專利名稱：用于電機的環(huán)形轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種包含一空心軸的用于一電機的環(huán)形轉(zhuǎn)子。本發(fā)明主要應用于超大型電機，例如風電設備的無齒輪發(fā)電機。
背景技術(shù)：
無齒輪設備的功率等級越高，與有齒輪的風電設備相比就越具有競爭優(yōu)勢。無齒輪風電設備的轉(zhuǎn)子支架(rotor hub)直接與同步發(fā)電機連接。這種設計的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比帶發(fā)電機的風電設備簡單得多，電機上需要設置的旋轉(zhuǎn)組件也更少。這就降低了維護難度，提高了設備可用性。超大型風電設備通常工作轉(zhuǎn)速很低。因此這類設備采用無齒輪方案時必須配備又大又重的發(fā)電機。這些電機的直徑很容易就會超過細至5m的限值。用于無齒輪風電設備的發(fā)電機通常包括帶空心軸的環(huán)形轉(zhuǎn)子。舉例而言，WO 2006/032969A2揭示過這類電機。該公開案提出了一種分為多個區(qū)段的轉(zhuǎn)子，這些區(qū)段安裝在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子環(huán)上。由于風力發(fā)電機越來越大型化，這些設備的功率必然越來越大，安裝起來也就越來越困難。此外，風力發(fā)電站及潮汐發(fā)電站的無齒輪渦輪在運輸和物流方面的要求也很高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是簡化大型電機的運輸。本發(fā)明用以達成上述目的的解決方案為一種具有權(quán)利要求1所述特征的轉(zhuǎn)子。本發(fā)明用以達成上述目的的另一解決方案為一種制造電機的方法，包括以下處理步驟i)為多個呈部分環(huán)形的轉(zhuǎn)子段裝配永磁體，ii)為多個呈部分環(huán)形的定子段裝配線圈，iii)分別將一所述呈部分環(huán)形的轉(zhuǎn)子段與一所述呈部分環(huán)形的定子段組裝成一呈部分環(huán)形的電機元件，以及iv)將按照步驟iii)所制成的電機元件組裝成一閉合環(huán)。從屬權(quán)利要求涉及的是本發(fā)明的有利實施方式。本發(fā)明的核心理念是將電機(特別是永磁同步電機)的轉(zhuǎn)子沿周向分割成多個呈部分環(huán)形的轉(zhuǎn)子段。優(yōu)選沿徑向分割線實施這一分割，分割方式類似于將蛋糕分成蛋糕塊。 將本發(fā)明的環(huán)形轉(zhuǎn)子分成轉(zhuǎn)子段后，空心軸轉(zhuǎn)子的閉環(huán)形狀就解體了。分解后轉(zhuǎn)子的體積明顯小于完整的環(huán)形轉(zhuǎn)子。即使僅將轉(zhuǎn)子分解成兩個各呈180°圓弧的部分環(huán)形轉(zhuǎn)子段，也會明顯減小轉(zhuǎn)子體積，這樣就能通過公路運輸來運送這樣的轉(zhuǎn)子。根據(jù)本發(fā)明的一種有利實施方案，每個轉(zhuǎn)子段均具有至少一個永磁體。這就形成了永磁同步電機。在轉(zhuǎn)子上用永磁體產(chǎn)生激勵場的優(yōu)點是，將單個轉(zhuǎn)子段組裝成環(huán)形轉(zhuǎn)子時不必在各轉(zhuǎn)子段之間建立電連接。永磁體可以粘合在轉(zhuǎn)子段上，或者根據(jù)本發(fā)明的有利實施方案布置在位于轉(zhuǎn)子段上的磁體槽(pouch)中。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施方案，所述轉(zhuǎn)子在兩個端面上各包括一個用于連接所述轉(zhuǎn)子段的環(huán)形法蘭，這樣就不必在各轉(zhuǎn)子段之間建立機械連接。這個法蘭可以是例如風電設備的渦輪法蘭。在此情況下，可以直接在組裝地將呈部分環(huán)形的轉(zhuǎn)子段逐個安裝到渦輪法蘭上。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述轉(zhuǎn)子段包括沿所述轉(zhuǎn)子的軸向堆疊布置的部分環(huán)形磁鋼片，這種實施方式有助于降低轉(zhuǎn)子段的制造成本。所述轉(zhuǎn)子由相互絕緣的磁鋼片構(gòu)成，這樣可以減小轉(zhuǎn)子內(nèi)的磁滯損耗及渦流損耗。