專利名稱：永久磁鐵元件和電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別適用于電工裝置的永久磁鐵元件，該元件包括至少一個(gè)永久磁鐵塊。本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求11的引用部分所述的電機(jī)。
背景技術(shù)：
通常，為了產(chǎn)生磁場，并進(jìn)一步為了能利用磁場和旋轉(zhuǎn)電機(jī)中導(dǎo)體之間的相互作用，而將永久磁鐵應(yīng)用在電機(jī)中。旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一個(gè)例子是永磁同步電機(jī)，該永磁同步電機(jī)具有安裝在其轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵和通常安裝在其定子上的三相繞組。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由轉(zhuǎn)子內(nèi)的磁鐵產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁通穿過定子繞組，在定子線圈內(nèi)產(chǎn)生了電流。對應(yīng)地，當(dāng)交流電流入定子，并且永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在定子線圈內(nèi)就產(chǎn)生了磁通。
現(xiàn)有用在電工裝置中的永久磁鐵具有的問題是永久磁鐵塊很難被緊固，并很難將永久磁鐵塊的尺寸做小。當(dāng)制造大型裝置時(shí)，由于大功率同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑和軸長可以達(dá)到幾米，因此必須要用到大量的易碎并難處理的永久磁鐵塊。
為便于永久磁鐵塊的安裝，現(xiàn)有的方法是將永久磁鐵塊粘到形成永久磁鐵元件的金屬板上以進(jìn)行安裝。這樣，這些永久磁鐵塊就不需要一個(gè)接一個(gè)地安裝到安裝點(diǎn)上，如轉(zhuǎn)子的表面上。完成安裝后，通常是通過繞整個(gè)轉(zhuǎn)子纏繞玻璃纖維帶，并在最后在烘箱內(nèi)硬化玻璃纖維帶內(nèi)的樹脂來確保永久磁鐵元件的牢固。因此，在安裝完這些元件后，需要進(jìn)行額外的工作步驟來確保安裝。特別是樹脂硬化步驟需要時(shí)間很長，延緩了裝置的最終完成。此外，如果永久磁鐵塊如轉(zhuǎn)子很大，則很難將該塊放到烘箱內(nèi)。玻璃纖維帶在縱向上相當(dāng)牢固，因此在磁鐵被安裝到如旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上后為磁鐵抗離心力提供了可靠的支撐。但是，該玻璃纖維帶沒有提供給磁鐵橫向支撐。此外，在安裝永久磁鐵或永久磁鐵元件時(shí)，外部的磁性金屬片牢固地固定到它們表面上，這妨礙并放慢了安裝進(jìn)程。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種永久磁鐵元件，其克服了上面提到的缺點(diǎn)，并使永久磁鐵以較以前簡單的方式安裝到電工裝置上。通過本發(fā)明的永久磁鐵元件實(shí)現(xiàn)了該目的，其特征在于，永久磁鐵元件還包括防護(hù)罩，將防護(hù)罩設(shè)置成部分地包圍住設(shè)置在元件內(nèi)的永久磁鐵塊，并且永久磁鐵元件還包括一個(gè)或多個(gè)固定元件。
本發(fā)明是基于這種思想，即永久磁鐵元件是通過將一個(gè)或多個(gè)永久磁鐵塊部分地包圍在防護(hù)罩內(nèi)而形成的。最簡單地，是通過例如模制使塑料防護(hù)罩包圍住永久磁鐵塊或多個(gè)永久磁鐵塊而進(jìn)行包圍的。作為將該罩直接包圍這些塊模制的一種可替換的方式，該防護(hù)罩還可以通過膠粘構(gòu)成，或者通過將永久磁鐵塊固定到形成包圍這些塊的蓋子的結(jié)構(gòu)部件上而構(gòu)成。除了塑料，還可以使用不同類型的纖維結(jié)構(gòu)用作防護(hù)罩的材料。
永久磁鐵元件還包括一個(gè)或多個(gè)固定元件，其以簡單并可靠的方式使永久磁鐵元件和永久磁鐵元件包含的磁鐵塊固定到電工裝置上。例如制作蓋子時(shí)，可以將該固定元件粘接到蓋子結(jié)構(gòu)上，同時(shí)，其它的附加部件也可以連接到該罩上。
防護(hù)罩可以制成所需的形狀，使得考慮到安裝點(diǎn)的形狀。與元件有關(guān)的所需信息也可以在模制過程中插入到防護(hù)罩中。
由于將易碎并成形的永久磁鐵置于防護(hù)罩下面，因此本發(fā)明的永久磁鐵元件的處理與現(xiàn)有技術(shù)相比變得相當(dāng)容易。這意味著，外部物體不會(huì)像以前那樣牢牢地固定到元件的表面上，并且罩也提供了很好的抵抗外部雜質(zhì)的保護(hù)。此外，本發(fā)明的元件提供了可靠的抗永久磁鐵塊腐蝕的保護(hù)。
