CN102771037B - 将磁体附连到电机转子或定子的方法 - Google Patents

Abstract

一种将磁体（1）附连到电机的转子（2）或定子的方法，包括步骤：沿转子（2）或定子的表面布置磁体（1）；布置一对保持器（3A，3B），其中在磁体（1）的每侧上布置一个所述保持器，保持器（3A，3B）被成形为实质地覆盖磁体（1）的侧面（11，12）并覆盖磁体（1）的顶面（13）的至少一部分，并且其中所述一对保持器（3A，3B）的尺寸被制成重叠在所述磁体（1）的顶面（13）上；将转子（2）或定子，磁体（1）和保持器（3A，3B）封装在真空袋（5）中；和执行抽真空，以通过粘合剂（6A，6B，6C）将磁体（1）加固到保持器（3A，3B）。通过一对保持器（3A，3B）尺寸的重叠，使磁体可最佳地保持就位。

Description

将磁体附连到电机转子或定子的方法

技术领域

本发明描述了一种将磁体附连到电机转子或定子的方法。本发明进一步描述了一种磁体安装布置结构、一种发电机和一种风力涡轮机。

背景技术

电机诸如发电机可以具有巨大励磁件（通常是转子），相对应的大量永磁体或磁极附连到该励磁件。在制造过程中，每个磁体必须被牢固地附连到转子，使得在运行过程中不会松动。对于直径范围在2-6米内的转子，磁体通常高度为1-3厘米，宽10-20厘米。永磁体通常包括多个磁块，每个磁块的重量在10-15千克范围内。现有技术中安装磁体的方法通常包括将每个磁体附连到与磁体同样宽度的钢底板（例如使用粘合层），并通过用U形钢外壳盖住该单元，并将每个外壳沿其较低边缘焊接到转子上来将此单元附连到转子。外壳确保磁体不被腐蚀并且不受机械冲击影响。然而，这一方法不灵活而且费用高，因为它要求每个磁体都有钢底板，每个磁体都要有紧密配合的外壳和耗时的焊接工艺。另一个缺点是由于钢条带来的附加重量贡献。

在一种替代性方法中，磁体可通过胶粘就位，然后将转子和磁体布置结构缠绕在玻璃纤维绷带中或封套中，来附连到转子。尽管此解决方案比其它现有技术经济得多，但它不提供对腐蚀或机械冲击的满意保护。

发明内容

因此，本发明的一个目的是要提供一种将磁体附连到电机励磁件的改进方法。

本发明的这个目的是通过权利要求1的将磁体附连到电机转子或定子的方法、通过权利要求10的磁体安装布置结构、通过权利要求13的发电机、权利要求14的风力涡轮机，以及通过根据权利要求14的方法在将多个磁体安装到风力涡轮机发电机转子的用途来实现的。

根据本发明，将磁体附连到电机转子或定子的方法包括步骤：沿转子的表面布置磁体；布置一对保持器，其中是在磁体的每侧上布置一个所述保持器；将转子，磁体和保持器封装在真空袋中；和执行抽真空，以通过粘合剂将磁体加固到保持器。

本发明的一个明显优点在于，因为一对保持器用于磁体的固定，所以这些保持器可以按照比单个的现有技术U形外壳更加直接的方式制造，U形外壳必须被精确成形以适配在磁体上而不留下太多的余地。更进一步地，根据本发明的保持器不需要被焊接就位。相反，真空加固步骤确保它们被有效地胶粘到磁体以及转子/定子。

根据本发明，用于电机转子或定子的磁体安装布置结构包括：沿转子或定子的外表面布置的磁体；一对保持器，在磁体的每侧上布置一个所述保持器；和将保持器结合到磁体的粘合层。

