁极片100的第一突出部102和第二磁极片200的第二突出部202中的每个突出部可具有垫板容纳槽203(图4 中仅以第二磁极片200为例示出垫板容纳槽203)，垫板容纳槽203可从每个突出部的背对磁轭20的径向侧表面朝向磁轭凹陷，以使垫板40部分地陷入突出部中。通过设置垫板容纳槽，不仅可以有效地定位和固定垫板，而且还可以使垫板和固定键进一步靠近磁轭，由此能够使固定键相对于磁钢或永磁体更进一步靠近磁轭或转子轴线，由此进一步加强避免由于磁极模块之间的紧固构件而产生的相邻磁极模块之间的磁力线混乱问题。
54.在第二磁极片200跨过两个或多个磁极模块10时，单个第二磁极片200 的除了周向两侧的第二突出部202上的垫板容纳槽之外，单个第二磁极片200 中的相对于两个磁极模块10之间的位置处也设置有垫板容纳槽(未示出)。
55.本实用新型还提出一种电机，该电机可包括如上所述的转子组件。
56.另外，本实用新型还提出一种风力发电机组，该风力发电机组可包括如上所述的电机。
57.上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。