用于在电动机械中进行永磁连接的方法和设备.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201080046198.7

申请日:

2010.08.18

公开号:

CN102714436A

公开日:

2012.10.03

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

专利权的转移 IPC(主分类):H02K 1/27登记生效日:20170628变更事项:专利权人变更前权利人:北方能量系统公司变更后权利人:万高电气公司变更事项:地址变更前权利人:美国佛蒙特州变更后权利人:美国佐治亚州|||授权|||专利申请权的转移IPC(主分类):H02K 1/27变更事项:申请人变更前权利人:北方能量系统效用率公司变更后权利人:北方能量系统公司变更事项:地址变更前权利人:美国佛蒙特州变更后权利人:美国佛蒙特州登记生效日:20141126|||实质审查的生效IPC(主分类):H02K 1/27申请日:20100818|||公开

IPC分类号:

H02K1/27

主分类号:

H02K1/27

申请人:

北方能量系统效用率公司

发明人:

马克·S·皮尔斯; 彼得·P·蒙戈奥; 乔纳森·A·林奇; 托马斯·D·科勒; 保罗·A·史密斯

地址:

美国佛蒙特州

优先权:

2009.08.18 US 12/543,153

专利代理机构:

中原信达知识产权代理有限责任公司 11219

代理人:

陆弋;王伟

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内容摘要

一种用于在永磁电动机械,例如风力发电机中安装和拆卸永磁体的设备和方法。磁体固定器安装在磁体运载结构,例如转子上。在装配好所述电动机械之后,永磁体可插到所述磁体固定器中并可从所述磁体固定器中拆卸下来。这样,永磁体便可通过干涉配合安装到所述磁体运载结构上,而无需使用螺栓或粘合剂,从而有助于装配和拆卸,以便于维护和维修。

权利要求书

权利要求书1.   一种用于在电动机械中安装永磁体的方法,其包括:将磁体固定器安装到磁体运载结构上,所述磁体固定器具有顶部以及具有第一开口端的侧;结合磁体来设置所述磁体固定器的大小,从而使所述磁体固定器、磁体与所述磁体运载结构之间进行干涉配合;使所述磁体通过所述第一开口端滑动到所述固定器中;以及使用所述固定器,通过所述磁体运载结构、所述磁体与所述磁体固定器之间的干涉配合来固定所述磁体。2.   根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括将所述磁体固定器焊接到所述磁体运载结构。3.   根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括用螺栓将所述磁体固定器固定到所述磁体运载结构。4.   根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括用夹具将所述磁体固定器固定到所述磁体运载结构。5.   根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括在所述磁体运载结构的槽内将所述磁体固定器安装到所述磁体运载结构。6.   根据权利要求1所述的方法,其中所述磁体运载结构包括转子。7.   根据权利要求6所述的方法,其中所述电动机械包括风力发电设备。8.   根据权利要求7所述的方法,其中所述风力发电设备安装在塔架上,而且在所述塔架上执行所述设置大小和固定步骤。9.   根据权利要求1所述的方法,其中所述滑动包括:将加载夹具(1oading fixture)固定到所述转子;将磁体置于所述加载夹具中;以及迫使所述磁体从所述加载夹具进入所述磁体固定器。10.   根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括螺钉驱动式柱塞,以迫使所述磁体进入所述磁体固定器。11.   根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括液压驱动式柱塞,以迫使所述磁体进入所述磁体固定器。12.   根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括气动驱动式柱塞,以迫使所述磁体进入所述磁体固定器。13.   根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括电驱动式柱塞,以迫使所述磁体进入所述磁体固定器。14.   根据权利要求9所述的方法,其中所述滑动进一步包括在进行所述迫使动作之前,将所述加载夹具与所述磁体固定器对准。15.   根据权利要求1所述的方法,其中所述磁体设于磁体段中,而且所述滑动包括将多个磁体段推送到所述磁体固定器中。16.   根据权利要求1所述的方法,其中所述磁体固定器具有第二开口端,所述方法进一步包括通过所述磁体固定器第二开口端拆卸所述磁体,以便于维护或替换。17.   一种用于在电动机械中将永磁体固定到磁体安装表面的磁体固定器,其中所述磁体具有高度、宽度和长度,所述磁体固定器包括:主体,其侧壁由闭合顶部连接,以构成至少一个第一开口端,以及打开底部,所述侧壁确定磁体固定器内部高度,所述高度的配置和大小结合所述磁体高度和磁体安装表面进行设置,从而使所述闭合顶部在固定到电动机械时通过干涉配合而与磁体接合。18.   根据权利要求17所述的磁体固定器,进一步包括沿着所述侧的底边设置的法兰,所述法兰配置成连接到所述磁体安装表面。19.   根据权利要求17所述的磁体固定器,其中所述磁体固定器内部高度的配置和大小经设置,以便在进行所述干涉配合时不超出所述磁体固定器的弹性变形范围。20.   根据权利要求17所述的磁体固定器,其中所述主体由非磁性材料制成。21.   一种电动机械中的转子组件,其包括:具有多个磁体安装表面的转子;多个磁体固定器,一个磁体固定器设置在所述转子上的一个磁体安装表面处,每个磁体固定器具有与转子安装表面隔开预定高度的内部顶面;以及多个磁体,在磁体固定器内,每个磁体设置在磁体安装表面上,其中所述磁体的预定高度均大于所述磁体固定器的所述预定高度,从而在将所述磁体置于所述磁体固定器中时,与所述磁体固定器形成干涉配合。22.   根据权利要求21所述的转子组件,其中所述磁体固定器具有:闭合顶部,用以容纳所述磁体;打开底部,以供在插入和拆卸磁体期间接近所述安装表面;至少一个开口端,用于插入和拆卸磁体;以及与所述闭合顶部和打开底部平行的边缘法兰,用以将所述固定器连接到所述转子。23.   根据权利要求21所述的转子组件,其中相邻的磁体固定器通过夹具固定到所述转子。24.   根据权利要求21所述的转子组件,其中所述磁体固定器通过焊接固定到所述转子。25.   根据权利要求21所述的转子组件,其中每个所述磁体固定器包括第一侧和相对的第二侧,每个所述侧具有向内的法兰,所述法兰构成所述内部顶面。26.   根据权利要求25所述的转子组件,其中对磁体固定器的各所述侧而言,所述向内的法兰以隔开的方式终止。27.   根据权利要求21所述的转子组件,其中所述电动机械包括风力发电设备。28.   一种装配电动机械的部件的方法,其包括:a)装配发电机/电动机设备,包括以下步骤:提供定子,将磁体固定器连接到风力发电设备转子,以及以旋转的方式连接所述转子和所述定子;以及b)将磁体插入所述磁体固定器中,以及在所述装配之后,通过与所述磁体固定器的干涉配合来固定所述磁体。29.   根据权利要求28所述的方法,其中所述电动机械为风力发电设备。30.   根据权利要求28所述的方法,其中所述风力发电设备设置在塔架上,而且在所述塔架的所述风力发电设备上执行所述插入步骤(b)。

