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CN101088205A - 用于永磁电机的转子 - Google Patents

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CN101088205A CNA2005800445574A CN200580044557A CN101088205A CN 101088205 A CN101088205 A CN 101088205A CN A2005800445574 A CNA2005800445574 A CN A2005800445574A CN 200580044557 A CN200580044557 A CN 200580044557A CN 101088205 A CN101088205 A CN 101088205A
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Abstract

一种用于永磁电机的转子包括转子的本体结构(10)。由多块永磁体(14，16，18)形成的磁化装置被紧固到转子的本体结构(10)上并且被用以形成沿转子的圆周方向隔开大体上相等距离的两个或更多个磁极(22，24)。根据本发明，每个磁极(22，24)被实施为沿同一方向受到磁化的两个或更多个部分磁极(14，16，18)。所述部分磁极(14，16，18)沿转子的圆周方向顺序布置，且每个磁极中的相邻部分磁极彼此间相距一定距离(20)。利用至少安装在两个相邻部分磁极(14，16，18)之间的紧固装置(34)将所述多块永磁体紧固到转子上。

Description

用于永磁电机的转子
本发明的目的在于根据权利要求1前续部分所述的转子。
已经提出了多种不同的永磁同步电机转子结构，其中包括安装到转子表面上的磁体和嵌入转子片芯部中的磁体。影响对永磁体和转子构造进行选择的重要标准包括电机的电磁特性和机械力。对于质量较小且转子圆周速度较低的小型电机而言，所述设计可能集中在确保实现足够强的励磁并且确保在气隙中存在均匀分布的磁通等方面。随着电机尺寸和圆周速度的增大，机械应力变得更为重要。
现有技术的表面磁体解决方案是：通过胶粘剂或螺丝将磁体安装到转子的圆周表面上。可通过安装在磁体周围的夹紧带对磁体进行紧固。例如，在出版物EP0410048中对带型紧固解决方案进行了描述。在永磁体周围存在薄片并且所述薄片被紧固到位于磁极之间的转子本体上。在出版物WO02103882中对借助专用壳体结构而将永磁体紧固到转子表面上的解决方案进行了描述。
在出版物EP1420501中对永磁体被周向嵌入到转子中的结构进行了描述。当速度增大时，在外周处施加到转子轴颈上的离心力和剪切力变得太强。
在基于磁通调心的电机中，例如在永磁体呈V形布置位于磁极侧面上的解决方案中，施加到V形件上的离心力非常强大，以至于其不能在大型电机中实施。
当转子的圆周速度较高时，必须对永磁体的紧固和固定给予特别关注。另一方面，随着电极直径的增大，磁极沿切线方向变得更宽。在转子直径为一米的四极电机中，磁极的宽度差不多为一米。例如，如果四极或六极电机的转速大于1500RPM，额定功率大于15MW且本体尺寸超过1000毫米，那么所述圆周速度足够高，以便在包括磁体的磁极结构上面施加较大的力。
本发明的目的在于制造一种新型的永磁转子，该新型的永磁转子能够消除上述现有技术中所存在的问题并且能够承受施加在永磁件和将所述永磁件保持处于适当位置的部件上面的应力。为了实现这一点，本发明的特征在于如权利要求1特征部分中所记载的技术特征。在从属权利要求中列出了本发明的一些其它优选实施例所具有的特征。
根据本发明所述的解决方案在空载和负载条件下满足尺寸要求的电机气隙中产生最优分布的气隙磁通。本发明还使得有可能采用在电机设计中已被证实是良好的尺寸设计原理和结构解决方案。通过使气隙成形为适当弯曲的形状可以确保总磁通的有利分布。此外，简单地是使磁极倾斜，从而使得磁体不严格平行于电机的轴向线并且利用偏移，从而使得磁体在周向方向上不是严格均匀分布的。根据本发明，部分磁极中的磁体被紧固到转子本体上。随着永磁马达的质量越低，施加在紧固部件或元件上的力越小。这意味着可以更加容易且更加可靠地实现机械附接。
根据本发明的一个实施例，使用安装到其上面的壳体结构对部分磁极中的永磁体进行紧固。所述结构可根据永磁件的要求而具有一定的尺寸和形状。在每个部分磁极的侧面上单独地将每一个壳体结构栓接到转子上确保永磁体被可靠地紧固住。
根据本发明的一个实施例，由导磁材料制成且被设计用以使转子外周的形状和气隙中的磁通分布处于有利状态的磁极片被布置在部分磁极的永磁件上。
根据另一个优选实施例，导磁材料例如磁性沟槽棒被安装在所述部分磁极之间且有助于即便是电机在负载条件下也能保持气隙磁通对称。
下面，结合附图对本发明进行详细描述，其中：
图1示出了根据本发明的转子的局部剖面图；
图2示出了根据本发明的一种磁极结构的详图和永磁体的紧固状态；和
图3示出了根据本发明的另一种磁极结构。
图1示出了根据本发明的转子的原理结构，图中包括六极转子中的两极。在图中可看到的定子的仅有部分是内周部2，在内周部2与转子6的外周部的最外侧部分之间存在气隙4。转子6包括由诸如导磁片等材料组装而成并且被安装在轴8上的片叠10。片叠中的导磁片已被切成大体上呈圆筒形的片本体。在本体中磁极位置处存在凸出部12和13。这就意味着在磁极之间的区域21中，转子更薄且转子与定子之间的间隙明显大于电机的气隙4。在转子凸出部12上沿转子的圆周方向彼此之间隔开较小距离20安装有三个永磁体14，16和18，由此形成了磁极22中的多个部分磁极。该永磁体可由沿电机纵向方向相邻的多个永磁件制成。在圆周方向上，彼此之间分开的永磁体沿同一方向受到磁化，因此在磁极22内，全部永磁体14，16和18的N极都面向所述气隙。相应地，磁极24内的部分磁极26，28和30的S极都面向所述气隙。如图1示意性地所示，全部部分磁极被在局部磁极的边缘处被紧固到转子本体上的壳体结构32盖住。例如在申请WO02103882中对所述壳体结构的实施方式进行了描述。所述壳体结构的形状和尺寸使得可以控制在转动过程中施加到永磁体上面的离心力。由于在转子圆周方向上的每一个磁体均单独进行紧固以使得在每一个部分磁极的两个侧面上存在紧固元件，因此磁体能够被可靠地保持处于适当位置处。在高速电机中，剪切应力的作用在所述部分磁极的棱角处是最强的。优选通过强化壳体结构以及借助磨削对永磁体进行倒角从而减弱该应力的这种不利的影响作用。
图2示出了用于壳体结构和永磁体的紧固布置的详图。如图中所示，部分磁极之间的相对距离基本上较大。保持永磁体的壳体结构32的紧固螺栓34被安装在部分磁极14，16和18之间。在磁极侧面上的圆周方向上，壳体结构32略微延伸到最外侧的部分磁极14和18外面。可以利用分开的壳体结构同样良好地实施每个部分磁极的附接，在这种情况下，位于部分磁极之间的壳体结构的边缘通过共用的紧固螺栓而被附接在一起。紧固螺栓38被相应地安装到壳体结构32的边缘部分36中。该壳体结构由碳纤维等材料制成，如在申请WO02103882中所述。部分磁极之间的间隙20是敞开的并且仅包含紧固螺栓34。所述间隙尽可能地窄，从而防止在负载条件下部分磁极的磁通泄漏进入相邻部分磁极的区域中。
壳体结构在每个部分磁极的两个侧面上被附接到转子本体的表面上。每一个磁极在两个边缘上且在每个相邻部分磁极之间均具有紧固螺栓。因此，位于圆周方向上的四个螺栓紧固住具有三个部分磁极的磁极。在存在两个部分磁极的情况下，在圆周方向上存在三个紧固螺栓，而在存在四个部分磁极的情况下，在圆周方向上存在五个紧固螺栓。
另一种可选方式是，这样设置所述紧固螺栓，以使得在圆周线上仅有三个螺栓。两个螺栓位于磁极的边缘且一个螺栓位于第一部分磁极与第二部分磁极之间，而在第二部分磁极与第三部分磁极之间没有螺栓。取而代之的是，在下一条圆周紧固线上在第二部分磁极与第三部分磁极之间有紧固螺栓，而在第一部分磁极与第二部分磁极之间没有紧固螺栓。所述紧固螺栓之间的距离较小，以使得离心力适度地受到控制调节。根据转子的圆周速度、质量和永磁件的形状以及壳体结构的特征，可改变紧固螺栓的位置。
为了使由部分磁极在负载条件下联合产生的磁场保持最可能的对称性，可在所述部分磁极之间安装附加的磁性沟槽棒40。所述沟槽棒(groove stick)沿轴向从转子的一端延伸至另一端。
所述转子外表面的曲线形状改进了气隙磁通的分布且因此众所周知地增强了电机的性能。优选切出转子本体中的磁极凸出部，从而使得磁体相对于电机的气隙处于正确的位置。另外，通过在永磁体与壳体结构之间加入导磁层使得转子外周部的形状处于有利状态。在图3所示的实例中，由例如Somaloid等材料制成的磁极片42被安装在部分磁极14，16和18上。
在上文中，转子为一种独立齐备的结构，其中位于轴与磁极之间的整个部分包括一致的片叠。本发明可同样较好地适用于其它类型的转子本体结构。该转子可具有沿轴向方向的开口，从而使其更轻便，并且使冷却空气能够进行循环。此外，所述轴和转子本体可包括单个锻造和机加工件。
在上文中已结合了一些实施例对本发明进行了详细描述。然而，本说明书不旨在限制本发明的保护范围，本发明的保护范围仅由权利要求书的总体构架进行限定。

