專利名稱：用于永磁電機的轉子的轉子扇段的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及旋轉電機。更具體地，本發(fā)明涉及用于永磁電機的轉子的轉子扇段，且本發(fā)明涉及永磁電機。
背景技術：
大直徑電機、例如氣隙直徑甚至能夠大于2000mm的直接驅動風力發(fā)電機在許多情況中包括分段定子和/或分段轉子。在典型情況中，轉子扇段和/或定子扇段在一個地點制造且被運送到另一地點，在該另一地點處將所述扇段組裝成電機。永磁電機的轉子扇段典型地包括支撐結構和附接至該支撐結構的永磁體。永磁體被布置成在轉子扇段的氣隙表面上提供磁極。所述氣隙表面是當轉子扇段被用作永磁電機的一部分時、面向永磁電機的定子的轉子扇段的表面。組裝上述類型的轉子扇段的永磁轉子的挑戰(zhàn)之一涉及將相鄰的 轉子扇段緊固在一起。在易受損壞的永磁體附近進行緊固的事實限制了與緊固相關的裝置和方法。另外一個挑戰(zhàn)涉及轉子扇段的運輸，這是因為特別地結合具有表貼式永磁體的結構，最接近轉子扇段的側面的永磁體在運輸期間可能容易受到損壞。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種新型永磁電機。在根據(jù)本發(fā)明的永磁電機中，包括有轉子扇段的永磁轉子的磁極以如下方式定位，即在屬于相鄰轉子扇段的相鄰磁極的磁軸之間的切向間距大于在屬于同一轉子扇段的相鄰磁極的磁軸之間的切向間距的平均值。因此，能夠增大從轉子扇段的側面到最接近的永磁體的切向距離，因此能夠為用于將轉子扇段緊固在一起的布置提供更多空間。另外，特別地結合具有表貼式永磁體的結構，因為永磁體距離所述側面更遠，所以降低了在運輸期間的易損性。磁極的上述定位降低了永磁體和永磁電機的定子繞組之間的磁稱合，但是，在另一方面，也可降低齒槽轉矩。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種新型的用于永磁電機的轉子的轉子扇段。根據(jù)本發(fā)明的轉子扇段的第一側面和第二側面之間的圓心角f最大是n弧度，即180°，且所述轉子扇段包括支撐結構以及附接至所述支撐結構的永磁體。該永磁體被布置成在轉子扇段的氣隙表面上提供磁極，當該轉子扇段被用作永磁電機的一部分時，所述氣隙表面面向永磁電機的定子。所述磁極被定位在所述氣隙表面上，使得ai=<p/2p+ B^Rag，并且
a2=(p/2p+ B R g，其中a I是在轉子扇段的第一側面和最接近所述第一側面的磁極的磁軸之間的圓心角，a 2是在轉子扇段的第二側面和最接近所述第二側面的磁極的磁軸之間的圓心角，
P是轉子扇段的磁極的數(shù)目， Rag是轉子扇段的氣隙半徑，并且B1和B2是切向長度，所述切向長度被選擇成使得當轉子扇段被用作永磁電機的一部分時、獲得在相鄰轉子扇段的永磁體之間的足夠的切向間距。適合&和民的數(shù)值在具體情況中取決于轉子扇段的機械構造和尺寸和/或取決于定子繞組的幾何形狀。在實際情況中，5臟是81和民的下限。項B1Aag和項B2/Rag表明了弧度角是弧長除以半徑的通則。在所附的從屬權利要求中描述了本發(fā)明的多個示范性實施例。當結合附圖閱讀對于具體示范性實施例的如下說明時，將最好地理解本發(fā)明的關于結構和操作方法的各種示范性實施例以及本發(fā)明的另外的目的和優(yōu)點。在本文中，動詞“包括”用作開放式限定，其既不排斥、也不要求未列舉的特征的存在。除非另外明確聲明，從屬權利要求中列舉的特征能夠相互自由組合。


下面參照附圖并通過舉例更詳細地解釋本發(fā)明的示范性實施例以及它們的優(yōu)點，在附圖中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的永磁電機的橫截面，并且圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的永磁電機的橫截面。