说明书

说明书用于在电动机械中进行永磁连接的方法和设备
技术领域
本发明大体上涉及永磁机械的领域,例如,风力发电机。具体而言,本发明的电机实施例涉及一种用于在永磁电动机或发电机的转子结构内安装和容纳永磁体的固定器。
背景技术
永磁(“PM”)电动机械利用永磁体将旋转输入转换成电或将电输入转换成旋转运动。一个实例是用风能发电的风力发电设备(“WPU”)。通常情况下,PM发电机或电动机具有三个部件。第一部件是定子,它是圆柱形外壳,用于容纳在发电期间保持不动的电绕组。第二部件是转子,它是可旋转组件,包含相对于所述定子自旋的永磁体。转子与定子之间的相对运动会产生运动磁场,从而在定子电绕组中感生电流,进而发电。第三部件,例如轴,相对于定子以旋转的方式支撑转子,从而使这两者相对于彼此旋转。
与使用永磁体的其他电动机械一样,WPU中的永磁体通常在装配过程的相对初期安装。尽管在装配过程的初期安装磁体较为方便,但高强度永磁体的出现会使装配和安装过程的后期变得不方便且危险。这种情况出现的原因是,随后的装配和安装步骤需要使用会受到永磁体强烈吸引的铁磁材料并且在所述铁磁材料附近进行运输。此外,装配定子和转子的过程可能更为困难,因为机械空隙处的间隔紧密,而且转子与定子之间的磁力较高。由于WPU的位置偏远而且定位在高塔架的顶端,因此,磁体的此类装配使WPU的野外维修和保养变得尤为复杂。
永磁体通常使用直接固定到磁体的螺栓或其他类似的机械构件而紧固在PM机械内。尽管用螺栓将磁体固定到转子确实牢固地紧固了磁体,但用螺栓进行固定也使在维护过程中拆卸磁体变得困难,例如,需要拆开发电机才能拆卸螺栓。直接用螺栓固定磁体还会除掉磁性材料。除掉磁性材料会改变磁通量特性,从而改变发电。此外,除掉磁性材料且使用螺栓的风险在于,在发电机装配或维护期间会损坏磁体,因为在磁体上施加有应力。这些因素增加了维护PM电动机械,尤其是野外WPU所需的努力和费用。
发明内容
本发明的示例性实施例包括用于在PM电动机械内固定磁体以及装配发电机,包括在发电机组件以其他方式完成之后在其内固定永磁体的方法、系统和设备。在根据本发明的实施例固定磁体时,可根据需要拆卸和替换所述磁体,从而简化维护过程。在一项示例性实施例中,结合磁体安装表面和磁体来设置安装于PM机械中的磁体固定器的配置和大小,以与所述磁体进行干涉配合。
附图说明
为了说明本发明,附图描绘了本发明的一项或多项实施例的各方面内容。然而,应理解,本发明并不限于附图所示的具体布置和工具,其中:
图1A为WPU的正视图;
图1B为WPU的侧视图;
图2A为可用于WPU的发电机的截面示意图;
图2B为可用于WPU的发电机的示意图;
图3A为磁体固定器的等距视图;
图3B为安装在转子上的磁体固定器的端视图;
图3C为磁体固定器的一项替代性实施例的截面示意图;
图3D为用于安装磁体固定器的一项替代性实施例的局部细节图;
图4为永磁体段的等距视图;
图5为设置于转子表面上的磁体固定器内的永磁体段的局部截面图;
图6为WPU发电机组件的等距视图;以及
图7为用来通过磁体入口小门将磁体插入所装配的WPU发电机的部件的等距视图。
具体实施方式
如下文所示,就装配好机械后永磁体插入电动机械的位置和方式而言,实施本发明的方法、系统和设备的示例性实施例可变化。尽管下文呈现了许多特定实例来说明本发明的宽度,但所属领域的技术人员应了解本发明可具有大量的变化。
仅出于说明的目的,本文参考WPU实施例来描述本发明的实施例。如图1A和图1B所示,WPU 100具有由表面108支撑的塔架104、连接到轮毂116的三个机翼(“叶片”)112A‑C、发电机120以及机舱124。塔架104使叶片112A‑C升高到表面108以上足够高的位置,以接近风流,所述风流足够强烈和稳定,从而转动叶片以发电。尽管图1A和图1B所示的实例具有三片叶片,但其他设计可具有额外的叶片或更少的叶片。发电的方法是,经由轮毂和旋转支撑结构,例如轴,将转子连接到叶片而且使转子与定子进行相对旋转。
如图2A和图2B所示,示例性发电机120包括安置在定子204内的转子208。未图示的其他实例可将定子置于转子内。磁体安装在磁体运载结构上,例如转子或定子上,具体取决于特定的设计。在此处所说明的实施例中,永磁体216经由固定器400(下文描述)而安装在转子208的表面上。转子208通过旋转支撑结构(在此实例中为轴212)进行旋转。电绕组220连接到磁芯(core)224,磁芯224布置在定子204的内圆周的周围。如上文所述,由风施加在叶片112A‑C上的力会旋转轮毂116,且在此实例中,旋转轴212。轴212旋转时便会旋转转子208。设置在旋转转子208上的永磁体216的旋转会在周围的电绕组220中感生电流。旋转的磁体必须牢固地紧固到转子。
根据本发明的实施例,磁体固定器用于通过干涉配合来固定磁体。磁体固定器中的干涉配合可提供偏置力,从而将磁体固定在所述固定器内。在图3A所示的本发明的一项示例性实施例中,磁体固定器400具有纵向延伸侧402,所述侧由闭合顶部406连接,以构成打开底部404和相对的开口端408。或者,磁体固定器404的一端可闭合。边缘法兰412可沿着每侧402的下边缘形成,从而有助于安装所述固定器,如下文所述。磁体固定器400可由奥氏体不锈钢或任意非铁磁材料,例如陶瓷、塑料、玻璃纤维,或其他复合材料制成。
如图3B所示,通过使用被螺栓向下固定在边缘法兰412上的U形夹杆428,一连串的固定器400可安装在转子208上。可使用其他合适的固定构件,例如直接固定到转子的焊接侧402。在其他实例中,固定器400上的薄片420可插到转子208上的槽430中,以固定所述固定器,如图3D所示。结合固定器400在转子208上的安装高度所选择的固定器400的大小可用于使永磁体216、磁体固定器与转子之间进行干涉配合。因此,在一项示例性实施例中,转子表面210与闭合顶部406之间的距离小于永磁体的截面高度。下文提供的一个说明性实例描述一组可能的大小,以进行此类干涉配合。所属领域的技术人员可根据本文中的教示来确定其他合适的大小。形成于顶部406中的可选纵面432可促进磁体固定器400弯曲,从而在维护可靠的干涉配合时易于插入磁体。
