磁体部件、具有其的转子组件、机电换能器和风力涡轮机制造技术

本发明专利技术涉及磁体部件、具有其的转子组件、机电换能器和风力涡轮机。描述一种用于机电换能器（140，240，340）的转子组件（150，250，350，450，550，650）的磁体组件（270，370，470，570，670）。磁体组件（270，370，470，570，670）包括：磁体部件（272），其包括永磁材料（272）；以及热绝缘结构（274，374，678），其覆盖磁体部件（272）的表面的至少一部分以便使磁体部件（272）热去耦合在机电换能器（140，240，340）内生成的热。还描述了转子组件（270，370，470，570，670）、机电换能器（140，240，340）和风力涡轮机（100），它们都配备有至少一个这样的磁体组件（270，370，470，570，670）。

【技术实现步骤摘要】
磁体部件、具有其的转子组件、机电换能器和风力涡轮机
本专利技术涉及机电换能器的
，这些机电换能器具有包括永磁体的转子组件。具体而言，本专利技术涉及一种用于机电换能器的转子组件的磁体组件。另外，本专利技术涉及都配备有至少一个这样的磁体组件的转子组件、机电换能器和风力涡轮机。
技术介绍
机电换能器是将电能转换成机械能或者反过来的机器。电动马达是使用磁场联接将电能转换成机械能的广泛使用的机电换能器。电动发电机是也使用磁场联接将机械能转换成电能的机电换能器。机电换能器包括定子和转子。定子是代表机电换能器的静止部分的组件。转子是代表机电换能器的活动部分的组件。上文提到的磁场联接耦合定子与转子。近年来，尤其由于引入稀土磁材料，永磁体（PM）机电换能器已经变得流行，因为它们消除对普遍与常规直流机电换能器一起使用的换向器和电刷的需要。外部电气转子激励的不存在消除转子上的损耗并且使PM机电换能器更高效。另外，PM机电换能器的无电刷设计允许导体线圈专有地位于静止定子中。就这一点而言，提到配备有换向器和电刷的非PM机电换能器易具有显著更高的维护成本。也已知PM机电换能器的耐用性、可控性和不存在电气火花。由于它们的优点，在许多应用（比如电动车辆（即机电换能器是马达））中或者在如比如风力涡轮机中的发电系统（即机电换能器是发电机）中广泛使用PM机电换能器。具体在所谓的直接驱动（DD）风力涡轮机中使用PM机电换能器，其中发电机经由主轴直接连接到相应DD风力涡轮机的转子（的轮轴）。PM机电换能器的一个已知技术问题是作用于相应永磁材料的热负荷。具体而言，PM机电换能器的定子的定子线圈生成的废热可能使PM材料被加热，从而有PM材料去磁的严重风险。这样的去磁将明显减少相应机电换能器的性能。已知使用在机电换能器的定子与转子之间的气隙作为冷却管道，经过该冷却管道引导冷却流体以便去除由定子线圈生成的废热。可以借助经过PM机电换能器的自然对流沿着气隙驱动可以例如是空气的冷却流体。存在对增加PM机电换能器的热负荷能力的需要。
技术实现思路
根据独立权利要求的主题内容可以满足这一需要。从属权利要求描述本专利技术的有利实施例。根据本专利技术的第一方面，描述一种用于机电换能器的转子组件（特别地用于风力涡轮机的发电机的转子组件）的磁体组件。所描述的磁体组件包括：（a）磁体部件，其包括永磁材料；以及（b）热绝缘结构，其覆盖磁体部件的表面的至少一部分以便使磁体部件热去耦在机电换能器中生成的热。描述的磁体组件基于可以借助至少部分覆盖磁体部件的热隔离结构有效保护磁体部件的永磁材料免受热的思想。借助这一措施，在机电换能器的操作期间，可以有效保护永磁材料免受热。热绝缘结构可以是任何物理结构和/或可以包括能够至少部分阻碍从机电换能器的内部向永磁材料中的热传送的任何物理材料。