[发明专利]永磁体机器的磁轭

说明书

本发明涉及永磁体机器（1）的磁轭（4），其包括具有用于容纳永磁体（5）的容纳区域（16）的表面（15），其中两个凹槽（17）被设置成邻近所述容纳区域（16）以增加磁阻。

技术领域

本发明大体涉及永磁体机器，例如发电机。具体而言，本发明涉及用于永磁体机器的磁轭、转子和定子以及永磁体机器。

背景技术

发电机通常具有运动的转子和静止的定子来产生电能。转子或定子中的任一者包括具有永磁体的磁轭。另一者包括具有绕组的叠片。

磁通量是发电机的重要参数，因为其促成了发电机的转矩。磁通量的泄漏发生于永磁体机器运转期间并且会减少转矩。

在发电机的端部区域中，即在发电机的轴向端部处，发生磁通量泄漏。这被认为在直接驱动发电机的情况下是特别严重的，在这种情况下大的输出功率与重量之比需要定子叠片的大的磁负载。由于大的磁负载，定子铁磁性材料磁性饱和并且这导致了在永磁体的端部区域中存在高额的通量泄漏，在该端部区域中通量线更易于接近其通过转子的路径并避免联接定子绕组，从而通过更加靠近端部区域而减少了其对于转矩的贡献。此外，在具有大直径和短轴向长度的直接驱动发电机中，磁通量泄漏与磁通量联接定子绕组且促成转矩的部分的比率变得更显著。

上述情况不仅应用到外部转子直接驱动发电机，还应用到所有其他类型的永磁体机器。不过，这种情况对于外部转子直接驱动发电机是特别重要的。

在文献中，提出了相比于定子缩短转子的长度。不过，这种方法仅适用于内部转子发电机或马达，其中在磁体下面的转子磁轭沿轴向方向观察时结束于磁体结束的位置。不过，由于其更大的输出功率与重量之比而更首选外部转子发电机，而不是内部转子发电机。

发明内容

本发明的目标是减少永磁体机器的磁通量泄漏。

这个目标分别通过权利要求1、7、10和13的特征实现。从属权利要求提供了本发明的进一步的细节和优点。

在一方面，本发明涉及用于永磁体机器的磁轭，包括：具有用于容纳永磁体的容纳区域的表面，其中邻近所述容纳区域设置两个凹槽从而增加磁阻。该构思是要通过增加通量泄漏路径的磁阻来最小化磁通量泄漏从而最大化主要通量与泄漏通量之比。随着空气被置于靠近永磁体的端部而不是靠近铁磁性磁轭的端部而增加了磁阻。最大化了有用通量和泄漏通量之间的上述比，并且因而根据磁体厚度、轴向长度和发电机空气间隙的直径，提高了相同磁体体积和成本的输出功率。这种输出功率的提高在数量级上更加精确地高达10%，粗略地1-3%。另一优点是减少了磁轭的重量。能够通过由机加工去除这些零件来获得凹槽。

凹槽的宽度和/或深度可以基本对应于永磁体的厚度。这种尺寸已经良好地减少了磁通量泄漏。在又一优选方式中，FE（有限元）计算能够被用于优化凹槽的形式。

凹槽可以延伸到表面的端部。这样，凹槽的宽度从容纳区域延伸到磁轭的边沿，以使得该表面仅具有容纳区域的尺寸。虽然这种方案显著影响了机械设计，不过其良好地减少了磁通量泄漏且同时显著减少了重量。

凹槽邻近容纳区域的侧壁可以以一定角度延伸。根据这种更加有效的方法（即更大地增加泄漏通量的磁阻路径），磁轭可以沿倾斜线被去除，而不是沿竖直线被去除，其中倾斜侧壁的角度能够被选择成形成底面切口（undercut）。

非磁性材料，具体而言是磁性行为类似于空气但机械强度类似于如不锈钢的非磁性材料可以被设置在凹槽中，例如通过焊接，以便增加转子磁轭的机械强度且同时仍保持大磁阻且因而保持小的泄漏通量。

表面可以是周边表面并且两个凹槽可以设置成沿轴向方向邻近容纳区域。这种设计对应于通用永磁体机器。