專利名稱：一種永磁電機充磁方法及充磁組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及永磁電機領域，具體涉及一種永磁電機充磁方法及實現該方法的充磁組件
背景技術：
永磁電機與傳統的電勵磁電機相比，具有結構簡單、運行可靠、損耗小、效率高的特點。永磁電機的永磁磁體系統通常包含多對磁極，每個磁極由一個或多個獨立的永磁體產生的磁場疊加而成，而永磁體又由單塊或多塊永磁塊組成。同一磁極中不同永磁體的充磁方向可以相同也可以不同，但是組成同一永磁體的永磁塊具有相同或接近相同的充磁方向。例如圖1中，永磁電機的永磁磁體系統共有四個位于電機轉子10上的磁極21、22、23、 24,按照N極-S極的排列順序沿轉子10環向均布，每個磁極都主要由兩塊獨立的永磁體產生的磁場疊加而成，其中磁極21由永磁體31和32、磁極22由永磁體32和33、磁極23由永磁體33和34以及磁極M由永磁體34和31產生的磁場疊加而成，而每個永磁體又由七塊永磁塊拼接而成，如永磁體32由永磁塊41、42、43、44、45、46和47拼接而成。本文中將還未被充磁無磁性的永磁體稱為未充磁永磁體。由于永磁體擁有非常強的磁力，所以永磁電機中永磁體的安裝成為一個難題。目前永磁電機中永磁體主要有兩種安裝方式，第一種是先充磁方式，即先將未充磁永磁體磁化為永磁體，再將永磁體安裝到永磁電機上。第二種是傳統后充磁方式，即首先將未充磁永磁體裝配到永磁電機上，然后使用專門的充磁設備將永磁電機中的未充磁永磁體磁化為永磁體。以上兩種永磁體安裝方式都存在不足。對于先充磁方式，由于永磁體有很強的磁力，會造成多方面的問題一是裝配定位困難，裝配中永磁體間或相互吸弓I或相互排斥，或者永磁體吸弓I永磁電機中導磁部件，因而很難將永磁體裝配到預定位置；二是裝配中容易磕碰損壞永磁體或讓其不可逆退磁，永磁體一旦損壞，很難將永磁碎末從永磁體和永磁電機鐵磁部件上清除掉；三是裝配時常需要借助特殊工裝設備，使裝配復雜化、成本增加；四是永磁體易吸附周圍鐵磁物質，鐵磁物質受到永磁體吸引，如出膛的子彈般，對人身安全造成嚴重威脅。第二種方式——傳統后充磁方式同樣存在許多不足。首先大部分永磁電機由于受到結構、體積、重量或永磁體外部高導磁材料的屏蔽等限制，不能使用后充磁方式。即使可以，也常只能將永磁電機中裝配有未充磁永磁體的部分送入充磁設備中充磁，因而很難做到永磁電機定轉子組裝完成后再充磁。例如永磁體位于轉子上的永磁電機來說，傳統后充磁方式只能將裝配有未充磁永磁體的轉子送入充磁設備中充磁，不能將裝配好的整個電機送入充磁設備中，這是因為電機外殼會屏蔽充磁磁場以及充磁線圈距離永磁體遠，使得永磁體無法被充磁。另外因為含有永磁體的部分存在很強的磁力，將永磁電機中含有永磁體部分和未含永磁體部分組裝到一起會導致同先充磁方式相同的裝配難題。其次由于永磁電機結構和空間的限制，導致充磁設備的充磁線圈離未充磁永磁體很遠，因而不容易將未充磁永磁體充磁飽和，而且充磁設備產生的充磁磁場方向很難與未充磁永磁體充磁方向一致，這會導致將未充磁永磁體充磁飽和需要付出很大的代價。例如圖2(a)中永磁體51到 58成V型放置在永磁電機轉子60上的永磁電機或如圖2 (b)中永磁體71到76徑向放置在永磁電機轉子80上的永磁電機，充磁設備只能在電機轉子外面對永磁體充磁，而未充磁永磁體靠近電機轉軸的一端距離充磁設備比較遠，這部分永磁體不易被充磁飽和，為了將其充磁飽和，就必須大幅度提高充磁電流，因此充磁電源要求高，特別對于大型永磁電機，充磁電源容量和體積將十分龐大、價格也非常高昂。另外傳統的后充磁方式充磁時，需要將充磁機磁極軸線與永磁電機磁極定位對齊，例如圖3所示，四極永磁電機四片永磁瓦111、112、113、114嵌在轉子90表面，充磁機 100的磁場的對稱軸121、122、123、124應分別與電機永磁磁極軸線131、132、133、134對齊。