具体而言，热绝缘结构可以允许阻碍（a）例如借助对应红外线辐射的反射的热辐射和/或（b）在包围磁体组件的介质（例如冷却流体）与磁体部件之间的热传导。具体而言，可以保护永磁材料免受由机电换能器的定子的定子线圈生成的热。由此，从热生成定子线圈向（多个）磁体部件的热传送可以基于热辐射和热传导。通常，热传导为在定子线圈与对应磁体部件之间的总热传送提供较大的部分。这具体对于如下那些应用而言成立，在这些应用中，冷却流体经过在转子与定子之间的气隙的流传输用于冷却定子线圈。磁体部件的描述的热绝缘可以提供在操作期间可以保持永磁材料比较凉的优点。这具有与已知磁体组件相比可以将更少温度承受以及也更廉价的材料用于描述的永磁材料的有利效果。在稀土材料用于永磁材料的情况下，可以采用包括更少量稀土材料、如比如镝的材料组成。就这一点而言，提到不必要的是永磁材料内的稀土金属（比如镝）的浓度、材料组成在空间上恒定。例如，当考虑永磁材料内的潜在温度梯度时，有可能使用非均匀的镝浓度，其中镝浓度在从定子侧到转子支撑组件的径向方向上减少。另外，通过即使在极端操作范围中仍然保持永磁材料的温度比较凉，可以有效减少磁体部件的非所需去磁的风险。另外，还可以通过保持永磁材料的温度比较凉来增加磁体组件的总磁性能并且因而也增加整个机电换能器的性能。可以在转子组件的制造过程期间将磁体组件作为模块化单元来处理，该模块化单元与其它对应模块化磁体组件一起装配到组件单元的支撑结构。备选地，磁体组件可以是更大单元的部分。具体而言，这可以意味着一个绝缘结构用于至少两个磁体部件，这些磁体部件共同装配到组件单元的支撑结构。由此可以有利的是首先将磁体部件装配到支撑结构，并且其次附着到热绝缘结构，从而至少两个磁体部件的表面至少部分由热绝缘结构覆盖。由此，为了不减少在机电换能器的转子组件与定子组件之间的气隙，可以有利的是将热绝缘结构定位于空间上相互间隔开的至少两个磁体部件之间中。如果这样的气隙用于流传输冷却流体以便冷却定子线圈，则这可以特别有利。根据本专利技术的一个实施例，磁体组件还包括：基础元件，其具有（a）附着到磁体部件表面的前表面，以及（b）用于将磁体组件装配到转子组件的支撑结构的底表面。描述的支撑元件可以是允许将磁体组件有效装配或者紧固到转子组件的支撑结构的基板。可以借助任何紧固技术、例如化学紧固技术（比如胶合）和/或机械紧固技术（如比如螺丝、夹钳、接合、焊接、装箱等实现装配。可以例如借助任何三维轮廓实现接合。由此，第一轮廓（例如下切体的表面）形成于转子组件的支撑结构与基础元件之一处，并且互补轮廓（例如接合元件的表面）形成于转子组件的支撑结构与基础元件中的另一个处。根据本专利技术的又一实施例，热绝缘结构包括热绝缘材料。热绝缘材料可以是提供阻碍向磁体部件的永磁材料中的热传导的任何材料。根据本专利技术的又一实施例，热绝缘结构包括热绝缘材料的至少一层和热辐射反射材料的至少一层的夹心结构。热辐射反射材料可以是将至少在例如80%的显著程度上反射热辐射的任何材料。具体而言，热辐射反射材料应当能够反射红外线电磁辐射。夹心结构的热绝缘材料可以包括与上文描述的热绝缘材料相同的性质。就这一点而言，提到在典型使用情况下、具体在使用其中风力涡轮机的转子经过轴承直接连接到轮轴的、所谓直接驱动发电机风力涡轮机时，用于加热磁体部件的主因是热空气流过气隙所引起的对流加热。通常，热辐射仅以次要方式有贡献。根据本专利技术的又一实施例，热绝缘材料是有孔材料。由此，具有所捕获的空气的多个气袋可以在一方面引起少量热传导并且在另一方面引起小重量。例如，小重量具有可以将机电换能器的转子的质量保持于可接受限制内的优点。