具體實施例方式圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的永磁電機的橫截面。在圖I中所示的永磁電機是外轉子電機，在該外轉子電機中，轉子被布置成圍繞定子。該定子包括由定子扇段125、126、127以及128組裝成的分段定子鐵芯。定子繞組優(yōu)選地、但非必要地以如下方式布置，即定子繞組的每一個線圈占據(jù)屬于定子鐵芯的僅一個扇段的定子槽。在這種情況下，定子扇段能夠彼此分離地纏繞，且僅不同定子扇段的繞組的端子在組裝定子鐵芯后必需以合適的方式連接起來。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在圖I中所示的永磁電機的轉子包括四個轉子扇段101、102、103以及104。所述轉子扇段101-104彼此相似，因此，在下文中僅更詳細地解釋轉子扇段101。在圖I中，角9表示在轉子扇段101的第一側面107和轉子扇段101的第二側面108之間的圓心角。因為有四個相似的轉子扇段，所以圓心角(P是/2弧度，即90°。然而，應注意，根據(jù)電機的構造和尺寸，轉子以及定子能夠被分段以具有任何適合數(shù)目的扇段。例如，在某些情況中，轉子可包括僅兩個轉子扇段，在該情況中，圓心角9將會是n弧度，即180°，并且，在一些其它的情況中，轉子可以包括三個扇段或多于四個的扇段。轉子扇段101包括支撐結構109，所述支撐結構109可以包括層壓鐵磁材料和/或實心鐵磁材料。轉子扇段101包括附接到支撐結構109的永磁體110、111、112以及113。在圖I中所示的情況中，所述永磁體被安裝在支撐結構109的表面上。然而，也可以使支撐結構具有用于所述永磁體的凹部。永磁體被布置成在轉子扇段的氣隙表面上提供磁極。繪制在圖中表示永磁體的元件上的箭頭指示每個永磁體的磁化方向。所述磁極以這樣的一種 方式被定位，即在屬于相鄰轉子扇段的相鄰磁極的磁軸之間的切向間距大于在屬于同一轉子扇段的相鄰磁極的磁軸之間的切向間距的平均值。在圖I中，圓心角Y1對應于在分別屬于相鄰轉子扇段101和104的相鄰磁極的磁軸114和116之間的切向間距。相應地，圓心角Y 2對應于在分別屬于相鄰轉子扇段101和102的相鄰磁極的磁軸115和120之間的切向間距。因為轉子扇段101-104相互類似，所以Y1等于Y2。中心角PpP2以及對應于在屬于轉子扇段101的相鄰磁極的磁軸之間的切向間距。磁極的定位通過永磁體110-113的合適定位而完成。在使用具有用于永磁體的凹部的支撐結構的情況下，磁極的定位也能夠通過對構成磁通量的路徑的鐵磁部分的合適成形而完成。磁極的上述定位增大了分別從轉子扇段101的側面107和108到最接近的永磁體110和113的切向距離，因此為將轉子扇段101緊固至相鄰的轉子扇段104和102的布置121和122提供了更多空間。磁極的上述定位降低了在永磁電機的永磁轉子和定子繞組之間的磁耦合，但是，在另一方面，也可降低齒槽轉矩。通過將在圖I中所示的圓心角a工選擇成大于f/8=7t/16弧度=11. 25°、并且將在圖I中所示的圓心角a 2選擇成大于(p/8，能夠獲得在圖I中所示的永磁電機的上述特性。分母8來自于轉子扇段101具有四個磁極的事實。圓心角a :是在轉子扇段的第一側面107和最接近該第一側面的磁極的磁軸114之間的角，且圓心角Ci2是在轉子扇段的第二側面108和最接近該第二側面的磁極的磁軸115之間的角。圓心角\和圓心角a 2的這種選擇可以借助于以下公式來表征ai=(p/8+ B1ZRlig,并且(I)
