CN107070033B - 转子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁极模块、转子及其制造方法。所述磁极模块包括：载体板，所述载体板包括台阶部，所述台阶部通过使所述载体板的下部沿着所述载体板的外周方向向内凹入而形成；磁极盒，所述磁极盒呈顶部敞开的盒子形状，所述磁极盒固定到所述载体板的所述台阶部；磁体，密封在所述磁极盒中。根据本发明，可将磁极模块小型化，从而可便于磁极模块的安装和运输。

Description

转子及其制造方法

技术领域

本发明涉及电机领域，更具体地讲，涉及一种转子及其制造方法。

背景技术

低速大直径发电机(例如，风力发电机)由定子和转子组成。在大型发电机中，转子包括转子磁轭和安装并紧固到转子磁轭上的充磁的磁体。

大型发电机的磁极较长，其仅具有一块安装板，导致磁体组件的重量大、成品率低，此外，对用于固定磁体组件的固定设备要求较高。

另外，为了将磁体固定在转子磁轭上，需要在转子磁轭上加工孔，并利用螺钉和螺母将磁体安装到转子磁轭上，或者需要在转子磁轭上加工出复杂的槽，然后将磁体装配到转子磁轭上。以上所述的将磁体装配或安装到转子磁轭的方法需要对转子磁轭进行复杂的加工，安装过程复杂且费时。另外，利用螺钉和螺母的安装方式导致很大程度上增加了电机的重量。

另外，在现有技术中，还可利用压条固定磁体而将磁体固定到转子磁轭上。然而，这种安装方式由于使用了压条而导致生产成本高、且会增加电机的重量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现小型化的磁极模块及其制造方法以及可实现轻量化的、低成本的转子及其制造方法。

根据本发明的一方面，提供一种磁极模块，所述磁极模块包括：载体板，所述载体板包括台阶部，所述台阶部通过使所述载体板的下部沿着所述载体板的外周方向向内凹入而形成；磁极盒，所述磁极盒呈顶部敞开的盒子形状，所述磁极盒固定到所述载体板的所述台阶部；磁体，密封在所述磁极盒中。

可选地，所述磁极盒的侧壁可固定到所述载体板的所述台阶部，所述磁极盒的所述侧壁的厚度可小于或等于所述台阶部的宽度。

可选地，所述载体板可包括沿着第一方向彼此相对的第一侧表面和第二侧表面以及沿着与所述第一方向垂直的第二方向彼此相对的第三侧表面和第四侧表面，其中，所述第一侧表面和所述第二侧表面与所述载体板的底表面呈钝角，所述第三侧表面和所述第四侧表面与所述载体板的底表面呈直角。

可选地，所述磁极盒可具有与所述载体板对应的形状，包括底部、沿着所述第一方向彼此相对的第一侧壁和第二侧壁以及沿着所述第二方向彼此相对的第三侧壁和第四侧壁，其中，所述第一侧壁和第二侧壁与所述底部呈钝角，所述第三侧壁和所述第四侧壁与所述底部呈直角。

可选地，所述磁极模块还可包括将磁体密封在所述磁极盒中的密封材料，所述密封材料可填充在所述磁体与所述磁极盒之间以及所述磁体与所述载体板之间。

根据本发明的另一方面，提供一种转子，所述转子包括：转子磁轭，包括安装表面；如上所述的磁极模块，所述磁极模块焊接到所述转子磁轭的安装表面。

可选地，所述磁极模块成列地布置，所述成列地布置的磁极模块平行于所述转子磁轭的轴向或与所述转子磁轭的所述轴向成预定角度，在所述成列地布置的磁极模块之间可设置有预定间隙。

可选地，所述转子还可包括覆盖所述磁极模块的覆层，所述覆层可包括树脂。

根据本发明的另一方面，提供一种磁极模块的制造方法，所述制造方法包括：制备载体板，所述载体板包括台阶部，所述台阶部通过使所述载体板的下部沿着所述载体板的外周方向向内凹入而形成；制备磁极盒，所述磁极盒呈顶部敞开的盒子形状；将磁体密封在所述磁极盒中；将所述磁极盒固定到所述载体板的所述台阶部。

