CN102474139A - 用于同步磁阻电机的模块化转子 - Google Patents

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列扎·穆加达姆拉贾比
柳玉敬
锡德里克·蒙瑙伊
皮耶路易吉·滕卡
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Abstract

一种用于同步磁阻电机的转子(12)包括多个转子模块(21)，所述多个转子模块(21)沿共同轴线(31)以轴向顺序设置。每个转子模块(21)包括：多个极(22)，所述多个极(22)绕共同轴线(31)设置在相邻区段中，每个极(22)包括在径向方向上彼此间隔开的多个磁段(23)；支承板(24、25)，该支承板(24、25)设置在所述多个极(22)的轴向侧上；以及紧固装置，该紧固装置用于将所述多个极(22)紧固于支承板(24、25)。紧固装置——优选地为多个沿轴向布置的螺栓(26)或粘合剂——将所述多个极(22)结合于支承板(24、25)。

Description

用于同步磁阻电机的模块化转子
技术领域
本发明主要涉及用于同步磁阻电机的转子。
背景技术
GB 2378323公开了一种用于同步磁阻电机的转子，该转子包括：磁芯钢层板，其具有轴孔和以轴孔为中心形成的多个隔磁磁桥组；非磁性固定元件，其通过隔磁磁桥组穿过端板和层板堆。在每个层板上绕轴孔或在隔磁磁桥组之间可以形成叠置稳定件。
US 7,489,062公开了一种同步磁阻电机，该同步磁阻电机具有如下转子，即：该转子具有在轴向方向上叠置以形成船形段的层板。多个选定的船形段绕转子轴形成选定数量的转子极，并且断续地设置在船形段之间的多个支承条使层板在径向方向上保持在适当的位置。
发明内容
对于上述的两个转子结构，机械性弱点会限制同步磁阻电机的尺寸或耐用性。特别是，对于兆瓦范围内的大型同步磁阻电机而言，上面的限制将很重要。
此外，对于使得能够使用简单的制造技术而言，现有技术转子的设计不是最佳的。
因此，本发明的目的是提供用于同步磁阻电机的转子以及制造用于同步磁阻电机的转子的方法，本发明解决了上述问题。
特别是，本发明的目的是提供如下转子，该转子在仍保持高度电性能的同时在机械上坚固且耐用。同时，制造方法应是简单且灵活的。
本发明的另一目的是提供如下布置和方法，该布置和方法是快速的、精确的、准确的、可靠的并且具有较低成本。
根据本发明，通过如在所附权利要求中所述的转子和制造方法尤其实现了这些目的。
根据本发明的一个方面，提供用于同步磁阻电机的转子。该转子包括沿共同轴线以轴向顺序设置的多个转子模块。每个转子模块包括：多个极，所述多个极绕共同轴线设置在相邻区段中，每个极包括在径向方向上彼此间隔开的多个磁段；支承板，该支承板设置在所述多个极的至少一个轴向侧上；以及紧固装置，该紧固装置用于将所述多个极紧固于支承板。紧固装置将所述多个极结合于支承板。
当在转动的转子中离心力径向向外地作用在极上时，极与支承板之间的结合使极保持在适当的位置。实际上，该结合可以以例如经由粘合剂、焊接或紧固件的多种不同的方式来实施。该结合还可以通过利用诸如环氧树脂、玻璃纤维或碳纤维的非导电性且非磁性的填充物铸造或模制磁段之间的空间来实施。通过确保足够的结合强度以将所述极稳固地紧固于支承板，获得了易处理且耐用的转子模块。所生成的转子是耐用的，并且可以仅通过选择适当数量的转子模块来设计用于不同的额定功率。
在一个实施方式中，紧固装置将所述多个极的轴向表面结合于支承板。非常有利地使用轴向表面用于结合，因为由离心力引起的剪切应力由此分配在较大的面积上。该类型的结合可以经由粘合剂或经由在所述多个极与支承板之间施加轴向力的任何机械装置——诸如，螺钉、螺栓、钉子或铆钉——来实施。
在一个实施方式中，紧固装置包括多个沿轴向布置的螺栓。轴向螺栓是使所述多个极和支承板拉紧在一起的简单的方式。
在一个实施方式中，每个转子模块包括两个支承板，两个支承板设置在所述多个极的轴向相对侧上。根据该实施方式的转子模块是自保持的并且易于处理，而无需来自相邻模块的支承。
