具有模制塑料盖的永磁体组件和用于保护永磁体的方法

摘要

本发明涉及具有模制塑料盖的永磁体组件和用于保护永磁体的方法。描述了一种永磁体组件（16），所述永磁体组件（16）包括基板（11）以及被附着到所述基板（11）的至少一个永磁体片（10）。所述至少一个永磁体片（10）被模制塑料盖（13）覆盖。而且，公开了一种用于保护至少一个永磁体片（10）的方法，所述至少一个永磁体片（10）被放置到电机（6）的元件（14）中的基板（11）上，其中，利用模制塑料盖（13）覆盖所述永磁体片（10）。

说明书

技术领域

本发明涉及具有包括磁体（特别是永磁体）的转子的电机的技术领域。特别是，本发明涉及一种用于电机的永磁体组件。此外，本发明还涉及全部装备有这样的永磁体组件的一种转子组件、一种电机以及一种风轮机。此外，本发明还涉及一种用于保护被放置到基板上的至少一个永磁体片（piece）的方法。

背景技术

电机或机电换能器是将电能转换成机械能或反过来将机械能转换成电能的机器。电动机是广泛地使用的通过使用磁场链（magnetic field linkage）来将电能转换成机械能的电机。发电机是也通过使用磁场链来将机械能转换成电能的电机。

电机包括定子和转子。定子是表示电机的固定部分的组件。转子是表示电机的移动部分的组件。

为了实现磁场链，磁体（例如，永磁体）可以特别地被用于电机的转子。近年来，特别是由于稀土磁材料的引入，永磁体（PM）电机由于它们消除了对通常与常规的直流（DC）电机一起使用的换向器和电刷的需求而变得流行。外部电转子激励的缺失消除了转子上的损耗，并且使得永磁体电机更高效。此外，PM电机的无刷设计允许导体线圈排他地被定位在固定的定子中。在这方面要提及的是，装备有换向器和电刷的非PM电机对显著更高的维修成本敏感。

PM电机还因其耐用性、可控性以及电火花的缺失而众所周知。由于PM电机的优点，PM电机被广泛地用在诸如电动车辆（电机是发动机）之类的许多应用中或者用在诸如例如风轮机的发电系统（电机是发电机）中。

像稀土磁体那样的强永磁体在越来越大的程度上被用于大的电机中（特别是用于发动机和发电机中）。这是由于与电激励相比提高的效率和稳健性。但是就实际应用而言，可能出现一些困难。材料（特别地稀土磁体的材料）可能相当地易碎，并且因此不能单独地通过螺栓连接来安全地固定。例如，可以通过例如胶合来将磁体固定到转子轮缘。此外，处理单独的磁体并且得到每个磁体的正确位置可能是困难的、耗时的并且相当重要地是危险的过程，因为这些磁体在生产安装中可能会被拉向其它磁体及铁磁对象。因此，在转子组件处装配和对准永磁体是困难且耗时的。因此，可能需要使永磁体到电机的转子组件的装配和对齐更容易。

此外，湿度及其它侵袭性物质和诸如冲击和振动之类的机械影响以及由于热伸展引起的机械应力可能会损害和破坏磁体。

当实施转子的维护、修理和组装时，强磁力会吸引铁磁对象，该铁磁对象可撞击磁体并且在撞击该磁体时引起对易碎材料的破坏。当在工作中时，在转子与定子之间的仅6 mm的窄气隙中的诸如松散的螺钉这样的外来对象可引起对磁体和转子的严重破坏。因此，需要保护磁体免遭干扰对象影响。

在市场上存在用于保护磁体的现有解决方案。这是借助环氧漆膜、粉末涂层、带束缚（tape bondage）或全封闭磁体模块来完成的。

为了提供结构支撑并使磁体到转子的配合（fitting）简单，提出了一种磁体组件，其中，形状（即燕尾形（dovetail））被磨成适应于转子轭中的互补槽的底板。

发明内容

本发明的第一目标是提供一种具有对至少一个永磁体片的改进的保护的改进的永磁体组件。本发明的第二目标是提供一种具有相同优点的转子组件。本发明的第三目标是提供一种具有相同优点的电机。本发明的第四目标是提供一种有利的风轮机。本发明的第五目标是提供一种用于保护被放置到电机的元件中的基板上的至少一个永磁体片的方法。