若定位不準軸線發生偏移，會產生大的不平衡轉矩并且永磁體只能部分被充磁或充不上磁。永磁電機的結構、永磁體放置方式和形狀變化繁多，對于傳統后充磁方式，不同電機結構、永磁體放置方式和形狀的永磁電機需要不同的充磁設備，因而傳統后充磁方式適宜性差，不同充磁設備不能通用，造成很大的浪費。這大大增加了永磁電機裝配成本。例如對不同半徑，或不同極數的永磁電機轉子充磁，就必須使用不同的型號的充磁設備，不同型號的充磁設備不能通用。永磁電機永磁體還有一個比較重要的問題是永磁體在過高溫度或沖擊電流產生的去磁場作用下，以及在劇烈的機械振動時有可能產生不可逆退磁或失磁，使永磁電機性能下降，甚至無法使用。退磁后的再次充磁，對于先充磁方式再次充磁很難實現。對于傳統后充磁方式，必須首先將設備停運，再次將永磁電機拆開，然后裝有永磁體的部分放入充磁設備中充磁，充磁后再組裝起來。例如永磁風力發電機永磁體失磁后，首先必須將風機停運，然后將其從電網中斷開，拆掉風機葉漿，接著將整個風機從幾十米高的風機支架上拆卸下來，再運回工廠，將風機轉子從定子中拆下來，送入充磁設備中充磁，充磁完畢后，重新將電機組裝起來，送回風力發電場，再次安裝到風機的支架上，這是一個十分耗時、費力而成本高昂的過程。因而能夠避免永磁體失磁和失磁后便于再次充磁的方法具有重要的現實意義。永磁電機某些情況需要將永磁退磁，現在的工藝中常將小型永磁電機直接放入加熱爐中加熱使永磁體退磁，這樣退磁容易破壞設備的絕緣，還容易導致永磁體表面氧化，對于大型永磁電機該方法也不實用。

發明內容
本發明的目的在于提供一種永磁電機充磁方法，解決了永磁電機的永磁體難以裝配，永磁電機永磁體失磁后需要將永磁電機完全拆卸后才能再次充磁的問題。本發明的另一目的是提供上述充磁方法的充磁組件。一種永磁電機充磁方法，具體為首先在未充磁永磁體表面上纏繞充磁線圈，然后再將纏繞有充磁線圈的未充磁永磁體安裝到電機轉子或定子上，接著對永磁電機定子轉子進行組裝，組裝完后對充磁線圈充電，線圈產生的充磁磁場方向與未充磁永磁體的充磁方向相同，未充磁永磁體被磁化為永磁體，實現永磁電機的充磁。
進一步地，充磁完成后，充磁線圈保留在永磁體上并將其短接。實現所述充磁方法的充磁組件，包括未充磁永磁體和纏繞在未充磁永磁體表面上的充磁線圈，未充磁永磁體由一塊或多塊未充磁永磁塊組成，線圈充電產生的充磁磁場與未充磁永磁體的充磁方向相同。進一步地，所述充磁圈直接纏繞在未充磁永磁體上或者充磁線圈先預制成組件后再裝套到未充磁永磁體上。本發明的技術效果體現在1、本發明中充磁方法能夠最大限度解決永磁電機永磁體的裝配問題。對于有永磁體位于電機內部運動部件上的永磁電機，主要指永磁體位于內轉子上的電機，其安裝流程見圖4(a)，相比于傳統后充磁方式，本發明可以在永磁電機定轉子安裝完畢后再充磁，這樣能夠避免永磁電機定轉子裝配困難；當永磁體只位于電機靜止部件上或者位于電機外部運動部件上時，主要包括永磁體位于電機定子或者外轉子上的情況，永磁電機裝配更加簡單， 其安裝流程見圖4(b)，可以在永磁電機完全裝配完成后，再給未充磁永磁體充磁。2、本發明中充磁方法與傳統充磁方式相比，充磁電源要求大幅度降低，并且能夠靈活配合電源。這是因為充磁線圈纏繞在未充磁永磁體表面，并且充磁線圈產生充磁磁場方向與永磁體充磁方向基本一致，除此之外還可以利用永磁電機中為永磁體設計的低磁阻磁路，使電源要求大幅度降低，實現充磁電源的需求最小化，使對大型永磁電機整體充磁成為可能。另外若永磁電機能夠采用分段的充磁方式，可使充磁電源進一步小型化，所需電源容量可降到最低，從而可以實現工作現場為永磁電機充磁，不必在廠房內為其充磁，這樣也避免了運輸過程振動造成永磁體失磁和強磁力帶來的安全隱患。各充磁組件可以根據電源的情況靈活改變串并聯方式，例如當電源為角低電壓大電流形式時可以采用并聯形式，而高電壓較小電流時可采用串聯形式。(3)本發明具有廣泛的適用性。