專利名稱：永磁體模塊和包括該模塊的電機轉子的制作方法
技術領域：
本發明的目的是根據權利要求1的前序部分的永磁體模塊。本 發明的另一個目的是根據權利要求11的前序部分的受永磁體激勵的 電枳4爭子。
背景技術：
高效永磁體在電機轉子中，特別地是在同步電機的轉子中日益 普遍。磁體基于包含稀土金屬諸如釹的化合物。在大功率同步電機 中這種強大的永磁體的使用已經擴展到若干新應用領域，這些新應 用領域往往要求很高而且環境條件艱苦。基于稀土金屬的永磁體的 一般特性包括易碎結構和易腐蝕，特別地是在濕度和溫度變化的操 作環境下。
大功率電機的冷卻設置有通過定子和轉子的冷卻劑通道。冷卻 永磁激勵電機的轉子的 一 個方案包括從轉子內部延伸到達轉子外周
主動轉子框架沿轉子軸方向劃分成若干部分。在大型電機中，定子 和/或轉子芯包括在生產該電機時沿軸向彼此相鄰放置的模塊，可能 在芯模塊之間留有小的間隙。在由永磁體激勵的轉子中，磁體只安 裝在對應于轉子片模塊的位置，因為只有通過轉子片模塊的磁通量 有效地參與電機操作。當嵌入轉子中的永磁體用于激勵電機時，必 須將永磁體從轉子端推送到適當位置。同時，必須保證永/磁體置于 對應于片模塊的位置而不是冷卻通道或其他間隙的位置。
從公告JP2001-16808已知一種方案，其中若干永》茲體^皮包裝在 一個共同的外殼內，該外殼還包括在冷卻通道的位置分隔永磁體的 間隔片。在這種情況下，永磁體將被精確地放置在轉子的鐵芯上，
4但是所安裝的永磁體模塊同時會阻擋徑向冷卻通道。
在安裝嵌入轉子結構的永》茲體時，還必須保護永/磁體以防機械磨損，因為為了安裝永磁體而形成的開口的邊緣并不 一定光滑而且
也沒有經濟實用的方法可以使之變得光滑。常^L的永磁體涂層諸如薄層樹脂不提供充分的保護。涂層上的小劃痕可能導致腐蝕損壞并且進一步損壞永磁體。
發明內容
本發明的目的在于制造一種新的永磁體模塊，特別地適用于其中永磁體嵌入轉子芯的電機轉子。為實現該目的，根據本發明的永磁體模塊的特征在于權利要求1的特征部分所規定的特性。相應地，根據本發明的電機轉子的特征在于權利要求11的特征部分所規定的特性。而且，本發明一些優選實施方式的特征在于從屬權利要求中定義的特征。
通過本發明，與較早的方案相比，可獲得若干顯著益處和改善。在安裝階段處理永磁體將是簡單安全的，沒有損害永磁體表面或結構的危險。要更換永磁體，可將模塊通過安裝孔拖出。
永磁體在垂直方向上在勵磁方向受到支撐。由于模塊蓋(cover)上的折起或突起，永磁體不能橫向或縱向移動，也就是，不能平行于電機的軸或沿周向移動。
當電機具有徑向冷卻通道時，根據本發明集成于模塊中的支承結構保證永/磁體相對于冷卻通道正確地對齊。通過纟莫塊外殼外表面的適當設計易于實現所需要的安裝方式。
根據本發明 一 個優選的特性，模塊結構的頂部和底部表面是鐵》茲材料的，激勵電才幾的》茲通量直接地/人永》茲體傳向空氣間隙并且相應地傳向轉子的內芯。
根據本發明另一個優選的實施方式，該模塊具有半開放結構，在該情況下在永磁體邊緣沒有導磁材料，并且雜散磁通量不能從永磁體的一個》茲極到相對f茲才及在永/磁體的端部閉合。這樣，永》茲體產生的激勵功率盡可能高。
根據 一個優選的實施方式，在模塊蓋的頂部和底部表面制造開口 。這將降低模塊中的渦流損耗。
以下將參照附圖詳細描述本發明的一些實施方式，附圖中
-圖1示出了根據本發明的模塊的一部分的透視圖，
-圖2示出了根據本發明的模塊的透視圖，
-圖3示出了根據本發明的轉子在軸向上的部分橫截面，
-圖4示出了圖3的垂直于軸的A-A剖面，
-圖5示出了根據本發明的另一個模塊的一部分的透視圖，
-圖6示出了根據本發明的第三模塊的一部分的透視圖，以及
-圖7示出了一些替代的模塊蓋和磁體結構的一部分的透視圖。
具體實施例方式
