專利名稱：用于向轉(zhuǎn)子附接磁體的設(shè)備和轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主題涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的用于向轉(zhuǎn)子附接永磁體的設(shè)備，以及根據(jù)權(quán)利要求13前序部分所述的轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
在永磁體同步電機(jī)中，使用安裝在該電機(jī)的轉(zhuǎn)子中的永磁體來產(chǎn)生磁場(chǎng)。這些永磁體或者裝配在該轉(zhuǎn)子面向氣隙的表面上，或者嵌入在該轉(zhuǎn)子的磁心中。磁心通常由組裝至貫穿該轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度延伸的薄片鐵心(sheet core)中的鐵磁鐵片制成。用于為永磁體和薄片鐵心定制尺寸的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是電機(jī)需要的勵(lì)磁功率。不同組件的緊固和機(jī)械結(jié)構(gòu)受到諸如施加在其上的力和電機(jī)大小之類的因素的影響。永磁體是利用硬磁材料制造的組件，并且其能夠在磁化之后永久性地保持其磁性。永磁體例如由包括鋁、鎳、鈷和鋼的AlNiCo混合物制成，或者由陶瓷材料或稀土金屬制成。由于永磁體將以特有方式嵌入從均勻薄片組裝而成的轉(zhuǎn)子的磁心中，所以將在該永磁體的兩側(cè)生成細(xì)頸，以支撐磁靴(pole piece) 0隨著轉(zhuǎn)子以非標(biāo)準(zhǔn)速度或變化的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，該細(xì)頸將承受由磁極和磁體生成的離心力而引起的負(fù)荷，且交變負(fù)荷集中在該細(xì)頸處。該交變負(fù)荷會(huì)引起疲勞，且所允許的疲勞應(yīng)力顯著低于所允許的靜應(yīng)力。此外，由磁體生成的某些磁通會(huì)因被細(xì)頸所短路的雜散磁通而損失。離心力還傾向于引起磁極的轉(zhuǎn)變。為了避免任何轉(zhuǎn)變，細(xì)頸必須能夠維持密集壓縮。向面向氣隙的轉(zhuǎn)子表面附接永磁體的典型方法是將該永磁體膠合至該轉(zhuǎn)子表面，以及在該轉(zhuǎn)子周圍安裝由碳纖維制成的支撐捆綁物。這一方案的缺陷包括定子與轉(zhuǎn)子之間的機(jī)械氣隙減小，這可能在安裝時(shí)引起問題或者在安裝期間或轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)損壞該捆綁物，或者如果不縮小機(jī)械氣隙則需要增大磁路的氣隙。這將增大磁性材料的磨損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于創(chuàng)建一種用于向轉(zhuǎn)子附接磁體的設(shè)備，以及創(chuàng)建一種轉(zhuǎn)子，其中雜散磁通盡可能小從而減小磁性材料的磨損，以及其中承受由磁極和磁體的離心力引起的負(fù)荷的能力處于良好水平，而不用增大定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙。為了實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明的特征在于，權(quán)利要求1和13的特征部分所指定的特征。 本發(fā)明的某些其他優(yōu)選實(shí)施方式具有在從屬權(quán)利要求中指定的特征。根據(jù)本發(fā)明的用于向電機(jī)的轉(zhuǎn)子附接永磁體的設(shè)備，該轉(zhuǎn)子由薄片組裝而成，并且該轉(zhuǎn)子包括至少兩個(gè)磁極。永磁體安裝在磁心的表面上。由薄片組裝成的極靴安裝在永磁體面向氣隙的一側(cè)上。在極靴和磁心中構(gòu)建通過極靴的至少一個(gè)通道。緊固帶可安裝在通道中。緊固帶使用鎖定部件附接至極靴。緊固帶面向磁心的端部包括固定部件，用于向磁心附接緊固帶。
