本公開(kāi)總體上涉及在電氣機(jī)器中使用的類(lèi)型的永磁體轉(zhuǎn)子，更具體地涉及轉(zhuǎn)子芯材料的變形，從而使定位在轉(zhuǎn)子芯上的永磁體抵靠固定套管偏壓。

背景技術(shù)：

許多不同構(gòu)造的方法和材料結(jié)合旋轉(zhuǎn)機(jī)械（例如發(fā)電機(jī)和電動(dòng)馬達(dá)）使用。在此種電氣機(jī)器中使用的旋轉(zhuǎn)部件或者“轉(zhuǎn)子”通常應(yīng)用多個(gè)不同部分。在旋轉(zhuǎn)期間，慣性力會(huì)給予轉(zhuǎn)子部件從預(yù)期位置移動(dòng)的趨勢(shì)，如果不受約束就可能失效。對(duì)于相對(duì)低速的應(yīng)用，簡(jiǎn)單的部件保持技術(shù)例如粘合就足夠了。對(duì)于更高速度的應(yīng)用，可以使用機(jī)械夾緊部件、保持套管等。已知的策略在至少某些應(yīng)用中具有某些缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一方面，制造永磁體轉(zhuǎn)子包括圍繞轉(zhuǎn)子芯定位固定套管，所述轉(zhuǎn)子芯具有多個(gè)永磁體。多個(gè)壓力工具隨后安裝在延伸通過(guò)組件的轉(zhuǎn)子芯的孔中，以使轉(zhuǎn)子芯的材料變形。材料的變形抵靠固定套管以軸向向外方向推動(dòng)磁體，以將磁體抵靠固定套管偏壓。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電氣機(jī)器中永磁體轉(zhuǎn)子組件的部分分解剖視圖；

圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的過(guò)程中一個(gè)部分的示意圖；

圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的過(guò)程中另一個(gè)部分的示意圖；

圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子組件的示意圖；和

圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子組件的透視、部分剖視示意圖，并包括細(xì)節(jié)放大圖。

具體實(shí)施方式

為了促進(jìn)對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子和制造永磁體轉(zhuǎn)子的方法的原理的理解，現(xiàn)在將參考附圖中說(shuō)明的實(shí)施例并且特定語(yǔ)言將用于具體描述所述實(shí)施例。然而可以理解的是，并未打算由此對(duì)本發(fā)明的范圍作出限制。在所描述的實(shí)施例中的任何變化和進(jìn)一步修改，以及在此描述的發(fā)明原理的任何進(jìn)一步應(yīng)用都是本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員通常能想到的。

參考圖1，示出了電氣機(jī)器系統(tǒng)10，例如發(fā)電機(jī)或者電動(dòng)馬達(dá)。機(jī)器系統(tǒng)10可以包括殼體12，其中定子14被定位。轉(zhuǎn)子16位于殼體12內(nèi)并可旋轉(zhuǎn)，以在定子14的線圈內(nèi)產(chǎn)生電流，或者可能通過(guò)由電功率源（例如電力網(wǎng)）提供給定子14的電流感應(yīng)而旋轉(zhuǎn)。在實(shí)際實(shí)施策略中，轉(zhuǎn)子16可以是相對(duì)高速的轉(zhuǎn)子，通常具有在其最外側(cè)表面高達(dá)約200米每秒的速度范圍，或者可能更高。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)相對(duì)高速時(shí)的相對(duì)高的慣性力。在此種速度下，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的部件（通常是永磁體）從轉(zhuǎn)子芯被向外扔的趨勢(shì)會(huì)導(dǎo)致在轉(zhuǎn)子芯和永磁體之間形成空氣間隙，可能導(dǎo)致隨著時(shí)間響應(yīng)于疲勞應(yīng)力的損壞或失效，或甚至導(dǎo)致瞬時(shí)和災(zāi)難性的失效。正如根據(jù)下述描述可進(jìn)一步顯而易見(jiàn)的，根據(jù)本公開(kāi)的轉(zhuǎn)子特別地被構(gòu)造，以用于即使在高旋轉(zhuǎn)速度下保持結(jié)構(gòu)完好。

轉(zhuǎn)子16包括限定縱向軸線19的轉(zhuǎn)子芯18和在第一軸端21與第二軸端23之間軸向延伸的轉(zhuǎn)子芯外表面20。軸端21和23可以是與轉(zhuǎn)子芯18一體成型的結(jié)構(gòu)，但也可以是例如通過(guò)焊接附接到轉(zhuǎn)子芯18的單獨(dú)件。如此處進(jìn)一步討論的，外表面20可以具有不統(tǒng)一的輪廓，限定在安裝和保持轉(zhuǎn)子16其他部件中應(yīng)用的各種特征。

