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CN102449882A - 用于向转子附接磁体的设备和转子 - Google Patents

用于向转子附接磁体的设备和转子 Download PDF

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Abstract

在根据本发明的用于向电机的转子附接永磁体的设备中，转子(1)由薄片(9)组装而成，并且转子(1)包括至少两个磁极(2)。永磁体(4)可安装在磁心(3)的表面上，以及由薄片(10)组装成的极靴(6)安装在永磁体(4)面向气隙(5)的一侧上。在极靴(6)和磁心(3)中构建有通过极靴(6)的至少一个通道(7a-b)。紧固带(8)可安装在通道(7a-b)中。紧固带可使用锁定部件(16)附接至极靴(6)，以及紧固带(8)面向磁心(3)的端部包括固定部件(13，14)，用于向磁心(3)附接紧固带(8)。

Description

用于向转子附接磁体的设备和转子
技术领域
本发明的主题涉及根据权利要求1前序部分所述的用于向转子附接永磁体的设备，以及根据权利要求13前序部分所述的转子。
背景技术
在永磁体同步电机中，使用安装在该电机的转子中的永磁体来产生磁场。这些永磁体或者装配在该转子面向气隙的表面上，或者嵌入在该转子的磁心中。磁心通常由组装至贯穿该转子的长度延伸的薄片铁心(sheet core)中的铁磁铁片制成。用于为永磁体和薄片铁心定制尺寸的设计标准是电机需要的励磁功率。不同组件的紧固和机械结构受到诸如施加在其上的力和电机大小之类的因素的影响。
永磁体是利用硬磁材料制造的组件，并且其能够在磁化之后永久性地保持其磁性。永磁体例如由包括铝、镍、钴和钢的AlNiCo混合物制成，或者由陶瓷材料或稀土金属制成。
由于永磁体将以特有方式嵌入从均匀薄片组装而成的转子的磁心中，所以将在该永磁体的两侧生成细颈，以支撑磁靴(pole piece)。随着转子以非标准速度或变化的速度进行旋转，该细颈将承受由磁极和磁体生成的离心力而引起的负荷，且交变负荷集中在该细颈处。该交变负荷会引起疲劳，且所允许的疲劳应力显著低于所允许的静应力。此外，由磁体生成的某些磁通会因被细颈所短路的杂散磁通而损失。
离心力还倾向于引起磁极的转变。为了避免任何转变，细颈必须能够维持密集压缩。
向面向气隙的转子表面附接永磁体的典型方法是：将该永磁体胶合至该转子表面，以及在该转子周围安装由碳纤维制成的支撑捆绑物。这一方案的缺陷包括定子与转子之间的机械气隙减小，这可能在安装时引起问题或者在安装期间或转子旋转时损坏该捆绑物，或者如果不缩小机械气隙则需要增大磁路的气隙。这将增大磁性材料的磨损。
发明内容
本发明的目的在于创建一种用于向转子附接磁体的设备，以及创建一种转子，其中杂散磁通尽可能小从而减小磁性材料的磨损，以及其中承受由磁极和磁体的离心力引起的负荷的能力处于良好水平，而不用增大定子与转子之间的气隙。
为了实现此目的，本发明的特征在于，权利要求1和13的特征部分所指定的特征。本发明的某些其他优选实施方式具有在从属权利要求中指定的特征。
根据本发明的用于向电机的转子附接永磁体的设备，该转子由薄片组装而成，并且该转子包括至少两个磁极。永磁体安装在磁心的表面上。由薄片组装成的极靴安装在永磁体面向气隙的一侧上。在极靴和磁心中构建通过极靴的至少一个通道。紧固带可安装在通道中。紧固带使用锁定部件附接至极靴。紧固带面向磁心的端部包括固定部件，用于向磁心附接紧固带。
在根据本发明的电机转子中，该转子由薄片组装成。该转子包括至少两个磁极。永磁体安装在磁心的表面上。由薄片组装成的极靴安装在永磁体面向气隙的一侧上。极靴和磁心包括通过极靴的至少一个通道。紧固带安装在通道中。紧固带使用锁定部件附接至极靴。紧固带面向磁心的端部使用固定部件附接至磁心。
为了附接永磁体，本发明使用了可拆卸的极靴，其使用单独的紧固带、锁定和固定部件附接至转子。这样，由离心力引起的负荷在极靴和紧固带之间均匀地划分。由于由磁极和永磁体引起的离心负荷是由单独的部件产生的，所以其材料和形状可以与电机的电学尺寸定制相分开。这一实施方式产生了对于承受由磁极和永磁体产生的离心力所引起的负荷的更好的能力。