本發(fā)明所提出的轉(zhuǎn)子實施方案既適用于內(nèi)轉(zhuǎn)子也適用于外轉(zhuǎn)子。一般情況下需要將完整的發(fā)電機或完整的電動機運送到未來的使用地。有鑒于此，本發(fā)明的一種有利實施方案涉及的是一種電機，其包括一如前述實施方式中任一實施方式所述的轉(zhuǎn)子和一沿周向分為多個呈部分環(huán)形的定子段的定子，其中，所述定子段與所述轉(zhuǎn)子段數(shù)目相同。各定子段優(yōu)選通過徑向定向的分割線相互分開。通過這種結(jié)構(gòu)就可以對電機進行成對的運送和安裝，亦即，先將轉(zhuǎn)子段和對應的定子段成對運往未來的使用地。 隨后再將這些在本發(fā)明的后續(xù)處理過程中又被稱作電機元件的轉(zhuǎn)子段/定子段對組裝為完整電機。特別是對于永磁電機而言，這種成對運送定子段和轉(zhuǎn)子段的方式大大方便了對強永磁體的處理。永磁體的引力極大，因此在對配有永磁體的電機部件進行運輸時必須遵循嚴格的安全規(guī)定。但將轉(zhuǎn)子段與定子段聯(lián)接后，永磁體已經(jīng)與周圍環(huán)境磁隔離，因而不再是一個很大的危險源。成對安裝轉(zhuǎn)子段和定子段還能大幅簡化電機的安裝。根據(jù)本發(fā)明的一種有利實施方案，針對所述電機的每個轉(zhuǎn)子段均設有一個定子段且該定子段的圓弧形周邊的圓心角與所述轉(zhuǎn)子段的圓弧形周邊的圓心角大體相同。通過這種方式產(chǎn)生的電機元件同樣呈圓弧狀，將這些電機元件組裝后就會形成具有空心軸轉(zhuǎn)子的電機。按本發(fā)明的方法制造電機時，先為呈部分環(huán)形的轉(zhuǎn)子段裝配永磁體，隨后為呈部分環(huán)形的定子段裝配用于產(chǎn)生電樞磁場的線圈。接著，分別將一個配有永磁體的轉(zhuǎn)子段與一個配有線圈的定子段連接起來，從而制成前述同樣呈部分環(huán)形的電機元件。其中，例如通過合適的連接件將定子段與轉(zhuǎn)子段連接起來，使得定子段與轉(zhuǎn)子段通過氣隙相隔一定距離，電機組裝完畢后，這個氣隙將定子與轉(zhuǎn)子隔開。接著就可以將電機元件運往未來的使用地，與現(xiàn)有技術(shù)中運送完整轉(zhuǎn)子和完整定子的方式相比，這種電機元件的運送會簡單得多。到達安裝地后再將這種電機元件組裝成閉合環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的有利實施方案，將所述電機安裝到實施為風力發(fā)電機的風電設備上時，可以將預裝電機元件直接安裝到風電設備的渦輪法蘭上，從而直接在將轉(zhuǎn)子安裝到該法蘭上的過程中形成轉(zhuǎn)子的閉環(huán)形狀。根據(jù)這種安裝方式，每次均同時將一個轉(zhuǎn)子段和一個定子段安裝到法蘭上。轉(zhuǎn)子的永磁體在安裝過程中同樣被定子段遮蔽。在此情況下，定子段與轉(zhuǎn)子段特別是被前述連接件隔開。由于磁引力很高而且定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙很窄，因此現(xiàn)有技術(shù)很難將帶永磁體的轉(zhuǎn)子插入定子孔，而本發(fā)明的安裝方法不存在這個問題。


借助于附圖中所示的示例性實施例進一步詳細地解釋并說明本發(fā)明，其中圖1為包括轉(zhuǎn)子段和定子段的電機元件的第一實施方案；圖2為包括轉(zhuǎn)子段和定子段的電機元件的第二實施方案；圖3為表面冷卻式內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電機的區(qū)段的磁鋼片構(gòu)型；圖4為內(nèi)冷式內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電機的區(qū)段的磁鋼片構(gòu)型；圖5為表面冷卻式外轉(zhuǎn)子發(fā)電機的區(qū)段的磁鋼片構(gòu)型；圖6為內(nèi)冷式外轉(zhuǎn)子發(fā)電機的區(qū)段的磁鋼片構(gòu)型；以及圖7為包括電機以及采用本發(fā)明實施方案的轉(zhuǎn)子的風電設備。