轉(zhuǎn)子芯18還包括多個(gè)孔22，所述多個(gè)孔延伸通過(guò)轉(zhuǎn)子芯。多個(gè)永磁體24安裝在轉(zhuǎn)子芯外表面20上。在實(shí)際實(shí)施策略中，端蓋28和第二端蓋30定位在永磁體24的多個(gè)縱向排的相對(duì)的軸向端部。隔板32和34可以在外表面20上被軸向定位在相鄰的永磁體24之間。細(xì)長(zhǎng)桿形式的多個(gè)磁體保持元件36可以定位在外表面20形成的溝槽38內(nèi)。在說(shuō)明的實(shí)施例中，元件36具有大體與沙漏相似的橫截面，但是無(wú)需特定的幾何形狀。在一些實(shí)施例中，抵消或者抑制渦流電流的裝置也可以在轉(zhuǎn)子16中使用。

轉(zhuǎn)子16還可以包括圍繞轉(zhuǎn)子芯18和磁體24定位的固定套管26，從而磁體24與固定套管26接觸。在圖1的示例中，套管26以剖視部分示出以說(shuō)明轉(zhuǎn)子16的額外特征，然而可以理解的是，套管26將典型地軸向延伸至少覆蓋和約束所有磁體24及其相關(guān)安裝、保持和定位設(shè)備所需的長(zhǎng)度。轉(zhuǎn)子16還包括多個(gè)例如通過(guò)過(guò)盈配合安裝在孔22中的壓力工具40，所述壓力工具使轉(zhuǎn)子芯18的材料變形，從而多個(gè)永磁體24被軸向向外推動(dòng)并通過(guò)抵靠固定套管26變形而偏壓。雖然壓力工具將典型地保持停留在轉(zhuǎn)子芯18中，但是在其他的實(shí)施例中，所述壓力工具可以用于材料變形和偏壓的目的，隨后被移除。壓力工具40可以具有或者可以不具有與孔22的形狀互補(bǔ)的形狀，壓力工具40自身可以通過(guò)過(guò)盈配合變形。

如上所述，磁體24可以在圍繞縱向轉(zhuǎn)子軸線19的多個(gè)周向位置以多個(gè)縱向排定位。溝槽38可以以與多個(gè)縱向排的磁體24交替的布置定位。也可以從圖1或者其他即將描述的附圖中看出，磁體保持桿36可以被成形從而周向地與縱向排的相鄰磁體中的每個(gè)磁體24的邊緣重合。

現(xiàn)在也參考圖2，這里示出分解的轉(zhuǎn)子芯18和固定套管26，圖2示出所述轉(zhuǎn)子芯和套管可能出現(xiàn)為放置在液氮池100中。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉當(dāng)溫度降低時(shí)，通常在永磁體轉(zhuǎn)子構(gòu)造中使用的材料會(huì)收縮。某些其他材料，其中一個(gè)例子是可以構(gòu)造固定套管26的碳纖維材料，當(dāng)冷卻時(shí)實(shí)際上會(huì)膨脹。將轉(zhuǎn)子芯18和固定套管26放置在池100中使得轉(zhuǎn)子芯18收縮而固定套管26膨脹，從而當(dāng)固定套管26圍繞轉(zhuǎn)子芯18定位且部件回到更高的溫度時(shí)，套管26圍繞轉(zhuǎn)子芯18和磁體24收縮裝配。相應(yīng)地，以所述方式或者以另一合適的方式收縮裝配固定套管26，將會(huì)導(dǎo)致與磁體24的接觸，還會(huì)產(chǎn)生抵靠轉(zhuǎn)子芯外表面20徑向向內(nèi)擠壓磁體24的接觸壓力。這一接觸壓力在擴(kuò)大永磁體轉(zhuǎn)子的速度范圍中被證明是有效的，從而在適度的高速下，永磁體不會(huì)被慣性力向外扔出以在磁體和轉(zhuǎn)子芯之間產(chǎn)生空氣間隙。然而還發(fā)現(xiàn)，隨著速度進(jìn)一步提高，上述收縮裝配的過(guò)程不足以保持永磁體與轉(zhuǎn)子芯分離。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解超出所述液氮的使用進(jìn)一步冷卻將被收縮裝配的部件的實(shí)際障礙。相應(yīng)地，如本文所述，本公開(kāi)可以被理解為通過(guò)提供將永磁體抵靠固定套管偏壓的額外機(jī)構(gòu)以提供永磁體轉(zhuǎn)子的速度范圍的擴(kuò)展。

為此，現(xiàn)在參考圖3，示出了力產(chǎn)生裝置200和與中空?qǐng)A柱體類(lèi)似的加壓工具210，所述加壓工具可以出現(xiàn)為接觸壓力工具40用于將壓力工具40推進(jìn)到轉(zhuǎn)子芯18中。在說(shuō)明的實(shí)施例中，壓力工具40具有圓柱形桿的形式，然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在其他情況下，壓力工具40可以具有不同的橫截面形狀，可能?chē)@轉(zhuǎn)子芯18周向不均勻地分布，或甚至可能是留在轉(zhuǎn)子芯18內(nèi)或者可拆卸的多件或可擴(kuò)展的裝置。相應(yīng)地，在本文中，術(shù)語(yǔ)壓力工具應(yīng)該被給予比僅是簡(jiǎn)單的桿、軸等更加寬泛的含義。