在一个实施方式中，支承板包括第一孔和第二孔，该第一孔接收多个螺栓，该第二孔接收相邻转子模块的多个螺栓的端部部分。通过该设置，转子模块可以抵靠彼此安装。
在一个实施方式中，第一孔与位于磁段之间的空间对准。通过该设置，螺栓不横穿磁段并且不使它们的磁特性劣化。
在一个实施方式中，第一孔与磁段对准，并且螺栓包括与支承板电绝缘的磁性材料。通过该设置，使横穿磁段的螺栓的负面影响最小化。
在一个实施方式中，沿轴向布置的螺栓中的至少一个在多个转子模块上施加轴向力。通过利用一个长螺栓来紧固多个转子模块，实现了具有较少部件的简化构造。
在一个实施方式中，紧固装置包括粘合剂。粘合剂提供对由离心力引起的剪切应力的较强阻力。
在一个实施方式中，支承板直接地铸造或模制成与所述多个极结合接触，并且紧固装置包括在支承板材料与极材料之间的附着力。通过该设置，不需要特别的紧固装置。必须适当地选择支承板材料使其适于铸造。
在一个实施方式中，每个支承板包括至少一个用于接收冷却流体的孔。通过允许冷却流体轴向流过转子来确保转子的适当冷却。
在一个实施方式中，转子还包括转子轴，利用包括在径向方向上延伸的螺栓的径向紧固装置将转子模块相对于转子轴紧固。通过该设置，转子结构进一步加强。
在一个实施方式中，支承板包括非磁性材料。当使用非磁性材料时，磁场不会在支承板内部达到较高强度，由此增大了电机的功率因数。
在一个实施方式中，磁段由具有最高磁导率的选定方向的晶粒取向磁性材料制成。通过使用晶粒取向材料，转子的凸极比以及还有电机的功率因数增大。
在一个实施方式中，转子模块相对于彼此偏斜。可以通过使转子模块偏斜来减小电机的转矩波动。
在一个实施方式中，多个转子模块彼此结合。通过该设置，转子结构进一步加强，并且转子最终不需要横穿转子模块的任何转子轴。
在一个实施方式中，转子包括在同步磁阻电机或开关磁阻电机中。根据本发明的转子能够直接地应用于这两种磁阻电机类型。
根据本发明的第二方面，提供制造用于同步磁阻电机的转子的方法。根据该方法，提供多个转子模块，其中，根据如下方式制造每个转子模块。提供磁段，使多个磁段在径向方向上彼此间隔开以形成极，将多个极设置在圆的相邻区段中，在所述多个极的至少一个轴向侧上设置支承板，以及利用将所述多个极结合于支承板的紧固装置将所述多个极紧固于支承板。最后，通过沿共同轴线以轴向顺序设置多个转子模块来形成转子。
本发明的另外的特征和其优点将从下文中给出的本发明优选实施方式的下列详细描述以及附图1至5中变得显而易见，附图1至5仅为了说明而给出并且因此不限制本发明。
附图说明
将参照附图更加详细地说明本发明，其中，
图1以分解图示意性地示出了根据本发明一个实施方式的转子模块，
图2以立体图示意性地示出了根据本发明一个实施方式的转子的模块化结构，以及
图3以横截面图示意性地示出了包括径向紧固装置的根据本发明另一实施方式的转子的一部分。
具体实施方式
根据本发明，转子12由多个转子模块21形成，在图1的分解图中示意性地示出了多个转子模块21中的一个。转子模块21包括绕共同轴线31设置在相邻区段中的多个极22，每个极22包括在径向方向上彼此间隔开的多个磁段23。优选地，磁段23包括在轴向32或径向方向上叠置的多个层板33。
转子模块21还包括支承板24、25，所述多个极22结合于支承板24、25。该结合例如经由粘合剂、焊接或紧固件实施。可以使用相同的结合装置用于将层板33彼此结合。
根据图1的实施方式，优选地为非磁性材料的两个支承板24、25设置在极22的轴向相对侧上。支承板24、25可以由奥氏体钢制成，但是优选地由以高电阻率为特征的材料——例如，陶瓷、聚合物或诸如玻璃纤维或碳纤维的复合材料——制成。每个支承板24、25包括第一孔27、第二孔29和第三孔30。
由支承板24、25的第一孔27接收的多个沿轴向布置的螺栓26将两个支承板24、25紧固于极22，由此产生易处理的且耐用的转子模块21。第一孔27可以与磁段23对准或者与位于磁段23之间的空间28对准。在第一孔27与磁段23对准时，螺栓26优选地包括与支承板24、25电绝缘的磁性材料，而在第一孔27与位于磁段23之间的空间28对准时，螺栓26还优选地由非磁性且非导电性的材料制成。