可选地，所述制造方法还可包括通过熔化焊将所述磁极盒焊接到所述台阶部。

可选地，所述制造方法还可包括在预定环境下将所述磁极盒焊接到所述台阶部，所述预定环境指的是相对湿度≤60％、温度为10℃～30℃、气压恒定、无腐蚀性气体的环境。

可选地，所述制造方法还可包括将防腐材料施加在所述磁极盒与所述载体板的焊接区域周围。

可选地，通过在所述磁体与所述磁极盒之间以及所述磁体与所述载体板之间施加密封材料将所述磁体密封在所述磁极盒中。

根据本发明的另一方面，提供一种转子的制造方法，所述制造方法包括：通过连续熔化焊或者断续熔化焊将如上所述的磁极模块焊接到转子磁轭的安装表面。

可选地，所述制造方法还可包括：在将所述磁极模块焊接到所述转子磁轭的所述安装表面上之后，形成覆盖所述磁极模块的覆层，所述覆层可包括树脂。

根据本发明的实施例的磁极模块，可将磁极模块小型化，从而可便于磁极模块的安装和运输。此外，根据本发明的磁极模块可实现磁体的有效密封，防止磁体受腐蚀介质等的影响。

根据本发明的实施例的转子，通过将磁极模块焊接到转子磁轭，安装容易，节约工时，冷空气易于流通，并且降低了电机的重量。

此外，将磁极模块焊接到转子磁轭，也无需设置用于固定磁体的压条，因此节约了压条的成本，并且不会因设置压条而导致电机的重量增加。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明的实施例的磁极模块的示意图；

图2是示出图1的磁极模块的载体板的示意图；

图3是示出图2的载体板的P部分的放大图；

图4是示出图2的磁极盒的示意图；

图5是示出根据本发明的示例性实施例的转子的安装表面的一部分的示意图；

图6是示出沿着图5的A-A线截取的截面图。

在附图中：1000为转子，100为磁极模块，110为载体板，120为磁极盒，130为磁体，140为密封材料，111为上表面，112为下表面，113为第一侧表面，114为第二侧表面，115为台阶部，121为底部，122为第一侧壁，123为第二侧壁，124为第三侧壁，125为第四侧壁，L1为转子磁轭的轴线，L2为第二列磁极模块的中心线，G为间隙，300为覆层。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述示例性实施例。在附图中，为了清楚起见，可放大组件的形状、尺寸等。

为了描述的方便，在此可根据附图中的装置方位使用“上表面”、“下表面”等来描述装置的表面。应理解的是，如果图中的装置被翻转，则“上表面”将变为“下表面”，“下表面”将变为“上表面”。

下面，将参照图1至图3详细描述本发明的实施例的磁极模块。

图1是示出根据本发明的实施例的磁极模块的示意图，图2是示出图1的磁极模块的载体板的示意图，图3是示出图2的载体板的P部分的放大图，图4是示出图2的磁极盒的示意图。

根据本发明的示例性实施例，磁极模块100可包括载体板110、固定到载体板110的磁极盒120和密封在磁极盒120中的磁体130。

根据本发明的示例性实施例，例如，载体板110可以由钢或其它导磁材料形成。另外，载体板110可以由一个整体件形成或者由多个薄片/片材压紧在一起形成。

根据本发明的示例性实施例，载体板110大致可呈长方体形状，并可具有在其厚度方向上相对的上表面111和下表面112、在其第一方向上彼此相对的第一侧表面113和第二侧表面114以及在与第一方向垂直的第二方向上彼此相对的第三侧表面(未示出)和第四侧表面(未示出)。