根据本发明，发电机包括转子和定子，其中转子包括这种磁体安装布置结构。

根据本发明，风力涡轮机包括这种发电机。

本发明特别有利的实施例和特征通过从属权利要求给出，这将在下面的描述中揭示。不同实施例的特征可以适当组合以得到另外的实施例。

根据电机（例如发电机）构造方式的不同，电机的励磁件可以是转子或定子。不过，通常情况下，特别是在大型发电机中，转子是励磁件，承载着磁体，而定子则是电枢，支撑着线圈绕组。因此，在下文中，假设电机是发电机，磁体被安装在转子上，但无论如何这并不是对本发明的限制，根据本发明的用于确定磁体布置结构的方法同样适用于磁体安装在定子上的实现方式。这里，用语“转子表面”表示附连磁体的转子的适当表面。对于转子在外部包住定子的电机而言，磁体通常被安装在转子的内表面上，以面向气隙对面的定子。对于转子在内部、定子在外部的电机而言，磁体通常被安装在转子的外表面上，以面向气隙对面的定子。磁体（或“磁极”）的形状通常是矩形的，沿其长度在平行于转子的旋转轴线的方向上被附连在转子表面上。在下文中，用语“磁体顶面”要理解为表示与附连到转子/定子的磁体面相对的磁体面。磁体的“侧面”要理解为表示与转子/定子基本垂直的面。

用来将磁体保持就位的两个保持器在下文可被称作“保持器布置结构”。在本发明的一个特别优选的实施例中，保持器由金属片制成，从而可使用任何适当的工艺（如深度冲压或挤压）来制造保持器。优选地，金属片被选择成容易成形并保持其成品形状。例如，钢可以是有利的金属选择。

保持器布置结构的保持器优选被成形为沿磁体紧密地配合在磁体的至少一个面上。例如，可通过在长度方向弯曲一片金属片，得到90弯折，使保持器在被放置就位时，沿磁体的竖直面安放，从而可以形成一个保持器。另一个保持器则可包括通过在长度方向弯曲一片金属片两次，得到两个相对的90度弯折形成的互补部分。此互补保持器优选被成形为使中央区域沿磁体的相对竖直面安放，且一个侧面区域沿磁体的上水平面安放，使此保持器的外边缘在磁体的上边缘上接触另一保持器的外边缘。然而，由于位于磁体顶上的第二保持器部分出于显然原因应该不比上磁体表更大，这两个不同形状的保持器的切割和弯曲要求有一些精度，以便使它们令人满意地配合。因此，在本发明的一个特别优选的实施例中，保持器被成形为实质地覆盖磁体的侧面和顶面的至少一部分。

在本发明一个特别优选的实施例中，保持器布置结构包括一对Z形轮廓的保持器，其中每个Z形轮廓的保持器沿磁体的一个长侧面设置。在此优选实施例中，通过在长度方向弯曲一片金属片两次，得到Z形轮廓，来形成每个保持器。位于磁体顶上的保持器部分优选为磁体宽度的至少一半，并最多与磁体一样宽，此保持器部分的宽度可以介于这些边界之间。

在本发明另一特别优选的实施例中，因此，一对保持器的尺寸被制成重叠在磁体的顶面上。以此方式，磁体可最佳地保持就位，但保持器可以非常直接的方式制造。

磁体布置结构的磁体应该优选被保持就位，使它们不能横向位移。因此，在本发明的一个优选实施例中，保持器被成形为部分位于转子的表面上。在真空加固之后，此保持器部分可通过粘合剂附连到转子表面。在这种情况下，与转子表面接触的保持器部分可包括窄带保持器材料。替代性地，对于一对相邻磁体的相邻保持器，保持器的尺寸可制成在磁体间的基本中间位置汇合。位于转子表面上的保持器部分或长条可为经济目的设计，例如通过冲压出此长条区域，或者通过将长条切割成锯齿或梳形方式。以此方式，有足够的保持器表面仍然能确保与转子有良好接触，但实际上只使用最小量的金属。