安装在转子208上的永磁体216可分成多个段216′,以便轻易进行安装和处理。图4说明了此类示例性实施例。永磁体段216′可为钕合金永磁体。其他实施例可由任意合适的磁性材料制成,包括铁、铁合金以及稀土元素合金。磁体形状可经设计以通过调整暴露于定子绕组的磁通量密度来尤其优化发电。磁体形状也可适于通过定子背板308(见图6)中的入口小门304而插到磁体固定器400中,从而可在进行初始装配之后,在野外进行维护和维修。由于需要确保干涉配合,因此磁体和磁体固定器通常要彼此相结合。在此示例性实施例中,永磁体段216′的正方形平面周长的长度为E,而且凸形顶部表面的高度为F且半径为R。永磁体段216′截面和平面周长的其他示例性实施例包括正方形、矩形、梯形、椭圆形平面周长,以及具有半圆或倒角边缘的磁体。
在一个非限制性实例中,参考图3B和图4,磁体和磁体固定器组合时可具有以下大小:磁体高度可为大约21毫米,而磁体内部的覆盖高度可为大约18.5毫米。在此实例中,磁体段216′所在的表面比边缘法兰412所在的转子表面中的相邻通道高约1毫米。在此布置中,点Z(图4)处形成干涉,其中磁体与固定器之间发生两线接触。所述干涉为约1毫米。干涉的量经过优选选择,从而使磁体固定器400的变形维持在弹性变形范围内,从而有助于拆卸和替换磁体段216′,以便于维护和维修。在另一项示例性实施例中,磁体与磁体固定器之间的干涉在约0.5毫米与1.7毫米之间。
所属领域的技术人员将明白,在不脱离本发明的范围的情况下,可根据本文中所包含的教示来选择磁体固定器400与磁体段216′之间的大小和干涉配合的其他布置。例如,磁体固定器可具有打开顶部,而非闭合顶部,换言之,基本上可具有两个倒L形侧400A、400B,其中向内的法兰由一条间隙隔开,从而构成顶面。这些向内的法兰通过沿着每个倒L(点Z处)的底部的干涉来维护磁体,如图3C所示。同样在图3C中,侧400A和400B沿着底边焊缝413直接焊接到转子208。在另一项替代方案中,所形成的单件固定器具有弯曲的侧和顶部,并在整个转子208的周围延伸,而不是将单个的单独固定器固定在各磁体位置。此实施例大体如图3B所示,除了单独固定器会整体连接在法兰412的区域中之外。
图5所示为插到磁体固定器中的转子208上的磁体段216′的示例性布置,但为了清晰起见,略去了固定器。在此实施例中,四个磁体段216′设置在每个磁体固定器400内,但磁体段的数目可多于或少于四个,具体取决于发电机120、磁体216和磁体固定器400的设计。此示例性实施例也说明了端盖604和端法兰608的用途。在插入第一磁体段216′之前,安装第一端盖604。在插入最后的磁体段216′之后,将第二端盖604插到固定器中。端盖604使磁体段与端法兰608隔开并保护所述磁体段,端法兰608经由螺栓609和螺栓孔436(见图4B)而固定到转子208。在其他实施例中,第一端盖604可集成到磁体固定器400中或集成在转子208上,从而无需使用磁体段216′便可插入第一端盖。
现在将结合图6和图7来描述根据本发明的一种用于将磁体插到电动机械,例如WPU发电机中的方法的一项示例性实施例。如图6所示,在所装配的发电机120中,转子208(不可见)安置于定子204内,其中轴212穿过转子和定子。定子204的背面由背板308闭合,而相反,其前面打开。入口小门304设于定子背板308中。作为插入的初步步骤,将反力组件700连接到定子背板308中的磁体入口小门304。反力组件700穿过磁体入口小门304延伸,而且有助于在初始插入过程期间支撑磁体固定器。在发电机120的相对侧,转子208的正面打开,以暴露磁体固定器400(如图4B所示)的一端,以便插入磁体216。示例性插入过程开始时,首先在与反力组件700相对的那侧,将对准板组件704插入磁体固定器400中,以便确认对准。确认对准之后,抽出对准板组件704并将负载托盘组件708连接到转子208。使用螺钉712将负载托盘组件708连接到转子208。也固定到转子208的装载机支撑组件716安装在即将被填充的磁体固定器400附近。如果需要,可使用推送工具728将前缘阻挡工具714推到磁体固定器400中,以便打开所述磁体固定器,从而通过(例如)降低对磁体上倒角端的需要而促使磁体插入。负载托盘组件708固定之后,将第一端盖604插入加载通道720中,随后插入磁体段216′。使用推送工具728将磁体段216′推到负载托盘盖724的下方。在最后的磁体段216′已置于所述加载通道中后,将第二端盖604置于加载通道720中。然后,将推送工具728置于加载通道720中并连接到螺钉驱动器732。接着使用螺钉驱动器732将磁体段216′和端盖604推到磁体固定器400中。当第一端盖604接触连接到转子208的第一端法兰608时,完成对磁体段216′和端盖604的插入,所述端法兰用作止动件。在通过接触第一端法兰608而完成插入后,在所述转子的相对端处将第二端法兰608安装到转子208。当负载托盘组件708使用螺钉驱动器732来推送磁体段216′和端盖604时,也可通过电动机驱动式致动器、气动驱动式致动器或液压驱动式致动器来推送所述磁体和端盖。在磁体216安装后,小门304随后可用于在维护过程期间接近所述磁体。
上文以及附图中对各项示例性实施例进行了描述。所属领域的一般技术人员应了解,可在不脱离本发明的精神和范围的情况下,对本文中特别揭示的内容做各种变化、省略和添加。