a2=(p/8+ B2ZRaMs其中Rag是如圖I中所示的轉子扇段的氣隙半徑。結合如圖I中所示出的外轉子電機，該氣隙半徑Rag是能夠被轉子環(huán)繞的最大圓的半徑。B1和B2是切向長度，該切向長度被選擇成使得獲得在相鄰轉子扇段的永磁體之間的足夠的切向間距。適合B1和B2的數(shù)值根據(jù)具體情況取決于轉子扇段的機械構造和尺寸和/或取決于定子繞組的幾何形狀。在實際情況中，5mm是B1和B2的下限。在圖I中示出的永磁電機中，每個轉子扇段的磁極的數(shù)目為四。在更普通的情況中，在每個轉子扇段的磁極的數(shù)目為P的情況下，圓心角a I和圓心角a 2是app.Up+B^Rag，并且(2)
a2=(p/2p+ B2ZRngO在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的轉子扇段中，轉子扇段的磁極的磁軸在該轉子扇段內、在切向方向上以相同間距設定節(jié)距。結合圖I中示出的轉子扇段101，這將意味著Pi=p2=p3<{p/4a 運2以及小于<p/4的事實是公式(I)的結論。^ 以及P3中的每一個因此小于總和a i+ a 2= Y i= Y 2，即，整個轉子的全部磁極的磁軸并不是相同地設定節(jié)距的。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的轉子扇段中，B1基本等于B2,即圓心角a :基本等于圓心角a 2。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的永磁電機的橫截面。圖2中所示的永磁電機是內轉子電機，在該內轉子電機中，定子被布置成圍繞轉子。所述定子包括由定子扇段225、226、227、228、229以及230組裝而成的分段定子鐵芯。定子繞組優(yōu)選地、但非必要地以如下方式布置，即定子繞組的每一線圈占據(jù)屬于定子鐵芯的僅一個扇段的定子槽。在這種情況中，定子扇段能夠彼此分離地纏繞，且僅不同定子扇段的繞組的端子在組裝定子鐵芯后必需以適合的方式連接起來。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在圖2中示出的永磁電機的轉子包括六個轉子扇段201、202、203、204、205以及206。轉子扇段201-206彼此緊固，且被緊固至軸250。在圖2中，角(P表示位于轉子扇段201的第一側面207和轉子扇段201的第二側面208之間的圓心角。因為有六個相似的轉子扇段，所以圓心角9是n/3弧度，即60°。轉子扇段201-206中的每一個包括支撐結構，所述支撐結構能包括層壓鐵磁材料和/或實心鐵磁材料。轉子扇段201-206中的每一個還包括嵌入表面層232的永磁體。因此，在圖2中沒有示出單獨的永磁體。永磁體被布置成在轉子扇段的氣隙表面上提供磁極。在圖2中，每個轉子扇段的磁極的數(shù)目是P，且虛線214、217、218、219、231以及215代表轉子扇段201的p個磁極中的一些磁極的磁軸。虛線216代表轉子扇段206的兩個最外側的磁極中的一個磁極的磁軸。磁極以如下方式定位，即在屬于相鄰轉子扇段的相鄰磁極的磁軸之間的切向間距大于在屬于同一轉子扇段的相鄰磁極的磁軸之間的切向間距的平均值。在圖2中，圓心角Y :對應于在分別屬于相鄰轉子扇段201和206的相鄰磁極的磁軸214和216之間的切向間距。圓心角P1, ^2,…，P p_2以及P ^對應于在屬于轉子扇段201的相鄰磁極的磁軸之間的切向間距。磁極的上述定位增大了從轉子扇段的側面到最接近的永磁體的切向距離，由此為用于將每個轉子扇段緊固到其相鄰轉子扇段的布置提供了更多空間。磁極的上述定位降低了在永磁電機的定子繞組和永磁轉子之間的磁耦合，但是，在另一方面，也可降低齒槽轉矩。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的永磁電機中，在每一個轉子扇段內，磁極的磁軸以相同間距設定節(jié)距，并且，定子磁極節(jié)距不同于所述相同間距的長度。