永磁体机器的磁轭制造技术

本发明专利技术涉及永磁体机器（1）的磁轭（4），其包括具有用于容纳永磁体（5）的容纳区域（16）的表面（15），其中两个凹槽（17）被设置成邻近所述容纳区域（16）以增加磁阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及永磁体机器，例如发电机。具体而言，本专利技术涉及用于永磁体机器的磁轭、转子和定子以及永磁体机器。
技术介绍
发电机通常具有运动的转子和静止的定子来产生电能。转子或定子中的任一者包括具有永磁体的磁轭。另一者包括具有绕组的叠片。磁通量是发电机的重要参数，因为其促成了发电机的转矩。磁通量的泄漏发生于永磁体机器运转期间并且会减少转矩。在发电机的端部区域中，即在发电机的轴向端部处，发生磁通量泄漏。这被认为在直接驱动发电机的情况下是特别严重的，在这种情况下大的输出功率与重量之比需要定子叠片的大的磁负载。由于大的磁负载，定子铁磁性材料磁性饱和并且这导致了在永磁体的端部区域中存在高额的通量泄漏，在该端部区域中通量线更易于接近其通过转子的路径并避免联接定子绕组，从而通过更加靠近端部区域而减少了其对于转矩的贡献。此外，在具有大直径和短轴向长度的直接驱动发电机中，磁通量泄漏与磁通量联接定子绕组且促成转矩的部分的比率变得更显著。上述情况不仅应用到外部转子直接驱动发电机，还应用到所有其他类型的永磁体机器。不过，这种情况对于外部转子直接驱动发电机是特别重要的。在文献中，提出了相比于定子缩短转子的长度。不过，这种方法仅适用于内部转子发电机或马达，其中在磁体下面的转子磁轭沿轴向方向观察时结束于磁体结束的位置。不过，由于其更大的输出功率与重量之比而更首选外部转子发电机，而不是内部转子发电机。
技术实现思路
本专利技术的目标是减少永磁体机器的磁通量泄漏。这个目标分别通过权利要求1、7、10和13的特征实现。从属权利要求提供了本专利技术的进一步的细节和优点。在一方面，本专利技术涉及用于永磁体机器的磁轭，包括具有用于容纳永磁体的容纳区域的表面，其中邻近所述容纳区域设置两个凹槽从而增加磁阻。该构思是要通过增加通量泄漏路径的磁阻来最小化磁通量泄漏从而最大化主要通量与泄漏通量之比。随着空气被置于靠近永磁体的端部而不是靠近铁磁性磁轭的端部而增加了磁阻。最大化了有用通量和泄漏通量之间的上述比，并且因而根据磁体厚度、轴向长度和发电机空气间隙的直径，提高了相同磁体体积和成本的输出功率。这种输出功率的提高在数量级上更加精确地高达10%， 粗略地1-3%。另一优点是减少了磁轭的重量。能够通过由机加工去除这些零件来获得凹槽。凹槽的宽度和/或深度可以基本对应于永磁体的厚度。这种尺寸已经良好地减少了磁通量泄漏。在又一优选方式中，FE (有限元)计算能够被用于优化凹槽的形式。凹槽可以延伸到表面的端部。这样，凹槽的宽度从容纳区域延伸到磁轭的边沿，以使得该表面仅具有容纳区域的尺寸。虽然这种方案显著影响了机械设计，不过其良好地减少了磁通量泄漏且同时显著减少了重量。凹槽邻近容纳区域的侧壁可以以一定角度延伸。根据这种更加有效的方法(即更大地增加泄漏通量的磁阻路径)，磁轭可以沿倾斜线被去除，而不是沿竖直线被去除，其中倾斜侧壁的角度能够被选择成形成底面切口(undercut)。非磁性材料，具体而言是磁性行为类似于空气但机械强度类似于如不锈钢的非磁性材料可以被设置在凹槽中，例如通过焊接，以便增加转子磁轭的机械强度且同时仍保持大磁阻且因而保持小的泄漏通量。表面可以是周边表面并且两个凹槽可以设置成沿轴向方向邻近容纳区域。这种设计对应于通用永磁体机器。在另一方面，本专利技术涉及用于永磁体机器的转子，包括永磁体和如上所述的磁轭。 如上所述的相同优点和改型也可在此应用。对于逐渐更加普遍且通常用于大型应用(例如风力涡轮机)的外部转子直接驱动发电机，本专利技术是特别有利的，因为它们具有大的定子叠片磁负载和大的重量。转子可以包括设置在容纳区域和永磁体之间的基板。