本公開涉及一種永磁電機(jī)，例如，其可以是(但并非必須是)船用軸發(fā)電機(jī)或其它系統(tǒng)的電機(jī)，其中即使在繞組故障的情況下，電機(jī)也不能與機(jī)械動力線分離。此外，本公開涉及一種用于永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子和一種使永磁電機(jī)停用的方法。

背景技術(shù)：

永磁電機(jī)的固有優(yōu)點是具有良好的效率，因為永磁鐵與電磁體相比無損耗地產(chǎn)生磁場。另一方面，當(dāng)永磁電機(jī)為即使在繞組故障時，電機(jī)也不能與機(jī)械動力線分離的船用軸發(fā)電機(jī)或者其它系統(tǒng)的電機(jī)時，永磁電機(jī)也面臨挑戰(zhàn)。結(jié)合典型的永磁電機(jī)，挑戰(zhàn)之一涉及以下事實：在永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在定子繞組的故障期間，例如匝間故障期間，永磁體所產(chǎn)生的磁場也在定子繞組上感生電壓。這可能產(chǎn)生故障電流，從而可能導(dǎo)致危險情況。

直接的方法是在故障發(fā)生后保持永磁電機(jī)停止，即不旋轉(zhuǎn)，但這并非在所有情況下都是可能的。例如，船只的推進(jìn)軸僅允許停止規(guī)定的較短時間。因此，永磁體軸發(fā)電機(jī)應(yīng)在允許推進(jìn)軸停止的相對較短的時間內(nèi)停用。停用永磁體軸發(fā)電機(jī)基本上有以下兩個選項：a)將轉(zhuǎn)子與推進(jìn)軸以機(jī)械方式斷開，以及b)消除由永磁體引起的磁場。取決于可用的結(jié)構(gòu)和空間，將轉(zhuǎn)子與推進(jìn)軸以機(jī)械方式斷開是一項艱巨的任務(wù)，并且會花費太長的時間。通常，消除由永磁體引起的磁場，即，使永磁體退磁，則需要熱和/或強(qiáng)的外部反作用磁場或這兩者的組合。這當(dāng)然也會破壞永磁體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

以下給出了簡要概述，從而提供對各種發(fā)明實施例的一些方面的基本理解。概述不是本發(fā)明的詳盡綜述。其既不旨在標(biāo)識本發(fā)明的關(guān)鍵或重要要素，也不旨在描述本發(fā)明的范圍。以下概述僅以簡化的形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念，作為對本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的更詳細(xì)描述的序言。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種新的用于永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述永磁電機(jī)例如可以是(但并非必須是)組裝在船舶的推進(jìn)軸上/周圍的船用軸發(fā)電機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子包括：

-第一轉(zhuǎn)子部分，包括產(chǎn)生具有極距的磁場的第一永磁體，

-第二轉(zhuǎn)子部分，包括產(chǎn)生具有相同極距的磁場的第二永磁體，第一和第二轉(zhuǎn)子部分在軸向上連續(xù)，以及

-用于將第一轉(zhuǎn)子部分連接到軸的第一聯(lián)接系統(tǒng)，和用于將第二轉(zhuǎn)子部分連接到軸或連接到第一轉(zhuǎn)子部分的第二聯(lián)接系統(tǒng)。

第二轉(zhuǎn)子部分可響應(yīng)于第二聯(lián)接系統(tǒng)的釋放而相對于第一轉(zhuǎn)子部分旋轉(zhuǎn)與極距對應(yīng)的角度，從而使第一和第二永磁體所產(chǎn)生的定子磁通鏈基本為零。在第二轉(zhuǎn)子部分旋轉(zhuǎn)與極距對應(yīng)的角度之后，即使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，永磁體也基本上不會在定子繞組上感生電壓。

上述第二聯(lián)接系統(tǒng)例如可包括在第一和第二轉(zhuǎn)子部分之間的安全銷。在故障情況下，安全銷可被破壞或移除，從而第二轉(zhuǎn)子部分可相對于第一轉(zhuǎn)子部分旋轉(zhuǎn)。安全銷例如可設(shè)置有螺栓頭，從而能夠通過扭轉(zhuǎn)所考慮的安全銷而破壞每個安全銷。第二聯(lián)接系統(tǒng)還可包括在第一和第二轉(zhuǎn)子部分之間的螺栓。在故障情況下，可利用例如電動工具快速移除所述螺栓。第一和第二轉(zhuǎn)子部分中的每一個也可例如通過聯(lián)軸器而單獨與軸連接，使相同的磁極軸向?qū)R。在故障情況下，一個轉(zhuǎn)子部分相對于另一轉(zhuǎn)子部分旋轉(zhuǎn)與極距對應(yīng)的角度，使得當(dāng)沿軸向方向看去時，轉(zhuǎn)子部分的相反的磁極對齊。