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1、(10)申请公布号 CN 102714436 A (43)申请公布日 2012.10.03 C N 1 0 2 7 1 4 4 3 6 A *CN102714436A* (21)申请号 201080046198.7 (22)申请日 2010.08.18 12/543,153 2009.08.18 US H02K 1/27(2006.01) (71)申请人北方能量系统效用率公司 地址美国佛蒙特州 (72)发明人马克S皮尔斯 彼得P蒙戈奥 乔纳森A林奇 托马斯D科勒 保罗A史密斯 (74)专利代理机构中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人陆弋 王伟 (54) 发明名称 用于在电动机。

2、械中进行永磁连接的方法和设 备 (57) 摘要 一种用于在永磁电动机械,例如风力发电机 中安装和拆卸永磁体的设备和方法。磁体固定器 安装在磁体运载结构,例如转子上。在装配好所 述电动机械之后,永磁体可插到所述磁体固定器 中并可从所述磁体固定器中拆卸下来。这样,永 磁体便可通过干涉配合安装到所述磁体运载结构 上,而无需使用螺栓或粘合剂,从而有助于装配和 拆卸,以便于维护和维修。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.04.13 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2010/045836 2010.08.18 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/022453。

3、 EN 2011.02.24 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图7页 按照条约第19条修改的权利要求书3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 7 页 按照条约第19条修改的权利要求书 3 页 1/2页 2 1.一种用于在电动机械中安装永磁体的方法,其包括: 将磁体固定器安装到磁体运载结构上,所述磁体固定器具有顶部以及具有第一开口端 的侧; 结合磁体来设置所述磁体固定器的大小,从而使所述磁体固定器、磁体与所述磁体运 载结构之间进行干涉配合; 使所述磁体通过所述第一开口端滑动到所述固定器中;以及 使用所述固定。

4、器,通过所述磁体运载结构、所述磁体与所述磁体固定器之间的干涉配 合来固定所述磁体。 2.根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括将所述磁体固定器焊接到所述磁体 运载结构。 3.根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括用螺栓将所述磁体固定器固定到所 述磁体运载结构。 4.根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括用夹具将所述磁体固定器固定到所 述磁体运载结构。 5.根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括在所述磁体运载结构的槽内将所述 磁体固定器安装到所述磁体运载结构。 6.根据权利要求1所述的方法,其中所述磁体运载结构包括转子。 7.根据权利要求6所述的方法,其中所述电动机械包括风力发电。

5、设备。 8.根据权利要求7所述的方法,其中所述风力发电设备安装在塔架上,而且在所述塔 架上执行所述设置大小和固定步骤。 9.根据权利要求1所述的方法,其中所述滑动包括:将加载夹具(1oading fixture)固 定到所述转子;将磁体置于所述加载夹具中;以及迫使所述磁体从所述加载夹具进入所述 磁体固定器。 10.根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括螺钉驱动式柱塞,以迫使所述 磁体进入所述磁体固定器。 11.根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括液压驱动式柱塞,以迫使所述 磁体进入所述磁体固定器。 12.根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括气动驱动式柱塞,以迫使所述。

6、 磁体进入所述磁体固定器。 13.根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括电驱动式柱塞,以迫使所述磁 体进入所述磁体固定器。 14.根据权利要求9所述的方法,其中所述滑动进一步包括在进行所述迫使动作之前, 将所述加载夹具与所述磁体固定器对准。 15.根据权利要求1所述的方法,其中所述磁体设于磁体段中,而且所述滑动包括将多 个磁体段推送到所述磁体固定器中。 16.根据权利要求1所述的方法,其中所述磁体固定器具有第二开口端,所述方法进一 步包括通过所述磁体固定器第二开口端拆卸所述磁体,以便于维护或替换。 17.一种用于在电动机械中将永磁体固定到磁体安装表面的磁体固定器,其中所述磁 体具有高度。