在改型中能够忽略这种铁磁性基板并且仅如前所述改进转子磁轭。或者，基板的侧壁可以以一定角度延伸并且可以也被改型从而在两个端面内具有倾斜侧壁，其中所述侧面可以对齐于转子磁轭中产生的斜面。在另一方面，本专利技术涉及用于永磁体机器的定子，包括永磁体和如上所述的磁轭。 如上所述的相同优点和改型也可在此应用。定子可以包括设置在容纳区域和永磁体之间的基板。在改型中能够忽略这种铁磁性基板并且仅如前所述改进定子磁轭。或者，基板的侧壁可以以一定角度延伸并且可以也被改型从而在两个端面内具有倾斜侧壁，其中所述侧面可以对齐于定子磁轭中产生的斜面。在又一方面，本专利技术涉及永磁体机器，其包括定子、转子和如上所述的磁轭。如上所述的相同优点和改型也可在此应用。对于外部转子直接驱动发电机，本专利技术是最有利的。永磁体机器可以包括如上所述的转子或定子。附图说明包括附图来提供对于实施例的进一步理解。将容易地意识到其他实施例和许多预期优点，因为通过下述详细说明将更好地理解这些实施例和预期优点。附图中的元件不必要彼此成比例。类似附图标记指代相应的类似零件。图I示出了永磁体机器的示意性横截面图。图2示出了根据本专利技术的转子磁轭的示意图。图3示出了根据本方面的进一步的转子磁轭的示意图。图4示出了根据本专利技术的另一转子磁轭的示意图。图5是根据本专利技术的又一转子磁轭的示意图。图6示出了根据本专利技术的具有转子磁轭的永磁体机器的示意图。图7示出了根据本专利技术的具有基板的转子磁轭的示意图。具体实施例方式在下述详细描述中，参考形成说明书的一部分的附图，在附图中通过图释示出了可以实施本专利技术的特定实施例。在此方面，参考描述的附图的取向使用方向性术语，例如 “顶”或“底”等。因为实施例的部件能够被定位于大量不同取向，所以方向性术语被用于图释目的并且决不是限制性的。应该理解，在不背离本专利技术范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以做出结构性或逻辑改变。因此，下述具体描述不采取限制性含义，并且本专利技术的范围由所附权利要求限定。图I示出了永磁体机器1，在这个示例性情况中是外部转子直接驱动发电机。永磁体机器I具有转子2和定子3。转子2包括承载永磁体5的磁轭4。定子3包括具有绕组的叠片组6。示出了绕组的端部绕组7。定子3被附接到永磁体机器I的轴8。轴8绕旋转轴线9旋转。转子2由竖直臂10支撑，所述竖直臂10中的每个均连接到轴承11。在旋转永磁体5和静止叠片组6之间是永磁体机器I的小的空气间隙12。使用轴向(z)、径向(r)和切向方向(Θ )示出了柱坐标系。箭头示出了促成永磁体机器I的输出转矩的主要通量13的方向。主要通量13从磁轭4离开并且通过永磁体5从而穿过空气间隙12和定子叠片组6。之后主要通量13通过改变方向且向内行进到定子叠片组6中且变向返回通过定子3内的另一磁极、空气间隙 12且最终通过转子2，从而继续其路径。其通过再次进入初始磁极而结束循环。大体而言，从三维方面考虑，机器设计的弱点在于轴向端部区域，特别是永磁体5 的轴向端部区域。泄漏通量14从永磁体5泄漏到转子磁轭2中且返回到永磁体5。图2至图7示出了本专利技术用于减少泄漏通量14的方法。首先讨论了理论背景。能够通过下述等式I和等式2来分析地描述永磁体5上的主要通量13和泄漏通量14的相关性以及其他设计参数(主要通量是促成转矩的通量)。H ID^mmDmain qC —-----(I)(S +S )\ gap saiumtkm /P ^ HrnL,、B leakΓΤ⑵11 丨 mW + h I\ mr r,其中U ηAl w Iw^SATURATION》gap + ^tooi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M基米亚贝吉，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：