载体板110的上表面可以为弧形，以与接下来将要描述的转子磁轭的安装表面贴合在一起，从而可将载体板110更牢固地固定到转子磁轭的安装表面，而不产生安装间隙。

载体板110的下表面可以为平面，以便在载体板110与磁极盒120中的磁体130之间形成密封材料140(稍后将进行描述)，而不产生额外的空隙。

载体板110的第一侧表面113和第二侧表面114可以为斜面，具体地，载体板110的第一侧表面113和第二侧表面114可以分别与下表面112成钝角，优选地，可以成相等的钝角，也就是说，载体板110沿着第一方向截取的截面为等腰图形。

可选地，载体板110的第三侧表面和第四侧表面可以为直立的表面，即，载体板110的第三侧表面和第四侧表面可以与载体板110的下表面112成直角。

根据本发明的示例性实施例，载体板110可设置有台阶部115，台阶部115通过使载体板110的下部沿着载体板110的外周方向向内凹入而形成。具体地讲，通过使载体板110的侧表面(即，第一侧表面113、第二侧表面114、第三侧表面和第四侧表面)向内均匀地凹入预定宽度W形成台阶部115。

例如，台阶部115可通过在载体板110的下部沿载体板110的外周方向去除载体板110的一部分而形成。磁极盒120可以是例如由薄板围成的中空的盒子形状，磁极盒120的顶部敞开，从而可将磁体130放入磁极盒120中。

优选地，磁极盒120的尺寸可大于磁体130的尺寸，并具有与磁体130的形状相类似的形状，例如，可以为正方形、矩形、梯形或不规则形状。

优选地，磁极盒120可具有与载体板110的形状相对应的形状。类似地，磁极盒120可包括底部121、沿着第一方向彼此相对的第一侧壁122和第二侧壁123以及沿着第二方向彼此相对的第三侧壁124和第四侧壁125。磁极盒120的第一侧壁122和第二侧壁123可以分别与底部121成钝角，优选地，可成相等的钝角，也就是说，磁极盒120沿着第一方向截取的截面为等腰图形。磁极盒120的第三侧壁124和第四侧壁125可以与磁极盒120的底部121成直角。优选地，第一侧壁122与底部121所成的钝角与第一侧表面113与下表面112所成的钝角可相等；第二侧壁123与底部121所成的钝角与第二侧表面114与下表面112所成的钝角可相等。

例如，磁极盒120可以由不锈钢形成，也可以由塑性材料或其它新型材料形成。此外，磁极盒120可通过冲压、拼焊或模铸等工艺成型，而不受具体限制。磁极盒120的第一侧壁122、第二侧壁123、第三侧壁124和第四侧壁125中相邻的侧壁之间可圆角过渡。

根据本发明的示例性实施例，磁体130可被设置在磁极盒120中，从而防止磁体130与湿气、腐蚀介质接触而被腐蚀。优选地，磁体130为永磁体，例如，可包括钕铁硼(Nd₂Fe₁₄B)。

为了防止湿气、腐蚀介质渗入到磁极盒120内而使磁体130腐蚀，根据本发明的实施例的磁极模块100还可包括将磁体130密封在磁极盒120中的密封材料140。

优选地，密封材料140可填充在磁体130与磁极盒120之间以及磁体130与载体板110之间，从而包覆磁体130。例如，在制造磁极模块100时，可首先向磁极盒120内注入少量密封材料140，然后放入磁体130，最后向磁体130的上表面注入密封材料140，并确保密封材料140完全填充磁体130与磁极盒120之间的间隙并覆盖磁体130的上表面。然后，将磁极盒120固定到载体板110的台阶部115，从而可在磁体130与磁极盒120之间以及磁体130与载体板110之间形成密封材料140。

在磁体130与磁极盒120之间以及磁体130与载体板110之间填充密封材料140的情况下，即使湿气、腐蚀介质渗入到磁极盒120内，也可通过密封材料140进一步防止磁体130被腐蚀。此外，密封材料140还可将磁体130牢固地固定到磁极盒120中，从而防止磁体130在磁极盒120内晃动。优选地，密封材料140可以为密封胶。

