專(zhuān)利名稱：電機(jī)中的未磁化永磁體段的磁化的制作方法
電機(jī)中的未磁化永磁體段的磁化技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大體涉及電機(jī)，并且更具體而言，涉及電機(jī)中的永磁體轉(zhuǎn)子的磁化。
技術(shù)背景
一般而言，諸如馬達(dá)或發(fā)電機(jī)的電機(jī)包括設(shè)置在定子內(nèi)且用來(lái)將電功率轉(zhuǎn)換成機(jī) 械動(dòng)力或?qū)C(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)換成電功率的轉(zhuǎn)子。某些電機(jī)使用永磁體型轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子減小了大 小且提高了該電機(jī)的整體效率。這種轉(zhuǎn)子一般包括設(shè)置在轉(zhuǎn)子心軸上的環(huán)形永磁體。在較 大型的機(jī)器中，一般通過(guò)組裝多個(gè)永磁體(其組裝在轉(zhuǎn)子心軸周?chē)?來(lái)形成永磁體。大體 上，永磁體段在組裝到轉(zhuǎn)子心軸上之前被磁化。例如，永磁體段由較大的未經(jīng)最后加工的磁 體塊切割和研磨成形，在此之后，段在螺線管線圈中單獨(dú)地被磁化。在某些應(yīng)用中，尤其是 在較大型的機(jī)器中，通過(guò)K. Halbach提出的磁化矢量(也已知為Halbach磁化)來(lái)實(shí)現(xiàn)永磁 體段的磁化，當(dāng)應(yīng)用于永磁體的表面時(shí)，該磁化矢量在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生更加正弦形的通量分布， 從而降低AC諧波損耗，并且減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)和噪聲。永磁體段隨后通過(guò)粘合的方式結(jié) 合到轉(zhuǎn)子心軸上。
但是，由預(yù)磁化的永磁體段組裝轉(zhuǎn)子可能是麻煩的過(guò)程，尤其是在較大型的電機(jī) 中，因?yàn)槠淇赡芎臅r(shí)且難以處理。該過(guò)程可包括由機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)的大的施力和對(duì)齊，以便定 位和約束通電的永磁體段。如果通電的永磁體塊脫離約束的話，該過(guò)程容易發(fā)生人身事故。 因此，為了方便加工，用未磁化磁體組裝轉(zhuǎn)子，并且通過(guò)對(duì)未磁化磁體施加必要的磁場(chǎng)來(lái)一 齊進(jìn)行磁化。另外，諸如高速電動(dòng)馬達(dá)的電機(jī)還可包括在轉(zhuǎn)子上的永磁體組件周?chē)亩ㄎ?環(huán)或保持環(huán)，以防止離心力弄破和弄散永磁體組件。通常，保持環(huán)由金屬材料制成，從而，保 持環(huán)繼承了具有相當(dāng)程度的導(dǎo)電性的金屬屬性。在未磁化磁體的磁化期間，對(duì)永磁體組件 周?chē)慕饘俦３汁h(huán)或定位環(huán)引起渦流，這會(huì)阻礙未磁化磁體被磁化。
因此，存在對(duì)一種用于使電機(jī)轉(zhuǎn)子中的未磁化磁體段磁化的更簡(jiǎn)單和高效的技術(shù) 的需要，其中，金屬保持環(huán)用于永磁體AC同步電機(jī)中的磁體保持。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于使電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁化的方法。該方法包 括在包圍在保持環(huán)中的轉(zhuǎn)子心軸的周?chē)M裝一批未磁化的各向異性的永磁體段。該方法還 包括確定未磁化的各向異性的永磁體段的多個(gè)最佳的磁化定向方向。另外，該方法包括將 組裝好的未磁化的各向異性的永磁體段定位在轉(zhuǎn)子心軸周?chē)?，從而使得各向異性的永磁體 段的最佳的磁化方向定向與磁化固定裝置產(chǎn)生的多個(gè)磁通線對(duì)齊。最后，該方法包括對(duì)磁 化固定裝置通電，以通過(guò)脈沖直流電來(lái)使段磁化達(dá)脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子的磁化器系統(tǒng)。該磁化 器系統(tǒng)包括磁化軛，其中，磁化軛包括從其中延伸的多個(gè)極靴。該磁化器系統(tǒng)還包括纏繞在 極靴周?chē)亩鄠€(gè)線圈。另外，該磁化器系統(tǒng)包括用于通過(guò)脈沖直流電對(duì)磁化固定裝置通電 達(dá)脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間的磁化電路。4
