具有磁體設(shè)置的轉(zhuǎn)子組件、機(jī)電換能器和風(fēng)力渦輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有包括永磁體的轉(zhuǎn)子的機(jī)電換能器的技術(shù)領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及用于例如同步機(jī)器的機(jī)電換能器的轉(zhuǎn)子組件。進(jìn)一步，本發(fā)明涉及機(jī)電換能器和風(fēng)力渦輪，這二者均裝備有所述轉(zhuǎn)子組件。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)電換能器是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或者將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)器。電動(dòng)馬達(dá)是廣泛使用的機(jī)電換能器，其通過使用磁場(chǎng)鏈路將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。發(fā)電機(jī)是這樣的機(jī)電換能器，其通過使用磁場(chǎng)鏈路將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。
[0003]機(jī)電換能器包括定子和轉(zhuǎn)子。定子是代表機(jī)電換能器的靜止部分的組件。轉(zhuǎn)子是代表機(jī)電換能器的運(yùn)動(dòng)部分的組件。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)鏈路，永磁體可以被具體用于機(jī)電換能器的轉(zhuǎn)子。在近些年來，尤其是從引入稀土磁性材料以來，永磁體(PM)機(jī)電換能器已經(jīng)流行起來，因?yàn)樗鼈兪∪チ藢?duì)于常規(guī)直流(DC)機(jī)電換能器通常所用的整流器和電刷的需求。沒有外部電轉(zhuǎn)子激勵(lì)會(huì)消除轉(zhuǎn)子上的損失并且使得永磁體機(jī)電換能器更有效率。此外，PM機(jī)電換能器的無電刷設(shè)計(jì)使得導(dǎo)體線圈排他地位于靜止定子內(nèi)。在此方面，應(yīng)該提到的是，裝備有整流器和電刷的非PM機(jī)電換能器易于具有顯著較高的維護(hù)成本。
[0005]PM機(jī)電換能器也由于其耐用性、可控性和沒有電火花而被廣為人知。由于其優(yōu)點(diǎn)，PM機(jī)電換能器被廣泛地用于許多應(yīng)用中，例如電動(dòng)車輛(機(jī)電換能器是馬達(dá))或者例如風(fēng)力渦輪的功率生成系統(tǒng)(機(jī)電換能器是發(fā)電機(jī))。
[0006]PM機(jī)電換能器的一個(gè)技術(shù)問題是齒槽轉(zhuǎn)矩。當(dāng)PM機(jī)電換能器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于轉(zhuǎn)子磁體的“尖銳邊緣”和定子線圈的會(huì)合，在安裝有永磁體的轉(zhuǎn)子和定子之間產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩是導(dǎo)致機(jī)電換能器內(nèi)的輸出波動(dòng)(也被稱為轉(zhuǎn)矩波動(dòng))、振動(dòng)和噪音的不良效應(yīng)。
[0007]公知的是，轉(zhuǎn)子磁體的斜移能夠減少或者幾乎消除永磁體電機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩。例如US 6，867，524 B2公開了包括具有至少三個(gè)節(jié)段的轉(zhuǎn)子的永磁體馬達(dá)。這三個(gè)節(jié)段中的每個(gè)被成形為相繼相鄰且沿轉(zhuǎn)子軸線對(duì)齊。每個(gè)節(jié)段具有沿轉(zhuǎn)子的周邊方向以基本相等間距布置的至少一對(duì)永磁體。第一和第二節(jié)段相對(duì)彼此斜移第一角位移，并且第一和第三節(jié)段相對(duì)彼此斜移第二角位移。第一和第二角位移被選擇成導(dǎo)致在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)期間每個(gè)節(jié)段所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的凈總和基本等于零。
[0008]但是，當(dāng)實(shí)現(xiàn)永磁體在用于機(jī)電換能器的轉(zhuǎn)子組件的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)處的斜移設(shè)置時(shí)，永磁體的正確機(jī)械安裝和對(duì)齊是具有挑戰(zhàn)性且耗時(shí)的。
[0009]斜移永磁體的又一缺點(diǎn)在于如下事實(shí):大多數(shù)斜移樣式在轉(zhuǎn)子組件上產(chǎn)生不希望的軸向力。這樣的軸向力對(duì)聽覺噪聲、震動(dòng)行為和軸承使用壽命是有害的。