根據(jù)本發(fā)明，還提供一種新的永磁電機(jī)，其包括定子和根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子。

根據(jù)本發(fā)明，還提供一種新的使永磁電機(jī)停用的方法，所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括：在軸向上連續(xù)的第一和第二轉(zhuǎn)子部分，用于將第一轉(zhuǎn)子部分連接到軸的第一聯(lián)接系統(tǒng)，以及用于將第二轉(zhuǎn)子部分連接到軸或連接到第一轉(zhuǎn)子部分的第二聯(lián)接系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的方法包括：

-釋放第二聯(lián)接系統(tǒng)，以使第一和第二轉(zhuǎn)子部分能夠相對于彼此旋轉(zhuǎn)，以及

-使第一和第二轉(zhuǎn)子部分相對于彼此旋轉(zhuǎn)與第一和第二轉(zhuǎn)子部分的永磁體所產(chǎn)生的磁場的極距對應(yīng)的角度，從而將第一和第二轉(zhuǎn)子部分在永磁電機(jī)的定子繞組上產(chǎn)生的磁通鏈設(shè)置為基本為零。

上述方法的原理可被認(rèn)為是消除由永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的定子磁鏈的新方法。

在所附的從屬權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的多個示例性和非限制性實施例。

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，從以下對具體的示例性和非限制性實施例的描述中，將最好地理解本發(fā)明的各種示例性和非限制性實施例的結(jié)構(gòu)及操作方法，以及其它目的和優(yōu)點。

本文中使用的動詞“包括”和“包含”是開放性的限制，既不排除也不要求存在未記載的特征。除非另有明確說明，否則所附的從屬權(quán)利要求中限定的特征可以相互自由組合。此外，應(yīng)當(dāng)理解，貫穿本文使用的“一”或“一個”，即單數(shù)形式，并不排除多個。

附圖說明

以下參照附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的示例性和非限制性實施例及其優(yōu)點，其中：

圖1a-1j示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的永磁轉(zhuǎn)子，

圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的永磁電機(jī)，

圖2b示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的永磁電機(jī)的定子繞組的電路圖，及

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的使永磁電機(jī)停用的方法的流程圖。

具體實施方式

以下描述中所提供的具體示例不應(yīng)被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍和/或適用性。除非另有明確說明，否則在說明書中所提供的實施例的清單和組并非為窮舉。

圖1a示出了用于永磁電機(jī)的、根據(jù)本發(fā)明示例性和非限制性實施例的轉(zhuǎn)子101的局部剖視圖。轉(zhuǎn)子101的旋轉(zhuǎn)軸線與坐標(biāo)系199的z軸平行。與局部剖視圖相對應(yīng)的一個截面與坐標(biāo)系199的xz平面平行，另一截面與坐標(biāo)系199的yz平面平行，從而使截面與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線重合。圖1b示出了轉(zhuǎn)子101的等距視圖，圖1c示出了沿圖1b中所示的線A-A截取的截面的一部分。與圖1c相對應(yīng)的截面與坐標(biāo)系199的yz平面平行。各個圖1a-1c中所示的坐標(biāo)系199示出了與圖1a-1c相關(guān)的觀察方向。

轉(zhuǎn)子101包括第一轉(zhuǎn)子部分102，第一轉(zhuǎn)子部分102包括產(chǎn)生具有極距pp的磁場的第一永磁體。在圖1a中，用附圖標(biāo)記104表示其中一個第一永磁體。圖1a和1b示出了極距pp。轉(zhuǎn)子101包括第二轉(zhuǎn)子部分103，第二轉(zhuǎn)子部分103包括產(chǎn)生具有相同極距pp的磁場的第二永磁體。在圖1a中，用附圖標(biāo)記105表示其中一個第二永磁體。在圖1a中，用字母“N”表示的每個永磁體的N極背離轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線，S極朝向轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線。相應(yīng)地，用字母“S”表示的每個永磁體的S極背離轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線，N極朝向轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線。從圖1a-1c可以看出，第一和第二轉(zhuǎn)子部分102和103在軸向方向上、即在坐標(biāo)系199的z方向上是連續(xù)的。