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于制造電機(jī)的轉(zhuǎn)子的方法。該方法包 括在包圍在保持環(huán)中的轉(zhuǎn)子心軸周?chē)鸀檗D(zhuǎn)子組件提供一批未磁化永磁體段。該方法還包括 提供聯(lián)接到轉(zhuǎn)子組件上的磁化器系統(tǒng)。該磁化器系統(tǒng)包括磁化軛，其中，磁化軛進(jìn)一步包括 從其中延伸的多個(gè)極靴。該磁化器系統(tǒng)還包括纏繞在極靴周?chē)亩鄠€(gè)線圈，以及用于通過(guò) 脈沖直流電對(duì)磁化固定裝置通電達(dá)脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間的磁化電路。最后，該方法包括通 過(guò)對(duì)磁化固定裝置通電所產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)使轉(zhuǎn)子組件的這批未磁化永磁體段磁化。


當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得 更好理解，在附圖中，同樣的標(biāo)號(hào)在所有圖中表示同樣的部件，其中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的轉(zhuǎn)子磁化器系統(tǒng)。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的轉(zhuǎn)子磁化器系統(tǒng)的磁化器電路。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的、在磁化器和永磁體轉(zhuǎn)子的四分之一區(qū) 段中的峰值電流處的通量分布的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的磁化器電流脈沖的示例性圖解說(shuō)明。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的磁化方法的流程圖。
圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、制造電機(jī)的轉(zhuǎn)子的一種示例性方法的 流程圖。
部件列表
10磁化器系統(tǒng)
12磁化固定裝置
14 腔體
16轉(zhuǎn)子組件
18轉(zhuǎn)子心軸
19未磁化的各向異性的永磁體段
20 軸
21轉(zhuǎn)子極靴
22轉(zhuǎn)子極靴
23轉(zhuǎn)子極靴
24轉(zhuǎn)子極靴
26保持環(huán)
28磁化軛
30磁化線圈
32磁化線圈
34磁化線圈
36磁化線圈
38 槽口
40 槽口
42 槽口
44 槽口
46磁化電路
47半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)
48 電源
49短路器二極管
50磁化極靴
52磁化極靴
54磁化極靴
56磁化極靴
100磁化電路
102 電源
104 線圈
106半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)
108短路器二極管
110短路器電路
200磁化器通量分布
202磁化器系統(tǒng)
204永磁體轉(zhuǎn)子組件
206磁通線
208磁化線圈
209磁化器極靴
210保持環(huán)
212磁體段
300約四分之一正弦的圖解說(shuō)明
302磁化器電流脈沖
304X 軸
306Y 軸
400磁化方法
402在包圍在保持環(huán)中的轉(zhuǎn)子心軸的周?chē)M裝一批未磁化的各向異性的永磁體段 的步驟
406確定未磁化的永磁體段的多個(gè)最佳磁化定向方向的步驟
408對(duì)磁化固定裝置通電以通過(guò)脈沖直流電使段磁化達(dá)脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間的步 驟
500制造電機(jī)的轉(zhuǎn)子的方法
502在軸周?chē)M裝轉(zhuǎn)子心軸的步驟