現(xiàn)在參考圖4，示出了轉(zhuǎn)子16，其可以出現(xiàn)為完全裝配并準(zhǔn)備好安裝進(jìn)入殼體12。除了圍繞轉(zhuǎn)子芯18定位的固定套管26，轉(zhuǎn)子16可以裝備有軸承、襯套或者其他通常圍繞轉(zhuǎn)子軸定位用以支撐和支承轉(zhuǎn)子16的設(shè)備。也參考圖5，示出了轉(zhuǎn)子芯18的示意圖并還包括一個(gè)細(xì)節(jié)放大圖，所述示意圖示出了固定套管26在轉(zhuǎn)子芯18上圍繞磁體24周向延伸。參考細(xì)節(jié)放大圖，可以看到正好相鄰于實(shí)線62的假想線60，所述實(shí)線代表外表面20的徑向最外側(cè)的點(diǎn)。將會(huì)想到的是，轉(zhuǎn)子芯18的材料的某些變形將會(huì)響應(yīng)于將壓力工具40裝配進(jìn)入孔22發(fā)生。假想線60通常代表在將工具40壓配合到芯18中之前可以觀察到的一個(gè)周向外形，然而經(jīng)由附圖標(biāo)記62示出的實(shí)線代表由過(guò)盈配合導(dǎo)致的示例性向外變形的外形。應(yīng)該想到的是，材料的變形將不太可能對(duì)肉眼可見(jiàn)，但是正如所有過(guò)盈配合定義的那樣，某些尺寸的變化可以預(yù)料發(fā)生且確實(shí)是希望的以實(shí)現(xiàn)磁體24的偏壓。

在示出的實(shí)施例中，每個(gè)孔22都典型地在其中心軸線與如圖5中所示的線段70相交，所述線段從縱向轉(zhuǎn)子軸線19延伸至多個(gè)周向位置中的不同的一個(gè)。理解此設(shè)計(jì)原理的另一種方法是磁體24和孔22通常周向?qū)?zhǔn)。然而可以想到替代實(shí)施例，其中孔22不與磁體24周向?qū)?zhǔn)，而是偏移為相對(duì)大或者相對(duì)小的范圍，以獲得響應(yīng)于工具40的過(guò)盈配合發(fā)生的材料變形的期望結(jié)果。還可以看出，溝槽38在徑向向外的方向相比于孔22的最外側(cè)范圍延伸相對(duì)更深地進(jìn)入轉(zhuǎn)子芯18。換一種說(shuō)法，孔22和溝槽38具有部分徑向重合范圍。在其他情況下，孔22可以相對(duì)徑向更向外或者徑向向內(nèi)定位。也可以從本描述中理解，轉(zhuǎn)子芯18的變形的材料可能在壓縮的第一狀態(tài)（例如壓縮的更高狀態(tài)），在可替代布置中，轉(zhuǎn)子芯18的材料在壓縮的第二、較小的狀態(tài)。壓縮的相對(duì)更高的狀態(tài)可以留在每個(gè)磁體24和對(duì)應(yīng)的孔22之間的徑向的材料中，而處于壓縮的較小狀態(tài)的材料可以是相鄰的，例如相鄰溝槽22位于其中的材料。盡管轉(zhuǎn)子芯18的材料會(huì)發(fā)生一些塑性變形，變形至少部分是彈性的，從而增加的接觸壓力和磁體24抵靠固定套管26的偏壓可以隨著時(shí)間和通過(guò)一個(gè)范圍的運(yùn)行情況保持。

本描述僅用于說(shuō)明目的，不應(yīng)以任何方式被解釋為縮窄本公開(kāi)的范圍。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解到在不偏離本公開(kāi)的全部及合理的范圍和精神之下，可以對(duì)此處公開(kāi)的實(shí)施例做出各種修改。例如，盡管一個(gè)關(guān)于永磁體的示例的幾何形體和轉(zhuǎn)子芯外表面的形狀在上文中被討論并在附圖中被示出，本公開(kāi)并不因此被限制。永磁體可以直接安裝在轉(zhuǎn)子芯的表面上并在物理上僅通過(guò)保持套管約束，而不是縱向磁體保持桿等，永磁體的預(yù)加載和偏壓通過(guò)上述討論的壓力工具實(shí)現(xiàn)。在研讀附圖和所附權(quán)利要求后，其他的方面、特征和優(yōu)勢(shì)將是顯而易見(jiàn)的。