在根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)轉(zhuǎn)子中，該轉(zhuǎn)子由薄片組裝成。該轉(zhuǎn)子包括至少兩個(gè)磁極。永磁體安裝在磁心的表面上。由薄片組裝成的極靴安裝在永磁體面向氣隙的一側(cè)上。極靴和磁心包括通過極靴的至少一個(gè)通道。緊固帶安裝在通道中。緊固帶使用鎖定部件附接至極靴。緊固帶面向磁心的端部使用固定部件附接至磁心。為了附接永磁體，本發(fā)明使用了可拆卸的極靴，其使用單獨(dú)的緊固帶、鎖定和固定部件附接至轉(zhuǎn)子。這樣，由離心力引起的負(fù)荷在極靴和緊固帶之間均勻地劃分。由于由磁極和永磁體引起的離心負(fù)荷是由單獨(dú)的部件產(chǎn)生的，所以其材料和形狀可以與電機(jī)的電學(xué)尺寸定制相分開。這一實(shí)施方式產(chǎn)生了對(duì)于承受由磁極和永磁體產(chǎn)生的離心力所引起的負(fù)荷的更好的能力。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式中，承受離心力的部件在附接永磁體時(shí)進(jìn)行預(yù)拉伸。變化的離心力不會(huì)在預(yù)拉伸的緊固帶上產(chǎn)生交變負(fù)荷。通過預(yù)拉伸，由離心力在磁極中引起的轉(zhuǎn)變可以最小化。使用緊固帶而產(chǎn)生的極靴對(duì)永磁體的密集壓縮隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)是均勻的，因?yàn)殡x心力趨向于在徑向方向中朝向氣隙推動(dòng)永磁體。由磁極和永磁體之間的預(yù)拉伸而引起的摩擦力傳遞該電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。利用具有矩形橫截面的緊固帶，可以在較窄空間中產(chǎn)生足夠量的預(yù)拉伸力。該緊固帶充當(dāng)伸拉彈簧。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式支持不同長(zhǎng)度的緊固帶，從而產(chǎn)生了可控的靈活性。通過將面向磁體的極靴的側(cè)面成形為使得其在中間處是自由的以及在側(cè)面接觸， 可以在預(yù)拉伸中使用極靴。在預(yù)拉伸期間，極靴彎曲，這損失了極靴與磁體之間的間隙，在這種情況下，在極靴中形成彎曲應(yīng)力，從而改善該結(jié)構(gòu)的抗疲勞度。通過對(duì)極靴進(jìn)行成形， 也可以使磁體表面上的表面壓力均勻化，這將改善磁體對(duì)壓力的耐受性?？紤]到空間的利用，在緊固帶上組裝的極靴支撐比圓形螺栓更有效。較窄的緊固帶束可以與類似大小的螺栓實(shí)現(xiàn)相同的橫截面積。較窄的磁極支撐支持較寬的相關(guān)磁體。緊固帶在轉(zhuǎn)子軸向方向中所需的空間小于螺釘附接所需的空間，因?yàn)榫o固帶基部位于徑向方向中。在螺釘附接中，螺釘頭需要軸向方向中的空間，這限制了軸向方向中的螺釘數(shù)量。緊固帶可以附接至疊層結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠漭^薄且具有類似薄片的形狀，而不用在轉(zhuǎn)子心中制造螺釘設(shè)備所需的任何螺紋。由于其類似薄片的形狀，緊固帶包括由電薄片組裝成的結(jié)構(gòu)的一部分。在附接極靴時(shí)使用緊固帶將實(shí)現(xiàn)極靴與磁心之間更均勻的負(fù)荷分布，因?yàn)榫o固帶可以在轉(zhuǎn)子的軸向方向中均勻地添加至該結(jié)構(gòu)。緊固帶可以通過形封閉或使用固定部件而附接至轉(zhuǎn)子心，其中該固定部件使得集中在緊固帶上的力更均勻地分散在轉(zhuǎn)子的軸向方向中。在使用緊固帶時(shí)，負(fù)荷可以在轉(zhuǎn)子心與極靴中均勻薄片之間均勻地劃分。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式不會(huì)減小轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙，因?yàn)楣潭ú考玩i定部件不會(huì)在面向氣隙的外圍極靴表面之外延伸。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通道已在圓周方向中形成兩個(gè)永磁體之間。單個(gè)磁極可以例如包含圓周方向中并排布置的三個(gè)永磁體，以及已經(jīng)在永磁體之間的兩個(gè)間隙中形成了用于緊固帶的通道。