具體實施例方式下面借助附圖所示的實施例對本發(fā)明進行詳細說明。圖1為包括轉(zhuǎn)子段和定子段1、5的電機元件的第一實施方案。轉(zhuǎn)子段1和定子段 5均呈180°圓弧狀。將兩個這種形狀的轉(zhuǎn)子段1接合后，就能產(chǎn)生一個完整的帶空心軸的電機轉(zhuǎn)子。也可以將兩個這種形狀的定子段5組合成一個閉合環(huán)，從而形成完整的電機定子。此處所示的電機是永磁同步電機。轉(zhuǎn)子段1實施為內(nèi)轉(zhuǎn)子，相應配有永磁體。這些永磁體實施為埋設磁體(concealed magnet)，亦即，安插在分布于轉(zhuǎn)子段1周邊的凹槽中?？蓪⒂来朋w沿軸向插入這些凹槽。此處所示的轉(zhuǎn)子不受任何電激勵作用，因此由兩個這種區(qū)段構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)也很簡單。安裝過程中不必在這兩個轉(zhuǎn)子段1之間建立電連接。定子段5上設有供用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)場的線圈插入的凹槽，圖中未示出這些凹槽。首先，配有線圈的定子段5通過連接件6與配有永磁體的轉(zhuǎn)子段1建立剛性連接， 其中，確保轉(zhuǎn)子段1與定子段5之間形成可將這兩個區(qū)段隔開的氣隙。只有在這個包括轉(zhuǎn)子段1和定子段5的電機元件與另一個相同樣式的電機元件組裝成完整電機的情況下才拆除連接件6。先將定子段5和轉(zhuǎn)子段1分別安裝在環(huán)形法蘭上，再拆除連接件6。采用這種安裝方式時，轉(zhuǎn)子段1的永磁體在整個組裝過程中都被定子段5遮蔽。這種安裝方式可以防止異物被永磁體的強引力吸引，從而損傷電機甚至給安裝操作人員造成傷害。這樣就可以棄用用在大型常規(guī)發(fā)電機上的現(xiàn)有安裝過程，現(xiàn)有安裝過程必須在保持較窄氣隙的情況下將完整的轉(zhuǎn)子插入完整的定子，實際操作時非常困難。通過按上述方式將電機分解為定子段5和轉(zhuǎn)子段1，本發(fā)明首次在IOrpm至15rpm 條件下將電機功率提高至現(xiàn)代風電設備所要求的5MW、8MW或10MW。這類電機的轉(zhuǎn)子直徑需要達到1 !至1細，這就基本上排除了通過公路來運輸完整轉(zhuǎn)子和完整定子的可能性。圖2為包括轉(zhuǎn)子段和定子段1、5的電機元件的第二實施方案。在圖2及整個申請案中，作用相同的元件用相同參考符號表示。與圖1所示電機元件不同的是，此處所示的電機元件僅形成120°圓弧。與此相應，要有三個轉(zhuǎn)子段1才能接合成一個完整的轉(zhuǎn)子。同樣，完整的定子是由三個所示定子段 5構(gòu)成。圖2示出了環(huán)形法蘭3，組裝電機時將所述轉(zhuǎn)子段安裝到該環(huán)形法蘭上。同樣也為定子段5設置了相應的環(huán)形法蘭。只有在將圓弧形電機元件形式的轉(zhuǎn)子段1與定子段5全部安裝到法蘭上后，才拆除圖1所示的連接件6，從而使電機能夠進行旋轉(zhuǎn)。圖3為表面冷卻式內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電機的區(qū)段的磁鋼片構(gòu)型。附圖所示為轉(zhuǎn)子的磁鋼片 4，這些磁鋼片沿軸向堆疊成前述轉(zhuǎn)子段。這些磁鋼片4中沖壓形成多個孔，也就是用于容納永磁體2的磁體槽。永磁體2可沿軸向插入這些磁體槽。圖中還示出用于制造定子段的其他磁鋼片8。這些磁鋼片中沖壓形成未來的凹槽。 這些其他磁鋼片8還包括用于進行表面冷卻的散熱片10。圖4為內(nèi)冷式內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電機的區(qū)段的其他磁鋼片構(gòu)型。這些磁鋼片包含用于進行內(nèi)冷卻的徑向分布冷卻槽9。圖5和圖6為用于外轉(zhuǎn)子發(fā)電機的磁鋼片構(gòu)型。外轉(zhuǎn)子同樣可以結(jié)合采用圖3、圖 4所揭示的冷卻方案和本發(fā)明的分段式設計。圖7為風電設備7，其包括電機11和采用本發(fā)明實施方案的轉(zhuǎn)子。這個電機實施為帶空心軸的永磁同步電機。轉(zhuǎn)子和定子均采用上述實施方式中的分段結(jié)構(gòu)。這種直接驅(qū)動型風電設備采用的是超大型發(fā)電機，因此，只有將定子和轉(zhuǎn)子分段后才能通過公路運輸將電機11運送到風電設備的安裝地。
權(quán)利要求