7、、宽度和长度,所述磁体固定器包括: 权 利 要 求 书CN 102714436 A 2/2页 3 主体,其侧壁由闭合顶部连接,以构成至少一个第一开口端,以及打开底部, 所述侧壁确定磁体固定器内部高度,所述高度的配置和大小结合所述磁体高度和磁 体安装表面进行设置,从而使所述闭合顶部在固定到电动机械时通过干涉配合而与磁体接 合。 18.根据权利要求17所述的磁体固定器,进一步包括沿着所述侧的底边设置的法兰, 所述法兰配置成连接到所述磁体安装表面。 19.根据权利要求17所述的磁体固定器,其中所述磁体固定器内部高度的配置和大小 经设置,以便在进行所述干涉配合时不超出所述磁体固定器的弹性变形范围。 2。

8、0.根据权利要求17所述的磁体固定器,其中所述主体由非磁性材料制成。 21.一种电动机械中的转子组件,其包括: 具有多个磁体安装表面的转子; 多个磁体固定器,一个磁体固定器设置在所述转子上的一个磁体安装表面处,每个磁 体固定器具有与转子安装表面隔开预定高度的内部顶面;以及 多个磁体,在磁体固定器内,每个磁体设置在磁体安装表面上,其中所述磁体的预定高 度均大于所述磁体固定器的所述预定高度,从而在将所述磁体置于所述磁体固定器中时, 与所述磁体固定器形成干涉配合。 22.根据权利要求21所述的转子组件,其中所述磁体固定器具有:闭合顶部,用以容纳 所述磁体;打开底部,以供在插入和拆卸磁体期间接近所述安。

9、装表面;至少一个开口端,用 于插入和拆卸磁体;以及与所述闭合顶部和打开底部平行的边缘法兰,用以将所述固定器 连接到所述转子。 23.根据权利要求21所述的转子组件,其中相邻的磁体固定器通过夹具固定到所述转 子。 24.根据权利要求21所述的转子组件,其中所述磁体固定器通过焊接固定到所述转 子。 25.根据权利要求21所述的转子组件,其中每个所述磁体固定器包括第一侧和相对的 第二侧,每个所述侧具有向内的法兰,所述法兰构成所述内部顶面。 26.根据权利要求25所述的转子组件,其中对磁体固定器的各所述侧而言,所述向内 的法兰以隔开的方式终止。 27.根据权利要求21所述的转子组件,其中所述电动机械包。

10、括风力发电设备。 28.一种装配电动机械的部件的方法,其包括: a)装配发电机/电动机设备,包括以下步骤: 提供定子, 将磁体固定器连接到风力发电设备转子,以及 以旋转的方式连接所述转子和所述定子;以及 b)将磁体插入所述磁体固定器中,以及在所述装配之后,通过与所述磁体固定器的干 涉配合来固定所述磁体。 29.根据权利要求28所述的方法,其中所述电动机械为风力发电设备。 30.根据权利要求28所述的方法,其中所述风力发电设备设置在塔架上,而且在所述 塔架的所述风力发电设备上执行所述插入步骤(b)。 权 利 要 求 书CN 102714436 A 1/4页 4 用于在电动机械中进行永磁连接的方法。

11、和设备 技术领域 0001 本发明大体上涉及永磁机械的领域,例如,风力发电机。具体而言,本发明的电机 实施例涉及一种用于在永磁电动机或发电机的转子结构内安装和容纳永磁体的固定器。 背景技术 0002 永磁(“PM”)电动机械利用永磁体将旋转输入转换成电或将电输入转换成旋转 运动。一个实例是用风能发电的风力发电设备(“WPU”)。通常情况下,PM发电机或电动 机具有三个部件。第一部件是定子,它是圆柱形外壳,用于容纳在发电期间保持不动的电绕 组。第二部件是转子,它是可旋转组件,包含相对于所述定子自旋的永磁体。转子与定子之 间的相对运动会产生运动磁场,从而在定子电绕组中感生电流,进而发电。第三部件,。

12、例如 轴,相对于定子以旋转的方式支撑转子,从而使这两者相对于彼此旋转。 0003 与使用永磁体的其他电动机械一样,WPU中的永磁体通常在装配过程的相对初期 安装。尽管在装配过程的初期安装磁体较为方便,但高强度永磁体的出现会使装配和安装 过程的后期变得不方便且危险。这种情况出现的原因是,随后的装配和安装步骤需要使用 会受到永磁体强烈吸引的铁磁材料并且在所述铁磁材料附近进行运输。此外,装配定子和 转子的过程可能更为困难,因为机械空隙处的间隔紧密,而且转子与定子之间的磁力较高。 由于WPU的位置偏远而且定位在高塔架的顶端,因此,磁体的此类装配使WPU的野外维修和 保养变得尤为复杂。 0004 永磁体。

13、通常使用直接固定到磁体的螺栓或其他类似的机械构件而紧固在PM机械 内。尽管用螺栓将磁体固定到转子确实牢固地紧固了磁体,但用螺栓进行固定也使在维护 过程中拆卸磁体变得困难,例如,需要拆开发电机才能拆卸螺栓。直接用螺栓固定磁体还会 除掉磁性材料。除掉磁性材料会改变磁通量特性,从而改变发电。此外,除掉磁性材料且使 用螺栓的风险在于,在发电机装配或维护期间会损坏磁体,因为在磁体上施加有应力。这些 因素增加了维护PM电动机械,尤其是野外WPU所需的努力和费用。 发明内容 0005 本发明的示例性实施例包括用于在PM电动机械内固定磁体以及装配发电机,包 括在发电机组件以其他方式完成之后在其内固定永磁体的方。