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，緊固帶由非磁性材料制成。在這種情況下，雜散磁通顯著地更小，因?yàn)闃O靴與轉(zhuǎn)子背部并未通過磁性材料接觸。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式，已經(jīng)在極靴和磁心中形成了若干通道，使得通道在轉(zhuǎn)子的縱向方向中是連續(xù)的。在這種情況下，通道所需的空間在磁極的橫截面中那樣盡可能得小，并且針對(duì)永磁體存在更多的橫截面。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式，在極靴和磁心中形成的通道基本上是徑向的。在這種情況下，緊固帶設(shè)置在徑向方向中，并且不會(huì)產(chǎn)生彎曲力。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式，已經(jīng)在圓周方向中在極靴的中間形成通道。在這種情況下，極靴可以以有利的形狀構(gòu)建，其中極靴中間是最厚的，且厚度朝向側(cè)部減小。這樣， 該極靴需要較少的材料，并且其重量較之于支撐在側(cè)面上的極靴較小。極靴和轉(zhuǎn)子已經(jīng)利用層疊而由薄片組裝成。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，已經(jīng)在極靴和轉(zhuǎn)子中使用至少兩個(gè)不同形狀的薄型薄片。不同形狀的薄片已經(jīng)被連接為使得在極靴和磁心中創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)通道。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和轉(zhuǎn)子中，極靴針對(duì)永磁體的徑向壓縮力可以通過牽拉緊固帶進(jìn)行設(shè)置。緊固帶的基部使用例如形封閉而附接至磁心。緊固帶(多條)和極靴通過在徑向方向中向上牽拉緊固帶(多條)而在徑向方向中向下按壓極靴來進(jìn)行預(yù)拉伸。在拉伸時(shí)，緊固帶(多條)使用鎖定部件鎖定至極靴。在預(yù)拉伸之后，緊固帶被切割至適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度。 也可以在預(yù)拉伸期間將緊固帶切割至其最終長(zhǎng)度。通過在拉伸之后鎖定該緊固帶而將緊固帶附接至磁心和極靴。在這種情況下，制造公差或熱運(yùn)動(dòng)不會(huì)影響預(yù)拉伸力。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和轉(zhuǎn)子中，磁極間隙不受附接永磁體所需的部件的約束。這支持具有不平衡的磁極劃分的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，即，連續(xù)的磁極間隙具有不同的大小。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和轉(zhuǎn)子適用于以各種方式冷卻的電機(jī)?？梢詷?gòu)建軸向和/或徑向冷卻通道，以使得極靴和緊固帶(包括其鎖定部件和固定部件)不位于冷卻通道前面。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和轉(zhuǎn)子允許氣隙中的較大速度范圍，以及該實(shí)施方式還支持高于70m/s的大氣隙速度。


在下文中，通過參考附圖、借助于某些實(shí)施方式來更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中-圖1是在對(duì)永磁體進(jìn)行預(yù)拉伸之后、電機(jī)的轉(zhuǎn)子的局部示意圖；-圖2是附接了永磁體之后的、圖1中所示轉(zhuǎn)子的局部示意圖。