[0010]可能需要提供用于永磁體電機(jī)的轉(zhuǎn)子組件，其能夠以機(jī)械上容易的方式被實(shí)現(xiàn)并且導(dǎo)致在永磁體電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)作用在轉(zhuǎn)子組件上的軸向力的生成減小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來滿足這種需要。本發(fā)明的有利實(shí)施例被從屬權(quán)利要求描述。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供用于機(jī)電換能器的轉(zhuǎn)子組件。所提供的轉(zhuǎn)子組件包括(a)機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)和(b)磁體設(shè)置，所述磁體設(shè)置具有(bl)第一磁性部件零件和(b2)第二磁性部件零件，其中第一磁性部件零件和第二磁性部件零件被附接到機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)并且沿轉(zhuǎn)子組件的軸向方向設(shè)置。相對(duì)于軸向方向，(i)第一磁性部件零件的第一橫截面具有第一形狀且(ii)第二磁性部件零件的第二橫截面具有與第一形狀不同的第二形狀。
[0013]所述轉(zhuǎn)子組件是基于如下想法:通過將磁體設(shè)置沿軸向方向成形，能夠以容易且有效的方式減小裝備有所述轉(zhuǎn)子組件的(同步)電動(dòng)機(jī)器的齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。在此方面，“將磁體設(shè)置沿軸向方向成形”意味著磁體設(shè)置的橫截面形狀和/或橫截面大小沿軸向方向變化。這個(gè)橫截面大小的變化優(yōu)選地不僅被實(shí)現(xiàn)為第一磁體設(shè)置被插入在支撐結(jié)構(gòu)的一個(gè)(縱向)槽內(nèi)還被實(shí)現(xiàn)為至少兩個(gè)且優(yōu)選地所有磁體設(shè)置均被插入在支撐結(jié)構(gòu)的一個(gè)具體(縱向)槽內(nèi)。從而，每個(gè)槽可以優(yōu)選地被定向成平行于軸向方向。這意味著磁性部件零件沒有斜移。
[0014]但是，雖然導(dǎo)致更加努力地制造支撐結(jié)構(gòu)，但是槽相對(duì)于軸向方向稍傾斜的取向例如可以是可能的，以便實(shí)現(xiàn)磁體設(shè)置的公知斜移構(gòu)造(除了沿軸向方向成形磁體設(shè)置之外)。這種額外的斜移可以進(jìn)一步有助于減少齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
[0015]在本文獻(xiàn)中，術(shù)語〃軸向方向〃指代當(dāng)在電機(jī)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)軸線所繞的方向。
[0016]術(shù)語〃相對(duì)于軸向方向〃可以具體地意味著第一橫截面的(第一橫截面面積的)第一法向矢量和第二橫截面的(第二橫截面面積的)第二法向矢量平行于軸向方向?qū)R。換言之，產(chǎn)生這兩個(gè)橫截面中每一個(gè)的切割平面垂直于軸向方向定向。
[0017]磁性設(shè)置或者磁性部件零件可以優(yōu)選地借助于接合在縱向槽內(nèi)而被附接到支撐結(jié)構(gòu)。從而，如上面已經(jīng)提到的，縱向槽可以優(yōu)選地平行于軸向方向?qū)R或者可以替代性地相對(duì)于軸向方向稍微傾斜。能夠借助于相應(yīng)磁體設(shè)置能夠接合在其內(nèi)的適當(dāng)?shù)浊胁縼韺?shí)現(xiàn)所述接合。從而，所述接合能夠被直接實(shí)現(xiàn)在相應(yīng)磁性部件零件的磁體設(shè)置的磁性材料和底切部之間。但是，優(yōu)選地所述接合借助于磁性部件零件的相應(yīng)的磁體設(shè)置的至少一個(gè)適當(dāng)?shù)闹伟灞婚g接實(shí)現(xiàn)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一形狀是第一幾何不規(guī)則形狀且/或第二形狀是第二幾何不規(guī)則形狀。
[0019]在此方面，術(shù)語〃幾何不規(guī)則形狀〃可以具體地意味著相應(yīng)形狀不具有對(duì)稱軸線，而“幾何規(guī)則形狀”則相對(duì)于該對(duì)稱軸線會(huì)呈現(xiàn)相對(duì)于該軸線的對(duì)稱。
[0020]在第一橫截面和/或第二橫截面是四邊形的情況下，〃幾何不規(guī)則形狀〃可以意味著四邊形的至少兩個(gè)內(nèi)角相對(duì)彼此是不同的并且相對(duì)于四邊形的第三或第四角也是不同的。此外，四邊形的"幾何不規(guī)則形狀"可以意味著所有四個(gè)邊具有不同長(zhǎng)度。
[0021]在第一橫截面和/或第二橫截面是三角形的情況下，〃幾何不規(guī)則形狀〃可以意味著三角形的所有角是不同的。