本發(fā)明還涉及一種電機(jī)，其包括至少部分地用永久磁鐵元件磁化的轉(zhuǎn)子，因此該電機(jī)的特征在于，將轉(zhuǎn)子表面上的永久磁鐵元件設(shè)置成包括一個(gè)或多個(gè)永久磁鐵塊，并具有一個(gè)或多個(gè)固定元件，用于將永久磁鐵元件固定到基本平的或彎曲的轉(zhuǎn)子表面上。
通過這樣的電機(jī)，可以利用通過本發(fā)明的永久磁鐵元件實(shí)現(xiàn)的永磁轉(zhuǎn)子的簡單結(jié)構(gòu)，其中，至少部分地使用永久磁鐵元件進(jìn)行了轉(zhuǎn)子的磁化。然后，可以以十分簡單的方式制作該轉(zhuǎn)子并進(jìn)行其磁鐵的安裝。
現(xiàn)在，將通過優(yōu)選實(shí)施例并參考附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1和2示出了本發(fā)明永久磁鐵元件結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，和圖3示出了固定到電工裝置上的本發(fā)明的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1和2示出了本發(fā)明永久磁鐵元件1的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。圖1是圖2所示結(jié)構(gòu)的橫截面，圖2中，是從上部示出了永久磁鐵元件1。本發(fā)明的元件包括至少一個(gè)永久磁鐵塊10。在圖1和2的實(shí)施例中，共有4個(gè)這種塊10。
根據(jù)本發(fā)明，永久磁鐵元件1進(jìn)一步包括防護(hù)罩11，將該防護(hù)罩11設(shè)置成部分地包圍住元件內(nèi)的永久磁鐵塊或元件的單個(gè)永久磁鐵塊。優(yōu)選地，還可以以這樣的方式制成該防護(hù)罩11，使得元件內(nèi)的塊彼此相互間可靠地固定住，從而使元件的結(jié)構(gòu)變得均勻并且牢固。
將圖中所示的元件固定到電工裝置上，在圖中所示的實(shí)施例中該電工裝置是本發(fā)明的電機(jī)的轉(zhuǎn)子12，該轉(zhuǎn)子將利用永久磁鐵進(jìn)行磁化。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，永久磁鐵元件的防護(hù)罩是一個(gè)側(cè)面開口的蓋狀結(jié)構(gòu)。如圖1所示，防護(hù)罩的開口側(cè)抵著安裝表面，即，在這種情況下，抵著轉(zhuǎn)子12的表面。將防護(hù)罩對著安裝表面的那一側(cè)打開以使在磁路內(nèi)形成的氣隙長度最小。如果防護(hù)罩的材料對實(shí)際應(yīng)用來說是足夠硬的，并且可以保持元件始終在罩內(nèi)，則也可以將防護(hù)罩處在要安裝的元件之間的各個(gè)側(cè)打開。否則防護(hù)罩應(yīng)基本上整體包圍住該塊或多個(gè)塊。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，永久磁鐵元件1的防護(hù)罩11是由聚酰胺(尼龍)或相應(yīng)的塑料制成的。優(yōu)選地，這種塑料防護(hù)罩是通過以這樣的方式模壓制成的，使得在注入塑料熔體之前將永久磁鐵塊彼此相對地放在模內(nèi)預(yù)定的位置上。這樣就形成一個(gè)最終結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)內(nèi)永久磁鐵塊都處在它們各自適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。制作該防護(hù)罩的另一種可替換的方法是在沒有永久磁鐵塊的情況下制造防護(hù)罩。然后隨后以其它的方式將永久磁鐵塊粘到或固定到防護(hù)罩上。通常只有在準(zhǔn)備好元件之后才對永久磁鐵塊進(jìn)行磁化。還可以利用其它公知的方法來制作用在本發(fā)明中的防護(hù)罩11，使該防護(hù)罩足夠牢固并足夠可靠地用于固定磁鐵塊或多個(gè)磁鐵塊。
特別地，制作防護(hù)罩的方法的實(shí)例包括擠壓法、注塑法和真空模塑法。這些方法中，擠壓法特別適用于防護(hù)罩具有三個(gè)開口側(cè)的情況，即，在對著轉(zhuǎn)子表面一側(cè)和兩個(gè)其它側(cè)上開口。