具體實(shí)施例方式附圖中示出的電機(jī)轉(zhuǎn)子是用于永磁體電動(dòng)機(jī)或永磁體發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。附圖中所示轉(zhuǎn)子的磁心和極靴由薄型電樞薄片組裝而成。圖1是在對(duì)永磁體進(jìn)行預(yù)拉伸之后、電機(jī)的轉(zhuǎn)子1的局部示意圖。圖2是在附接永磁體之后圖1中所示轉(zhuǎn)子1的局部示意圖。圖1呈現(xiàn)了由薄片9制成的轉(zhuǎn)子1，該轉(zhuǎn)子1圍繞其軸17旋轉(zhuǎn)并且包括若干磁極 2。永磁體4通過磁極2安裝在磁心3的表面上。由薄片形成的極靴6安裝在磁極2中，位于永磁體4面向氣隙5的一側(cè)。在極靴6中構(gòu)建若干通道7a以用于緊固帶8。通道7a在徑向方向中通過極靴6。數(shù)量與極靴6中的通道7a的數(shù)量相對(duì)應(yīng)的通道7b形成在磁心3中。在徑向方向中連續(xù)的極靴通道7a和磁心通道7b形成用于緊固帶8的固定通道。通道7a_b是通過如下方式使用磁心3和極靴6的薄片結(jié)構(gòu)構(gòu)建的通過將不同形狀的薄片9、10彼此上下堆疊，以使得通道7a-b形成在薄片9、10之間。極靴6中的通道7a和磁心3中的通道7b被定位為使得其在圓周方向P上位于的兩個(gè)永磁體4之間，在這種情況下，永磁體4之間的空閑空間充當(dāng)固定通道的一部分。極靴6中的通道7a和磁心3中的通道基本上位于極靴6在圓周方向ρ 中的中間處。固定通道7a_b在轉(zhuǎn)子1的縱向方向中連續(xù)，以使得固定通道7a_b所需的在圓周方向P中的永磁體4之間的空間較小。極靴6中的通道7a和磁心中的通道7b基本上位于徑向方向r中。由非磁性材料(諸如，不銹鋼)制成的緊固帶8安裝在固定通道7a_b中。緊固帶8是具有矩形橫截面的細(xì)長(zhǎng)形。在圖1中，在緊固帶8的兩個(gè)短邊11上形成斜面 (chamfer) 12，即，至緊固帶8面向氣隙5的頂部。在附圖中，緊固帶的中心部分的寬度在圓周方向中基本上是標(biāo)準(zhǔn)的。緊固帶8使用固定部件、從該緊固帶8的面向磁心3的基部而附接至磁心3。在圖1和圖2中，固定部件包括緊固帶8和磁心3的形封閉形狀。已在緊固帶8的基部形成了半圓形槽口 13，在安裝了緊固帶8之后，該緊固帶形狀利用該半圓形槽口 13通過轉(zhuǎn)子1 形封閉桿14。緊固帶8延伸至氣隙5的部分包括拉伸部件15。通過在徑向方向r中朝向氣隙5 將緊固帶8從其拉伸部件15牽拉同時(shí)在徑向方向r中朝向磁心3按壓極靴6來預(yù)拉伸緊固帶8和極靴6。在徑向方向r中極靴6朝向永磁體4的壓縮力&通過牽拉緊固帶8而進(jìn)行調(diào)整。緊固帶8在牽拉期間使用固定部件(諸如，楔形物16)被鎖定至極靴6。在預(yù)拉伸之后，通過切斷拉伸部件15而將緊固帶8切割至適當(dāng)長(zhǎng)度。緊固帶8也可以在預(yù)拉伸期間切割至其最終長(zhǎng)度。在這種情況下，緊固帶8從其拉伸部件15被拉伸，直至該緊固帶8從斜面12斷開，如圖2所示。在用于永磁體4的附接設(shè)備中，可以通過在極靴7中產(chǎn)生彎曲應(yīng)力來增加抗疲勞性。在此情況下，極靴7面對(duì)永磁體4頂表面的下表面19被成形為使得在使用緊固帶8附接極靴7之前，在永磁體4的頂表面18與下表面19之間存在空隙。軸向間隙位于圓周方向中極靴7的下表面19的中心，以使得極靴7的下表面19面向磁極間隙20的部分連接至永磁體的頂表面18。在使用緊固帶8將極靴7附接至磁心3時(shí)，徑向r壓縮力&集中在永磁體4處。 其大小可以使用緊固帶8進(jìn)行調(diào)整。在預(yù)拉伸期間，極靴7彎曲，從而減小并閉合永磁體4 與極靴7之間的間隙。在這種情況下，在極靴7中產(chǎn)生了彎曲應(yīng)力，從而改善了該結(jié)構(gòu)的抗疲勞程度。如果磁極2較寬，S卩，在圓周方向中包含若干平行的永磁體4，則永磁體4可被附接為使得在其間安裝緊固帶8的每?jī)蓚€(gè)永磁體4之間形成固定通道7a-b。部件列表1轉(zhuǎn)子；2磁極；3磁心；4永磁體；5氣隙；6極靴；7a、7b通道；8緊固帶； 9轉(zhuǎn)子薄片；10極靴薄片；11邊；12斜面；13槽口；14桿；15拉伸部件；16楔形物；17軸； 18頂表面；19下表面；20磁極間隙A壓縮力；ρ圓周方向；r徑向方向。
權(quán)利要求