第一目标通过根据权利要求1所述的永磁体组件来解决。第二目标通过根据权利要求8所述的转子组件来解决。第三目标通过根据权利要求13所述的电机来解决。第四目标通过根据权利要求14所述的风轮机来解决。第五目标通过根据权利要求15所述的用于保护被放置到电机的元件中的基板上的至少一个永磁体片的方法来解决。从属权利要求进一步限定了本发明的扩展方案。

本发明的永磁体组件包括基板以及至少一个永磁体片。所述永磁体片被附着到所述基板。所述至少一个永磁体片被模制塑料盖（moulded plastic cover）覆盖。所述至少一个永磁体片可以包括NdFeB（钕铁硼）。优选的是，所述至少一个永磁体片由NdFeB构成。

所述盖可以包括至少一个突出部（protrusion）。所述突出部可以被设计成被陷入或被插入到电机的槽中。所述突出部可以被设计成被布置到所述基板的部分上。所述突出部和所述基板的所述部分被设计成被陷入或被插入到电机的槽中。

所述盖提供免遭湿度及其它侵袭性物质的气候保护。此外，所述盖还提供免遭冲击、振动及例如在气隙中的和在处理期间的外来对象的影响的机械保护。可以通过涂覆永磁体片来实现免遭湿度及其它侵袭性物质的其它气候保护。

优选地，所述突出部及所述基板的所述部分被设计成被陷入电机（例如，发电机）的至少一个预成形的槽中。有利地，所述盖包括可以陷入电机（例如，发电机）的两个槽中的两个突出部。

有利地，所述盖被设计成被陷入或被插入到至少一个槽（例如，两个槽）中，其中所述盖通过其几何形状来固定。所述至少一个磁体片或多个磁体片可以借助胶粘剂而被附着到所述基板。所述永磁体片和基板的组件以及所述盖可以通过插入而同时地被装配在所述电机的元件（例如，转子）中。通常，所述盖可以被粘合到所述磁体片和/或所述基板，以增强组件。

所述突出部的厚度或者所述突出部的厚度与所述基板的所述部分的厚度的总和可以具有在2 mm到3 mm之间的值。例如，所述突出部的厚度或者所述突出部的厚度与所述基板的所述部分的厚度的总和可以具有在2.5 mm到2.8 mm之间的值，有利地在2.6 mm到2.7 mm之间的值。优选地，所述突出部的厚度或者所述厚度的总和为2.65 mm，使得可以形成在电机的元件（例如，转子轭）的T形缝的例如侧槽中的适当的且持久的连接。

在本发明的上下文中，T形缝包括两个侧槽。可以将具有侧槽的T形缝铣（mill）到所述转子中。

因为所述盖并不提供对所述磁体片的腐蚀保护，所以可以利用腐蚀保护装置来涂覆所述磁体片。这提供免遭高腐蚀级别的保护。例如，可以利用环氧树脂来覆盖每个磁体片。

有利地，可以借助搭扣配合件（snap fit）来将所述盖附着到所述基板和/或所述磁体片。当被搭锁到磁体上时，所述模制塑料盖覆盖所述磁体片或多个磁体片。而且，可以借助搭扣配合件来将所述盖附着到所述基板及磁体片的组件。

所述盖优选地包括四个侧壁和盖壁。在这种情况下，所述盖保护所述磁体片或多个磁体片的组件的五个侧面。所述磁体片或多个磁体片的组件的第六侧可以被附着到所述基板。因此，所述模制塑料盖和所述基板有效地保护所述磁体片或多个磁体片的组件的整个表面。

例如，在2个永磁体片与6个永磁体片之间，优选地4个永磁体片可以被附着到所述基板。

可以通过将磁体模块陷入形成在转子轭中的T形缝中来将所述磁体模块组装在发电机中。所述T形缝可以与所述转子的旋转轴线相平行。例如，塑料盖可以包括配合到所述T形缝中并在该缝中使磁体与所述基板保持搭锁的突出部或支撑结构。