圖1是根據本發明的模塊的透視圖，更準確地，是模塊蓋3的透視圖，三個永磁體6安裝在蓋上。模塊蓋3由薄的鐵磁片制成。在模塊蓋3上已形成五個光滑的固定面4。固定面的大小對應于永磁體的頂面6和底面20的大小。固定面4由在才莫塊邊纟彖的側折起8和IO限定。折起已通過將蓋3的邊緣垂直于固定面4彎折而產生。相應地，蓋3的端部具有限定模塊的最外固定面4的端折起12。在最外固定面的相對一側以及在其間每個固定面4之間已形成類似的間折起13。這樣，在兩個相鄰的固定面4之間有兩個間折起13沿模塊縱向限定相鄰的固定面4。因此永》茲體在端面22處由間折起13或端折起12支撐。已在蓋3上連續的間折起13之間制造開口 14。該開口優選地通過切割蓋板并且將邊緣垂直于固定面4折起而產生。
模塊的蓋3的結構為永磁體6提供了精確位置，其中永磁體6被橫向和縱向的支撐固定不動。在永i茲體之間留有開口 14，所述開口以下文將要討論的方式位于轉子的徑向通道上。如正中間的固定面7上的網格圖形所示，膠水、固定樹脂或其他這樣的物質涂覆于固定面4上。
如圖2所示，通過將永磁體6粘附到模塊蓋3的固定面4上并且隨后將另一個蓋3粘附到永磁體6的頂部以形成模塊頂面26,從而組裝模塊2。在粘附前，永磁體有利地已經使用環氧樹脂漆進行了表面處理。已經使用環氧樹脂漆對不會與模塊蓋3接觸的永磁體表面進行了保護以防止環境濕度和其他雜質造成腐蝕。在安裝、運輸和儲藏過程中，鐵磁蓋從上部和下部保護永磁體。另外，蓋3的側折起8和10保護永磁體的側面24以防止外部損壞。在永磁體的側面24處，模塊底部蓋3的側折起8和模塊頂部蓋26的側折起28之間保留間隙30,防止永磁體產生的磁通量穿過鐵磁蓋在第一和第二磁才及之間閉合。在圖1和圖2所示的實施方式中，側折起8、 10和28的邊緣為波浪形，使得折起在永-磁體6處比在開口 14處稍低。這樣有效地防止永磁體》茲極之間的雜散》茲通量并且才莫塊的機械結構在開口 14處得到加強，這對于包括若干磁體的長模塊而言可能是個重要特性。側折起的邊緣也可以是直的，在這種情況下其高度應充分地滿足上述兩個要求。
根據本發明的一個實施方式，永磁體6首先被磷化并且隨后被粘附到模塊的頂部蓋3和底部蓋26。組裝好的模塊隨后作為整體通過例如浸沒而刷漆。在本發明思想范圍內也可以用其他永石茲體表面處理方法和物質。
端折起12在永磁體模塊2的兩端都留有空的區域。空的區域由側折起8、 10和28的端部32限定，并且其長度是永磁體之間的開口 14的一半。當若干模塊沿轉子軸方向前后連續安裝時，在轉子的徑向通道上，兩個相鄰的模塊之間將保持開口 14大小的空的空間。對于沿轉子軸方向的最后一個模塊，側折起32的端部限定到轉子端板的距離并且作為沿轉子軸方向的支撐元件。
圖3是根據本發明的轉子34的部分橫截面，根據本發明該轉子安裝在八f茲^l同步電才幾中。圖4示出了圖3的A-A剖面。安裝在軸3 6上的轉子芯3 8是用導磁片制作的。該轉子包括在軸上的五個連續芯截面(section)，這些截面由徑向通風道40分隔，轉子冷卻空氣經過徑向通風道40沿徑向以已知的方式向轉子的外圍流動。轉子芯在軸向上具有開口 42以使結構變輕并且引導冷卻空氣通過轉子。在轉子外周，通過嵌入芯的兩個平行的永磁體模塊2形成轉子磁極。永磁體模塊已經在轉子長度上被裝配入開口 43內，轉子長度方向定向為轉子縱軸。兩個模塊2均與圖2所示的一致。在周向上兩個模塊之間存在狹窄的芯帶44并且在兩個模塊和磁極的邊緣之間存在芯帶46。芯帶44和46支撐轉子磁極的外部和永》茲體才莫塊以抵抗離心力。
通過將永磁體模塊從轉子端推入開口 43而將其安裝到位。模塊2的端部32靠在轉子另一端的轉子端板48上，使得永磁體6與轉子芯38對齊，并且才莫塊2中的開口 14與徑向通道40對齊。通過將第二轉子端板(未示出)固定到位而封閉開口 43。端板在轉子兩端將開口 43封閉并且將永/磁體才莫塊沿軸向鎖定在適當位置上。也可以在永磁體模塊由其推入到位的 一端使用單獨的封閉板來封閉開口 43 。在這種情況下，當安裝永磁體模塊時，兩塊轉子端板都已經就位。將模塊2裝配到開口 43內總是要求在模塊和開口壁之間存在間隙，并且根據現有技術可以使用樹脂將模塊粘附在適當位置。