本發明中根據未充磁永磁體形狀在其表面纏繞充磁線圈，使充磁線圈產生的磁場方向與永磁體充磁方向一致，這與電機結構尺寸、永磁體放置方式無關，所以能夠適應永磁電機結構尺寸、以及永磁體放置方式和形狀的變化。(4)本發明永磁體和充磁設備間不需要定位。對于傳統的后充磁的方式，永磁體和充磁設備間需要精確定位。若定位不準，則會造成永磁充磁不足或方向偏離，產生的不平衡轉矩。本發明不存在定位問題，只要能夠保證充磁組件的安裝精度，便可以自動保證磁極的位置精度。(5)本發明不增加永磁電機的重量與體積。這是因為充磁線圈所產生的磁場所走磁路與永磁體正常工作時永磁體的工作磁路是一致，永磁電機設計中為充分應用永磁體的磁性，均使永磁體的工作磁路的磁阻盡量小，因而充磁線圈能夠充分利用永磁電機提供的最小磁阻磁路，從而減少所需的充磁電源容量。另外該線圈不位于永磁電機工作主磁路上， 因而對永磁電機工作磁路影響小。充磁能量的減少使線圈導線用量減少，另外若線圈所占空間原是電工鋼片，考慮了線圈填充系數后，線圈的密度小于電工鋼片的密度，所以不增加設備重量和體積。(6)本發明對現有永磁電機改動很小。現有的永磁電機經過小的修改就可以采用本發明，永磁電機所需的主要改變是增加線圈所占的空間。這只需要在加工的時候將線圈所占空間一并加工出來即可。
(7)本發明對充磁線圈和電機結構強度要求降低。對傳統的充磁方式需要非常大的充磁電流，因而有很強的電磁力，易破壞充磁設備和永磁電機機械結構，因而對充磁設備和永磁電機機械強度要求高。本發明中充磁所需充磁電流大大減少，對永磁電機本身的機械結構影響小。另外本發明中充磁線圈被置于設備中，能夠利用永磁電機的支持結構，例如利用電機定子或轉子的電工鋼片作為支持結構，這樣限制了線圈應力和變形，從而降低或免去線圈加固結構。(8)本發明中能夠削弱由故障電流導致的去磁磁場，避免永磁體失磁。本發明充磁完畢后將充磁線圈保留并且短接，根據楞次定律，閉合線圈具有抵抗磁通變化的能力。當永磁電機發生故障，會產生很大的故障電流，進而產生大的去磁磁場，若不采取措施，永磁體將會失磁。而采用短接線圈的方式能夠感應一個相反方向的磁場削弱外磁場對永磁體的去磁作用，有效保護永磁體避免失磁。充磁組件短接可以分別短接或者串并聯后在短接。(9)本發明便于失磁后，永磁電機永磁體的再次充磁。對于傳統充磁方式失磁后的永磁電機需要再次充磁是一個耗時費力而且成本高昂的過程，本發明中永磁電機可以利用纏繞在永磁體上的組件線圈再次為永磁體充磁。對于永磁體位于內轉子上的永磁電機只需拆掉端蓋，將充磁電源接到組件線圈上給永磁體再次充磁。這樣可以避免了將電機的定子和轉子完全拆開，從而節約大量的時間以及人力物力，有效降低成本。對于永磁體位于定子或外轉子上的情況，不必拆卸電機，只需將充磁電源接到充磁線圈上給失磁的永磁體再次充磁即可。(10)本發明便于永磁電機永磁鐵的退磁。當永磁電機永磁體需要退磁時，本發明只需在充磁線圈中通入交變衰減電流實現永磁體退磁，這樣可以不破壞電機繞組絕緣和永磁體表面防氧化層。


圖1為永磁電機永磁磁體系統說明圖。圖2為部分永磁電機的永磁體放置方式剖面示意圖，2 (a)為永磁體V型置于電機轉子上，2(b)為永磁體徑向置于電機轉子上圖3為永磁電機磁極方向和充磁設備充磁磁場方向對齊示意圖。圖4為本發明永磁電機的裝配流程示意圖，4(a)是有永磁體位于電機內部運動部件上的永磁電機裝配流程圖，4(b)是永磁體只位于電機靜止部件或者電機外部運動部件上的永磁電機裝配流程圖。圖5為本發明充磁線圈組件實例示意圖，5 (a)為安裝了充磁組件的永磁電機轉子八分之一圖，5(b)為充磁組件示意圖，6(c)為充磁組件分解示意圖。圖6為本發明永磁體位于電機內傳子上的永磁電機裝配過程的實例示意圖。圖7為本發明永磁體位于電機外轉子上的永磁電機裝配過程的實例示意圖。圖8本發明永磁體失磁保護方法示意圖。
具體實施例方式以下為本發明的具體實施方式
，這些實施例對本發明的技術特征做進一步的說明，但是本發明并不限于這些實施例。