防護(hù)罩的材料可以是例如具有命名為Zytel產(chǎn)品的聚酰按，其商標(biāo)的持有者是DuPont。這種聚酰胺是一種注塑塑料，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其能滿足防護(hù)罩的需要。其它合適的塑料例如有聚氨酯樹脂，玻璃纖維增強(qiáng)樹脂，聚酯層壓塑料，即玻璃纖維增強(qiáng)聚酯片，以及各種乙烯基和環(huán)氧塑料。特別是聚酯層壓塑料已經(jīng)長時(shí)間使用并發(fā)現(xiàn)其是用于電工裝置的可靠的材料。在將永久磁鐵塊粘到防護(hù)罩上之前制作該防護(hù)罩時(shí)，聚酯層壓塑料是特別有用的。還應(yīng)該理解的是，適用在本發(fā)明的解決方案中的塑料的選擇范圍是很廣的。
用在本發(fā)明的解決方案中的防護(hù)罩還可以由不同類型的纖維結(jié)構(gòu)制成，如玻璃、石墨和酰胺纖維或它們的混合物。纖維結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是它們很牢固并且很輕，相當(dāng)薄的結(jié)構(gòu)就能生產(chǎn)出可靠的防護(hù)罩。
根據(jù)本發(fā)明，元件11還包括一個(gè)或多個(gè)固定元件13，用于固定永久磁鐵元件。該固定元件是在模制過程中固定到塑料蓋上的金屬接頭或類似物，通過該固定元件，永久磁鐵元件可以可靠地固定到電工裝置的表面上。
例如可以如圖3所示進(jìn)行元件的固定。圖3中，通過利用模制過程中附加到元件的防護(hù)罩11上的突出部21和按壓到該突出部上的夾具22而將元件1支撐在轉(zhuǎn)子的表面上。通常在模制過程中利用金屬對突出部進(jìn)行加固以確保固定。在圖3的實(shí)施例中，以這樣的方式，即使得形成在夾具上的棱角按壓住永久磁鐵元件的突出部并可靠地將元件固定到轉(zhuǎn)子的表面上，利用螺栓將夾具直接固定到轉(zhuǎn)子的表面上。圖3僅示出了安裝在轉(zhuǎn)子表面上的幾個(gè)永久磁鐵元件中的一個(gè)。沿著轉(zhuǎn)子的整個(gè)軸長安裝這些元件，這樣就形成了一個(gè)用于轉(zhuǎn)子的磁極。通過機(jī)械設(shè)計(jì)根據(jù)需要將用類似方式形成的磁極都設(shè)置在轉(zhuǎn)子的圓周上。
一種先前公知的用于將磁鐵元件固定到轉(zhuǎn)子表面上的方法是膠粘法，其中例如可以使用熱傳導(dǎo)膠來將轉(zhuǎn)子的熱量從轉(zhuǎn)子上帶走。
由于一個(gè)磁極是由一組沿著轉(zhuǎn)子整個(gè)長度的永久磁鐵元件構(gòu)成的，因此如圖3所示可以將元件可靠并簡單地固定住，其中，夾具22是由比一個(gè)元件的軸長要長的側(cè)板制成的。這樣，一個(gè)夾具就將幾個(gè)元件1固定在轉(zhuǎn)子表面上的適當(dāng)位置上。在最簡單的情況下，夾具的長度對應(yīng)于轉(zhuǎn)子的長度，這種情況下，一個(gè)磁極就只需要兩個(gè)夾具。但是，可以用許多不同的實(shí)施方式來固定永久磁鐵元件。應(yīng)該注意，圖3中為了清楚，只示出了元件內(nèi)單獨(dú)的磁鐵塊10。在典型的實(shí)施方式中，永久磁鐵塊是在塑料防護(hù)罩內(nèi)。
圖中所示的永久磁鐵元件形狀上很簡單，并且元件中的永久磁鐵塊像在矩陣中一樣基本上以直線排列。但是，本發(fā)明并不局限于這種塊，在每種情況下根據(jù)需要可以在元件內(nèi)自由地改變塊之間的相互位置關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明，元件內(nèi)磁鐵的合適位置可以例如在電機(jī)轉(zhuǎn)子磁化中形成的不同類型的磁化模式或斜度。這些圖示出了具有幾個(gè)永久磁鐵塊的永久磁鐵元件。根據(jù)本發(fā)明，該元件也可以只包含一個(gè)永久磁鐵塊。
模制過程中，其它的附加部件，如用于確定溫度的測量傳感器，也可以附加到本發(fā)明的永久磁鐵元件上。此外，模制過程中，還可以包括關(guān)于塑料或其它相應(yīng)的模制材料的磁化方向的信息，即極性的信息。該信息可以通過模制過程中形成的圖案，如字母或其它符號，或者通過使用彩色標(biāo)記來的簡單方式來顯現(xiàn)，從而以特殊的信息內(nèi)容識別出以不同方式磁化的元件防護(hù)罩的顏色。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員很明顯的是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，本發(fā)明的基本思想可以用許多不同的方式來實(shí)現(xiàn)。因此本發(fā)明和其實(shí)施例并不局限于上述實(shí)例，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種特別適用于電工裝置的永久磁鐵元件，該元件(1)包括至少一個(gè)永久磁鐵塊(10)，其特征在于，該永久磁鐵元件(1)還包括防護(hù)罩(11)，將防護(hù)罩設(shè)置成部分地包圍住設(shè)置在元件內(nèi)的永久磁鐵塊(10)，并且永久磁鐵元件(1)還包括一個(gè)或多個(gè)固定元件(13；21)。