为了填充一个T形缝，可以插入具有磁体的6个基板。每个基板都可以保持四个磁体被粘合到该基板上。在所述基板上的每个相邻的磁体之间存在小的气隙。可以利用环氧树脂来覆盖每个磁体，并且另外还可以利用模制塑料盖来覆盖一个基板上的全部四个磁体。磁体模块可以沿轴向彼此堆叠得非常近，以在两个相邻的磁体模块之间提供非常小的气隙和针对电机性能提供磁体材料的最大利用。

本发明的永磁体组件可以包括第二基板。所述第二基板可以被连接到所述第一基板。先前提及的所述至少一个永磁体片所附着到的基板接着与所述第一基板相同。所述第二基板可以被焊接（例如被点焊）到所述第一基板。可以在两个相邻的磁体之间的所述基板上实施点焊。

优选地，所述第二基板包括被设计成与所述突出部一起陷入电机的槽中的部分。例如，所述第二基板的部分与所述盖的所述突出部一起配合到T形槽或缝的侧槽中。

所述模制盖的所述突出部的厚度与所述第二基板的厚度的总和可以具有在2 mm到3 mm之间的值，例如在2.5 mm到2.8 mm之间的值，有利地在2.6 mm到2.7 mm之间的值。优选地，所述厚度的总和为2.65 mm，使得形成在转子轭的T形缝的例如侧槽中的适当的且持久的连接。有利地，所述磁体片位于所述缝上方，而不是所述缝内部。这可以通过所述基板的足够的厚度来实现。

优选地，所述第一基板和/或所述第二基板可以具有矩形的形状。特别是，所述第一基板和/或所述第二基板的底面积和顶面可以具有矩形的形状。这具有以下优点：基板由非常易于机械加工成期望的几何形状的两个矩形片组成。

为了进一步保护磁体片免遭湿度及其它侵袭性物质的影响，所述磁体片可以经过附加表面处理。

通常，所述盖可以沿整个基板延伸。例如，在2个永磁体片与6个永磁体片之间，优选地4个永磁体片可以被附着到所述基板。优选地，所述永磁体片可以被粘合到所述基板上。例如，每个基板都可以保持4个永磁体片被粘合到该基板上。所述盖可以在4个磁体上且沿整个基板延伸。

在不需要如在现有解决方案中那样的对盖和基板组件的复杂的钎焊或焊接过程的情况下，本发明提供模块化设计的可能性。在本装置中，由于塑料盖的突出部或支撑结构伸到T形缝的侧槽中，所以单个基板是足够的。

使磁体位于T形缝和转子结构的上方为发电机操作提供了优化的磁场。此外，该设计提供对磁体模块的两个端侧的保护，因此可以通过使用较低抗腐蚀性的涂层来涂覆所述磁体片。

本解决方案的另一优点在于，本解决方案使用简单的具有矩形几何形状的1片基板，所述1片基板非常易于制造。塑料模具也易于制造且廉价地制造。

本发明的用于电机的转子组件包括如先前描述的永磁体组件。本发明的转子组件通常具有与先前描述的永磁体组件相同的优点。

优选地，本发明的转子组件包括具有用于将所述永磁体组件保持到所述转子上的至少一个槽的转子轭。所述槽例如可以是T形缝的部分。而且，所述槽可以被设计用于将具有所述永磁体片或多个永磁体片的所述基板和所述模制塑料盖保持到所述转子上并保持在适当的位置。例如，所述盖可以包括被插入到所述转子轭的（例如T形缝的）相对应的侧槽中的至少一个突出部。可以将具有侧槽的T形缝铣到所述转子中。

例如，通过将磁体模块陷入形成在所述转子轭中的T形缝的侧槽中来将这些磁体模块组装在发电机中。即，所述塑料盖可以包括作为附加支撑的、配合到所述槽中并在所述槽中使磁体与所述基板保持搭锁的突出部或支撑结构。磁体施加将磁体模块保持到转子上的磁力。通常，可以通过永磁体的磁力（特别是磁拉力）来提供所述永磁体到所述转子的固定。而且，所述转子可以是外转子。装配在转子中的永磁体组件可以面朝所述转子的旋转轴线。