504在轉(zhuǎn)子心軸周?chē)M裝永磁體段、使得單獨(dú)的磁體段中的優(yōu)選的磁化方向與磁 化脈沖的峰值處產(chǎn)生的磁通線大致對(duì)應(yīng)的步驟
506將保持環(huán)設(shè)置在永磁體段周?chē)牟襟E
508將轉(zhuǎn)子組件定位在磁化器系統(tǒng)的磁化固定裝置內(nèi)的步驟
510由電源對(duì)磁化線圈通電的步驟
512從磁化固定裝置上移除轉(zhuǎn)子組件且將轉(zhuǎn)子組件組裝在定子內(nèi)的步驟具體實(shí)施方式
如以下詳細(xì)論述的那樣，本發(fā)明的實(shí)施例涉及使用脈沖直流電達(dá)脈沖的最佳持續(xù) 時(shí)間來(lái)使電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁化。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“短路器(crowbar)”指的是用來(lái)防止功率供 應(yīng)單元的過(guò)電壓條件損害附連到功率供應(yīng)上的電路的電路。本發(fā)明提出了組裝包括未磁化 永磁體段的轉(zhuǎn)子與金屬保持環(huán)且使轉(zhuǎn)子在磁化器系統(tǒng)中磁化的方法，磁化包括使電流流動(dòng) 達(dá)脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。本發(fā)明還涉及計(jì)算控制電流的開(kāi)關(guān)的最佳“接通時(shí)間”，這是通過(guò) 抑制轉(zhuǎn)子的保持環(huán)中的渦流來(lái)有效地磁化轉(zhuǎn)子的未磁化永磁體段所必需的。
當(dāng)介紹本發(fā)明的各實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一個(gè)”、“一種”、“該”和“所述”意在表 示存在一個(gè)或多個(gè)元件。用語(yǔ)“包括”、“包含”和“具有”意在為包括性的，并且意在表示除 了列出的元件之外可存在另外的元件。操作參數(shù)的任何實(shí)例不排除公開(kāi)的實(shí)施例的其它參 數(shù)。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的、用于使轉(zhuǎn)子磁化的磁化器系統(tǒng) 10。磁化器系統(tǒng)10包括沿著縱向軸線13延伸的磁化固定裝置12，其具有限定腔體14的 內(nèi)表面11。磁化固定裝置12構(gòu)造成以便在腔體14中產(chǎn)生磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子組件16沿著縱向軸 線13穩(wěn)固地定位在磁化固定裝置12的腔體14內(nèi)，以使轉(zhuǎn)子組件16的多個(gè)未磁化永磁體 段磁化。
如本文所示，轉(zhuǎn)子組件16包括安裝在軸20上的轉(zhuǎn)子心軸18。在一個(gè)實(shí)施例中， 軸20可與轉(zhuǎn)子軸18形成為整體。在另一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子心軸18和軸20由鐵磁性材料 形成。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子組件16包括在轉(zhuǎn)子心軸18周?chē)霓D(zhuǎn)子極靴21、22、23 和M。各個(gè)極靴包括多個(gè)未磁化永磁體段19。未磁化永磁體段19布置在轉(zhuǎn)子心軸18的 周?chē)孕纬森h(huán)形排列。根據(jù)本技術(shù)的一方面，轉(zhuǎn)子組件16的永磁體段形成Halbach排列 (即由以上論述的Halbach磁化所獲得)，以產(chǎn)生基本正弦形通量分布，電機(jī)內(nèi)具有低的諧 波含量。這降低了 AC諧波損耗、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)和噪聲。在Halbach排列(如在轉(zhuǎn)子極靴 21中所示)中，各個(gè)永磁體段19的定向方向17使得方向17在各個(gè)轉(zhuǎn)子極靴21、22、23和 對(duì)的正交軸(以下稱為Q軸)處與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向幾乎相切，并且在各個(gè)轉(zhuǎn)子極靴21、22、 23和M的直軸(以下稱為D軸)處與旋轉(zhuǎn)方向幾乎垂直。D軸可定義為磁極中的、其中磁 場(chǎng)最強(qiáng)地沿徑向定向的位置，而Q軸大體對(duì)應(yīng)于磁極中的、其中磁場(chǎng)最強(qiáng)地沿周向定向的 位置。應(yīng)當(dāng)注意，雖然磁極的Q軸和D軸在電方面相差90度，但是它們的有關(guān)物理位置依 賴于轉(zhuǎn)子的極的幾何和數(shù)量。例如，在四極轉(zhuǎn)子中，各個(gè)極的Q軸和D軸在角度上隔開(kāi)正好 45度。