在根据本发明的实施方式中，承受离心力的部件在附接永磁体时进行预拉伸。变化的离心力不会在预拉伸的紧固带上产生交变负荷。通过预拉伸，由离心力在磁极中引起的转变可以最小化。使用紧固带而产生的极靴对永磁体的密集压缩随着转子旋转是均匀的，因为离心力趋向于在径向方向中朝向气隙推动永磁体。由磁极和永磁体之间的预拉伸而引起的摩擦力传递该电机的转矩。
利用具有矩形横截面的紧固带，可以在较窄空间中产生足够量的预拉伸力。该紧固带充当伸拉弹簧。根据本发明的实施方式支持不同长度的紧固带，从而产生了可控的灵活性。
通过将面向磁体的极靴的侧面成形为使得其在中间处是自由的以及在侧面接触，可以在预拉伸中使用极靴。在预拉伸期间，极靴弯曲，这损失了极靴与磁体之间的间隙，在这种情况下，在极靴中形成弯曲应力，从而改善该结构的抗疲劳度。通过对极靴进行成形，也可以使磁体表面上的表面压力均匀化，这将改善磁体对压力的耐受性。
考虑到空间的利用，在紧固带上组装的极靴支撑比圆形螺栓更有效。较窄的紧固带束可以与类似大小的螺栓实现相同的横截面积。较窄的磁极支撑支持较宽的相关磁体。
紧固带在转子轴向方向中所需的空间小于螺钉附接所需的空间，因为紧固带基部位于径向方向中。在螺钉附接中，螺钉头需要轴向方向中的空间，这限制了轴向方向中的螺钉数量。
紧固带可以附接至叠层结构，因为其较薄且具有类似薄片的形状，而不用在转子心中制造螺钉设备所需的任何螺纹。由于其类似薄片的形状，紧固带包括由电薄片组装成的结构的一部分。在附接极靴时使用紧固带将实现极靴与磁心之间更均匀的负荷分布，因为紧固带可以在转子的轴向方向中均匀地添加至该结构。紧固带可以通过形封闭或使用固定部件而附接至转子心，其中该固定部件使得集中在紧固带上的力更均匀地分散在转子的轴向方向中。在使用紧固带时，负荷可以在转子心与极靴中均匀薄片之间均匀地划分。
根据本发明的实施方式不会减小转子与定子之间的气隙，因为固定部件和锁定部件不会在面向气隙的外围极靴表面之外延伸。
根据本发明的实施方式，通道已在圆周方向中形成两个永磁体之间。单个磁极可以例如包含圆周方向中并排布置的三个永磁体，以及已经在永磁体之间的两个间隙中形成了用于紧固带的通道。
根据本发明的另一实施方式，紧固带由非磁性材料制成。在这种情况下，杂散磁通显著地更小，因为极靴与转子背部并未通过磁性材料接触。
根据本发明的又一实施方式，已经在极靴和磁心中形成了若干通道，使得通道在转子的纵向方向中是连续的。在这种情况下，通道所需的空间在磁极的横截面中那样尽可能得小，并且针对永磁体存在更多的横截面。
根据本发明的又一实施方式，在极靴和磁心中形成的通道基本上是径向的。在这种情况下，紧固带设置在径向方向中，并且不会产生弯曲力。
根据本发明的又一实施方式，已经在圆周方向中在极靴的中间形成通道。在这种情况下，极靴可以以有利的形状构建，其中极靴中间是最厚的，且厚度朝向侧部减小。这样，该极靴需要较少的材料，并且其重量较之于支撑在侧面上的极靴较小。
极靴和转子已经利用层叠而由薄片组装成。根据本发明的实施方式，已经在极靴和转子中使用至少两个不同形状的薄型薄片。不同形状的薄片已经被连接为使得在极靴和磁心中创建一个或多个通道。
在根据本发明的设备和转子中，极靴针对永磁体的径向压缩力可以通过牵拉紧固带进行设置。紧固带的基部使用例如形封闭而附接至磁心。紧固带(多条)和极靴通过在径向方向中向上牵拉紧固带(多条)而在径向方向中向下按压极靴来进行预拉伸。在拉伸时，紧固带(多条)使用锁定部件锁定至极靴。在预拉伸之后，紧固带被切割至适当的长度。也可以在预拉伸期间将紧固带切割至其最终长度。
通过在拉伸之后锁定该紧固带而将紧固带附接至磁心和极靴。在这种情况下，制造公差或热运动不会影响预拉伸力。
在根据本发明的设备和转子中，磁极间隙不受附接永磁体所需的部件的约束。这支持具有不平衡的磁极划分的转子结构，即，连续的磁极间隙具有不同的大小。
根据本发明的设备和转子适用于以各种方式冷却的电机。可以构建轴向和/或径向冷却通道，以使得极靴和紧固带(包括其锁定部件和固定部件)不位于冷却通道前面。