所述转子可以包括旋转轴线。优选地，所述永磁体组件沿与所述转子的旋转轴线相平行的方向被陷入例如T形缝的所述槽中。在这种情况下，所述槽可以具有沿着与所述转子的旋转轴线相平行的方向延伸的长度。

优选地，所述盖包括两个突出部。所述盖可以通过其几何形状（例如，通过所述突出部的几何形状）而被固定到所述转子或转子轭。所述第二基板可以包括单独地或者与所述盖的所述突出部一起被插入到所述转子轭的相对应的槽中的两侧。

有利地，所述至少一个槽具有在2 mm到3 mm之间的宽度，例如在2.5 mm到2.8 mm之间的宽度，有利地在2.6 mm到2.7 mm之间的宽度，优选地为2.65 mm的宽度。此外，所述槽的宽度可以等于所述盖的所述突出部的厚度或者所述盖的所述突出部的厚度与所述基板的被插入到所述槽中的所述部分的厚度的总和。

所述槽的宽度可以等于所述盖的所述突出部的厚度，或者所述槽的宽度可以等于所述基板的被插入到所述槽中的所述部分的厚度，或者所述槽的宽度可以等于所述盖的所述突出部的厚度与所述基板的被插入到所述槽中的所述部分的厚度的总和。

例如，所述盖的所述突出部的厚度或者所述基板的被插入到所述槽中的所述部分的厚度或者所述突出部的厚度与所述基板的被插入到所述槽中的所述部分的厚度的总和以及所述槽的宽度可以具有2.65 mm的值。

T形缝或槽的侧槽可以具有2.65 mm的高度或宽度，这是工具可以将槽开到所述转子轭中的标准尺寸。所述塑料盖的支撑结构可以以宽度被构建来提供T形缝中的紧密配合。可以通过填充整个侧槽的支撑结构或者通过将所述基板压到所述转子结构上的支撑结构的上部来实现紧密配合。

优选地，所述永磁体片完全位于所述T形缝的外部。例如，所述一个或多个基板比所述T形缝的深度更厚。

本发明的电机包括如先前所描述的永磁体组件或者如先前所描述的转子组件。本发明的电机具有与先前所描述的永磁体组件或者先前所描述的转子组件相同的优点。例如，本发明的电机可以是发电机。可以通过将多个磁体模块或者永磁体组件陷入被形成在转子轭中的T形缝的侧槽中来将所述多个磁体模块或者永磁体组件组装在发电机中。磁体模块可以沿轴向彼此堆叠得非常近，以提供在两个相邻的磁体模块之间的非常小的气隙。这进一步针对电机性能提供磁体材料的最大利用。

通常，所述发电机可以包括转子、定子及旋转轴线。所述转子可以径向地位于所述定子的外部。这意味着，外转子可以围绕内定子旋转。所述永磁体片可以位于所述转子的内表面上。所述永磁体片可以面朝所述旋转轴线。

本发明的风轮机包括先前描述的电机（例如，发电机），并具有与先前描述的电机相同的优点。

本发明的用于保护被放置到电机的元件中的基板上的至少一个永磁体片的方法包括利用模制塑料盖来覆盖所述永磁体片的步骤。所述模制塑料盖提供免遭冲击、振动及外来对象的影响的机械保护。此外，可以通过涂覆所述永磁体片（例如，通过利用环氧树脂来涂覆所述永磁体片）来实现免遭湿度及其它侵袭性物质的气候和腐蚀保护。

而且，所述模制塑料盖可以借助搭扣配合件而被连接到所述永磁体片和/或所述基板。优选地，可以使用具有至少一个突出部的模制塑料盖。所述突出部可以被插入到所述元件（例如，发电机的转子轭）的相对应的槽中。有利地，通过将所述基板的部分或者所述盖的所述至少一个突出部单独地或者与所述基板的部分一起插入到所述元件的相对应的槽中而将所述基板、所述永磁体片的组件及所述盖固定到所述元件。

