磁钢模组、转子屋和转子组件的制作方法

1.本发明属于永磁直驱风力发电机领域，尤其涉及一种磁钢模组、转子屋和转子组件。


背景技术：

2.外转子永磁直驱风力发电机转子磁钢多采用表贴式将磁钢固定在转子内壁磁轭面。
3.风力发电机组的运行环境常常是高湿、高盐环境，尤其是海上风电机组，运行条件比较恶劣，为防止磁钢氧化锈蚀，目前普遍的做法是将磁钢封装在金属非导磁性材料(不锈钢)制作的罩壳和金属导磁材料(低碳钢板)制作的基板内，称为磁钢组件。磁钢组件的固定方式主要有插槽固定方式和螺栓固定方式。
4.对于插槽固定方式，在某些工况下，磁钢模组与转子屋内壁的吸力会变小，即磁钢模组与转子屋磁轭面的摩擦力变小，由于磁钢模组基板与插槽之间存在间隙，会导致磁钢组件在插槽内的晃动，在电机运行时产生异响。
5.对于螺栓固定方式，由于磁钢模组完全靠螺栓固定，在实际运行时，螺栓会受到脉动剪切力的作用，可能会导致螺栓松脱。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中磁钢模组在转子屋中固定不牢固容易产生在运行中产生异响或松脱的缺陷，提供一种磁钢模组、转子屋和转子组件。
7.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
8.一种磁钢模组，所述磁钢模组包括与转子屋的磁轭面接触的基板，所述磁钢模组的基板在朝向所述磁轭面的一侧开设有凹槽，所述磁钢模组使得所述磁钢模组和所述磁轭面之间形成间隙，以减小所述磁轭面与所述磁钢模组的基板的接触面积。
9.本技术方案中，根据麦克斯韦电磁吸力公式可知，磁钢模组基板与转子屋的磁轭面接触面积越小，电磁吸力越大，因此无论是对于插槽固定方式还是螺栓固定方式通过减小磁钢模组与转子屋磁轭面的接触面积，则可以获得比原来大的电磁吸力进而可以避免电机运行时产生异响或者避免螺栓松脱的现象。
10.较佳地，所述凹槽的数量至少为一个，所述凹槽投影在所述磁轭面的形状至少为腰型或圆形中的其中一种，所述凹槽沿所述转子屋的轴线方向延伸。
11.本技术方案中，腰型凹槽和圆形凹槽相较于其他不规则槽型或有棱角的槽型更利于铣刀进行加工。
12.较佳地，所述磁钢模组的基板上设置有凸起，所述转子屋磁轭面设有插槽，所述凸起与所述转子屋磁轭面的插槽相匹配并将所述磁钢模组容纳于所述插槽内。
13.较佳地，所述磁钢模组设有螺栓孔，所述转子屋设有与所述螺栓孔相匹配的螺纹孔，通过将螺栓穿过所述螺栓孔并与所述螺纹孔螺纹配合，以使得所述磁钢模组固定于所
述转子屋。
14.一种转子屋，所述转子屋包括磁钢模组接触的磁轭面，所述磁轭面上开设有凹槽，所述凹槽使得所述磁轭面和所述磁钢模组之间形成间隙，以减小所述磁轭面与所述磁钢模组的基板的接触面积。
15.本技术方案中，根据麦克斯韦电磁吸力公式可知，磁钢模组基板与转子屋的磁轭面接触面积越小，电磁吸力越大，因此无论是对于t型槽固定方式还是螺栓固定方式通过减小磁钢模组与转子屋磁轭面的接触面积，则可以获得比原来大的电磁吸力进而可以避免电机运行时产生异响或者避免螺栓松脱的现象。
16.较佳地，所述凹槽的数量至少为一个，所述凹槽投影在所述磁轭面的形状至少为腰型或圆形中的其中一种，所述凹槽沿所述转子屋的轴线方向延伸。
17.较佳地，所述转子屋磁轭面设有插槽，所述磁钢模组的基板上设置有凸起，所述插槽与所述磁钢模组的凸起相匹配并将所述磁钢模组容纳于所述插槽内。