如圖1所示，轉(zhuǎn)子組件16還包括覆蓋轉(zhuǎn)子組件16的外周的保持環(huán)26，以在轉(zhuǎn)子組 件16中將多個(gè)永磁體段19固定在它們的預(yù)期位置上。在一個(gè)具體實(shí)施例中，保持環(huán)沈由 高強(qiáng)度的金屬形成，以提供磁體段的基本離心的約束。磁化固定裝置12構(gòu)造成以便在腔體 14中產(chǎn)生磁場(chǎng)，以使轉(zhuǎn)子組件16的未磁化的各向異性的永磁體段19磁化。
此外，磁化固定裝置12包括纏繞在磁化軛觀周?chē)亩鄠€(gè)磁化線圈。一般而言，所 選擇的磁化線圈的數(shù)量等于轉(zhuǎn)子的極靴的數(shù)量。因此，磁化固定裝置12包括適用于四極轉(zhuǎn)子(作為實(shí)例)的、在磁化軛觀上提供的槽口 38、40、42和44內(nèi)的四個(gè)磁化線圈30、32、34 和36。磁化線圈30、32、34和36適當(dāng)?shù)夭贾迷诖呕娐?6中。磁化線圈30、32、34和36 進(jìn)一步由在磁化電路46中提供的電源48通電。磁化固定裝置44還包括從磁化軛觀向內(nèi) 延伸的磁化極靴50、52、M和56。多個(gè)磁化線圈30、32、34和36纏繞在極靴50、52、M和 56周?chē)?，并且在由電?8通電時(shí)在腔體14中產(chǎn)生磁通量場(chǎng)。電源48對(duì)磁化固定裝置44 通電，以通過(guò)脈沖直流電使段磁化達(dá)應(yīng)用的脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，磁化線 圈30、32、34和36包括構(gòu)造成允許冷卻劑從中流過(guò)的空心管線圈。如圖所示，磁化電路46 還包括構(gòu)造成以便在電源48的充電或放電期間控制在磁化線圈30、32、34和36中的電流 的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)47。磁化電路46還包括至少一個(gè)短路器二極管49，以在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)47處于 非導(dǎo)通狀態(tài)中時(shí)提供電流的流動(dòng)。將注意，磁化器系統(tǒng)10可提供等于磁化固定裝置44的 阻抗的源阻抗。
圖2示出了表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的磁化器系統(tǒng)10的磁化電路 100(在圖1中以46來(lái)引用)的示意圖。如圖所示，磁化電路100包括用于對(duì)位于圖1中的 磁化器系統(tǒng)10的磁化固定裝置12中的線圈104(在圖1中稱為磁化線圈30、32、34和36) 通電的電源102。線圈104是基本感應(yīng)式的，以產(chǎn)生磁通量場(chǎng)，磁通量場(chǎng)繼而使轉(zhuǎn)子的未磁 化永磁體段磁化。在一個(gè)實(shí)施例中，電源102是脈沖DC電源。在脈沖模式中，磁化器電路 100中的電流從零增大到頂峰。在一個(gè)實(shí)施例中，電源48是超級(jí)電容器組。在另一個(gè)實(shí)施 例中，電源102是電池。應(yīng)當(dāng)注意，如圖2所示的線圈104是圖1的磁化固定裝置12中的 磁化線圈的簡(jiǎn)明表示。
此外，磁化電路100包括與線圈104和電源102串聯(lián)地連接的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)106。在 操作中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)106構(gòu)造成以便在超級(jí)電容器組102的放電期間使線圈104中的電流 換向。這促使線圈104中的大量電流持續(xù)流動(dòng)僅短的持續(xù)時(shí)間，并且防止了線圈104的任 何損壞。磁化電路100進(jìn)一步包括跨過(guò)線圈104聯(lián)接的短路器電路110。