14、法、系统和设备。在根据本发 明的实施例固定磁体时,可根据需要拆卸和替换所述磁体,从而简化维护过程。在一项示例 性实施例中,结合磁体安装表面和磁体来设置安装于PM机械中的磁体固定器的配置和大 小,以与所述磁体进行干涉配合。 附图说明 0006 为了说明本发明,附图描绘了本发明的一项或多项实施例的各方面内容。然而,应 理解,本发明并不限于附图所示的具体布置和工具,其中: 0007 图1A为WPU的正视图; 说 明 书CN 102714436 A 2/4页 5 0008 图1B为WPU的侧视图; 0009 图2A为可用于WPU的发电机的截面示意图; 0010 图2B为可用于WPU的发电机的示意图; 。

15、0011 图3A为磁体固定器的等距视图; 0012 图3B为安装在转子上的磁体固定器的端视图; 0013 图3C为磁体固定器的一项替代性实施例的截面示意图; 0014 图3D为用于安装磁体固定器的一项替代性实施例的局部细节图; 0015 图4为永磁体段的等距视图; 0016 图5为设置于转子表面上的磁体固定器内的永磁体段的局部截面图; 0017 图6为WPU发电机组件的等距视图;以及 0018 图7为用来通过磁体入口小门将磁体插入所装配的WPU发电机的部件的等距视 图。 具体实施方式 0019 如下文所示,就装配好机械后永磁体插入电动机械的位置和方式而言,实施本发 明的方法、系统和设备的示例性。

16、实施例可变化。尽管下文呈现了许多特定实例来说明本发 明的宽度,但所属领域的技术人员应了解本发明可具有大量的变化。 0020 仅出于说明的目的,本文参考WPU实施例来描述本发明的实施例。如图1A和 图1B所示,WPU 100具有由表面108支撑的塔架104、连接到轮毂116的三个机翼(“叶 片”)112A-C、发电机120以及机舱124。塔架104使叶片112A-C升高到表面108以上足够 高的位置,以接近风流,所述风流足够强烈和稳定,从而转动叶片以发电。尽管图1A和图1B 所示的实例具有三片叶片,但其他设计可具有额外的叶片或更少的叶片。发电的方法是,经 由轮毂和旋转支撑结构,例如轴,将转子连接。

17、到叶片而且使转子与定子进行相对旋转。 0021 如图2A和图2B所示,示例性发电机120包括安置在定子204内的转子208。未 图示的其他实例可将定子置于转子内。磁体安装在磁体运载结构上,例如转子或定子上,具 体取决于特定的设计。在此处所说明的实施例中,永磁体216经由固定器400(下文描述) 而安装在转子208的表面上。转子208通过旋转支撑结构(在此实例中为轴212)进行旋 转。电绕组220连接到磁芯(core)224,磁芯224布置在定子204的内圆周的周围。如上文 所述,由风施加在叶片112A-C上的力会旋转轮毂116,且在此实例中,旋转轴212。轴212 旋转时便会旋转转子208。设。

18、置在旋转转子208上的永磁体216的旋转会在周围的电绕组 220中感生电流。旋转的磁体必须牢固地紧固到转子。 0022 根据本发明的实施例,磁体固定器用于通过干涉配合来固定磁体。磁体固定器中 的干涉配合可提供偏置力,从而将磁体固定在所述固定器内。在图3A所示的本发明的一项 示例性实施例中,磁体固定器400具有纵向延伸侧402,所述侧由闭合顶部406连接,以构 成打开底部404和相对的开口端408。或者,磁体固定器404的一端可闭合。边缘法兰412 可沿着每侧402的下边缘形成,从而有助于安装所述固定器,如下文所述。磁体固定器400 可由奥氏体不锈钢或任意非铁磁材料,例如陶瓷、塑料、玻璃纤维,或。

19、其他复合材料制成。 0023 如图3B所示,通过使用被螺栓向下固定在边缘法兰412上的U形夹杆428,一连 串的固定器400可安装在转子208上。可使用其他合适的固定构件,例如直接固定到转子 说 明 书CN 102714436 A 3/4页 6 的焊接侧402。在其他实例中,固定器400上的薄片420可插到转子208上的槽430中,以 固定所述固定器,如图3D所示。结合固定器400在转子208上的安装高度所选择的固定器 400的大小可用于使永磁体216、磁体固定器与转子之间进行干涉配合。因此,在一项示例 性实施例中,转子表面210与闭合顶部406之间的距离小于永磁体的截面高度。下文提供 的一个。

20、说明性实例描述一组可能的大小,以进行此类干涉配合。所属领域的技术人员可根 据本文中的教示来确定其他合适的大小。形成于顶部406中的可选纵面432可促进磁体固 定器400弯曲,从而在维护可靠的干涉配合时易于插入磁体。 0024 安装在转子208上的永磁体216可分成多个段216,以便轻易进行安装和处理。 图4说明了此类示例性实施例。永磁体段216可为钕合金永磁体。其他实施例可由任意 合适的磁性材料制成,包括铁、铁合金以及稀土元素合金。磁体形状可经设计以通过调整暴 露于定子绕组的磁通量密度来尤其优化发电。磁体形状也可适于通过定子背板308(见图 6)中的入口小门304而插到磁体固定器400中,从而。