18.本技术方案中，这种固定方式便于将磁钢模组插入插槽中，或者在需要更换磁钢模组时，从插槽中移出磁钢模组。
19.较佳地，所述磁钢模组设有螺栓孔，所述转子屋设有与所述螺栓孔相匹配的螺纹孔，通过将螺栓穿过所述螺栓孔并与所述螺纹孔螺纹配合，以使得所述磁钢模组固定于所述转子屋。
20.本技术方案中，在磁钢模组和转子屋分别设有相匹配的螺栓孔和螺纹孔使得磁钢模组的安装更为便捷。
21.一种转子组件，包括上述所述的磁钢模组，以及所述的转子屋。
22.较佳地，所述磁钢模组的基板上设置有凸起，所述转子屋磁轭面设有插槽，所述凸起与所述转子屋磁轭面的插槽相匹配并将所述磁钢模组容纳于所述插槽内。
23.较佳地，所述磁钢模组设有螺栓孔，所述转子屋设有与所述螺栓孔相匹配的螺纹孔，通过将螺栓穿过所述螺栓孔并与所述螺纹孔螺纹配合，以使得所述磁钢模组固定于所述转子屋。
24.一种转子组件，包括上述所述的转子屋，以及所述的磁钢模组。
25.较佳地，所述转子屋的磁轭面设有插槽，所述磁钢模组的基板上设置有凸起，所述插槽与所述磁钢模组的凸起相匹配并将所述磁钢模组容纳于所述插槽内。
26.较佳地，所述磁钢模组设有螺栓孔，所述转子屋设有与所述螺栓孔相匹配的螺纹孔，通过将螺栓穿过所述螺栓孔并与所述螺纹孔螺纹配合，以使得所述磁钢模组固定于所述转子屋
27.本技术方案中，根据麦克斯韦电磁吸力公式可知，磁钢模组基板与转子屋的磁轭面接触面积越小，电磁吸力越大，因此在磁钢模组和转子屋任意一个通过开设凹槽的方案以减小磁钢模组与转子屋磁轭面的接触面积，则可以获得比原来大的电磁吸力进而可以避免电机运行时产生异响或者避免螺栓松脱的现象。
28.本发明的积极进步效果在于：根据麦克斯韦电磁吸力公式，通过减小磁钢模组与转子屋磁轭面的接触面积，则可以获得比原来大的电磁吸力。对于插槽固定方式：在任何工况下，磁钢模组在插槽内都不会晃动，避免了电机运行时产生异响。对于螺栓固定方式：减少螺栓受到的脉动剪切力的作用，避免螺栓松脱的现象。
附图说明
29.图1为本发明实施例1中磁钢模组的结构示意图；
30.图2为本发明实施例1中转子屋的部分结构示意图；
31.图3为本发明实施例1中转子组件结构示意图；
32.图4为本发明实施例1中磁钢模组基板凹槽平面示意图；
33.图5为本发明实施例2中磁钢模组的结构示意图；
34.图6为本发明实施例2中转子屋的部分结构示意图；
35.图7为本发明实施例2中转子组件结构示意图；
36.图8为本发明实施例2中转子屋凹槽平面示意图；
37.图9为本发明实施例中磁钢模组螺栓连接结构示意图。
38.附图标记说明：
39.磁钢模组10
40.第一凹槽101
41.主体102
42.凸起11
43.盖板12
44.磁钢13
45.磁钢框架14
46.基板15
47.转子屋20
48.第二凹槽201
49.t型槽21
50.转子组件30
具体实施方式
51.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
52.实施例1