有许多方式来执行布置磁体和执行真空加固步骤。一开始，保持器和磁体布置结构必须以某种方式固定以防止在可以执行真空抽气步骤之后，布置结构滑落。例如，保持器可用螺丝或螺栓固定就位。然而，这耗时且成本高，要求许多小的部件和螺纹开口。在一种特别简单的方法中，磁体和转子之间的磁性引力可足以将磁体保持就位，直到它被加固到转子。如果保持器也被磁化，则磁引力的作用力可足以将它们保持就位，直到在加固之后。不过，由于转子的弯曲形状和磁体非常大的重量，特别是在大型发电机情况下，此方法可能不充分。

因此，在本发明的一个优选实施例中，磁体和保持器可临时被附连到转子和/或相互附连。优选地，根据本发明的方法包括步骤：在磁体和保持器之间施加粘合剂。例如，一对Z形轮廓的金属片保持器可被胶粘到磁体上，使保持器重叠在磁体的顶面上。为了确保在可以完成固化工艺之前，磁体和保持器布置结构不会沿转子侧滑，根据本发明的方法优选还包括步骤：在磁体和转子之间施加粘合剂。

施加粘合剂的步骤可包括：根据所使用的粘合剂的湿润性和强度，用粘合剂少量地或大量地敷涂保持器的内表面。磁体的下表面（或转子的相应表面）可类似地敷涂一层粘合剂。整个转子/磁体/保持器布置结构然后可封装在真空袋中，可抽取出任何空气。大气压然后用来将保持器按压到磁体上，并将磁体按压到转子上，从而使粘合剂扩散，填充任何空间。热还可以被施加以固化粘合剂。

在另一方法中，在将磁体放置就位之前，磁体可通过点粘结，即通过只向转子施加少量的胶，临时被附连到转子。类似地，保持器可通过点粘结临时附着到磁体和/或转子。再次，此整个转子/磁体/保持器布置结构然后可被封装在真空袋中，可抽取出任何空气。

只要粘合剂不硬化，磁体和/或保持器应该优选被阻止不从期望位置滑落。因此，在根据本发明方法的一个优选实施例中，一旦磁体和保持器全部就位，则在此布置结构被封装在真空袋之前，所述方法包括步骤：在抽真空步骤之前，将***物放置在此布置结构的相邻磁体之间。此***物可由任何适当材料，例如可容易切割成形的轻型固体材料制成。替代性地，此***物可由在抽真空步骤中膨胀的热塑性材料制成，以填充相邻磁体之间的空间。以此方式，***物有效地防止磁***移，直到粘合剂已经固化或者硬化。

优选地，抽真空步骤包括真空辅助树脂传递（VART）步骤，其中粘合剂或树脂，诸如环氧树脂被抽到真空袋中，并通过负压被吸入或吸取到磁体和转子之间或磁体和保持器之间的任何空间中。只要真空被施加到真空袋和其容纳物之间，大气压用来将保持器按压到磁体上，并将磁体按压到转子上。在此阶段，也可施加热以固化粘合剂树脂。以此方式，在抽真空步骤中，保持器、磁体和转子可通过粘合剂加固。

在固化步骤之后，真空袋可被拿走。如果使用了***物，则也可以将它们拿走。当然，如果***物被牢固地加固在磁体之间，并且如果在电机运行过程中，它们不阻碍转子，则可只将它们保留下来。

由于与组件的几何形状、可用材料和电路损耗的等的理想值有偏差，电机的性能可小于理想值。例如，电动机或发电机受到一些齿槽转矩或波动转矩。有一些降低这些不需要力的方法涉及转子磁体的特定布置结构。例如，磁体可在转子上彼此被设置成不同距离（“磁极-浆距”），磁体可包括多个交错的磁体元件等。在此布置结构中，对于直径在2-6米范围内的转子，磁体可包括高达大约10个磁块或磁体元件，每个具有10-15千克的重量。在本发明的一个优选实施例中，因此，磁体安装布置结构包括以交错方式布置的多个磁体元件，保持器的尺寸被制成重叠在磁体的每个磁体元件的外表面上。换言之，保持器布置结构被实现为适应此磁体布置结构。例如，对于此类交错磁体，位于上磁体表面上的保持器部分优选宽度足够，使得即使磁体元件在两侧交错时它们仍重叠。

