夹紧并锁定永磁体和采用倾斜聚磁磁体改进旋转电机内部冷却的设备和方法技术

永磁体以围绕转子轴的倾斜锯齿模式安装在电机内。这种聚磁结构提供了改进的磁体安装强度，而无需采用粘结或缠绕；通过轴向发电机气流通道而提供了改进的转子和定子冷却；提供了更简单且更容易制造的设计。这种基本构造的叠片版本减小了的表面损耗和自热效应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】夹紧并锁定永磁体和采用倾斜聚磁磁体改进旋转电机内部冷却的设备和方法
技术介绍
专利
本专利技术一般涉及用于装配永磁电机的设备和方法，尤其涉及用于改进聚磁构造的设备的装置和方法。该领域的一般背景和状态永磁体使得使用永磁体而不是电磁体来制造电机(此 处定义为电动机和发电机)磁场变得合理。磁体典型地安装于内转子上，但也会安装于外 转子上。在发电机中，转子上的磁体的旋转产生磁场，该磁场在径向外侧定子的绕组中感应 电压和电流。在电动机中，磁体与施加于定子上的电压和电流相互作用，从而引起转子旋转。由于不需要转子电磁绕组，因此相对于电磁电机来说，永磁电机更为紧凑和简单 且需要更少的维护。相对于筒形绕组，现代的稀土(Rare Earth)磁体提供了密集得多的强 磁通源，并且具有较大的磁通且能够承受适度的高温。由此形成的紧凑型电机应用于尺寸、 重量和效率重要的结构中，例如位于高塔顶端的风力发电机机舱内的发电机，或空间紧张 的电动机中。永磁体以下述方式安装于转子中所产生的磁通与定子线圈相互作用。标准的表 面安装结构是使磁极平行并环绕表面，而聚磁结构具有磁极垂直并环绕转子表面安装的磁 体。由于磁通与磁极的表面面积大致成比例，因此，由于径向磁极侧面面积可以制成为大于 具有相同数目定子绕组的标准结构的径向磁极侧面面积，所以聚磁结构可以产生更高的磁 通水平。此外，由于减小了磁极到感应的磁通变化的暴露，因此聚磁电机的表面损耗自热远 小于表面安装电机。涉及聚磁电机的其中一个制造问题在于，磁体以在正常运行期间由于转子旋转而 在磁体上包括向心力的方式安装于转子上。通常，聚磁磁体通过粘结、箍紧(通过非铁材料 例如玻璃纤维、碳素纤维或凯夫拉尔(Kevlar)带)或将它们夹紧到转子表面进行安装。一 种安装聚磁磁体的新装置，即本专利技术的主题，改善了上述的制造问题，提高了冷却效果并且 使得电机易于装配。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供-改进的将聚磁永磁体安装到电机转子表面的方 式。本专利技术的另一个目的是提供改进的转子冷却方式。本专利技术的又一个目的是提供改进的电机组装方式。本专利技术的其他目的和优点将通过以下对优选实施例的描述变得更加显而易见，该 描述结合相应的附图示例性地说明了本专利技术的原理。附图说明参照附图，通过随后的对本专利技术优选实施方式的详细说明，上述及其他目的、方面和优点将更容易理解，其中图1以径向横截面的方式示出了聚磁磁体的传统安装方式；图2以轴向横截面示出了聚磁磁体的传统安装方式；图3以径向横截面的方式示出了根据本专利技术的一种实施方式的倾斜的聚磁磁体 的安装方式；图4示出了根据本专利技术的一种实施方式的有效磁通区域的透视图；图5示出了根据本专利技术的一种实施方式的无效磁通区域的透视图；图6示出了根据本专利技术的一种实施方式的连接至磁体支撑区域的辐条的透视图；图7以轴向横截面的方式示出了根据本专利技术的一种实施方式的聚磁倾斜磁体的 安装方式；图8示出了根据本专利技术的一种实施方式的联结至包括隔离件的磁体支撑区域的 辐条的透视图；图9示出了根据本专利技术的一种实施方式的叠片转子的三维视图。 具体实施例方式本专利技术的以下说明参照附图，附图构成其一部分且其中通过例示的方式示出了示 例性实施方式，这些示例性实施方式例示了本专利技术的原理以及如何实施本专利技术。应当理解 的是，其他实施方式也可用于实施本专利技术，并且可以在不脱离本专利技术的范围内对本专利技术进 行结构和功能的改变。传统聚磁磁体(Focused Flux Magnet)的安装、冷却和组装图1示出了聚磁安 装(focused flux mounted)的磁体3的传统安装方式1。