在真空壓力浸漬期間防止定子永磁體退磁的系統(tǒng)及方法
【專利說明】在真空壓力浸潰期間防止定子永磁體退磁的系統(tǒng)及方法
[0001]政府許可權(quán)利
本發(fā)明利用美國能源部授予的合同號DE - EE0005573下的政府資助完成。政府對本發(fā)明具有一定權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大體上涉及定子永磁體電機，并且更具體地涉及用于設(shè)置定子永磁體機器的永磁體的操作點以便避免磁體在高溫真空壓力浸漬(VPI)過程期間的退磁的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0003]各種行業(yè)中的電機的使用隨著時間的過去已經(jīng)繼續(xù)變得在許多工業(yè)、商業(yè)和運輸行業(yè)中更普遍。在制造此類電機中，稱為真空壓力浸漬(VPI)的過程是用于電機的繞組的基本過程，因為VPI過程改進繞組上的絕緣體的介電強度以及繞組的導(dǎo)熱性。VPI過程以高導(dǎo)熱性漆填充繞組中的任何空隙或多孔。以該方式，VPI防止氣穴的出現(xiàn)，并且提供銅線、槽口內(nèi)襯和疊層之間的導(dǎo)熱接觸。因此，VPI過程顯著地改進了電機的熱性能，并且因此是提尚其壽命和可靠性的關(guān)鍵。
[0004]已知的是，在執(zhí)行VPI過程中，典型地使用150°C (或更高)的高溫固化。在許多類型的常規(guī)電機中，在VPI過程期間不需要采取特別預(yù)防措施，因為不存在高溫固化的特別不利效果。然而，對于一些類型的電機，特別是對于設(shè)計成具有定位在定子上的永磁體的電機(即，〃定子永磁體機器〃，例如，包括永磁體通量切換機器、永磁體通量反轉(zhuǎn)機器和雙凸永磁體機器)，如果不采取特別預(yù)防措施來確保永磁體的負載線高于用于固化溫度的退磁拐點，則由VPI過程使用的高溫固化可使定子上的永磁體暴露于退磁風(fēng)險。該退磁風(fēng)險在機器中的永磁體呈低成本、低熱穩(wěn)定性磁體等級(如，無鏑或少鏑永磁體)形式時進一步提高。即，對于相同溫度，相比于它們的常規(guī)釹配對物，退磁拐點發(fā)生在無鏑或少鏑釹磁體中的較高內(nèi)部通量密度水平處，這使得在這些低成本但低熱穩(wěn)定性的少稀土磁體中退磁風(fēng)險更嚴重。
[0005]因此，將合乎需要的是提供用于設(shè)置定子永磁體機器的永磁體的操作點以便避免磁體在高溫VPI過程期間退磁的系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于制造永磁體電機的方法包括提供包括卷繞在其上的傳導(dǎo)繞組和嵌入定子中的一個或更多個永磁體的定子，以及將磁性保持元件定位在定子上以便以一個或更多個永磁體形成磁通量路徑，其中磁性保持元件通過向由一個或更多個永磁體生成的磁通量提供低磁阻通量路徑來閉合一個或更多個永磁體的磁通量路徑。該方法還包括在定子上執(zhí)行真空壓力浸漬(VPI)過程，以提高傳導(dǎo)繞組的導(dǎo)熱性，其中VPI過程包括在選擇的溫度下執(zhí)行的固化步驟。磁性保持元件將一個或更多個永磁體的操作點設(shè)置至高于與執(zhí)行固化步驟所處的選擇的溫度相關(guān)聯(lián)的退磁閾值的內(nèi)部通量密度水平。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種永磁體電機包括定子，該定子具有帶圍繞其卷繞的傳導(dǎo)繞組的多個齒，以及嵌入定子中的一個或更多個永磁體。永磁體電機還包括定位在定子上的磁性保持元件，以便以一個或更多個永磁體形成磁通量路徑，其中磁性保持元件通過向由一個或更多個永磁體生成的磁通量提供低磁阻通量路徑來閉合一個或更多個永磁體的磁通量路徑。磁性保持元件包括可除去的元件，其能夠選擇性地附接于定子和與其分離，使得磁性保持元件可在于定子上執(zhí)行真空壓力浸漬(VPI)過程之前添加，并且可在于定子上完成VPI過程時除去。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種用于永磁體電機的定子組件通過以下步驟形成:提供包括卷繞在其上的傳導(dǎo)繞組和嵌入定子中的一個或更多個永磁體的定子、將磁性保持元件定位在定子上來以一個或更多個永磁體形成閉合磁通量路徑，以及在定子上執(zhí)行真空壓力浸漬(VPI)過程來提高傳導(dǎo)繞組的導(dǎo)熱性，VPI過程包括在選擇的溫度下執(zhí)行的固化步驟。磁性保持元件將一個或更多個永磁體的操作點設(shè)置至高于與執(zhí)行固化步驟所處的選擇的溫度相關(guān)聯(lián)的退磁閾值的內(nèi)部通量密度水平。
[0009]技術(shù)方案1.一種用于制造永磁體電機的方法，所述方法包括:
提供定子，其包括卷繞在其上的傳導(dǎo)繞組和嵌入所述定子中的一個或更多個永磁體；將磁性保持元件定位在所述定子上，以便以所述一個或更多個永磁體形成磁通量路徑，其中所述磁性保持元件通過向由所述一個或更多個永磁體生成的磁通量提供低磁阻通量路徑來閉合所述一個或更多個永磁體的磁通量路徑；以及