轉(zhuǎn)子101包括用于將第一轉(zhuǎn)子部分102固定到軸115的第一聯(lián)接系統(tǒng)106。在圖1a-1c所示的示例性情況中，第一聯(lián)接部分106包括具有錐形表面的聯(lián)接元件，當(dāng)采用螺栓將聯(lián)接元件軸向地彼此壓靠時，其中的一個聯(lián)接元件徑向壓靠在軸上。在圖1c中，用附圖標(biāo)記121表示上述錐形表面。

轉(zhuǎn)子101包括用于將第二轉(zhuǎn)子部分103連接到第一轉(zhuǎn)子部分102的第二聯(lián)接系統(tǒng)119。在該示例性情況下，第二聯(lián)接系統(tǒng)119可包括這種設(shè)置：其中第二轉(zhuǎn)子部分103由第一轉(zhuǎn)子部分102的中心部分118旋轉(zhuǎn)地支撐。但是，第二聯(lián)接系統(tǒng)119也可包括這種設(shè)置：其中第二轉(zhuǎn)子部分103直接由軸115支撐。在該示例性情況下，第二轉(zhuǎn)子部分103可借助于由銅或其它合適的軸承材料制成的襯套116和117而被中心部分118旋轉(zhuǎn)地支撐。中心部分118的圓柱面表面或第二轉(zhuǎn)子部分103的圓柱面表面也可涂覆有銅或其它合適的軸承材料。襯套116和117或相應(yīng)的涂層減少摩擦并防止磨損。第二聯(lián)接系統(tǒng)119還包括以扭矩傳遞的方式將第一和第二轉(zhuǎn)子部分102和103彼此連接的安全銷。在圖1a和1c中，安全銷中的一個用附圖標(biāo)記107表示。圖1d中也示出了安全銷107。在該示例性轉(zhuǎn)子中，每個安全銷的第一端被成形為可利用例如套筒扳手等工具扭轉(zhuǎn)，并且每個安全銷的第二端不可旋轉(zhuǎn)地鎖定到第二轉(zhuǎn)子部分103，從而能夠通過扭轉(zhuǎn)安全銷的第一端而破壞安全銷。在圖1c和1d中，用附圖標(biāo)記109表示安全銷107的第一端。在圖1b中也示出了安全銷107的第一端109。每個安全銷的第一端例如可被設(shè)置具有如圖1c和1d所示的六角形螺栓頭。代替安全銷，也可采用以扭矩傳遞方式將第一轉(zhuǎn)子部分102和第二轉(zhuǎn)子部分103彼此連接的螺栓。

第二轉(zhuǎn)子部分103可被設(shè)置成通過破壞上述安全銷而相對于第一轉(zhuǎn)子部分102可旋轉(zhuǎn)。在安全銷被破壞后，第二轉(zhuǎn)子部分103由上述襯套116和117旋轉(zhuǎn)地支撐。在故障的情況下，使得第二轉(zhuǎn)子部分103可相對于第一轉(zhuǎn)子部分102旋轉(zhuǎn)，然后第二轉(zhuǎn)子部分103相對于第一轉(zhuǎn)子部分102旋轉(zhuǎn)與極距pp對應(yīng)的角度，當(dāng)沿軸向方向看去時，第一和第二轉(zhuǎn)子部分的相反的磁極對齊。由此推論，定子磁通鏈基本變?yōu)榱?，因此可允許轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而不會帶來導(dǎo)致進(jìn)一步損壞的巨大風(fēng)險。

示例性轉(zhuǎn)子101還包括彈簧加載的鎖定裝置，用于響應(yīng)于第二轉(zhuǎn)子部分相對于第一轉(zhuǎn)子部分已旋轉(zhuǎn)與極距pp對應(yīng)的角度，而將第二轉(zhuǎn)子部分103相對于第一轉(zhuǎn)子部分102鎖定。圖1e示出了轉(zhuǎn)子101的一部分。圖1e示出了軸向朝向第二轉(zhuǎn)子部分103的、第一轉(zhuǎn)子部分102的表面的一部分。此外，圖1e示出了第二轉(zhuǎn)子部分103的一部分的剖視圖，該部分的截面與坐標(biāo)系199的xz平面平行并與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線重合。圖1f示出了轉(zhuǎn)子的一部分的剖視圖，該部分的截面與坐標(biāo)系199的xz平面平行并與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線重合。在圖1e和1f中，用附圖標(biāo)記108表示一個上述彈簧加載的鎖定裝置。彈簧加載的鎖定裝置108的末端位于兩端具有鎖定凹陷的拱形凹槽中。在圖1e中，用附圖標(biāo)記122表示鎖定凹陷之一。當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)子部分103相對于第一轉(zhuǎn)子部分102旋轉(zhuǎn)，使彈簧加載的鎖定裝置108的末端與鎖定凹陷122對準(zhǔn)時，圖1e和1f中所示的彈簧將彈簧加載的鎖定裝置108的末端沿軸向方向推入到鎖定凹陷122中，因此第二轉(zhuǎn)子部分103相對于第一轉(zhuǎn)子部分102被鎖定。