1.一種用于向轉(zhuǎn)子(1)附接永磁體的設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子(1)由薄片(9)組裝而成， 并且所述轉(zhuǎn)子⑴包括至少兩個(gè)磁極0)，永磁體⑷安裝在磁心⑶的表面上，以及由薄片組裝而成的極靴(6)安裝在所述永磁體(4)面向氣隙( 的一側(cè)上，其特征在于在所述極靴(6)和所述磁心(3)中構(gòu)建有通過所述極靴(6)的至少一個(gè)通道(7a-b)，以及緊固帶 (8)可安裝在所述通道(7a-b)中，以及所述緊固帶(8)使用鎖定部件(16)附接至所述極靴(6)，以及所述緊固帶⑶面向所述磁心(3)的端部包括固定部件(13，14)，以用于將所述緊固帶⑶附接至所述磁心(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于所述通道(7a)形成在圓周方向(ρ)中的兩個(gè)永磁體⑷之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于所述緊固帶(8)由非磁性材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于若干通道(7a-b)構(gòu)建在所述極靴 (6)和所述磁心(3)中，以及所述通道(7a-b)在所述轉(zhuǎn)子的縱向方向中連續(xù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于所述通道(7a-b)基本上位于徑向方向(r)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于所述通道(7a-b)基本上形成在所述極靴(6)在圓周方向(ρ)中的中間處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于所述轉(zhuǎn)子薄片(9)具有不同形狀， 以及所述轉(zhuǎn)子薄片(9)連接在一起，以使得通道(7b)形成在所述磁心(3)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于所述極靴薄片(10)具有不同形狀，以及所述極靴薄片(10)連接在一起，以使得通道(7a)形成在所述極靴(6)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于所述極靴(6)在徑向方向(r)中朝向所述永磁體的壓縮力(Fr)通過牽拉所述緊固帶(8)可調(diào)整。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于所述固定部件(13，14)由所述緊固帶(8)和磁心(9)的形封閉形狀形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于在所述永磁體的頂表面 (18)與所述極靴(7)抵靠所述永磁體(4)的下表面(19)之間存在間隙，以及所述間隙位于所述極靴(7)在所述圓周方向(ρ)中的中間處，以及所述間隙通過牽拉所述緊固帶(8)可減小。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于所述極靴(7)抵靠所述永磁體的下表面(19)在所述圓周方向(ρ)中是凹形的。
13.一種電機(jī)的轉(zhuǎn)子(1)，其中所述轉(zhuǎn)子(1)由薄片(9)組裝而成，以及所述轉(zhuǎn)子(1) 包括至少兩個(gè)磁極( ，以及永磁體(4)安裝在磁心C3)的表面上，以及由薄片(10)組裝而成的極靴(6)安裝在所述永磁體(4)的面向氣隙(5)的一側(cè)上，其特征在于，所述極靴(6) 和磁心C3)包括通過所述極靴(6)的至少一個(gè)通道(7a-b)，以及緊固帶(8)安裝在所述通道(7a-b)中，以及所述緊固帶(8)使用鎖定部件(16)附接至所述極靴(6)，以及所述緊固帶⑶面向所述磁心⑶的端部使用固定部件(13，14)附接至所述磁心(3)。
全文摘要
在根據(jù)本發(fā)明的用于向電機(jī)的轉(zhuǎn)子附接永磁體的設(shè)備中，轉(zhuǎn)子(1)由薄片(9)組裝而成，并且轉(zhuǎn)子(1)包括至少兩個(gè)磁極(2)。永磁體(4)可安裝在磁心(3)的表面上，以及由薄片(10)組裝成的極靴(6)安裝在永磁體(4)面向氣隙(5)的一側(cè)上。在極靴(6)和磁心(3)中構(gòu)建有通過極靴(6)的至少一個(gè)通道(7a-b)。緊固帶(8)可安裝在通道(7a-b)中。緊固帶可使用鎖定部件(16)附接至極靴(6)，以及緊固帶(8)面向磁心(3)的端部包括固定部件(13，14)，用于向磁心(3)附接緊固帶(8)。
文檔編號(hào)H02K1/27GK102449882SQ201080023507
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者A·瓦泰南, P·卡尼南, P·瑪基昂托 申請(qǐng)人:Abb有限公司