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的永磁電機中，所述相同間距的長度、即在每個轉子扇段內的轉子磁極節(jié)距大致是(PsXp — nX T s) / p,其中Ps是定子磁極節(jié)距，p是每個轉子扇段的磁極的數(shù)目，T s是定子槽節(jié)距，且n是大于或等于I的整數(shù)。為了說明的目的，下面考慮以下范例-每個轉子扇段的磁極的數(shù)目=P-定子磁極節(jié)距=Ps,-定子槽節(jié)距=ts，-參見公式(I)和(2)，在轉子扇段的兩個側面處的額外的切向距離B1和B2是定子槽節(jié)距的一半，即B1=B2= T s/2，并且-氣隙半徑是Rag。結合如在圖I中示出的外轉子電機，氣隙半徑Rag是能夠被轉子環(huán)繞的最大圓的半徑，并且，結合如在圖2中示出的內轉子電機，氣隙半徑Rag是能夠環(huán)繞轉子的最小圓的半徑。在上述范例中，在圖I和2中示出的圓心角q>、a !以及a2是Cp= ( pxPs ) / Rag,并且
權利要求
1.一種用于永磁電機的轉子的轉子扇段(101、201)，在所述轉子扇段的第一側面和第ニ側面(107、108、207、208)之間的圓心角f最大是Ji弧度，并且所述轉子扇段包括支撐結構(109)和永磁體(110-113)，所述永磁體被附接至所述支撐結構，且被布置成在所述轉子扇段的氣隙表面上提供至少兩個磁極，當所述轉子扇段被用作所述永磁電機的一部分吋，所述氣隙表面面向所述永磁電機的定子，其特征在于
2.根據(jù)權利要求I所述的轉子扇段，其中，所述磁極的磁軸在切向方向上以相同間距設定節(jié)距，與每ー個所述相同間距對應的圓心角小于Q1+ Q20
3.根據(jù)權利要求I或2所述的轉子扇段，其中，B1基本等于B2。
4.ー種永磁電機，所述永磁電機包括定子和轉子，所述轉子包括至少兩個根據(jù)權利要求1-3中的任一項所述的轉子扇段(101-104、201-206)。
5.根據(jù)權利要求4所述的永磁電機，其中，在每ー個轉子扇段內，所述磁極的磁軸以相同間距設定節(jié)距，并且，定子磁極節(jié)距不同于所述相同間距的長度。
6.根據(jù)權利要求5所述的永磁電機，其中，所述相同間距的長度大致為(PsXp — nX ts) / p, 其中Ps為所述定子磁極節(jié)距，P為每個轉子扇段的磁極的數(shù)目，T s為定子槽節(jié)距，并且n為大于或等于I的整數(shù)。
7.根據(jù)權利要求6所述的永磁電機，其中，整數(shù)n為I。
8.根據(jù)權利要求4-7中的任一項所述的永磁電機，其中，所述永磁電機為外轉子電機，使得所述轉子圍繞所述定子。
9.根據(jù)權利要求4-7中的任一項所述的永磁電機，其中，所述永磁電機為內轉子電機，使得所述定子圍繞所述轉子。
10.根據(jù)權利要求4-9中的任一項所述的永磁電機，其中，所述定子包括分段定子鐵芯，并且定子繞組的每ー個線圈被布置成占據(jù)屬于所述定子鐵芯的僅ー個扇段的定子槽。
全文摘要
由轉子扇段(101-04)組成的永磁轉子的磁極以如下方式定位，即在屬于相鄰轉子扇段(101、104)的相鄰磁極的磁軸(114、116)之間的切向間距大于在屬于同一個轉子扇段(101)的相鄰磁極的磁軸(114、117)之間的切向間距的平均值。因此，能夠增大從所述扇段的側面(107、108)到最接近的永磁體的切向距離，且能夠為將轉子扇段緊固在一起的布置(121、122)提供更多空間。磁極的上述定位降低了在永磁轉子和定子繞組之間的磁耦合，但是，在另一方面，也可降低齒槽轉矩。
文檔編號H02K29/03GK102630362SQ201080053748
公開日2012年8月8日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權日2009年10月28日
發(fā)明者帕努·庫羅寧 申請人:斯維奇?zhèn)鲃酉到y(tǒng)有限公司