1.一種電機，包括一環(huán)形轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子沿周向分為多個呈部分環(huán)形的轉(zhuǎn)子段(1)，所述轉(zhuǎn)子具有一空心軸，其中，可通過分離所述轉(zhuǎn)子段(1)來分解所述轉(zhuǎn)子的閉環(huán)形狀，以及一定子，所述定子沿周向分為多個呈部分環(huán)形的定子段(5)，其中，所述定子段(5)的數(shù)目與所述轉(zhuǎn)子段(1)的數(shù)目相同。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其中，每個轉(zhuǎn)子段(1)均具有至少一個永磁體(2)。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的電機，其中，針對所述轉(zhuǎn)子段(1)的每個永磁體( 均設有一用于布置所述永磁體O)的磁體槽。
4.據(jù)上述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的電機，其中，所述轉(zhuǎn)子在兩個端面上各包括一用于連接所述轉(zhuǎn)子段(1)的環(huán)形法蘭(3)。
5.據(jù)上述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的電機，其中，所述轉(zhuǎn)子段(1)包括沿所述轉(zhuǎn)子的軸向堆疊布置的部分環(huán)形磁鋼片G)。
6.據(jù)上述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的電機，其中，所述轉(zhuǎn)子實施為內(nèi)轉(zhuǎn)子。
7.據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項權(quán)利要求所述的電機，其中，所述轉(zhuǎn)子實施為外轉(zhuǎn)子。
8.據(jù)權(quán)利要求7所述的電機，其中，針對所述電機的每個轉(zhuǎn)子段(1)均設有一定子段 (5)且所述定子段的圓弧形周邊的圓心角與所述轉(zhuǎn)子段的圓弧形周邊的圓心角大體相同。
9.據(jù)權(quán)利要求7或8中任一項權(quán)利要求所述的電機，其中，所述電機實施為用于一風電設備(7)、特別是一無齒輪風電設備的發(fā)電機。
10.一種風電設備(7)，包括一如權(quán)利要求7至9中任一項權(quán)利要求所述的電機。
11.一種制造一電機的方法，包括以下處理步驟i)為多個呈部分環(huán)形的轉(zhuǎn)子段(1)裝配永磁體0)， )為多個呈部分環(huán)形的定子段(5)裝配線圈，iii)分別將一所述呈部分環(huán)形的轉(zhuǎn)子段(1)與一所述呈部分環(huán)形的定子段( 組裝成一呈部分環(huán)形的電機元件，以及iv)將按照步驟iii)所制成的電機元件組裝成一閉合環(huán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，將按照步驟iii)所裝成的電機元件直接安裝到一風電設備(7)的一渦輪的一法蘭上，從而通過將所述電機元件安裝在所述法蘭上來實施所述步驟iv)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12中任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，制造所述轉(zhuǎn)子段(1) 時，以沖壓方式產(chǎn)生呈部分環(huán)形的磁鋼片G)，將所述以沖壓方式形成的磁鋼片(4)沿所述轉(zhuǎn)子的軸向進行堆疊布置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶一空心軸的用于一電機的環(huán)形轉(zhuǎn)子。為了能夠?qū)@種特定而言超大尺寸的電機進行運送，所述轉(zhuǎn)子沿周向分為多個呈部分環(huán)形的轉(zhuǎn)子段(1)。所述轉(zhuǎn)子還具有一空心軸，其中，可通過分離所述轉(zhuǎn)子段(1)來分解所述轉(zhuǎn)子的閉環(huán)形狀。
文檔編號H02K1/27GK102474166SQ201080031773
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者安德烈亞斯·約克爾, 馬丁·容格 申請人:西門子公司