圖1g示出處于其正常工作模式的轉(zhuǎn)子101，其中當(dāng)從軸向方向、即z方向看去時，第一和第二轉(zhuǎn)子部分102和103的永磁體的N極彼此對齊，并且相應(yīng)地，從軸向方向看去時，第一和第二轉(zhuǎn)子部分102和103的永磁體的S極彼此對齊。圖1h示出了朝向第二轉(zhuǎn)子部分103的、第一轉(zhuǎn)子部分102的表面。此外，圖1h還示出了彈簧加載的鎖定裝置108相對于第一轉(zhuǎn)子部分102的位置，以及安全銷107的橫截面。圖1i示出了處于磁通消除模式的轉(zhuǎn)子101，其中第二轉(zhuǎn)子部分103已相對于第一轉(zhuǎn)子部分102旋轉(zhuǎn)與極距pp對應(yīng)的角度，使得從軸向方向、即z方向看去時，第一和第二轉(zhuǎn)子部分的相反的磁極對齊。圖1j示出了在圖1i所示的磁通消除模式中第一轉(zhuǎn)子部分102的朝向第二轉(zhuǎn)子部分103的表面。從圖1j可以看出，彈簧加載的鎖定裝置108已移動到拱形凹槽的端部。在圖1j中，附圖標(biāo)記107表示安全銷107的被破壞表面，而在圖1中，附圖標(biāo)記107表示未被破壞的安全銷107的橫截面。

值得注意的是，根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的轉(zhuǎn)子可包括在軸向上連續(xù)的兩個以上的轉(zhuǎn)子部分。以上所提出的用于將定子磁通鏈基本上設(shè)置為零的原理也適用于在故障情況下可以相對于彼此旋轉(zhuǎn)的在軸向上連續(xù)的兩個以上的轉(zhuǎn)子部分的情況，例如，四個在軸向上連續(xù)的轉(zhuǎn)子部分。此外，也可采用不同于上述方式的手段來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子部分和軸之間的機(jī)械連接以及使轉(zhuǎn)子部分相對于彼此旋轉(zhuǎn)的可能性。

圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的永磁電機(jī)。永磁電機(jī)包括定子210和相對于定子可旋轉(zhuǎn)地支撐的轉(zhuǎn)子201。在圖2a中未示出用于相對于定子210可旋轉(zhuǎn)地支撐轉(zhuǎn)子201的軸承。轉(zhuǎn)子201包括在軸向上連續(xù)的轉(zhuǎn)子部分202和203，并且轉(zhuǎn)子201以扭矩傳遞方式連接到軸215。轉(zhuǎn)子201例如可以是如上參照圖1a-1j所描述的轉(zhuǎn)子。定子210包括定子繞組211和定子芯結(jié)構(gòu)214。定子芯結(jié)構(gòu)214有利地包括沿永磁電機(jī)的軸向、即坐標(biāo)系299的z方向堆疊的鐵磁片堆疊。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的永磁電機(jī)中，定子繞組211包括星形連接的相繞組。永磁電機(jī)還可包括位于每個相繞組和星形連接的相繞組的星點之間的開關(guān)。圖2b示出了在星形連接的相繞組構(gòu)成三相繞組的示例性情況下的定子繞組的電路圖。在圖2b中，用附圖標(biāo)記212表示相繞組和星點之間的開關(guān)。永磁電機(jī)還可包括在用于將永磁電機(jī)連接到外部電氣系統(tǒng)的每個電端子處的開關(guān)。在圖2b中，用附圖標(biāo)記213表示電端子u、v和w處的開關(guān)。

圖3示出了使永磁電機(jī)停用的、根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的方法的流程圖，所述永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括：在軸向上連續(xù)的第一和第二轉(zhuǎn)子部分，用于將第一轉(zhuǎn)子部分連接到軸的第一聯(lián)接系統(tǒng)，以及用于將第二轉(zhuǎn)子部分連接到軸或連接到第一轉(zhuǎn)子部分的第二聯(lián)接系統(tǒng)。所述方法包括以下動作：