在所述定子上執(zhí)行真空壓力浸漬(VPI)過程，以提高所述傳導(dǎo)繞組的導(dǎo)熱性，所述VPI過程包括在選擇的溫度下執(zhí)行的固化步驟；
其中所述磁性保持元件將所述一個或更多個永磁體的操作點設(shè)置至高于與執(zhí)行所述固化步驟所處的選擇的溫度相關(guān)聯(lián)的退磁閾值的內(nèi)部通量密度水平。
[0010]技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，定位所述磁性保持元件包括沿所述定子的內(nèi)圓周定位所述磁性保持元件。
[0011]技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的方法，其特征在于，所述磁性保持元件包括沿所述定子的內(nèi)圓周定位的磁性環(huán)。
[0012]技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，所述磁性保持元件由軟磁性材料形成。
[0013]技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案4所述的方法，其特征在于，所述軟磁性材料具有100到1，000的相對磁導(dǎo)率。
[0014]技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，BH曲線的退磁拐點取決于形成所述一個或更多個永磁體的材料和所述選擇的固化溫度。
[0015]技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，所述一個或更多個永磁體包括無鏑或少鏑的永磁體。
[0016]技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在完成所述VPI過程時除去所述磁性保持元件。
[0017]技術(shù)方案9.一種永磁體電機，包括:
定子，所述定子具有帶圍繞其卷繞的傳導(dǎo)繞組的多個齒和嵌入所述定子中的一個或更多個永磁體；
磁性保持元件，其定位在所述定子上，以便以所述一個或更多個永磁體形成磁通量路徑，其中所述磁性保持元件通過向由所述一個或更多個永磁體生成的磁通量提供低磁阻通量路徑來閉合所述一個或更多個永磁體的磁通量路徑；
其中所述磁性保持元件包括可除去的元件，其能夠選擇性地附接于所述定子和與其分離，使得所述磁性保持元件可在于所述定子上執(zhí)行真空壓力浸漬(VPI)過程之前添加，并且可在于所述定子上完成所述VPI過程時除去。
[0018]技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案9所述的永磁體電機，其特征在于，所述磁性保持元件沿所述定子的內(nèi)圓周定位。
[0019]技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案10所述的永磁體電機，其特征在于，所述磁性保持元件包括沿所述定子的內(nèi)圓周定位的磁性環(huán)。
[0020]技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案9所述的永磁體電機，其特征在于，所述一個或更多個永磁體包括無鏑或少鏑的永磁體。
[0021]技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案9所述的永磁體電機，其特征在于，所述磁性保持元件將所述一個或更多個永磁體的操作點設(shè)置至高于與在所述VPI過程期間執(zhí)行的固化步驟相關(guān)聯(lián)的退磁閾值的內(nèi)部通量密度水平。
[0022]技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案9所述的永磁體電機，其特征在于，所述磁性保持元件由具有100到1，000的相對磁導(dǎo)率的軟磁性材料形成。
[0023]技術(shù)方案15.—種用于永磁體電機的定子組件，所述定子組件由以下步驟形成: 提供定子，其包括卷繞在其上的傳導(dǎo)繞組和嵌入所述定子中的一個或更多個永磁體； 將磁性保持元件定位在所述定子上來以所述一個或更多個永磁體形成閉合磁通量路徑；以及
在所述定子上執(zhí)行真空壓力浸漬(VPI)過程，以提高所述傳導(dǎo)繞組的導(dǎo)熱性，所述VPI包括在選擇的溫度下執(zhí)行的固化步驟；
其中所述磁性保持元件將所述一個或更多個永磁體的操作點設(shè)置至高于與執(zhí)行所述固化步驟所處的選擇的溫度相關(guān)聯(lián)的退磁閾值的內(nèi)部通量密度水平。
[0024]技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案15所述的定子組件，其特征在于，所述磁性保持元件由具有100到1，000的相對磁導(dǎo)率的軟磁性材料形成。
[0025]技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案15所述的定子組件，其特征在于，所述退磁閾值包括與所述一個或更多個永磁體的VPI過程相關(guān)聯(lián)的BH曲