第二孔29设置成用以接收或容纳相邻转子模块21的螺栓26的端部部分26a、26b。为此，第二孔29大于第一孔27。所有其它的转子模块21包括如图1所示的支承板24、25，然而因为第一孔27和第二孔29的位置互换，所以所有其它的转子模块21包括与图1所示不同的支承板。显然，转子12的两个最外支承板24、25不需要具有任何第二孔29。
如果转子模块21不抵靠彼此安装或通过除了螺栓26之外的其它的紧固装置安装，则转子模块21的支承板24、25可以不需要具有任何第二孔29。该布置的实施例为当利用粘合剂将多个极22紧固于支承板24、25时。
不需要第二孔29的另一实施例为当利用横穿多个转子模块21的一组长螺栓将多个转子模块21紧固在一起时。在该实施方式中，甚至无需使每个转子模块21包括两个支承板24、25。每个转子模块21具有一个支承板24、25就足以，其中每个支承板24、25紧固于相邻转子模块21的极22。显然，对于该组转子模块21中的最外转子模块21而言，需要额外的支承板24、25。
不需要第二孔29的又一实施例为当支承板24、25绕第一孔27设有凹部时，该凹部构造成包围螺栓26的端部部分26a、26b。
此外，转子模块21的支承板24、25可以包括或设有使磁段23的位置沿径向且沿周向固定的肋、销、凹部等。
支承板24、25的第三孔30设置用于接收冷却流体。
根据图2，多个转子模块21沿轴向抵靠彼此安装以形成转子12。借助于每个转子模块21与转子轴13之间的紧密配合使转子模块21固定于转子轴13。例如，可以借助于轴向螺栓(未示出)使转子模块21进一步在轴向方向32上彼此固定。因为转子模块21可以设置成彼此相邻并且彼此紧固，所以并不是绝对需要存在转子轴13。该布置对于建立自保持转子结构就已足以。
可以通过如下方式使转子结构进一步加强，即：根据图3借助于轴向条45和径向螺栓41将转子模块21相对于转子轴13紧固。轴向条45布置在径向最外磁段23的顶部上并且可以在转子12的整个轴向长度上延伸。径向螺栓41布置在转子模块21之间以将轴向条45紧固于转子轴13。
此外，图3的实施方式包括布置在磁段23之间的间隔件42，以使磁段23在径向方向和周向方向上的位置进一步固定。优选地，磁垒42由诸如复合材料、陶瓷或聚合物材料的非磁性且非导电性的材料制成。
另外，图3的转子12包括固定地附接于转子轴13的芯部43。芯部43包括支承部44，支承部44构造成、尺寸设计成并且定位成用以支承转子的极22。在US 6,064,134中进一步描述该支承部，上述文献的内容以参引的方式纳入本文。
在其它的方面，图3的实施方式与图1-2的实施方式相似。
在本发明的又一实施方式中，每个层板33由具有最高磁导率的选定方向的晶粒取向磁性材料制成。优选地，最高磁导率的方向尽可能遵循每个层板33的纵向弯曲形状。虽然图1的磁段23由在轴向方向32上叠置的层板33构成，但是层板33还可以在径向方向上叠置以便更大程度地利用材料的晶粒取向特性。在US 6,066,904中公开了包括由晶粒取向磁性材料制成的层板的转子，上述文献的内容以参引的方式纳入本文。然而，该转子由横向地叠置的层板盘构成，并且因此，使用的极的数量限制于两个。
此外，为了减小转矩波动，本发明的转子12可以包括沿轴向偏斜的转子模块21。在US 2008/0296994中公开了沿轴向偏斜的层板盘，上述文献的内容以参引的方式纳入本文。当两个相邻的转子模块21的极22绕共同轴线31成一角度时，转子模块21沿轴向偏斜。
本发明还包括制造上述转子的方法，其中，在第一步骤中制造多个转子模块21。这可以在中间存储之前的预制造阶段中进行。转子模块21可以使用在不同额定功率的同步磁阻电机或开关磁阻电机中。
根据如下方式制造每个转子模块21。提供多个磁段23。通过使多个磁段23在径向方向上彼此间隔开而形成极22。将多个极22设置在圆的相邻区段中。在所述多个极22的至少一个轴向侧上布置支承板24、25。利用将所述多个极22结合于支承板24、25的紧固装置将所述多个极22紧固于支承板24、25。
在第二步骤中，通过沿共同轴线31以轴向顺序设置多个转子模块21来形成转子12。