优选地，根据本发明的示例性实施例，在预定环境下填充密封材料140，所述预定环境指的是相对湿度≤60％、温度为10℃～30℃、气压恒定(例如，1个标准大气压左右)、无腐蚀性气体(例如，酸性气体：二氧化硫、氯气等；碱性气体：氨气等)的环境。通过在预定环境下填充密封材料140，可保证磁极盒120内部气压恒定、无湿气、腐蚀性气体等。

根据本发明的示例性实施例，磁极盒120可通过焊接固定到台阶部115，例如，可通过熔化焊(例如，连续熔化焊或断续熔化焊)焊接到台阶部115。可选地，可通过利用自动化焊接机械手进行焊接。

具体地讲，磁极盒120的第一侧壁122、第二侧壁123、第三侧壁124和第四侧壁125的至少一部分可环绕台阶部115，并被焊接到台阶部115。

根据发明的示例性实施例，磁极盒120的第一侧壁122、第二侧壁123、第三侧壁124和第四侧壁125的厚度可小于或等于载体板110的台阶部115的宽度W，从而可不使磁极盒120突出到载体板110所设置的区域之外。

优选地，根据本发明的示例性实施例，可在预定环境下将磁极盒120焊接到载体板110的台阶部115，所述预定环境指的是相对湿度≤60％、温度为10℃～30℃、气压恒定(例如，1个标准大气压左右)、无腐蚀性气体(例如，酸性气体：二氧化硫、氯气等；碱性气体：氨气等)的环境。通过在所述预定环境下将磁极盒120焊接到载体板110的台阶部115，可确保焊接区域的可靠性。

根据本发明的示例性实施例，为了防止载体板110与磁极盒120的焊接区域发生腐蚀，可对载体板110与磁极盒120的焊接区域周围进行防腐处理。例如，可将防腐材料施加到载体板110与磁极盒120之间的焊接区域。防腐材料例如可以为电镀金属合金和/或防腐漆等。

根据本发明的示例性实施例，磁极模块100可被小型化，从而可便于磁极模块100的安装和运输。此外，根据本发明的磁极模块100可实现磁体130的有效密封，防止磁体130受到腐蚀介质等的影响。

以下，将描述根据本发明的示例性实施例的制造磁极模块100的方法。

根据本发明的实施例，磁极模块100的制造方法可包括：制备载体板110，载体板110包括台阶部115，台阶部115通过使载体板110的下部沿着载体板110的外周方向向内凹入而形成；制备磁极盒120，磁极盒120呈顶部敞开的盒子形状；将磁体130密封在磁极盒120中；将磁极盒120固定到载体板110的台阶部115。

根据本发明的实施例的载体板110和磁极盒120可具有与以上参照图1至图4描述的结构相同的结构，因此将省略对其的详细描述。

优选地，可通过熔化焊将磁极盒120焊接到所述台阶部115。优选地，可在预定环境下将磁极盒120焊接到所述台阶部115，所述预定环境指的是相对湿度≤60％、温度为10℃～30℃、气压恒定、无腐蚀性气体的环境。

优选地，还可将防腐材料施加在磁极盒120与载体板110的焊接区域周围。

以下，将参照图4和图5描述根据本发明的实施例的转子。

图5是示出根据本发明的示例性实施例的转子的安装表面的一部分的示意图，图6是示出沿着图5的A-A线截取的截面图。

电机可包括转子和定子。其中，电机的结构可以是内定子、外转子结构(即，转子沿定子的外周设置)或者是内转子、外定子结构(即，定子沿转子的外周设置)。为了方便描述，以下将以外转子作为转子的示例来描述根据本发明的示例性实施例的转子。

如图5和图6所示，根据本发明的示例性实施例的转子1000可包括转子磁轭200和焊接到转子磁轭200的安装表面的多个磁极模块100。多个磁极模块100中的每个磁极模块100可均具有图1至图4中描述的结构。