因此，短路器電 路110在開(kāi)關(guān)106斷開(kāi)之后為存儲(chǔ)在磁化固定裝置中的能量提供放電路徑。在一個(gè)實(shí)施例 中，短路器電路110與線圈104成并聯(lián)構(gòu)造。短路器電路110包括至少一個(gè)短路器二極管 108。在一個(gè)實(shí)施例中，短路器電路110包括多個(gè)短路器二極管108。短路器二極管108的 非限制性實(shí)例包括普通的整流二極管。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的磁化器系統(tǒng)202和永磁體轉(zhuǎn)子組件204 的四分之一區(qū)段的磁化器通量分布200的示意圖。四分之一區(qū)段200示出了在磁化電路 100(如在圖2中所示)中的峰值電流處的多個(gè)磁通線206。當(dāng)通電時(shí)，磁化線圈208產(chǎn)生通 過(guò)磁化器極靴209、保持環(huán)210和轉(zhuǎn)子組件204的磁通線206。如本文所示，磁化器通量分 布200完全貫穿轉(zhuǎn)子組件204，包括厚度為T(mén)kk的保持環(huán)210。各個(gè)磁化器極的中心與轉(zhuǎn)子 極210的D軸相符。如在四分之一區(qū)段中所示，轉(zhuǎn)子極210包括多個(gè)永磁體段212，磁通線 穿過(guò)該永磁體段212，并且引起磁化。磁通量場(chǎng)還在保持環(huán)210中引起渦流。保持環(huán)210中 的渦流充當(dāng)這樣的反作用電流其具有排斥在磁化器系統(tǒng)202中產(chǎn)生的磁通量的傾向。因 此，保持環(huán)210中的反作用電流阻礙了轉(zhuǎn)子204中的未磁化永磁體段212的磁化。為了顯著 減小保持環(huán)210中的反作用電流，磁化電路100(如在圖2中所示)中的磁化器系統(tǒng)10(如 在圖1中所示)的電流被充分地保持達(dá)磁化器電流脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的磁化器電流脈沖302的大約四分之一正
在一個(gè)具體實(shí)施例中，保持環(huán)厚度Tkk小于保持環(huán)的電氣集膚深度厚度(δ )的十 分之一。這個(gè)關(guān)系基本確保了保持環(huán)中的渦流的消除，并且另外確保了保持環(huán)和磁體段中 的完全的磁通量穿透。因此，可使用上述等式(1)和( 來(lái)表達(dá)針對(duì)其中保持環(huán)厚度是集 膚深度的十分之一的情況的最佳時(shí)間段
T上升 > 25 Ti^(3)
因此，等式(3)中的時(shí)間段Tm提供電流的最佳持續(xù)時(shí)間，以確保保持環(huán)和磁體段 中的完全的磁通量穿透。如圖4所示，磁化器電流脈沖302中的開(kāi)關(guān)的最佳“接通時(shí)間”是 時(shí)間段T上升。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的磁化方法400的流程圖。 在步驟402處，該方法包括在包圍在保持環(huán)中的轉(zhuǎn)子心軸的周?chē)M裝一批未磁化的各向異 性的永磁體段。該方法還包括在步驟404中確定未磁化永磁體段的多個(gè)最佳磁化定向方 向。一些磁性材料具有各向異性的磁性屬性，具有優(yōu)選的磁化方向性。在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生和定位弦的圖解說(shuō)明300。圖解說(shuō)明300是磁化器電流-時(shí)間的圖示。X軸304表示以暈秒為單 位的時(shí)間。Y軸306表示以安培為單位的電流。圖解說(shuō)明300包括時(shí)間T1，其對(duì)應(yīng)于磁化器 電流脈沖302的斜率Sp斜率S1表示在電流從電源102 (如在圖2中所示)放電到磁化線 圈208(如在圖3中所示)期間的電流脈沖形狀的陡峭增長(zhǎng)。在時(shí)間T1之前的磁化器電流 脈沖302中的時(shí)間段示出了圖1的磁化固定裝置12中的不飽和磁化。另外，圖解說(shuō)明300 還包括時(shí)間T2，其對(duì)應(yīng)于磁化器電流脈沖302中的點(diǎn)&。點(diǎn)&表示峰值電流，并且另外意 味著圖1的磁化固定裝置12中的飽和磁化。在時(shí)間T2處，(圖2的)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)106換 向，從而停止來(lái)自(圖2的)電源102的電流的流動(dòng)。因此，時(shí)間段O-T2(下文中稱為“T上 ‘’)表示磁化器電流脈沖302的最佳持續(xù)時(shí)間，在此持續(xù)時(shí)間期間，電流以逐漸增大的順序 流過(guò)磁化線圈208(如在圖3中所示)，直到在磁體段212中實(shí)現(xiàn)完全的通量穿透為止。在 時(shí)間T2之后，圖2的磁化電路100中的電流開(kāi)始借助于通過(guò)短路器電路110(在圖2中顯 示)中的短路器二極管108的電阻放電來(lái)平緩地消失。