圖5示出了根據本發明的模塊的另一種結構。永磁體模塊的蓋50由鐵磁片制成。該片的邊緣被彎折以形成模塊的側邊58。側邊58在模塊的整個長度上是均一的，但是其高度使得在底部蓋50和頂部蓋(未示出)的側邊之間保持有間隙。蓋有用于永磁體的平表面64,其由永磁體之間的折起或突起54限定以分隔磁體，并且相應地在模塊的兩端由折起或突起52限定。永磁體60的外形與圖l和圖2示出的永磁體一致，并且已經從其頂面20粘附到模塊蓋的頂部并且在平表面64處從其底面粘附到模塊蓋的底部50。在這種情況下，永磁體之間保持狹窄的間隙，該間隙由突起54的寬度限定。
參照永磁體61示出了一種替代的結構，其形成使得，在頂部和底部表面上切割出小斜面56以對應于突起52和54。這樣相鄰的永磁體在其端面上彼此接觸。在圖中，已經也在模塊的底部和頂部蓋上形成縱向突起68 。這些突起向蓋的外側伸出，即與永不茲體相背。在將模塊裝配進轉子時突起形成有利的滑動并且定位表面。
圖6示出了根據本發明的模塊的第三結構。模塊的蓋103由薄的鐵磁板制成。如參照圖5所述，在板的側邊形成均一的側折起58。在底部蓋和頂部蓋的側折起之間保持有開》文的間隙，并且該間隙防止雜散》茲通量從永/磁體6的一個》茲極到相對》茲極閉合。如圖1和圖2的實施方式，已經在永磁體6之間在蓋103中制作了開口 114。隔片或間隔片105安裝在蓋103兩側。間隔片105位于相鄰的永^茲體6之間并且其高度與永》茲體6的高度相同。這樣間隔片105從底部蓋3延伸到模塊的頂部蓋。間隔片105的寬度基本上與開口 14的寬度相同。這樣間隔片105沿模塊縱向將永磁體6保持在其位置上。間隔片105的厚度與側折起58和開口 114的邊緣之間的距離一致。蓋的折起107沿模塊橫向支撐間隔片105。間隔片105由非鐵磁材料，例如塑料或橡膠制成，并且在組裝模塊時被粘附到永磁體6上。在開口 114的側邊緣上制作折起111以沿模塊縱向支撐永磁體6。由于被牢固地附著在永磁體6上時間隔片105靠在頂部和底部蓋103上，間隔片105使模塊更堅固更不易彎曲。
在模塊端部設置隔片或間隔片109。間隔片109的結構與間隔片105的結構相同。當若干模塊順序地安裝到轉子的同一個開口 43內時，間隔片109作為緩沖器。
圖7示出了替代的模塊蓋結構，其影響蓋的磁屬性并且特別地將降低模塊內的渦流損耗。圖7也示出了各種永磁體的組合。圖7示出了與圖l類似的模塊蓋，與圖1中相同的部分采用相同的參考標號。圖7也示出將相鄰永磁體塊;波此隔開的開口 14。第一》茲體塊包括兩個大小相同的永磁體70,其彼此接觸并且被裝配到蓋的第一固定面上。第二》茲體塊包括尺寸不同的三個永》茲體72、 74和76,其4皮此相鄰地#:粘附到第二固定面上。三個其他的固定面78、 80和82示出各種模塊蓋結構。在蓋固定面78的整個表面區域已經制作了孔 84。在固定面80上有橫貫模塊縱向的間隙86。間隙的長度基本上與
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文衣曰。；tg岡&叫丄w'、j 7jv/P然，w'、j tw夂4W l口J 。 '口J W、 oo ti'v見/夂入雙丄巧血 板的厚度相同。在固定面82上已經沿模塊縱向制作了間隙88。間隙
的長度基本上與永磁體的寬度一致。間隙的寬度也基本上與蓋的厚
度相等。孔84和長間隙86和88降低模塊內的渦流損耗。
圖7在模塊的不同部分示出了各種結構方案。必須理解， 一般
地，所示結構方案中的一種用于模塊的所有部分。
可以在永磁體模塊的蓋上增加磁極標記，以便易于在電機中建
立》茲體的方向。可以通過將小凸塊壓入才莫塊蓋上相鄰永/磁體之間來
