[發(fā)明專(zhuān)利]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

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510019763.5
• 申請(qǐng)日: 2015-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104779720A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳立建;諸自強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西門(mén)子公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02K1/27
• 分類(lèi)號(hào): H02K1/27;H02K1/28
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄒松青;胡斌

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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(guò)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(guò)使用磁場(chǎng)鏈路將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。

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。

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(lái)，尤其是從引入稀土磁性材料以來(lái)，永磁體（PM）機(jī)電換能器已經(jīng)流行起來(lái)，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(méi)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(wú)電刷設(shè)計(jì)使得導(dǎo)體線(xiàn)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。

PM機(jī)電換能器也由于其耐用性、可控性和沒(méi)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(chē)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)）。

PM機(jī)電換能器的一個(gè)技術(shù)問(wèn)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(xiàn)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(chēng)為轉(zhuǎn)矩波動(dòng)）、振動(dòng)和噪音的不良效應(yīng)。

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(kāi)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(xiàn)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。

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。

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(tīng)覺(jué)噪聲、震動(dòng)行為和軸承使用壽命是有害的。

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

通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)滿(mǎn)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。

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（b1）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。

所述轉(zhuǎn)子組件是基于如下想法：通過(guò)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?xún)?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(méi)有斜移。

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?xún)A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)。

在本文獻(xiàn)中，術(shù)語(yǔ)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(xiàn)所繞的方向。

術(shù)語(yǔ)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。