在转子1000为外转子的情况下，转子磁轭200的安装表面是转子磁轭200的内周面。但应理解的是，在转子为内转子的情况下，转子磁轭200的安装表面是转子磁轭200的外周面。

根据本发明的实施例，多个磁极模块100可大体上沿转子磁轭200的轴向(例如，与转子磁轭200的轴向平行或者与转子磁轭200的轴向成预定角度)成列地布置在转子磁轭200的安装表面上。如图5所示，转子1000可包括第一列磁极模块和第二列磁极模块。第一列磁极模块和第二列磁极模块可彼此平行，并且在第一列磁极模块和第二列磁极模块之间可分开预定间隙G(如图6所示)。通过在第一列磁极模块和第二列磁极模块之间分开预定间隙G，可使对转子进行冷却的冷空气顺畅地通过该间隙G，以增强对电机的冷却效果。

第一列磁极模块和第二列磁极模块中的每列磁极模块可包括彼此接触的多个磁极模块100。具体地讲，多个磁极模块100的载体板110的第三侧表面和第四侧表面(即，直立的侧表面)以及磁极盒120的第三侧壁124和第四侧壁125(即，直立的侧壁)可彼此接触。

根据本发明的实施例，第一列磁极模块和第二列磁极模块中的每列磁极模块的中心线L2可与转子磁轭200的轴线L1成预定角度β，其中，0°≤β≤5°。优选地，0°＜β≤5°，在这种情况下，可减小电机在实际工作过程中的振动和噪声。

根据本发明的示例性实施例，磁极模块100可通过熔化焊焊接到转子磁轭200。优选地，磁极模块100可通过连续熔化焊或断续熔化焊焊接到转子磁轭200。可选地，可通过利用自动化焊接机械手进行焊接。在进行焊接时，焊脚的高度应保证磁极模块100具有足够的连接强度。

根据本发明的示例性实施例，将磁极模块100焊接到转子磁轭200，无需对转子磁轭200进行复杂的加工，也无需安装螺钉和螺母等，因此安装容易，节约工时，并且降低了电机的重量。

此外，将磁极模块100焊接到转子磁轭200，也无需设置用于固定磁体的压条，因此节约了压条的成本，并且不会因设置压条而导致电机的重量增加。

对于大型风力发电机组的发电机而言，根据本发明的示例性实施例的转子与根据上述现有技术中的转子相比，重量可减少1t-2t。

另外，根据本发明的实施例，通过将磁极模块100焊接到转子磁轭200，由于省略了螺栓、压条等安装部件，因此转子磁轭200直接暴露于外部，有利于对转子进行冷却的冷空气的流通，从而增强对电机的冷却效果。

根据本发明的示例性实施例，转子1000还可包括覆盖磁极模块100的覆层300。

如图6所示，在将磁极模块100焊接到转子磁轭200之后，可将覆层300一体地覆盖在转子磁轭200的整个安装表面(例如，下表面)上，也就是说，覆层300可覆盖磁极模块100的下表面、侧表面以及磁极模块100之间的部分。

通过形成覆盖磁极模块100的覆层300，可进一步防止湿气、腐蚀介质等渗入到磁极盒120中而与磁体130接触。此外，覆层300还可强化磁极模块100的机械性能，以满足电机实际运转过程中的机械疲劳要求。

可选地，覆层300可包括树脂。形成覆层300的方法不受具体限制，可通过本领域已知的任意方法来形成覆层300。优选地，可根据授权公告号为CN204160781U的实用新型专利中公开的真空辅助树脂灌注方法来形成根据本发明的示例性实施例的覆层300。

虽然以上为了方便描述，以外转子结构作为转子的示例进行了描述，但应理解的是，根据本发明的示例性实施例的转子也可以为内转子。

此外，根据以上所述的示例性实施例的磁极模块和转子可被应用到各种需要设置电机的设备中，而不受具体限制。根据本发明的示例性实施例，可将如上所述的磁极模块和转子应用到风力发电机中。