本发明不限于上面示出的实施方式，而是，本领域技术人员可以在如权利要求所限定的本发明的范围内以多种方式对实施方式进行改型。例如，尽管图示的实施方式的支承板24、25是盘形的，但是根据本发明，它们可以具有诸如十字形、正方形或星形的任何适当的形状。

Claims (18)

1.一种用于同步磁阻电机的转子(12)，所述转子(12)包括沿共同轴线(31)以轴向顺序设置的多个转子模块(21)，每个转子模块(21)包括：
多个极(22)，所述多个极(22)绕所述共同轴线(31)设置在相邻区段中，每个极(22)包括在径向方向上彼此间隔开的多个磁段(23)；
支承板(24、25)，所述支承板(24、25)设置在所述多个极(22)的至少一个轴向侧上；以及
紧固装置，所述紧固装置用于将所述多个极(22)紧固于所述支承板(24、25)，
其特征在于，
所述紧固装置将所述多个极(22)结合于所述支承板(24、25)。
2.如权利要求1所述的转子(12)，其中，所述紧固装置将所述多个极(22)的轴向表面结合于所述支承板(24、25)。
3.如权利要求2所述的转子(12)，其中，所述紧固装置包括多个沿轴向布置的螺栓(26)。
4.如权利要求3所述的转子(12)，其中，每个转子模块(21)包括两个支承板(24、25)，所述两个支承板(24、25)设置在所述多个极(22)的轴向相对侧上。
5.如权利要求4所述的转子(12)，其中，所述支承板(24、25)包括第一孔(27)和第二孔(29)，所述第一孔(27)接收所述多个螺栓(26)，所述第二孔(29)接收相邻转子模块(21)的所述多个螺栓(26)的端部部分(26a、26b)。
6.如权利要求5所述的转子(12)，其中，所述第一孔(27)与位于所述磁段(23)之间的空间(28)对准。
7.如权利要求5所述的转子(12)，其中，所述第一孔(27)与所述磁段(23)对准，并且所述螺栓(26)包括与所述支承板(24、25)电绝缘的磁性材料。
8.如权利要求3所述的转子(12)，其中，所述沿轴向布置的螺栓中的至少一个在多个转子模块(21)上施加轴向力。
9.如权利要求2所述的转子(12)，其中，所述紧固装置包括粘合剂。
10.如权利要求2所述的转子(12)，其中，所述支承板(24、25)直接地铸造或模制成与所述多个极(22)结合接触，并且所述紧固装置包括在支承板材料与极材料之间的附着力。
11.如权利要求1至10中任一项所述的转子(12)，其中，每个所述支承板(24、25)包括至少一个用于接收冷却流体的孔(30)。
12.如权利要求1至11中任一项所述的转子(12)，其中，所述转子(12)还包括转子轴(13)，利用径向紧固装置将所述转子模块(21)相对于所述转子轴(13)紧固，所述径向紧固装置包括在径向方向上延伸的螺栓(41)。
13.如权利要求1至12中任一项所述的转子(12)，其中，所述支承板(24、25)包括非磁性材料。
14.如权利要求1至13中任一项所述的转子(12)，其中，所述磁段(23)由具有最高磁导率的选定方向的晶粒取向磁性材料制成。
15.如权利要求1至14中任一项所述的转子(12)，其中，所述转子模块(21)相对于彼此偏斜。
16.如权利要求1至15中任一项所述的转子(12)，其中，所述多个转子模块(21)彼此结合。
17.一种包括如权利要求1至16中任一项所述的转子(12)的磁阻电机，其中，所述磁阻电机是同步磁阻电机或开关磁阻电机。
18.一种制造用于同步磁阻电机的转子(12)的方法，所述方法包括如下步骤：
提供多个转子模块(21)，其中，通过如下方式制造每个所述转子模块：(i)提供磁段(23)；(ii)使多个磁段(23)在径向方向上彼此间隔开以形成极(22)；(iii)将多个极(22)设置在圆的相邻区段中；(iv)在所述多个极(22)的至少一个轴向侧上设置支承板(24、25)；(v)利用将所述多个极(22)结合于所述支承板(24、25)的紧固装置将所述多个极(22)紧固于所述支承板(24、25)；以及
沿共同轴线(31)以轴向顺序设置所述多个转子模块(21)以形成所述转子(12)。
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