53.如图1至图4所示，本实施例提供一种转子组件30，转子组件30包括磁钢模组10和转子屋20，磁钢模组1固定在转子屋20上，磁钢模组10包括与转子屋20的磁轭面接触的基板15，基板15为导磁材料制成，其在朝向磁轭面的一侧开设有第一凹槽101，第一凹槽101与磁钢模组10和磁轭面之间形成间隙，以减小磁轭面与基板15的接触面积。磁钢模组10还包括盖板12、磁钢13、磁钢框架14和硅钢件(图中未示出)，其中，硅钢件设在磁钢13和基板15之间，且硅钢件的上下两端面分别与磁钢13和基板15接触，通过在磁钢13与基板15之间增加硅钢件，并且利用硅钢件的导磁率高、矫顽力低、电阻系数大等特性，减少了电机转子的涡流损耗，有利于控制电机的温升，降低了对电机性能的影响；盖板12由非导磁材料制成，磁钢框架14、盖板12和基板15形成一个密闭空间用于容纳磁钢13，磁钢13的数量至少为两块，采用上述结构形式，密闭空间可以起到对永磁体和硅钢件防护和防腐的作用。
54.磁钢模组10与转子屋20可以有以下两种固定方式：
55.插槽固定方式：具体地，磁钢模组10的基板15上设置有凸起11，凸起11设置在基板15的顶部两侧，凸起11朝基本垂直于转子屋20的径向突起，转子屋20磁轭面设有插槽，在本实施例中插槽为t型槽21，即插槽的横截面呈字母“t”的形状，在装配时，凸起11与转子屋20磁轭面的t型槽21中的“横笔”相匹配，而磁钢模组10的主体102与t型槽21中的“竖笔”相匹配。t形槽21的几何形状提供了较大的表面积，以与磁钢模组10的相应表面积相互配合，从而使得磁钢模组10与转子屋20固定牢靠。此外，该种固定方式便于将磁钢模组10插入t形槽21中，或者在需要更换磁钢模组10时，从t形槽21中移出磁钢模组10，t形槽21使得磁钢模组10在转子屋20的径向上限位。需要说明的是，本实施例中转子屋20磁轭面的插槽不限于上述t型槽21，还可以为燕尾槽等用于固定磁钢模组的插槽。
56.螺栓固定方式：具体地，如图9所示，磁钢模组10包括盖板12、磁钢13、磁钢框架14和磁钢基板15，其中，磁钢框架14用于容纳磁钢13，盖板12、磁钢框架14和磁钢基板15通过螺栓固定于转子屋20上。磁钢模组10上设有螺栓孔，转子屋20设有与螺栓孔相匹配的螺纹孔，通过将螺栓穿过螺栓孔并与螺纹孔螺纹配合，以使得磁钢模组10固定于转子屋20。螺栓孔及螺栓的数量也可根据需要进行调整。在磁钢模组10和转子屋20分别设有相匹配的螺栓孔和螺纹孔使得磁钢模组的安装更为便捷。
57.需要说明的是，本实施例不限于在上述两种固定方式上开设凹槽，在其他固定方式中也可以通过开设凹槽的方式减小磁钢模组和转子屋磁轭面的接触面积，达到增强吸力的效果。
58.磁通是通过磁钢模组10与转子屋20磁轭面的接触面流通的。磁钢模组10与转子屋20磁轭面的接触面减小对整个电磁回路的磁阻影响很小，因此可以忽略不计。根据麦克斯韦电磁吸力公式可以得知，当磁钢模组10与转子屋20磁轭面的接触面积越小时，电磁吸力越大。因此无论是插槽固定方式还是螺栓固定方式通过减小磁钢模组10与转子屋20磁轭面的接触面积，则可以获得比原来大的电磁吸力进而可以避免电机运行时产生异响或者避免螺栓松脱的现象。
59.麦克斯韦电磁吸力公式如下所示：
[0060][0061]
其中：f为电磁吸力，b为磁感应强度，s为接触面积，为磁通，μ0为真空磁导率。
[0062]
在永磁电机的电磁回路中，参见以下公式，磁阻r主要是由定转子之间的气隙决定的，气隙不变，则磁阻r保持不变；对永磁体来说，永磁体的磁动势mmf是恒定不变，磁通基本保持不变。
[0063][0064]