-動作301：釋放第二聯(lián)接系統(tǒng)，使第一和第二轉(zhuǎn)子部分能夠相對于彼此旋轉(zhuǎn)，并且隨后

-動作302：使第一和第二轉(zhuǎn)子部分相對于彼此旋轉(zhuǎn)與由第一和第二轉(zhuǎn)子部分的永磁體所產(chǎn)生的磁場的極距對應(yīng)的角度，從而將由第一和第二轉(zhuǎn)子部分在永磁電機(jī)的定子繞組上產(chǎn)生的磁通鏈設(shè)置為基本為零。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的方法中，在第二轉(zhuǎn)子部分已相對于第一轉(zhuǎn)子部分旋轉(zhuǎn)與極距對應(yīng)的角度之后，第一轉(zhuǎn)子部分和第二轉(zhuǎn)子部分借助于至少一個彈簧加載的鎖定裝置而彼此鎖定。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的方法中，釋放第二聯(lián)接系統(tǒng)包括破壞一個或多個安全銷，所述一個或多個安全銷在未被破壞時以扭矩傳遞的方式將第一和第二轉(zhuǎn)子部分彼此連接。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的方法中，通過利用工具扭轉(zhuǎn)所考慮的安全銷的第一端來破壞每個安全銷，每個安全銷的第一端被成形為可與工具一起扭轉(zhuǎn)，并且每個安全銷的第二端不可旋轉(zhuǎn)地被鎖定到所述第一和第二轉(zhuǎn)子部分中的一個，從而使得能夠通過扭轉(zhuǎn)所述安全銷的第一端便可破壞所述安全銷。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的方法中，釋放第二聯(lián)接系統(tǒng)包括移除以扭矩傳遞方式將第一和第二轉(zhuǎn)子部分彼此連接的一個或多個螺栓。

在永磁電機(jī)為組裝在船舶的推進(jìn)軸上/周圍的軸發(fā)電機(jī)的船舶應(yīng)用中，根據(jù)本發(fā)明的示例性和非限制性實施例的方法例如可包括以下動作：

1)停止發(fā)動機(jī)對軸的驅(qū)動，

2)打開軸發(fā)電機(jī)的發(fā)動機(jī)側(cè)維修口，

3)確定安全銷或?qū)⒌谝缓偷诙D(zhuǎn)子部分彼此鎖定的其它裝置的位置，

4)斷開安全銷或停用上述其它裝置，從而停止第一和第二轉(zhuǎn)子部分之間的扭矩傳遞，

5)起動發(fā)動機(jī)-由于例如二沖程柴油機(jī)等發(fā)動機(jī)的波動扭矩以及第二轉(zhuǎn)子部分的慣性，飛輪效應(yīng)迫使第二轉(zhuǎn)子部分相對于第一轉(zhuǎn)子部分旋轉(zhuǎn)，以及

6)利用彈簧加載的鎖定裝置，在從第一和第二轉(zhuǎn)子部分的原始相互旋轉(zhuǎn)位置偏離一個極距的旋轉(zhuǎn)位置，將第二轉(zhuǎn)子部分鎖定到第一轉(zhuǎn)子部分。

在由彈簧加載的鎖定裝置鎖定的旋轉(zhuǎn)位置處，定子磁通鏈基本為零，因此即使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，永磁體也基本上不會在定子繞組上感生電壓。因此，故障電流基本為零。

對包含如圖1a-1j所示的轉(zhuǎn)子的永磁電機(jī)進(jìn)行測試。在圖1g所示的正常工作模式下，永磁體在定子25繞組上所感生的無負(fù)載電動勢“EMF”在額定轉(zhuǎn)速下約為500V_RMS。在圖1i所示的磁通消除模式下，轉(zhuǎn)子部分已經(jīng)相對于彼此旋轉(zhuǎn)一個極距，永磁體在定子繞組上所感生的無負(fù)載電動勢在額定轉(zhuǎn)速下小于5V_RMS。因此，磁通消除模式下的無負(fù)載電動勢小于正常工作模式下的無負(fù)載電動勢的1％。出于比較的目的，值得一提的是，在標(biāo)準(zhǔn)的電勵磁同步電機(jī)中，當(dāng)激勵被關(guān)斷時的無負(fù)載電動勢通常明顯高于與額定激勵相對應(yīng)的無負(fù)載電動勢的1％。這歸因于電勵磁同步電機(jī)的鐵磁轉(zhuǎn)子芯中的剩磁通量。

以上給出的描述中所提供的具體示例不應(yīng)被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍和/或適用性。除非另有明確說明，否則在以上給出的描述中所提供的示例的清單和組并非為窮舉。