[发明专利]用于永磁电动机和发电机的磁体保持系统

说明书

发明背景 

本发明大体涉及用于永磁(PM)电动机和发电机的转子。更具体地，本发明涉及用于无刷PM电动机和发电机中的转子磁体的保持系统。 

无刷PM电动机通过利用磁体和电场之间的电磁关系来将电能转换成动能。相反地，无刷PM发电机使用电磁关系来将动能转换成电能。在典型的无刷PM电动机中，电流通过导线的固定绕组，以产生交变的磁场来推动和/或拉动磁性转子。磁性转子联接到轴上，以产生旋转的轴功率。在典型的无刷发电机中，以机械的方式旋转的轴使磁性转子旋转，以推动电流通过固定线圈。然后电流可用来提供电功率。因此，无刷PM电动机和发电机包括两个主要的同心地对准的构件：包括导线绕组的定子和包括永磁体的转子。无刷PM电动机和发电机在传统的设计中可构造成使定子围绕转子，或者在反结构(inside out)设计中可构造成使转子围绕定子。在任何一种情况下，转子都经受非常高的旋转速度，这在磁体上产生了很大的机械负荷。 

无刷PM电动机或发电机的转子必须满足多个要求，以便有效率地将电磁功率转换成转动轴功率或将转动轴功率转换成电磁功率。第一，转子必须包括能够将电磁力转换成机械力或将机械力转换成电磁力的磁体。第二，磁体需要磁性地联接，以便在邻近的磁体之间产生磁通路径。第三，磁体连接到轴上的方式必须能够传递输入或输出机械功率所必需的转矩。 

对于传统的和反结构的无刷PM电动机和发电机设计，已经开发出了用于相对于转子保持磁体的多种现有技术系统。例如，在反结构无刷PM电动机和发电机设计中，转子包括具有用于容纳轴的中心孔 和用于容纳永磁体的外径凸缘的盘。永磁体沿周边设置在凸缘的内径面周围，从而使得它们在与定子联接的时候将面向导线绕组。用于将磁体固定到转子上的传统方法已经依靠使外凸缘上的磁体固定不动的粘合剂。粘合剂提供同样允许磁体之间的磁通的坚固的结合。然而，粘合剂将各个磁体刚性地结合到凸缘上，从而使磁体在高速旋转运行期间经受施加到转子上的应力。因此，磁体成为可能受超过它们的应力限制的离心应力的承受负荷部件。另外，结合的磁体变得永久地附连到盘上，使得难以或以其他的方式不可完全地或个别地修理或替换结合的磁体或转子盘。粘合剂还可能由于极端温度、老化和化学暴露而失效。因此，需要用于保持无刷PM电动机和发电机转子磁体的改进的系统。 

发明概述 

本发明涉及用于无刷永磁发电机/电动机的转子。该转子包括延伸到转子凸缘中以容纳永磁体的根部的保持槽。保持槽包括轴向地延伸到转子凸缘中的底、自该底径向地延伸的一对侧壁，以及自侧壁突出以接合根部来提供永磁体的径向和切向保持的一对突耳。 

附图简述 

图1显示了具有转子和定子的反结构无刷永磁电动机的截面视图。 

图2显示了具有本发明的磁体保持系统的图1的转子的透视图。 

图3显示了图2的磁体保持系统的拉刀槽(broach slot)连接的透视图。 

图4显示了图3的拉刀槽和永磁体根部突起之间的连接的正视图。 

图5显示了显示内轴向保持器件和外轴向保持器件的图2的磁体保持系统的截面视图。 

详细描述 

图1显示了其中使用了本发明的磁体保持系统的反结构无刷永磁(PM)电动机10的截面视图。虽然在下文中关于反结构无刷PM电动机对本发明进行描述，但是本发明可普遍地应用于传统的构造和反结构构造两者的无刷PM发电机和电动机。无刷PM电动机10包括位于壳体16内部的转子12和定子14。壳体16包括第一壳体半部16A和第二壳体半部16B，第一壳体半部16A和第二壳体半部16B使用紧固件18来固定在一起，以形成具有中心孔20的空心的环形盘，中心线CL贯穿此中心孔20。 

定子14包括环绕在电枢22上以形成圆形环箍24的多个线绕组。输入电压和电流通过管道26供应到电枢22，从而使得环箍24产生电磁场。电枢22通过例如带螺纹的紧固件28固定到第一壳体半部16A上，从而使得环箍24相对于壳体16保持固定。电枢22周向地设置在孔20周围，从而在壳体16内的壳体16的最外部区域和环箍24的最外部区域之间提供空间。电枢22还允许环箍24和第二壳体半部16B之间有空间，从而使得孔20与环箍24和壳体16的最外部区域之间的空间连接。转子12位于壳体16的开阔空间内，从而使得转子12自中心孔20延伸经过环箍24，以与电磁场相互作用。