Claims (8)

1、一种用于永磁电机的转子，包括本体结构(10)和由多块永磁体(14，16，18)形成的磁化装置，所述永磁体被紧固到转子的本体结构(10)上并且被用以形成沿转子的圆周方向隔开大体上相等距离的两个或更多个磁极(22，24)，其特征在于，每个磁极(22，24)被实施为沿同一方向受到磁化的两个或更多个部分磁极(14，16，18)；每个磁极中的所述部分磁极(14，16，18)沿转子的圆周方向顺序布置，且每个磁极中的相邻部分磁极彼此间相距一定距离(20)，且利用至少安装在两个相邻部分磁极(14，16，18)之间的紧固装置(34)将所述多块永磁体紧固到转子上。
2、根据权利要求1所述的转子，其特征在于，在部分磁极(14)上形成壳体结构(32)。
3、根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述紧固装置(34)是非磁性的。
4、根据权利要求1-3中任一项所述的转子，其特征在于，磁极片(42)被布置在所述部分磁极上。
5、根据权利要求4所述的转子，其特征在于，磁极片(42)的外表面被成形为使得所述磁极片的半径小于所述定子朝向气隙的半径。
6、根据权利要求1-5中任一项所述的转子，其特征在于，导磁材料例如沟槽棒(40)被安装在所述部分磁极之间。
7、根据权利要求1-6中任一项所述的转子，其特征在于，在相邻磁极之间存在与永磁件沿转子的径向方向的深度大体上相等的开口(21)。
8、根据权利要求1-7中任一项所述的转子，其特征在于，所述紧固装置(34，36)被安装在每个部分磁极(14，16，18)的两侧上。
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Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20071212