附图说明

通过结合附图考虑下面的详细描述，本发明的其它目的和特征将变得明显。然而，要理解的是，附图仅是出于图示目的设计的，并不是限制本发明的限定。

图1示出了现有技术的磁体安装布置结构；

图2示出了根据第一实施例将磁体安装到转子的本发明方法的步骤；

图3示出了根据第二实施例将磁体安装到转子的本发明方法的步骤；

图4示出了根据一个实施例的磁体安装布置结构。

附图中，相同的附图标记都是用来标示相同的物体。附图中的物体不一定是按比例绘制的。

具体实施方式

图1示出了对于磁体1和转子2的现有技术的磁体安装布置结构9。多个磁体1可被附连到转子2，但出于简洁目的，这里只显示了一个。以横截面显示磁体1，应理解的是，对于直径在2-6米区域的转子2，此磁体1典型地可具有在10-60cm²区域的横截面。在此现有技术的方法中，磁体1首先通过粘合层91被胶粘到钢底板90。结合的底板和磁体单元然后通过配合的钢外壳92覆盖，钢外壳92又沿其外边缘被焊接到转子2。

图2示出了将磁体1安装到转子2的本发明方法的步骤。在第一阶段，如图中的上面部分所示，粘合层6A被施加到转子2的表面，且磁体1被定位到适当位置。然后，一对保持器3A、3B被放置就位，磁体1的每个侧面上放一个，使第一保持器3A位于磁体1的第一侧面11旁边，第二保持器3B位于相对的侧面12旁边。保持器3A、3B的尺寸被制成使它们重叠在磁体1的顶面13上。

一旦所有磁体1被保持器对3A、3B覆盖，热塑性材料的***物4被放置在相邻的磁体1之间，如在下一阶段中显示的。然后，转子2，磁体1，保持器3A、3B和***物4的整个布置结构被封装在真空袋5中。在抽真空步骤中，粘合剂6A可被抽吸到磁体1和保持器3A、3B之间的空间中。此外，环氧树脂粘合剂6C可通过适当喷嘴（在图中没有显示）被泵吸到真空袋中，并由负压分配到磁体1，转子2和保持器3A、3B之间的任何间隙和空间中。热可以被施加到整个组件-例如红外或紫外辐射，以固化粘合剂6A、6C。一旦粘合剂6A、6C***之后，磁体1，保持器3A、3B和转子2可加固在磁体安装布置结构8中，如图中的下面部分所示。以此方式，磁体1被保护不受腐蚀和机械冲击保持器3A、3B，同时还通过保持器3A、3B和转子2之间的粘合剂结合被牢固地固定就位。

图3示出了根据本发明的替代性方法的步骤。这里，使用少量粘合剂6B，磁体1被点结合到转子2。类似地，保持器对3A、3B被点结合到相应磁体1和/或转子2，如图中的上面部分所示。以此方式，磁体1和保持器3A、3B被临时保持就位。热塑性材料的***物4然后可以被安放到相邻磁体1和整个组件-磁体1，保持器3A、3B，***物4和转子2之间的空间中，可被封装到真空袋5中，如在下一阶段中所示的。然后，再次执行抽真空步骤，其中粘合剂树脂6C以VART工艺被抽吸到磁体1、转子2和保持器3A、3B之间的任何空间中。在树脂6C已经固化之后，真空袋5和***物4被拿走，以露出加固的磁体安装布置结构8，如图中的下面部分所示的，其中磁体1被牢固地加固到转子2，以通过保持器3A、3B被保护不受腐蚀。

图4示出了根据本发明的一个实施例的磁体安装布置结构的一部分。这里，磁体1包括在磁体1是电机的一部分的性能优化的基础上，以交错方式布置的几个磁体元件7。例如，交错的磁体7可用来降低电机的齿槽转矩。磁体元件7的交错布置结构导致磁体1更宽的整体宽度。因此，保持器3A、3B被制成相应尺寸，使它们重叠以覆盖与转子2的旋转轴线平行的所有磁体元件7的顶面，如图右上方的平面图。以上述的相同方式执行真空抽取步骤，如果需要在磁体1之间使用***物，磁体元件7和保持器3A、3B之间的任何空间可在VART工艺中用环氧树脂6C填充。以此方式，即使磁体元件7的这种复杂的布置结构可以特别直接经济的方式，被容易地、牢固地附着到转子2。