使用轉(zhuǎn)子組件的保持環(huán)的多個(gè)參數(shù)，可充分地計(jì)算保持環(huán)210和磁體段212 (如在 圖3中所示)中的完全的通量穿透所需的時(shí)間段Τ±Λ。這種參數(shù)的非限制性實(shí)例可包括電 阻率(P)、導(dǎo)磁率(μ)和保持環(huán)厚度TKK。保持環(huán)厚度Tkk可與電氣集膚深度厚度δ相關(guān) 聯(lián)。電氣集膚深度厚度(S)表示實(shí)際厚度，在此厚度內(nèi)，產(chǎn)生的渦流在具有保持環(huán)210的 屬性的材料中限定在應(yīng)用的振蕩磁場(chǎng)的具體頻率(f)處。頻率(f)通?？煞Q為集膚深度頻 率。在任何給定頻率處，可使用以下形式的等式來(lái)計(jì)算集膚深度厚度(S)_] δ =^ (1)
由于時(shí)間段大體等于磁化器電流脈沖302的約四分之一正弦波形的基礎(chǔ)頻率 時(shí)段的四分之一，所以時(shí)間段可與集膚深度頻率(f)相關(guān)
(2永磁體的段，從而使得優(yōu)選的磁化的方向在磁化脈沖的峰值處與期望的磁通線幾乎對(duì)齊。 另外，方法步驟406包括基于磁化固定裝置中的確定的定向方向來(lái)定位組裝好的未磁化永 磁體段。最后，在步驟408處，該方法包括對(duì)磁化固定裝置通電，以通過(guò)脈沖直流電使段磁 化達(dá)脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，通電包括控制通過(guò)磁化固定裝置的通電線圈 的脈沖直流電達(dá)確定的時(shí)間段。因此，步驟408基本包括將電源電連接到磁化固定裝置上 達(dá)最佳的時(shí)間量。如上所述，時(shí)段是確定的時(shí)間段，其為磁化器電流脈沖的約四分之一 正弦波形的脈沖上升時(shí)間。對(duì)磁化固定裝置通電達(dá)時(shí)間段提供了通過(guò)轉(zhuǎn)子組件中的保 持環(huán)的最佳磁通量穿透。這會(huì)抑制保持環(huán)中的渦流的產(chǎn)生，從而防止對(duì)轉(zhuǎn)子組件的未磁化 永磁體段的磁化的任何抵抗。
圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造電機(jī)的轉(zhuǎn)子的一種示例性方法500 的流程圖。該方法通過(guò)在軸周?chē)M裝轉(zhuǎn)子心軸而開(kāi)始，如在步驟502處指示的那樣。如較 早所述的，在某些實(shí)施例中，軸可與轉(zhuǎn)子心軸形成整體。在步驟504處，永磁體段組裝在轉(zhuǎn) 子心軸周?chē)?，從而使得單?dú)的磁體段中的優(yōu)選的磁化方向與磁化脈沖的峰值處產(chǎn)生的磁通 線大致相符。在一個(gè)實(shí)施例中，這些段通過(guò)粘附的方式彼此結(jié)合，并且結(jié)合到轉(zhuǎn)子心軸上。 保持環(huán)可設(shè)置在永磁體段周?chē)缭诓襟E506處指示的那樣。因此，該方法包括在包圍在保 持環(huán)中的轉(zhuǎn)子心軸周?chē)鸀檗D(zhuǎn)子組件提供一批未磁化永磁體段。然后，該方法通過(guò)將轉(zhuǎn)子組 件定位在磁化器系統(tǒng)的磁化固定裝置內(nèi)在步驟508處繼續(xù)下去。如較早所闡述的，步驟508 包括使永磁體段的磁化方向與來(lái)自磁化固定裝置的通量的計(jì)算出的方向?qū)R。磁化線圈然 后由電源通電，如在步驟510處所指示的那樣。這個(gè)電源可針對(duì)磁化固定裝置調(diào)節(jié)成使得 在負(fù)載下的電源的內(nèi)部阻抗與磁化固定裝置的阻抗大致匹配。這允許最大程度地利用電源 的能量傳輸容量。在使永磁體段磁化后，就從磁化固定裝置上移除轉(zhuǎn)子組件，并且將轉(zhuǎn)子組 件組裝在定子內(nèi)(步驟51幻。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，過(guò)程500可由全自動(dòng)化組 裝線實(shí)現(xiàn)，半自動(dòng)化地實(shí)現(xiàn)，或者甚至通過(guò)手動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)。