對齊永磁體的位置。用這種方法，當模塊包括若干彼此幾乎接觸的
永i茲體時，例如當電機沒有徑向通道或徑向通道的間距對應于兩個
或三個永磁體時，可以有利地保證永磁體的位置。
以上借助一些實施方式描述了本發明。然而，該描述不應被認
為是對專利保護范圍的限制；本發明的實施方式在權利要求書的范
圍內可以變化。
權利要求
1. 一種永磁體模塊(2)，其包括至少兩個永磁體(6)，其中第一磁極在第一平表面(20)上并且第二磁極在第二平表面上，以及至少部分地包圍永磁體(6)的蓋(3，26)，其特征在于蓋(3，26)是導磁的，并且包括基本上覆蓋所述永磁體的第一平表面(20)的頂面(26)，以及基本上覆蓋所述永磁體的第二平表面的底面(3)，并且蓋(3，26)在永磁體(6)的側面(24)基本上開放。
2. 根據權利要求1的模塊，其特征在于永磁體(6)彼此隔有距離。
3. 根據權利要求1的模塊，其特征在于每個永磁體(60， 61) 基本上接近相鄰的永-磁體(60， 61)。
4. 根據權利要求1的模塊，其特征在于所述模塊的頂面(26) 和底面(3)是對稱的。
5. 根據權利要求1的模塊，其特征在于模塊(2)具有沿所述模 塊的橫向固定永磁體(6)的裝置(8, 28, 58 )。
6. 根據權利要求5的模塊，其特征在于固定所述永磁體的裝置 (8， 28)包括在所述蓋的邊緣處制造的折起。
7. 根據權利要求1或2的模塊，其特征在于所述蓋的頂面(26) 和底面(3)在永磁體(6)之間的區域中有開口 ( 14)。
8. 根據權利要求7的模塊，其特征在于模塊(2; 50; 103)具 有沿所述模塊的縱向固定永磁體(6)的裝置(12， 13; 52, 54; 105， 111)。
9. 根據權利要求1的模塊，其特征在于所述模塊蓋的底面(3) 和頂面(26)具有孔(84)或間隙(86, 88 )。
10. 根據權利要求1的模塊，其特征在于間隔片(105, 109)設 置于蓋(3)的側面上永磁體(6)之間。
11. 一種用于電機的轉子，其由嵌入的永磁體(6)激勵，所述 轉子包括軸(36 )和由裝配到所述軸上的導磁片形成的轉子芯(38 ),據此與所述軸平行的開口 (43)設置于轉子芯內，永磁體(6)可從 轉子一端裝配到所述開口內，其特征在于所述永磁體裝配在模塊(2) 內,所述模塊具有覆蓋至少所述水磁體的磁極面(20 )的導磁蓋(3, 26),并且在所述永》茲體的側面(24)基本上開i文。
12. 根據權利要求11的轉子，其特征在于所述轉子具有徑向冷 卻通道(40)并且所述;f莫塊在通道(40)處具有開口 (14, 114)。
13. 根據權利要求11或12的轉子，其特征在于模塊(2)具有 沿所述轉子的軸向支撐永磁體(6)的裝置(12, 13; 111， 105)以 及沿所述轉子的周向支撐永磁體(6)的裝置(8, 26; 58)。
14. 根據權利要求11的轉子，其特征在于間隔片(105, 109 ) 設置于蓋(3)的側面上永磁體(6)之間。
全文摘要
本發明的目的是永磁體模塊(2)，其包括至少兩個永磁體(6)，其中第一磁極在第一平表面(20)上并且第二磁極在第二平表面上，以及至少部分地包圍永磁體(6)的蓋(3)。根據本發明，模塊的蓋(3)是導磁的，并且包括基本上覆蓋永磁體的第一平表面(20)的頂面，以及基本上覆蓋永磁體的第二平表面的底面(3)。蓋(3)在永磁體(6)的側面(24)至少部分地開放。本發明的另一個目的是用于電機的轉子，該轉子具有裝配到相應模塊內的永磁體。
文檔編號H02K1/27GK101459356SQ200810177298
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月11日 優先權日2007年12月11日
發明者P·康尼南, P·瑪基-奧恩托, T·布若爾克斯特朗德 申請人:Abb有限公司