根据本发明的设备和转子允许气隙中的较大速度范围，以及该实施方式还支持高于70m/s的大气隙速度。
附图说明
在下文中，通过参考附图、借助于某些实施方式来更详细地描述本发明，其中
-图1是在对永磁体进行预拉伸之后、电机的转子的局部示意图；
-图2是附接了永磁体之后的、图1中所示转子的局部示意图。
具体实施方式
附图中示出的电机转子是用于永磁体电动机或永磁体发电机的转子。附图中所示转子的磁心和极靴由薄型电枢薄片组装而成。
图1是在对永磁体进行预拉伸之后、电机的转子1的局部示意图。图2是在附接永磁体之后图1中所示转子1的局部示意图。
图1呈现了由薄片9制成的转子1，该转子1围绕其轴17旋转并且包括若干磁极2。永磁体4通过磁极2安装在磁心3的表面上。由薄片形成的极靴6安装在磁极2中，位于永磁体4面向气隙5的一侧。
在极靴6中构建若干通道7a以用于紧固带8。通道7a在径向方向中通过极靴6。数量与极靴6中的通道7a的数量相对应的通道7b形成在磁心3中。在径向方向中连续的极靴通道7a和磁心通道7b形成用于紧固带8的固定通道。通道7a-b是通过如下方式使用磁心3和极靴6的薄片结构构建的：通过将不同形状的薄片9、10彼此上下堆叠，以使得通道7a-b形成在薄片9、10之间。极靴6中的通道7a和磁心3中的通道7b被定位为使得其在圆周方向p上位于的两个永磁体4之间，在这种情况下，永磁体4之间的空闲空间充当固定通道的一部分。极靴6中的通道7a和磁心3中的通道基本上位于极靴6在圆周方向p中的中间处。固定通道7a-b在转子1的纵向方向中连续，以使得固定通道7a-b所需的在圆周方向p中的永磁体4之间的空间较小。极靴6中的通道7a和磁心中的通道7b基本上位于径向方向r中。
由非磁性材料(诸如，不锈钢)制成的紧固带8安装在固定通道7a-b中。紧固带8是具有矩形横截面的细长形。在图1中，在紧固带8的两个短边11上形成斜面(chamfer)12，即，至紧固带8面向气隙5的顶部。在附图中，紧固带的中心部分的宽度在圆周方向中基本上是标准的。
紧固带8使用固定部件、从该紧固带8的面向磁心3的基部而附接至磁心3。在图1和图2中，固定部件包括紧固带8和磁心3的形封闭形状。已在紧固带8的基部形成了半圆形槽口13，在安装了紧固带8之后，该紧固带形状利用该半圆形槽口13通过转子1形封闭杆14。
紧固带8延伸至气隙5的部分包括拉伸部件15。通过在径向方向r中朝向气隙5将紧固带8从其拉伸部件15牵拉同时在径向方向r中朝向磁心3按压极靴6来预拉伸紧固带8和极靴6。在径向方向r中极靴6朝向永磁体4的压缩力Fr通过牵拉紧固带8而进行调整。紧固带8在牵拉期间使用固定部件(诸如，楔形物16)被锁定至极靴6。在预拉伸之后，通过切断拉伸部件15而将紧固带8切割至适当长度。紧固带8也可以在预拉伸期间切割至其最终长度。在这种情况下，紧固带8从其拉伸部件15被拉伸，直至该紧固带8从斜面12断开，如图2所示。
在用于永磁体4的附接设备中，可以通过在极靴7中产生弯曲应力来增加抗疲劳性。在此情况下，极靴7面对永磁体4顶表面的下表面19被成形为使得在使用紧固带8附接极靴7之前，在永磁体4的顶表面18与下表面19之间存在空隙。轴向间隙位于圆周方向中极靴7的下表面19的中心，以使得极靴7的下表面19面向磁极间隙20的部分连接至永磁体的顶表面18。
在使用紧固带8将极靴7附接至磁心3时，径向r压缩力Fr集中在永磁体4处。其大小可以使用紧固带8进行调整。在预拉伸期间，极靴7弯曲，从而减小并闭合永磁体4与极靴7之间的间隙。在这种情况下，在极靴7中产生了弯曲应力，从而改善了该结构的抗疲劳程度。
如果磁极2较宽，即，在圆周方向中包含若干平行的永磁体4，则永磁体4可被附接为使得在其间安装紧固带8的每两个永磁体4之间形成固定通道7a-b。
部件列表：1转子；2磁极；3磁心；4永磁体；5气隙；6极靴；7a、7b通道；8紧固带；9转子薄片；10极靴薄片；11边；12斜面；13槽口；14杆；15拉伸部件；16楔形物；17轴；18顶表面；19下表面；20磁极间隙；Fr压缩力；p圆周方向；r径向方向。