2.如權(quán)利要求1的元件，其特征在于，將防護(hù)罩設(shè)置成用以將永久磁鐵塊相對于彼此固定住。
3.如權(quán)利要求1或2的元件，其特征在于，永久磁鐵元件(1)的防護(hù)罩(11)包括一個(gè)打開側(cè)的蓋狀結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3的元件，其特征在于，將永久磁鐵元件(1)的防護(hù)罩(11)的打開側(cè)設(shè)置成抵著電工裝置(12)的表面連接。
5.如前述權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)中的元件，其特征在于，永久磁鐵元件(1)的防護(hù)罩(11)由聚酰胺或其它相應(yīng)的塑料制成。
6.如前述權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)中的元件，其特征在于，永久磁鐵元件(1)的防護(hù)罩(11)由纖維增強(qiáng)塑料制成。
7.如前述權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)中的元件，其特征在于，永久磁鐵元件(1)的防護(hù)罩(11)由纖維結(jié)構(gòu)如玻璃、石墨或酰胺纖維制成。
8.如前述權(quán)利要求1到6中任何一個(gè)中的元件，其特征在于，永久磁鐵元件(1)的防護(hù)罩(11)是通過模制制成的。
9.如前述權(quán)利要求1到6中任何一個(gè)中的元件，其特征在于，永久磁鐵元件(1)的防護(hù)罩(11)是通過擠壓制成的。
10.如前述權(quán)利要求1到9中任何一個(gè)中的元件，其特征在于，永久磁鐵元件(1)還包括一個(gè)或多個(gè)用于將永久磁鐵元件固定到電工裝置上的固定元件(13；21)。
11.如前述權(quán)利要求1到10中任何一個(gè)中的元件，其特征在于，永久磁鐵元件(1)還包括一個(gè)或多個(gè)結(jié)合到防護(hù)罩上或防護(hù)罩內(nèi)的測量傳感器。
12.一種電機(jī)，該電機(jī)包括至少部分采用永久磁鐵元件磁化的轉(zhuǎn)子，其特征在于，包括一個(gè)或多個(gè)永久磁鐵塊的永久磁鐵元件設(shè)置在轉(zhuǎn)子表面上，并具有一個(gè)或多個(gè)固定元件，用于將永久磁鐵元件固定到基本上平的或彎曲的轉(zhuǎn)子表面上。
13.如權(quán)利要求12的電機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子的橫斷面基本上是圓形。
14.如權(quán)利要求12或13的電機(jī)，其特征在于，永久磁鐵元件包括設(shè)置成包圍住永久磁鐵的防護(hù)罩，將防護(hù)罩設(shè)置成用以將永久磁鐵塊相對于彼此固定住。
15.如權(quán)利要求12、13或14的電機(jī)，其特征在于，永久磁鐵元件的防護(hù)罩包括具有至少一個(gè)打開側(cè)邊的蓋狀結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求15的電機(jī)，其特征在于，將蓋狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)打開測設(shè)置成朝向轉(zhuǎn)子的表面，并且蓋狀結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)第二打開側(cè)。
17.如前述權(quán)利要求12到16中任何一個(gè)中的電機(jī)，其特征在于，設(shè)置在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵元件還包括一個(gè)或多個(gè)固定元件，用于將永久磁鐵元件固定到轉(zhuǎn)子的表面上。
18.如前述權(quán)利要求12到17中任何一個(gè)中的電機(jī)，其特征在于，設(shè)置在轉(zhuǎn)子表面上的永久磁鐵元件的形狀設(shè)置成在轉(zhuǎn)子磁化中形成不對稱或斜度。
全文摘要
一種特別適用于電工裝置的永久磁鐵元件和一種電機(jī)，該元件(1)包括至少一個(gè)永久磁鐵塊(10)。該永久磁鐵元件(1)還包括防護(hù)罩(11)，將其設(shè)置成部分地包圍住設(shè)置在元件內(nèi)的永久磁鐵塊(10)，并且永久磁鐵元件(1)還包括一個(gè)或多個(gè)固定元件(13；21)。
文檔編號H02K1/27GK1526191SQ02811920
公開日2004年9月1日 申請日期2002年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月14日
發(fā)明者J·馬爾姆伯格, J 馬爾姆伯格 申請人:Abb有限公司