根据本发明的实施例的磁极模块，可将磁极模块小型化，从而可便于磁极模块的安装和运输。此外，根据本发明的磁极模块可实现磁体的有效密封，防止磁体受到腐蚀介质等的影响。

根据本发明的实施例的转子，通过将磁极模块焊接到转子磁轭，安装容易，节约工时，冷空气易于流通，并且降低了电机的重量。

尽管已经参照其示例性实施例具体描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (12)

1.一种转子，其特征在于，所述转子(1000)包括：

转子磁轭(200)，包括安装表面；

磁极模块(100)，所述磁极模块(100)焊接到所述转子磁轭(200)的安装表面；

其中，所述磁极模块(100)包括：

载体板(110)，所述载体板(110)包括台阶部(115)，所述台阶部(115)通过使所述载体板(110)的下部沿着所述载体板(110)的外周方向向内凹入而形成；

磁极盒(120)，所述磁极盒(120)呈顶部敞开的盒子形状，所述磁极盒(120)固定到所述载体板(110)的所述台阶部(115)；

磁体(130)，密封在所述磁极盒(120)中，

其中，所述磁极模块(100)成列地布置，彼此相邻的两列磁极模块(100)之间设置有预定间隙(G)，每列所述磁极模块(100)包括彼此接触的多个所述磁极模块(100)。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述磁极盒(120)的侧壁固定到所述载体板(110)的所述台阶部(115)，所述磁极盒(120)的所述侧壁的厚度小于或等于所述台阶部(115)的宽度。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述载体板(110)包括沿着第一方向彼此相对的第一侧表面(113)和第二侧表面(114)以及沿着与所述第一方向垂直的第二方向彼此相对的第三侧表面和第四侧表面，其中，所述第一侧表面(113)和所述第二侧表面(114)与所述载体板(110)的底表面呈钝角，所述第三侧表面和所述第四侧表面与所述载体板(110)的底表面呈直角。

4.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，所述磁极盒(120)具有与所述载体板(110)对应的形状，包括底部(121)、沿着所述第一方向彼此相对的第一侧壁(122)和第二侧壁(123)以及沿着所述第二方向彼此相对的第三侧壁(124)和第四侧壁(125)，其中，所述第一侧壁(122)和第二侧壁(123)与所述底部(121)呈钝角，所述第三侧壁(124)和所述第四侧壁(125)与所述底部(121)呈直角。

5.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述磁极模块(100)还包括将所述磁体(130)密封在所述磁极盒(120)中的密封材料(140)，所述密封材料(140)填充在所述磁体(130)与所述磁极盒(120)之间以及所述磁体(130)与所述载体板(110)之间。

6.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，成列地布置的磁极模块(100)平行于所述转子磁轭(200)的轴向或与所述转子磁轭(200)的所述轴向成预定角度。

7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，所述预定角度定义为β，其中，满足0°＜β≤5°。

8.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述磁极模块(100)通过续熔化焊或者断续熔化焊焊接到所述转子磁轭(200)的安装表面。

9.根据权利要求1或6所述的转子，其特征在于，所述转子(1000)还包括覆盖所述磁极模块(100)的覆层(300)，所述覆层(300)包括树脂。

10.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述磁极盒(120)焊接到所述台阶部(115)，在所述磁极盒(120)与所述载体板(110)的焊接区域周围施加有防腐材料。

11.一种转子的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

通过连续熔化焊或者断续熔化焊将根据权利要求1-10中任一项所述的磁极模块(100)焊接到转子磁轭(200)的安装表面。

12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：在将所述磁极模块(100)焊接到所述转子磁轭(200)的所述安装表面上之后，形成覆盖所述磁极模块(100)的覆层(300)，所述覆层(300)包括树脂。