有利地，本技術(shù)確保了通過(guò)使磁化器電流脈沖成形成使得保持環(huán)反作用電流在應(yīng) 用脈沖時(shí)消失，并且在經(jīng)歷磁化時(shí)不減小永磁體材料塊中的磁化通量，來(lái)執(zhí)行轉(zhuǎn)子組件的 完整磁化。本技術(shù)可有利于在一步式過(guò)程中使電機(jī)轉(zhuǎn)子磁化，從而消除用預(yù)磁化塊組裝轉(zhuǎn) 子(如較早所論述的，這可能麻煩且困難)的需要。所產(chǎn)生的磁化的轉(zhuǎn)子在電機(jī)中產(chǎn)生改 進(jìn)的正弦形通量分布。本技術(shù)可結(jié)合在各種各樣的電機(jī)中，包括馬達(dá)，且除了別的之外，特 別是包括用于燃?xì)夤軌嚎s機(jī)的大型高速同步機(jī)、航空馬達(dá)、航空發(fā)電機(jī)、航海推進(jìn)馬達(dá)。
此外，熟練技術(shù)人員將認(rèn)可不同實(shí)施例的各種特征的可互換性。類(lèi)似地，所描述的 各種方法步驟和特征以及各種這樣的方法和特征的其它已知等效物可由本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員混合和匹配，以根據(jù)本公開(kāi)的原理來(lái)構(gòu)造另外的系統(tǒng)和技術(shù)。當(dāng)然，要理解的是，不一 定以上描述的所有這種目標(biāo)或優(yōu)點(diǎn)都可根據(jù)任何具體實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù) 人員將認(rèn)可，本文描述的系統(tǒng)和技術(shù)可以以實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化本文教導(dǎo)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)而 不必實(shí)現(xiàn)可由本文教導(dǎo)或提出的其它目標(biāo)或優(yōu)點(diǎn)的方式來(lái)體現(xiàn)或執(zhí)行。
雖然已經(jīng)在本文中說(shuō)明和描述了本發(fā)明的僅僅某些特征，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將 想到許多修改和變化。因此，要理解的是，所附的權(quán)利要求書(shū)意在覆蓋落在本發(fā)明的真實(shí)精 神內(nèi)的所有這種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于使電機(jī)的轉(zhuǎn)子(16)磁化的方法，所述方法包括將一批未磁化的各向異性的永磁體段(19)組裝在包圍在保持環(huán)06)中的轉(zhuǎn)子心軸 (18)的周?chē)?；確定所述未磁化的各向異性的永磁體段(19)的多個(gè)最佳磁化定向方向；將組裝好的未磁化的各向異性的永磁體段(19)定位在所述轉(zhuǎn)子心軸(18)的周?chē)?，?得所述各向異性的永磁體段(19)的所述最佳磁化定向方向與磁化固定裝置(1 產(chǎn)生的多 個(gè)磁通線對(duì)齊；以及對(duì)所述磁化固定裝置(1 通電，以通過(guò)脈沖直流電使所述段磁化達(dá)所述脈沖的最佳 持續(xù)時(shí)間，其中，所述通電包括將電源電連接到所述磁化固定裝置(1 上達(dá)最佳時(shí)間量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述磁化固定裝置(1 通電達(dá)所述脈 沖的最佳持續(xù)時(shí)間提供了通過(guò)所述保持環(huán)06)的最佳磁通量穿透。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖的所述最佳持續(xù)時(shí)間隨所述保 持環(huán)06)的厚度而變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述保持環(huán)06)的厚度小于所述保持環(huán) (26)的電氣集膚深度厚度的約十分之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖的所述最佳持續(xù)時(shí)間隨所述保 持環(huán)06)的導(dǎo)磁率和所述保持環(huán)06)的電阻率而變化。