非铁的内支撑环9通过发电机 或电动机轴5的支柱7安装至发电机或电动机轴5上，支柱7之间具有一系列的轴向冷却 通风口 11，冷却空气通过该通风口吹过发电机。在发电机中，旋转转子13中的磁体3在外 定子17的绕组15中感应(induce)电压和电流；在电动机中，定子17的绕组15中的电压 和电流与转子13的磁体3相互作用从而引起转子13旋转。磁体3由铁极靴19沿圆周隔 离开来，铁极靴19使得磁通21通过转子13的表面23传导至磁体3的磁极上，并且通过重 叠它们而捕获磁体3。极靴19和受限的磁体3通过粘结(bond)到内支撑环9和周向箍紧 (banding)而固定至内支撑环9上。如图2所示，还采用铁销25进一步将极靴19固定至内环9上，其中所述铁销25 经由孔27轴向穿过转子13，所述孔27位于所述极靴19中并终止于非铁端盖29。较高的转子速度致使离心力将销25朝向转子13的轴向中点弯曲(无论是粘结还 是箍紧)，并限制了电机的大小。本专利技术采用一种整体结构来减轻该问题。传统的发电机冷却通过使空气轴向33流过中心轴通风口 11来实现。由于内支撑环9阻碍来自冷却通风口 11的径向空气流动，因此气流冷却了内支撑环9，但仅仅微弱或是 间接地冷却了磁体3和极靴19，而定子17并未得到冷却。本专利技术提供了增强的直接围绕磁 体并且通过转子和定子流动的空气，用于直接冷却，由此减轻了上述问题。传统的聚磁机1装配困难。由于增加了磁体3和极靴19，因此磁体3彼此之间以 及与铁极靴19强烈吸引或排斥，需要特别的固定装置来防止它们飞脱成是最终粘结在一 起(ending up stuck together) 0本专利技术通过一种磁力作用而提供更简单的装配，从而减轻上述问题。采用倾斜(pitched)磁体的新型聚磁磁体安装方式图3示出了安装聚磁磁体的 改进的装置100。不同于径向安装，磁体102倾斜，以形成围绕转子110的圆周的包括波峰 106和波谷108的锯齿模式104。通过将磁体轴向插入铁支撑环114内的倾斜槽112来形 成该锯齿模式104。由轴118引出的辐条(spoke) 116固定磁体支撑环114并采用窄金属狭 条结构120连接在波谷108之间的中间。辐条116可以由允许形成一种包括支撑环114的 连续模式的含铁材料形成，并且可从固体块切割或嵌入到(build into)叠片(叠片具有减 小产生热量的涡电流以及其他表面损耗的突出优点)模式。无需采用分离的极靴19，锁定 销122将辐条116模式(pattern)固定到转子轴118上。这种结构通过其连续和整体的结 构提供了对离心力的更强的抵抗力。如图4所示，包括斜峰106的区域是有效磁通区域(flux active region) 127，此 处磁通128远离转子表面130，由于邻接的磁体134具有相反的极性，因此此处具有一些漏 磁通。通过使连接桥132变小来使该漏磁通最小化，由此它处于磁通饱和状态，并且形成对 另外的漏磁通的高阻抗。如图5所示，包括斜谷108的区域是无效磁通区域136，此处磁通128保持在支撑 环114之内。尽管由于邻接的磁体142的极性相同，理论上在邻接的磁体142之间是没有 漏磁通的，但是实际上磁体不同，并且将会产生一些漏磁通。通过使连接桥144变小来使该 漏磁通最小化，由此它处于磁饱和状态，并且形成对另外的漏磁通的高阻抗。尽管辐条116置于波谷108中间的中性磁通区域140中，在此磁通128是主要圆 周，并且理论上应当没有漏磁通，但是实际上将会有一些磁通128泄露到辐条116中。如图 6所示，辐条116通过狭条120连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将至少两个永磁体固定至电机的转子轴上的设备，所述设备包括：具有至少两个凹槽的支撑环，所述至少两个凹槽相对于从所述转子轴的中心放射的线倾斜多个角度；周向间隔开的辐条，所述辐条将所述支撑环连接至所述转子轴；以及插入到所述支撑环的倾斜的凹槽中的磁体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C戈特弗里德，
申请(专利权)人：电源组国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]