尽管已经以优选实施例和其变型的形式公开了本发明，应理解的是，在不脱离本发明的范围下，可对其进行各种另外的改进和变型。

为清楚起见，要理解的是，本申请中用来表示英语不定冠词的用语“一”并不排除多个，“包括”并不排除其它步骤或元件。

Claims (13)

1.一种将磁体（1）附连到电机的转子（2）或定子的方法，该方法包括如下步骤：

·沿转子（2）或定子的表面布置磁体（1）；

·布置一对保持器（3A，3B），其中是在磁体（1）的每侧上布置一个所述保持器，其中保持器（3A，3B）被成形为实质地覆盖磁体（1）的侧面（11，12）并覆盖磁体（1）的顶面（13）的至少一部分，并且其中所述一对保持器（3A，3B）的尺寸被制成重叠在所述磁体（1）的顶面（13）上；

·将转子（2）或定子，磁体（1）和保持器（3A，3B）封装在真空袋（5）中；和

·执行抽真空，以通过粘合剂（6A，6B，6C）将磁体（1）加固到保持器（3A，3B）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述保持器（3A，3B）被成形为部分位于转子（2）或定子的表面上。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中多个磁体（1）被附连到转子（2）或定子，并且所述方法包括如下步骤：在抽真空步骤之前，将***物（4）放置在相邻的磁体（1）之间。

4.根据权利要求1或2所述的方法，包括步骤：在磁体（1）和保持器（3A，3B）之间施加粘合剂（6）。

5.根据权利要求1或2所述的方法，包括步骤：在磁体（1）和转子（2）或定子之间施加粘合剂（6A，6B）。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述抽真空步骤包括真空辅助树脂传递步骤，其中粘合剂（6C）被抽吸到磁体（1）和转子（2）或定子之间以及保持器（3A，3B）和磁体（1）之间，并且在所述抽真空步骤中，所述保持器（3A，3B），磁体（1）和转子（2）通过粘合剂（6A，6B，6C）被加固。

7.一种用于电机的转子（2）或定子的磁体安装布置结构（8），该磁体安装布置结构（8）包括：

·沿转子（2）或定子的表面布置的磁体（1）；

·一对保持器（3A，3B），在所述磁体（1）的每侧上布置一个所述保持器，其中保持器（3A，3B）被成形为实质地覆盖磁体（1）的侧面（11，12）并覆盖磁体（1）的顶面（13）的至少一部分，并且其中所述一对保持器（3A，3B）的尺寸被制成重叠在所述磁体（1）的顶面（13）上；

·粘合剂（6A，6B，6C），其将保持器（3A，3B）结合到磁体（1），并将磁体（1）结合到转子（2）或定子。

8.根据权利要求7所述的磁体安装布置结构，其中所述一对保持器（3A，3B）包括金属片保持器（3A，3B）。

9.根据权利要求7或8所述的磁体安装布置结构，其中保持器（3A，3B）包括Z形轮廓的保持器（3A，3B）。

10.根据权利要求7或8所述的磁体安装布置结构，其中磁体（1）包括以交错方式布置的多个磁体元件（7），并且所述保持器（3A，3B）的尺寸被制成重叠在磁体（1）的每个磁体元件（7）的顶面（17）上。

11.一种发电机，包括转子（2）和定子，其中转子（2）包括根据权利要求7-10中任一项所述的磁体安装布置结构（8）。

12.一种具有权利要求11所述的发电机的风力涡轮机。

13.根据权利要求1-6中任一项的方法在将多个磁体（1）安装到风力涡轮机的发电机的转子（2）的用途。