21、可在进行初始装配之后,在野外进行维 护和维修。由于需要确保干涉配合,因此磁体和磁体固定器通常要彼此相结合。在此示例 性实施例中,永磁体段216的正方形平面周长的长度为E,而且凸形顶部表面的高度为F 且半径为R。永磁体段216截面和平面周长的其他示例性实施例包括正方形、矩形、梯形、 椭圆形平面周长,以及具有半圆或倒角边缘的磁体。 0025 在一个非限制性实例中,参考图3B和图4,磁体和磁体固定器组合时可具有以下 大小:磁体高度可为大约21毫米,而磁体内部的覆盖高度可为大约18.5毫米。在此实例 中,磁体段216所在的表面比边缘法兰412所在的转子表面中的相邻通道高约1毫米。在 此布置中,点Z(图。

22、4)处形成干涉,其中磁体与固定器之间发生两线接触。所述干涉为约1 毫米。干涉的量经过优选选择,从而使磁体固定器400的变形维持在弹性变形范围内,从而 有助于拆卸和替换磁体段216,以便于维护和维修。在另一项示例性实施例中,磁体与磁 体固定器之间的干涉在约0.5毫米与1.7毫米之间。 0026 所属领域的技术人员将明白,在不脱离本发明的范围的情况下,可根据本文中所 包含的教示来选择磁体固定器400与磁体段216之间的大小和干涉配合的其他布置。例 如,磁体固定器可具有打开顶部,而非闭合顶部,换言之,基本上可具有两个倒L形侧400A、 400B,其中向内的法兰由一条间隙隔开,从而构成顶面。这些向内的。

23、法兰通过沿着每个倒 L(点Z处)的底部的干涉来维护磁体,如图3C所示。同样在图3C中,侧400A和400B沿着 底边焊缝413直接焊接到转子208。在另一项替代方案中,所形成的单件固定器具有弯曲的 侧和顶部,并在整个转子208的周围延伸,而不是将单个的单独固定器固定在各磁体位置。 此实施例大体如图3B所示,除了单独固定器会整体连接在法兰412的区域中之外。 0027 图5所示为插到磁体固定器中的转子208上的磁体段216的示例性布置,但为了 清晰起见,略去了固定器。在此实施例中,四个磁体段216设置在每个磁体固定器400内, 但磁体段的数目可多于或少于四个,具体取决于发电机120、磁体216和。

24、磁体固定器400的 设计。此示例性实施例也说明了端盖604和端法兰608的用途。在插入第一磁体段216 之前,安装第一端盖604。在插入最后的磁体段216之后,将第二端盖604插到固定器中。 端盖604使磁体段与端法兰608隔开并保护所述磁体段,端法兰608经由螺栓609和螺栓 孔436(见图4B)而固定到转子208。在其他实施例中,第一端盖604可集成到磁体固定器 400中或集成在转子208上,从而无需使用磁体段216便可插入第一端盖。 说 明 书CN 102714436 A 4/4页 7 0028 现在将结合图6和图7来描述根据本发明的一种用于将磁体插到电动机械,例如 WPU发电机中的方法。

25、的一项示例性实施例。如图6所示,在所装配的发电机120中,转子 208(不可见)安置于定子204内,其中轴212穿过转子和定子。定子204的背面由背板308 闭合,而相反,其前面打开。入口小门304设于定子背板308中。作为插入的初步步骤,将 反力组件700连接到定子背板308中的磁体入口小门304。反力组件700穿过磁体入口小 门304延伸,而且有助于在初始插入过程期间支撑磁体固定器。在发电机120的相对侧,转 子208的正面打开,以暴露磁体固定器400(如图4B所示)的一端,以便插入磁体216。示 例性插入过程开始时,首先在与反力组件700相对的那侧,将对准板组件704插入磁体固定 器40。

26、0中,以便确认对准。确认对准之后,抽出对准板组件704并将负载托盘组件708连接 到转子208。使用螺钉712将负载托盘组件708连接到转子208。也固定到转子208的装 载机支撑组件716安装在即将被填充的磁体固定器400附近。如果需要,可使用推送工具 728将前缘阻挡工具714推到磁体固定器400中,以便打开所述磁体固定器,从而通过(例 如)降低对磁体上倒角端的需要而促使磁体插入。负载托盘组件708固定之后,将第一端 盖604插入加载通道720中,随后插入磁体段216。使用推送工具728将磁体段216推 到负载托盘盖724的下方。在最后的磁体段216已置于所述加载通道中后,将第二端盖 60。

27、4置于加载通道720中。然后,将推送工具728置于加载通道720中并连接到螺钉驱动 器732。接着使用螺钉驱动器732将磁体段216和端盖604推到磁体固定器400中。当 第一端盖604接触连接到转子208的第一端法兰608时,完成对磁体段216和端盖604的 插入,所述端法兰用作止动件。在通过接触第一端法兰608而完成插入后,在所述转子的相 对端处将第二端法兰608安装到转子208。当负载托盘组件708使用螺钉驱动器732来推 送磁体段216和端盖604时,也可通过电动机驱动式致动器、气动驱动式致动器或液压驱 动式致动器来推送所述磁体和端盖。在磁体216安装后,小门304随后可用于在维护过程。

28、 期间接近所述磁体。 0029 上文以及附图中对各项示例性实施例进行了描述。所属领域的一般技术人员应了 解,可在不脱离本发明的精神和范围的情况下,对本文中特别揭示的内容做各种变化、省略 和添加。 说 明 书CN 102714436 A 1/7页 8 图1A 图1B 说 明 书 附 图CN 102714436 A 2/7页 9 图2A 图2B 说 明 书 附 图CN 102714436 A 3/7页 10 图3A 说 明 书 附 图CN 102714436 A 10 4/7页 11 图3B 说 明 书 附 图CN 102714436 A 11 5/7页 12 图3C 图3D 图4 说 明 书 附。