Claims (13)

1.一种用于向转子(1)附接永磁体的设备，其中所述转子(1)由薄片(9)组装而成，并且所述转子(1)包括至少两个磁极(2)，永磁体(4)安装在磁心(3)的表面上，以及由薄片组装而成的极靴(6)安装在所述永磁体(4)面向气隙(5)的一侧上，其特征在于：在所述极靴(6)和所述磁心(3)中构建有通过所述极靴(6)的至少一个通道(7a-b)，以及紧固带(8)可安装在所述通道(7a-b)中，以及所述紧固带(8)使用锁定部件(16)附接至所述极靴(6)，以及所述紧固带(8)面向所述磁心(3)的端部包括固定部件(13，14)，以用于将所述紧固带(8)附接至所述磁心(3)。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于：所述通道(7a)形成在圆周方向(p)中的两个永磁体(4)之间。
3.根据权利要求1至2任一项的设备，其特征在于：所述紧固带(8)由非磁性材料制成。
4.根据权利要求1-3中任一项的设备，其特征在于：若干通道(7a-b)构建在所述极靴(6)和所述磁心(3)中，以及所述通道(7a-b)在所述转子的纵向方向中连续。
5.根据权利要求1-4中任一项的设备，其特征在于：所述通道(7a-b)基本上位于径向方向(r)中。
6.根据权利要求1-5中任一项的设备，其特征在于：所述通道(7a-b)基本上形成在所述极靴(6)在圆周方向(p)中的中间处。
7.根据权利要求1-6中任一项的设备，其特征在于：所述转子薄片(9)具有不同形状，以及所述转子薄片(9)连接在一起，以使得通道(7b)形成在所述磁心(3)中。
8.根据权利要求1-7中任一项的设备，其特征在于：所述极靴薄片(10)具有不同形状，以及所述极靴薄片(10)连接在一起，以使得通道(7a)形成在所述极靴(6)中。
9.根据权利要求1-8中任一项的设备，其特征在于：所述极靴(6)在径向方向(r)中朝向所述永磁体(4)的压缩力(Fr)通过牵拉所述紧固带(8)可调整。
10.根据权利要求1-9中任一项的设备，其特征在于：所述固定部件(13，14)由所述紧固带(8)和磁心(9)的形封闭形状形成。
11.根据权利要求1-10中任一项的设备，其特征在于：在所述永磁体(4)的顶表面(18)与所述极靴(7)抵靠所述永磁体(4)的下表面(19)之间存在间隙，以及所述间隙位于所述极靴(7)在所述圆周方向(p)中的中间处，以及所述间隙通过牵拉所述紧固带(8)可减小。
12.根据权利要求11的设备，其特征在于：所述极靴(7)抵靠所述永磁体(4)的下表面(19)在所述圆周方向(p)中是凹形的。
13.一种电机的转子(1)，其中所述转子(1)由薄片(9)组装而成，以及所述转子(1)包括至少两个磁极(2)，以及永磁体(4)安装在磁心(3)的表面上，以及由薄片(10)组装而成的极靴(6)安装在所述永磁体(4)的面向气隙(5)的一侧上，其特征在于，所述极靴(6)和磁心(3)包括通过所述极靴(6)的至少一个通道(7a-b)，以及紧固带(8)安装在所述通道(7a-b)中，以及所述紧固带(8)使用锁定部件(16)附接至所述极靴(6)，以及所述紧固带(8)面向所述磁心(3)的端部使用固定部件(13，14)附接至所述磁心(3)。
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