根据本专利技术的又一实施例，热绝缘材料包括由聚氨酯泡沫、苯酚泡沫、气凝胶、矿棉、玻璃绒、硅石灰沙砖和粘土构成的组中的至少一个。所有这些材料提供（a）它们廉价、（b）它们具有良好热绝缘性质和（c）它们具有比较小的重量的优点。关于这一点，要提到的是上文提到的列表并非穷举。当然存在可以用作热绝缘材料的无数其它类型的材料。根据本专利技术的又一实施例，热绝缘结构包括包围至少磁体部件的外壳结构。外壳结构可以是为所包围的部件提供至少一些机械稳定性和/或保护以免于（非所需）环境影响或者动作的任何机械结构。具体而言，可以借助金属盖实现外壳结构。外壳结构可以包括高阻材料、如比如某种塑料材料、不锈钢或者聚四氟乙烯。根据本专利技术的又一实施例，外壳结构在空间上分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于机电换能器（140，240，340）的转子组件（150，250，350，450，550，650）、具体地用于风力涡轮机（100）的发电机（140，240，340）的转子组件的磁体组件，所述磁体组件（270，370，470，570，670）包括：磁体部件（272），其包括永磁材料（272），以及热绝缘结构（274，374，678），其覆盖所述磁体部件（272）的表面的至少一部分以便使所述磁体部件（272）热去耦在机电换能器（140，240，340）内生成的热。

【技术特征摘要】
2012.03.26 EP 1216128241.一种用于机电换能器（140，240，340）的转子组件（150，250，350，450，550，650）的磁体组件，所述磁体组件（270，370，470，570，670）包括：磁体部件（272），其包括永磁材料（272），其中所述磁体部件被安装到基础元件，以及热绝缘结构（274，374，678），其覆盖所述磁体部件（272）的表面的至少一部分以便使所述磁体部件（272）热去耦在机电换能器（140，240，340）内生成的热，其中所述热绝缘结构包括热绝缘材料（274，374）和外壳结构（476，576），其中所述热绝缘材料（274，374）在除了所述磁体部件（272）被安装到所述基础元件的地方以外包围所述磁体部件（272），并且沿着没有被安装到所述基础元件的所述磁体部件的整个表面在空间上将所述磁体部件（272）与所述外壳结构分离，以及其中所述外壳结构（576）包围没有安装到所述基础元件的所述磁体部件（272）和所述热绝缘材料（374）这两者。2.如权利要求1所述的磁体组件，还包括：基础元件（362），具有：前表面，其被附着到所述磁体部件（272）的表面，以及底表面，其用于将所述磁体组件（270，370，470，570，670）装配到所述转子组件（150，250，350，450，550，650）的支撑结构。3.如权利要求1所述的磁体组件，其中：所述机电换能器（140，240，340）是风力涡轮机（100）的发电机。4.如权利要求1所述的磁体组件，其中：所述热绝缘结构包括热绝缘材料的至少一层和热辐射反射材料的至少一层的夹心结构。5.如权利要求1-4中的任一项所述的磁体组件，其中：所述热绝缘材料（274，374）是有孔材料。6.如权利要求5所述的磁体组件，其中：所述热绝缘材料（273，374）包括由聚氨酯泡沫、苯酚泡沫、气凝胶、矿棉、玻璃绒、硅石灰沙砖和粘土构成的组中的至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：G艾罗尔迪，PH索伦森，H施蒂斯达尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：