29、 图CN 102714436 A 12 6/7页 13 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102714436 A 13 7/7页 14 图7 说 明 书 附 图CN 102714436 A 14 1/3页 15 1.一种用于在电动机械中安装永磁体的方法,其包括: 将磁体固定器安装到磁体运载结构上,所述磁体固定器具有顶部以及具有第一开口端 的侧; 结合磁体来设置所述磁体固定器的大小,从而使所述磁体固定器、磁体与所述磁体运 载结构之间进行干涉配合; 使所述磁体通过所述第一开口端滑动到所述固定器中;以及 使用所述固定器,通过所述磁体运载结构、所述磁体与所述磁体固定器之间的干涉配 合来固定所述磁体。。

30、 2.根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括将所述磁体固定器焊接到所述磁体 运载结构。 3.根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括用螺栓将所述磁体固定器固定到所 述磁体运载结构。 4.根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括用夹具将所述磁体固定器固定到所 述磁体运载结构。 5.根据权利要求1所述的方法,其中所述安装包括在所述磁体运载结构的槽内将所述 磁体固定器安装到所述磁体运载结构。 6.根据权利要求1所述的方法,其中所述磁体运载结构包括转子。 7.根据权利要求6所述的方法,其中所述电动机械包括风力发电设备。 8.根据权利要求7所述的方法,其中所述风力发电设备安装在塔架上,而且在所述。

31、塔 架上执行所述设置大小和固定步骤。 9.根据权利要求1所述的方法,其中所述滑动包括:将加载夹具(1oading fixture)固 定到所述转子;将磁体置于所述加载夹具中;以及迫使所述磁体从所述加载夹具进入所述 磁体固定器。 10.根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括螺钉驱动式柱塞,以迫使所述 磁体进入所述磁体固定器。 11.根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括液压驱动式柱塞,以迫使所述 磁体进入所述磁体固定器。 12.根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括气动驱动式柱塞,以迫使所述 磁体进入所述磁体固定器。 13.根据权利要求9所述的方法,其中所述加载夹具包括电。

32、驱动式柱塞,以迫使所述磁 体进入所述磁体固定器。 14.根据权利要求9所述的方法,其中所述滑动进一步包括在进行所述迫使动作之前, 将所述加载夹具与所述磁体固定器对准。 15.根据权利要求1所述的方法,其中所述磁体设于磁体段中,而且所述滑动包括将多 个磁体段推送到所述磁体固定器中。 16.根据权利要求1所述的方法,其中所述磁体固定器具有第二开口端,所述方法进一 步包括通过所述磁体固定器第二开口端拆卸所述磁体,以便于维护或替换。 17.一种用于在电动机械中将永磁体固定到磁体安装表面的磁体固定器,其中所述磁 体具有高度、宽度和长度,所述磁体固定器包括: 按照条约第19条修改的权利要求书CN 1027。

33、14436 A 15 2/3页 16 主体,其侧壁由闭合顶部连接,以构成至少一个第一开口端,以及打开底部, 所述侧壁确定磁体固定器内部高度,所述高度的配置和大小结合所述磁体高度和磁 体安装表面进行设置,从而使所述闭合顶部在固定到电动机械时通过干涉配合而与磁体接 合。 18.根据权利要求17所述的磁体固定器,进一步包括沿着所述侧的底边设置的法兰, 所述法兰配置成连接到所述磁体安装表面。 19.根据权利要求17所述的磁体固定器,其中所述磁体固定器内部高度的配置和大小 经设置,以便在进行所述干涉配合时不超出所述磁体固定器的弹性变形范围。 20.根据权利要求17所述的磁体固定器,其中所述主体由非磁性材。

34、料制成。 21.一种电动机械中的转子组件,其包括: 具有多个磁体安装表面的转子; 多个磁体固定器,一个磁体固定器设置在所述转子上的一个磁体安装表面处,每个磁 体固定器具有与转子安装表面隔开预定高度的内部顶面;以及 多个磁体,在磁体固定器内,每个磁体设置在磁体安装表面上,其中所述磁体的预定高 度均大于所述磁体固定器的所述预定高度,从而在将所述磁体置于所述磁体固定器中时, 在所述磁体固定器的所述内部顶面的中心线与所述磁体的中心线之间形成干涉配合。 22.根据权利要求21所述的转子组件,其中所述磁体固定器具有:闭合顶部,用以容纳 所述磁体;打开底部,以供在插入和拆卸磁体期间接近所述安装表面;至少一个。

35、开口端,用 于插入和拆卸磁体;以及与所述闭合顶部和打开底部平行的边缘法兰,用以将所述固定器 连接到所述转子。 23.根据权利要求21所述的转子组件,其中相邻的磁体固定器通过夹具固定到所述转 子。 24.根据权利要求21所述的转子组件,其中所述磁体固定器通过焊接固定到所述转 子。 25.根据权利要求21所述的转子组件,其中每个所述磁体固定器包括第一侧和相对的 第二侧,每个所述侧具有向内的法兰,所述法兰构成所述内部顶面。 26.(撤销) 27.根据权利要求21所述的转子组件,其中所述电动机械包括风力发电设备。 28.一种装配电动机械的部件的方法,其包括: a)装配发电机/电动机设备,包括以下步骤:。

36、 提供定子, 将磁体固定器连接到电动机械,所述磁体固定器的内部顶面与转子安装表面隔开预定 的高度,以及 以旋转的方式连接所述转子和所述定子;以及 b)将磁体插入所述磁体固定器中,所述磁体的预定高度大于所述磁体固定器的所述预 定高度,以及在所述装配之后,通过与所述磁体固定器的所述内部顶面的中心线干涉配合 来固定所述磁体。 29.根据权利要求28所述的方法,其中所述电动机械为风力发电设备。 30.根据权利要求29所述的方法,其中所述风力发电设备设置在塔架上,而且在所述 按照条约第19条修改的权利要求书CN 102714436 A 16 3/3页 17 塔架的所述风力发电设备上执行所述插入步骤(b)。 按照条约第19条修改的权利要求书CN 102714436 A 17 。

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