本发明的方法还可以包括以下步骤：将至少一个永磁体片放置到所述基板上，利用包括至少一个突出部的模制塑料盖来覆盖所述永磁体片，并且通过将所述盖的所述至少一个突出部单独地或者与所述基板的部分一起插入到所述元件的相对应的槽中来将所述基板、所述永磁体片的组件及所述盖固定到所述元件。通常，电机的所述元件可以是转子或转子轭。

在利用盖来覆盖永磁体片之前，可以借助胶粘剂来将磁体或多个磁体附着到所述基板。而且，模制塑料盖可以被粘合到所述磁体片和/或所述基板，以增强组件。通常，可以使用包括NdFeB或者由NdFeB构成的磁体片。

通常，本发明提供在不需要如在现有解决方案中那样的对盖和基板组件的复杂的钎焊或焊接过程的情况下的模块化设计的可能性。而且，本发明提供免遭湿度及其它侵袭性物质以及免遭冲击、振动及外来对象的（例如在气隙中和在处理期间的）影响的对永磁体片的有效保护。而且，所述塑料盖易于制造且廉价地制造。

必须注意，参照不同的主题已描述了本发明的实施例。特别地，已参照设备类型的权利要求描述了一些实施例，而已参照方法类型的权利要求描述了其它实施例。然而，除非另外告知，否则本领域技术人员将根据以上及以下描述推测：除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，关于不同的主题的特征之间（特别地，在设备类型的权利要求的特征与方法类型的权利要求的特征之间）的任意组合也被认为被本文献公开。

本发明的以上限定的方面及其它方面根据下文中要描述的实施例的实例而是明显的，并且参照实施例的这些实例被解释。下文中将参照实施例的实例来更详细地描述本发明，但是本发明并不限于这些实例。

附图说明

本发明的其它特征、特性及优点将根据以下结合附图对实施例的描述而变得清楚。所有的特征有利地是单独的或者相互组合的。

图1示意性地示出风轮机。

图2以截面图示意性地示出永磁体组件。

图3以透视图示意性地示出模制塑料盖。

图4以截面图示意性地示出本发明的永磁体组件的变形方案。

图5以截面图示意性地示出如图4中所示的本发明的永磁体组件的部分。

图6以截面图示意性地示出本发明的永磁体组件的另一变形方案。

图7以截面图示意性地示出本发明的永磁体组件。

图8以截面图示意性地示出容纳有磁体组件的转子轭或转子的部分。

图9以截面图示意性地示出容纳有磁体组件的转子轭或转子的部分。

具体实施方式

现将参照图1至图9来描述本发明的实施例。

图1示意性地示出风轮机1。风轮机1包括塔2、吊舱3及轮毂4。吊舱3位于塔2的顶部。多个风轮机叶片5被附着到轮毂4。轮毂4被装配到吊舱3。而且，轮毂4是枢轴装配的，使得轮毂4能够绕旋转轴线9旋转。电机、例如发电机6位于吊舱3的内部。风轮机1是直驱式风轮机。

图2以截面侧视图示意性地示出了永磁体组件。图2中示出的永磁体组件16包括永磁体片10（例如NdFeB磁体片）、第一基板11、第二基板21和模制塑料盖13。盖13包括两个突出部12；在图2中示出了一个突出部12。

磁体片10被布置到第一基板11上。例如，磁体片10可以借助胶粘剂而被附着到第一基板11。磁体片10和第一基板11被模制塑料盖13覆盖。第二基板21例如借助点焊而被连接到第一基板11。优选地，在两个相邻的磁体10之间的基板11和基板21上实施点焊。

第一基板11和第二基板21具有矩形的形状。这意味着基板11和21的底面积19和顶面18具有矩形的形状。第二基板21的表面积比第一基板11大。至少沿如图2中所示的x方向，第二基板21突出第一基板11。

突出部12处在沿x方向突出第一基板11的第二基板21的部分20上。突出部12和部分20的沿y方向的厚度d近似为2.65 mm，使得其在T形缝的侧槽中形成适当的且持久的连接，其中所述突出部12和部分20的沿y方向的厚度d是突出部12的厚度d₁与第二基板21的厚度d₂的总和。