第一實施例關于充磁組件的制作與構成。充磁組件主要包括未充磁永磁體和線圈兩部分，其中未充磁永磁體由未充磁永磁塊加工成所需形狀，圖5(a)展示了充磁組件141、142已經安裝到永磁電機轉子170上的情況；圖5(b)展示了一種未充磁永磁體150和充磁線圈160組裝成充磁組件的方法，其方法是直接將線圈160套裝到未充磁永磁體150上。圖5(c)展示充磁組件142由未充磁永磁體150和線圈160構成，其中長方體形未充磁永磁體150由6塊未充磁永磁塊151到156粘結成，線圈160是根據未充磁永磁體150 的幾何尺寸由導線繞制而成的。第二實施例圖6以永磁體位于內轉子上的永磁電機為例，說明了本發明中永磁體位于電機內部運動部件上時，其中一種永磁電機安裝和充磁的方法，其安裝和充磁方法是首先將充磁組件201到206分別安裝到未安裝組件的永磁電機轉子210相應槽內，組裝得到完整的轉子220，然后將永磁電機定子230和轉子220組裝起來，并使用支座250支撐轉子220，然后充磁組件201到206的充磁線圈經過串聯后接入充磁電源M0，電源放電，充磁線圈產生充磁磁場，實現將未充磁永磁體磁化為永磁體。最后將充磁組件201到206的充磁線圈短接并且將端蓋260組裝起來完成整個電機270的充磁與組裝。第三實施例圖7以永磁體位于外轉子上的永磁電機為例，說明了本發明中永磁體位于電機外部運動部件上時，其中一種永磁電機安裝和充磁的方法，其安裝和充磁方法是首先將各充磁組件300到309安裝到未安裝組件的永磁電機外轉子310相應槽內，組裝得到完整的外轉子320，然后將端蓋340、永磁電機定子330和外轉子320組裝到一起，從而完成整個電機350的裝配，然后將充磁組件300到309的充磁線圈經過串聯后接入充磁電源360，電源放電，充磁線圈產生充磁磁場，實現將未充磁永磁體磁化為永磁體。最后將充磁組件300到 309的充磁線圈短接。第四實施例圖8以內轉子永磁電機為例，說明了充磁組件的防失磁方法，其方法是將充磁完畢的充磁組件401、402、403、404、405和406的充磁線圈使用導線411、412、413、414、415和 416分別短接，經過短接的線圈可以防止永磁體由于去磁磁場引起的退磁作用。
權利要求
1.一種永磁電機充磁方法，具體為首先在未充磁永磁體表面上纏繞充磁線圈，然后再將纏繞有充磁線圈的未充磁永磁體安裝到電機轉子或定子上，接著對永磁電機定子轉子進行組裝，組裝完后對充磁線圈充電，線圈產生的充磁磁場方向與未充磁永磁體的充磁方向相同，未充磁永磁體被磁化為永磁體，實現永磁電機的充磁。
2.根據權利要求1所述的充磁方法，其特征在于，充磁完成后，充磁線圈保留在永磁體上并將其短接。
3.實現權利要求1或2所述充磁方法的充磁組件，包括未充磁永磁體和纏繞在未充磁永磁體表面上的充磁線圈，未充磁永磁體由一塊或多塊未充磁永磁塊組成，線圈充電產生的充磁磁場與未充磁永磁體的充磁方向相同。
4.根據權利要求3所述的充磁組件，其特征在于，所述充磁圈直接纏繞在未充磁永磁體上或者充磁線圈先預制成組件后再裝套到未充磁永磁體上。
全文摘要
本發明公開了一種永磁電機充磁方法，首先在未充磁永磁體表面上纏繞充磁線圈，然后再將纏繞有充磁線圈的未充磁永磁體安放于電機轉子或定子上，接著對永磁電機定子轉子進行組裝，組裝完后對充磁線圈充電，線圈產生的磁場方向與未充磁永磁體的充磁方向相同，未充磁永磁體被磁化為永磁體，實現永磁電機的充磁。本發明還提供了實現上述方法的充磁組件。本發明解決了永磁電機難裝配，便于永磁體失磁后再次充磁，降低了永磁電機裝配和維護成本，減少了所需充磁電源的容量和體積。
文檔編號H02K1/17GK102158019SQ201110108169
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月27日 優先權日2011年4月27日
發明者周中玉, 李亮 申請人:華中科技大學