[0022]描述性地說，當(dāng)?shù)谝恍螤詈?或第二形狀是幾何不規(guī)則形狀時(shí)，磁體設(shè)置不僅沿軸向方向成形也沿著周向方向成形。這會(huì)導(dǎo)致齒槽轉(zhuǎn)矩和/或轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的進(jìn)一步減小。
[0023]在此方面，應(yīng)指出，相比于四邊形或三角形，第一橫截面和/或第二橫截面也可以具有其他形狀。同樣，具有N個(gè)角隅的形狀可以是可能的，其中N是大于四的整數(shù)。
[0024]此外，第一橫截面和/或第二橫截面可以具有并不排他地由直線還由至少一個(gè)曲線界定的形狀。這意味著第一磁性部件零件和/或第二磁性部件零件可以具有圓角表面。優(yōu)選地，這種圓角表面是外部圓角表面，該表面被設(shè)置在磁體設(shè)置的背離機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的一側(cè)處。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，磁體設(shè)置包括具有一定輪廓的安裝結(jié)構(gòu)，并且機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)包括具有相對(duì)于所述輪廓是互補(bǔ)輪廓的互補(bǔ)安裝結(jié)構(gòu)。所述互補(bǔ)輪廓被接合于所述輪廓。這可以提供如下優(yōu)點(diǎn)，即磁體設(shè)置和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)能夠以可靠方式彼此機(jī)械連接而不需要使用任意特殊的工具，例如螺絲起子或者扳手。此外，最終機(jī)械連接是可拆卸的，如果必要使得一個(gè)或更多個(gè)磁性部件零件必須被其他磁性部件零件更換的話這能夠是非常重要的。
[0026]當(dāng)制造轉(zhuǎn)子組件時(shí)，磁性部件零件可以以可滑動(dòng)方式被插入到機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的凹槽內(nèi)或者被放置在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的凸起上，其中所述凹槽或者所述凸起優(yōu)選地沿轉(zhuǎn)子組件的軸向方向延伸。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，所述輪廓和/或所述互補(bǔ)輪廓以燕尾方式被形成。這可以提供如下優(yōu)點(diǎn)，即磁性部件零件能夠與支撐結(jié)構(gòu)正確對(duì)齊。此外，燕尾形狀或者任意相似的幾何形式可以確保磁性部件零件與轉(zhuǎn)子組件的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)機(jī)械可靠地緊固。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，磁體設(shè)置以單件方式被實(shí)現(xiàn)。
[0029]換言之，第一磁性部件零件和第二磁性部件零件二者被形成為公共磁性塊。這可以提供如下優(yōu)點(diǎn)，即將有助于將機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)與利用第一磁性部件零件和第二磁性部件零件組裝，這是因?yàn)椴恍枰獑蝹€(gè)地或分別地處理所述至少兩個(gè)磁性部件零件。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，第一磁性部件零件和第二磁性部件零件是單獨(dú)的磁性件或元件。這可以提供如下優(yōu)點(diǎn)，即能夠以簡(jiǎn)單且容易的方式實(shí)現(xiàn)和制造磁體設(shè)置。從而，第一磁性部件零件和/或第二磁性部件零件可以以單件方式被實(shí)現(xiàn)。在此方面，應(yīng)指出，單件實(shí)現(xiàn)方式可以僅應(yīng)用于相應(yīng)磁性部件零件的磁性材料，并且當(dāng)然相應(yīng)磁性部件可以包括例如基板的其他元件，其中磁性材料(例如通過膠水)被附接到該基板。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，第一磁性部件零件和/或第二磁性部件零件沿軸向方向具有恒定橫截面形狀。這可以提供如下優(yōu)點(diǎn)，即將有助于相應(yīng)磁性部件零件的制造。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，第一磁性部件零件和/或第二磁性部件零件沿軸向方向具有變化的橫截面形狀。這可以提供如下優(yōu)點(diǎn)，即，將避免磁體設(shè)置的磁性材料沿軸向方向具有尖銳邊緣。因此，能夠進(jìn)一步減小齒槽轉(zhuǎn)矩和/或轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，磁體設(shè)置進(jìn)一步包括至少一個(gè)其他磁性部件零件，其中所述其他磁性部件零件(a)被附接到機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)，(b)相對(duì)于第一磁性部件零件和第二磁性部件零件沿軸向方向設(shè)置，以及(C)位于第一磁性部件