在本实施例中，第一凹槽101的数量为一个，且第一凹槽101投影在磁轭面的形状为腰型凹槽，并沿转子屋20的轴线方向延伸。需要说明的是，这里对凹槽的数量、形状以及尺寸不做具体限定，可以为多个在磁轭面的投影形状为圆形的凹槽，也可以为在磁轭面的投影形状为腰型的凹槽，腰型凹槽和圆形凹槽相较于其他不规则槽型或有棱角的槽型更利于铣刀进行加工。由于凹槽的数量、形状以及尺寸根据计算结果以及工艺的便利性来确定，
因此这里不对其进行具体限定。
[0065]
实施例2
[0066]
本实施例提供一种转子组件30，如实施例1采用相同的原理，不同的是，本实施例在转子屋20磁轭面上进行开槽，而磁钢模组10不开槽。
[0067]
如图5至图8所示，一种转子屋20，转子屋20包括与磁钢模组10接触的磁轭面，磁轭面上开设有第二凹槽201，第二凹槽201使得磁轭面和磁钢模组10之间形成间隙，以减小磁轭面与基板15的接触面积。
[0068]
在本实施例中，第二凹槽201的数量为一个，且第二凹槽201投影在磁轭面的形状为腰型凹槽并沿转子屋20的轴线方向延伸。需要说明的是，这里对凹槽的数量、形状和尺寸不做具体限定，可以为多个在磁轭面的投影形状为圆形的凹槽，也可以为多个在磁轭面的投影形状为腰型的凹槽，腰型槽和圆形槽相较于其他不规则槽型或有棱角的槽型更利于铣刀进行加工。由于凹槽的数量、形状和尺寸根据计算结果及工艺的便利性来确定，因此这里不对其进行具体限定。
[0069]
磁钢模组10与转子屋20可以有以下两种固定方式：
[0070]
插槽固定方式：具体地，磁钢模组10的基板15上设置有凸起11，凸起设置在基板15的顶部两侧，凸起11朝基本垂直于转子屋20的径向突起，转子屋20磁轭面设有插槽，在本实施例中插槽为t型槽21，即插槽的横截面呈字母“t”的形状，在装配时，凸起11与转子屋20磁轭面的t型槽21中的“横笔”相匹配，而磁钢模组10的主体10与t型槽21中的“竖笔”相匹配。t形槽21的几何形状提供了较大的表面积，以与磁钢模组10的相应表面积相互配合，从而使得磁钢模组10与转子屋20固定牢靠。此外，该种固定方式便于将磁钢模组10插入t形槽21中，或者在需要更换磁钢模组10时，从t形槽21中移出磁钢模组10，t形槽21使得磁钢模组10在转子屋20的径向上限位。需要说明的是，本实施例中转子屋20磁轭面的插槽不限于上述t型槽21，还可以为燕尾槽等用于固定磁钢模组的插槽。在本实施例中，第二凹槽201是基于t型槽21的表面进一步开设的。
[0071]
螺栓固定方式：具体地，如图9所示，磁钢模组10包括盖板12、磁钢13、磁钢框架14和磁钢基板15，其中，磁钢框架14用于容纳磁钢13，盖板12、磁钢框架14和磁钢基板15通过螺栓固定于转子屋20上。磁钢模组10上设有螺栓孔，转子屋20设有与螺栓孔相匹配的螺纹孔，通过将螺栓穿过螺栓孔并与螺纹孔螺纹配合，以使得磁钢模组10固定于转子屋20。21螺栓孔及螺栓的数量也可根据需要进行调整。在磁钢模组10和转子屋20分别设有相匹配的螺栓孔和螺纹孔使得磁钢模组的安装更为便捷。对于螺栓固定方式，第二凹槽201是在转子屋20磁轭面上开设的。
[0072]
上述实施例均根据麦克斯韦电磁吸力公式，通过减小磁钢模组与转子屋磁轭面的接触面积，则可以获得比原来大的电磁吸力。对于插槽固定方式：在任何工况下，磁钢模组在插槽内都不会晃动，避免了电机运行时产生异响。对于螺栓固定方式：减少螺栓受到的脉动剪切力的作用，提高螺栓固定的可靠性，避免螺栓松脱。
[0073]
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。