6.一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子的磁化器系統(tǒng)(10)，所述磁化器系統(tǒng)(10)包括磁化軛( )，其中，所述磁化軛(28)包括從中延伸的多個(gè)極靴(21,22,23,24)；纏繞在所述極靴周?chē)亩鄠€(gè)線圈(30，32，34，36)；以及用于通過(guò)脈沖直流電對(duì)磁化固定裝置(1 通電達(dá)所述脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間的磁化電 路(46)，其中，所述磁化電路06)包括超級(jí)電容器組(102)、半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(106)和電池或發(fā) 電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁化器系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述多個(gè)線圈(30，32，34，36) 包括構(gòu)造成允許冷卻劑從中流過(guò)的空心管線圈，并且所述多個(gè)線圈(30，32，34，36)與所述 磁化電路G6)的短路器二極管(108)成并聯(lián)布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁化器系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述磁化器系統(tǒng)(10)進(jìn)一步 提供等于所述磁化固定裝置(12)的阻抗的源阻抗。
9.一種用于制造電機(jī)的轉(zhuǎn)子的方法，所述方法包括在包圍在保持環(huán)06)中的轉(zhuǎn)子心軸(18)的周?chē)鸀檗D(zhuǎn)子組件(16)提供一批未磁化永 磁體段(19)；提供聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子組件(16)上的磁化器系統(tǒng)(10)，其中，所述磁化器系統(tǒng)(10)包括磁化軛( )，其中，所述磁化軛(28)包括從中延伸的多個(gè)極靴(21,22,23,24)；纏繞在所述極靴(21，22，23，24)周?chē)亩鄠€(gè)線圈(30，32，34，36)；用于通過(guò)脈沖直流電對(duì)磁化固定裝置(1 通電達(dá)所述脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間的磁化電 路(46)；以及通過(guò)對(duì)所述磁化固定裝置(1 通電所產(chǎn)生的磁場(chǎng)使所述轉(zhuǎn)子組件的所述一批未磁化 永磁體段(1 磁化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，提供所述轉(zhuǎn)子組件(16)包括 確定所述未磁化永磁體段(19)的多個(gè)最佳磁化定向方向；以及 基于所述磁化固定裝置(1 產(chǎn)生的磁通線來(lái)定位組裝好的未磁化永磁體段(19)，其 中，所述通量在所述永磁體段(19)中處于最大幅度。
全文摘要
本發(fā)明涉及電機(jī)中的未磁化永磁體段的磁化。提供了一種用于使電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁化的方法。該方法包括將一批未磁化的各向異性的永磁體段(19)組裝在包圍在金屬環(huán)中的轉(zhuǎn)子心軸(18)的周?chē)Ｔ摲椒ㄟ€包括確定未磁化的各向異性的永磁體段(19)的多個(gè)最佳磁化定向方向。另外，該方法包括將組裝好的未磁化的各向異性的永磁體段(19)定位在轉(zhuǎn)子心軸(18)的周?chē)?，使得各向異性的永磁體段(19)的最佳磁化定向方向與磁化固定裝置(12)產(chǎn)生的多個(gè)磁通線對(duì)齊。最后，該方法包括對(duì)磁化固定裝置(12)通電，以通過(guò)脈沖直流電使段(19)磁化達(dá)脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。
文檔編號(hào)H02K1/27GK102044921SQ20101053310
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者C·M·斯蒂芬斯, K·R·韋伯, R·J·小卡爾, S·J·加利奧托 申請(qǐng)人:通用電氣公司