盖13并不提供对磁体片10的腐蚀保护。因此，可以借助腐蚀保护装置来涂覆磁体片10，以提供免遭高腐蚀级别的保护。

图3以模制塑料盖13的底部上的透视图示意性地示出模制塑料盖13。模制塑料盖13包括顶面壁30和四个侧壁，即前侧壁31、后侧壁32、右侧壁33和左侧壁34。突出部12位于右侧壁33处和左侧壁34处。盖13在五个侧提供对磁体片的保护。

图4以截面图示意性地示出了本发明的永磁体组件的变形方案16a。图5以截面图示意性地示出了如图4中所示的本发明的永磁体组件的部分。模制塑料盖13被覆盖在磁体片10和基板11上。盖13借助搭扣配合件25被附着到基板11和磁体片10的组件。在图4和图5中，磁体片10突出基板11。盖13的可以与位于突出部12对面的搭扣配合突鼻件（snap fit nose）35将磁体片10保持在盖13的内部。基板11可以借助胶粘剂而被附着到磁体片10。

图6以截面图示意性地示出了本发明的永磁体组件的另一变形方案16b。永磁体组件16b与如图2中所示的永磁体组件16的不同之处在于：图6中的永磁体组件16b包括仅一个基板11。基板11包括突出磁体片10并且盖13的突出部12被布置到其上的部分20。

图7以轴向侧视图以通过沿T形缝的两个磁体组件16的截面图示意性地示出了两个本发明的永磁体组件16。磁体组件16被定位在T形缝中。第一磁体组件16的前侧壁31面对第二磁体组件16的后侧壁32。气隙26位于第一磁体组件16的前侧壁31与第二磁体组件16的后侧壁32之间。

基板11在永磁体10所附着到的部分22处的厚度d₃与基板11在位于两个磁体组件16之间的部分20处的厚度d₂不同。在图7中，厚度d₂小于厚度d₃。

图8以截面图示意性地示出了具有磁体组件16的转子轭或转子壳体14的部分。转子组件包括转子轭或者转子壳体14。转子轭14包括多个突出部17。借助突出部17来形成所谓的T形缝。每个T形缝都包括用于装配磁体组件16的两个侧槽15。T形缝具有深度c。磁体组件16的突出部28被插入到侧槽15中。突出部28可以包括第二基板21的部分20和/或第二基板11的部分20和/或盖13的突出部12。侧槽15的宽度e等于突出部28的厚度d。因此，磁体10位于侧槽15的上方，而不是槽15的内部。

例如，盖13的突出部12和基板11或21的部分20的沿y方向的厚度d近似为2.65 mm，使得其在T形槽或缝15的侧槽中形成适当的且持久的连接，所述盖13的突出部12和基板11或21的部分20的沿y方向的厚度d是突出部12的厚度d₁与基板11或21的部分20的厚度d₂的总和。

优选地，基板11和21的厚度的总和的值大于T形缝的深度c。这规定，永磁体10完全位于T形缝的外部。

通常，盖13的每个突出部12都可以被陷入例如发电机转子中的预成形槽15中，其中通过所述预成形槽15的几何形状或者突出部12的几何形状来固定盖13。通过将突出部12和/或基板11的部分20插入到预成形槽15中，同时地将磁体基板组件和盖13装配在转子14或转子轭中，其中所述磁体基板组件包括永磁体片10和基板11。

通常，所有先前描述的永磁体组件16、16a和16b可以相互替换，并且具有相同的功能性和优点。而且，磁体片可以包括NdFeB或者由NdFeB构成。

图9示意性地示出了两个相邻的磁体组件16，所述两个相邻的磁体组件16通过将这两个相邻的磁体组件16插入到通过转子轭14的突出部17形成的T形缝的侧槽15中而被连接到转子轭14。转子组件可以是发电机6（例如，风力涡轮发电机）的部分。

本发明借助所使用的模制塑料盖来提供免遭湿度及其它侵袭性物质的气候保护以及免遭冲击、振动及外来对象的影响的对永磁体片的机械保护。