CN102545422B - 同步磁阻电机的转子及制造同步磁阻电机的转子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是用于同步磁阻电机的转子，其包括轴，所述轴由轴承支撑以在定子内部旋转，转子框架附接到所述轴上，以及所述转子的制造方法。根据本发明，所述框架(12)由非导磁材料制成，包括布置的条形导磁物体(16，18)，其自所述转子的磁极的外表面穿过所述转子框架延伸到所述磁极的外表面，并且每个条形物体(16，18)的整个长度在所述转子框架(2)内由非磁性材料所围绕。
Description
技术领域
本发明涉及同步磁阻电机的转子。此外，本发明涉及用于制造同步磁阻电机的转子的方法。
背景技术
通常，同步磁阻电机具有安装到定子铁芯的槽的多相位定子绕组，所述定子铁芯由导磁片制成。定子绕组形成以通过电网或者连接到电机的频率转换器确定的速度旋转的磁场。所述定子绕组对应于异步电机或同步电机的定子绕组。同步磁阻电机的转子安装有轴承以便实现在转子和定子之间存在气隙的旋转。
同步磁阻电机的操作基于各向异性转子结构，其中每个转子极具有最小磁阻方向(d轴)以及最大磁阻的方向(q轴)。转子的d轴跟随定子的旋转磁场的峰值。制造转子以便在d轴方向上具有高磁导率以及在q轴方向上具有低磁导率。为了使同步磁阻电机的功率和转矩最大化，转子的纵向电感Ld和横向电感Lq的比率应当尽可能大。为了获得大的电感比率Ld/Lq，存在一些针对结构的建议，其中形成针对d轴方向上的磁通量的良好的传导路径以及形成通量屏障以阻止在q轴方向上的磁通量流量。
磁通量的传导路径是例如由被安装以便使得在d轴方向上的磁导率很大的铁磁片形成。空气或者其他非铁磁材料能够被用作对于磁通量的通量屏障。当使用空气时，必须通过支撑设备确保转子的机械耐久性。
公开文件JP2005245052和US6,239,526描述了一种同步磁阻电机转子，其中通过冲压或切割部分转子铁芯片以形成对转子的通量屏障。
GB1109974建议了一种转子结构，其中具有预期方向特性的薄电片被装配在轴上。
公开文件KR709301和US6,066,904建议了一种两极同步磁阻电机的转子，其由定向的薄电片装配而成。为了实现所需磁阻的各向异性，根据方向特性沿着磁通量线在层压片中形成气隙(即磁性屏障)。
公开文件JP11144930建议通过对使用冶金工艺彼此互连的磁性和非磁性材料进行分层来形成磁性结构。
公开文件WO1996042132A1建议使用由磁性材料和非磁性材料制成的转子，并且在转子上具有非导磁保护层。
发明内容
本发明的目的是创建具有高电感比率Ld/Lq的同步磁阻电机的一种新的结构，甚至在高速的情况下，转子结构也机械坚固和耐用，并且制造起来很经济。根据本发明，同步磁阻电机的转子包括轴，该轴由轴承支撑以在定子内部旋转并且转子框架附接到轴上，其框架由非导磁材料制成，并且其具有自所述转子的磁极的外表面穿过所述转子框架延伸到相邻磁极的外表面的条形导磁件(piece)，其中每个条形导磁件的整个长度被所述转子框架内的非磁性材料所围绕。
根据本发明制造同步磁阻电机的转子的方法包括以下阶段：
-由非导磁材料制造圆柱形转子框架，
-相对于所述转子的旋转轴垂直地钻入到所述框架中多个孔，所述孔自每个磁极的外表面穿过所述框架延伸至相邻磁极的外表面。
-将导磁条安装到所述孔，所述导磁条在其端部延伸至所述同步磁阻电机的气隙。
根据本发明的制造同步磁阻电机的转子的另一种方法包括以下阶段：
-a)由导磁片冲压出导磁件，所述导磁件对应于所述转子中的磁通量的接入路径(accessroute)的宽度，并且在边缘部分具有沿着所述转子的外部球体的连接桥：
-b)相互叠加冲压出的导磁件的第一层以形成具有在所述转子轴方向上的所述磁通量的厚度的导磁片堆；
-c)与所述在先层间隔一定距离，相互叠加冲压出的导磁件的附加层以形成具有在所述转子轴方向上的所述磁通量的厚度的导磁片堆；
-d)重复阶段c)直到由所述导磁片堆和分隔导磁件形成的空白处的长度与所述转子的长度相同；
-f)由填充空白处的空闲部分的非导磁材料铸造所述转子的框架部分；
-g)从所述转子的外表面去除均匀的导磁材料。
本发明其他的一些优选实施例由从属权利要求所确定。所述导磁条优选为圆杆。然而，在本发明的范围中，条的横截面的形状能够是非常不同的。因此，例如六边形、圆形、矩形、平行四边形或者椭圆形是优选的截面形状。
关于本发明，必须宽泛的理解条，并且其可能是一体的材料片，由叠加片制成的层叠结构，或者其能够由钢丝束、钢丝绳或编织线制成。所述条的材料可以是钢或电片。NiFe和CoFe合金也是用于所述条的可能的材料。
附图说明
在下文中，将会在特定实施例的帮助下结合附图更详细的描述本发明，此处：
图1示出根据本发明的转子的侧视图，
图2示出图1中转子的横截面A-A，
图3示出根据本发明的转子的透视横截面，
图4示出根据本发明的转子的第二横截面，
图5示出根据本发明的转子的第三横截面，
图6示出根据本发明的转子的第四横截面，
图7示出根据本发明的转子的第五横截面，
图8示出根据本发明的转子的第六横截面，
图9示出根据本发明的转子的第七横截面，
图10示出根据本发明的转子的第八横截面，以及
图11示出根据本发明的转子的第九横截面。
具体实施方式
同步磁阻电机的转子的横截面在图1中示出。转子包括由非导磁材料制成的圆柱形框架部分2，所述非导磁材料是例如：铝；铝青铜；不传导磁通量的钢-例如，不锈钢；不同的塑料、树脂或类似物；钛；或者混凝土。转子的两端部具有从框架突出并且充当转子轴的突出部4；在这个实施例中它们是与框架部分2相同的物体的一部分，并且由相同的材料制成。利用轴承以特别的方式将转子轴4附接到同步磁阻电机的框架上，以至于转子被支撑在同步磁阻电机的定子内部中心，并且定子位于离开定子一定气隙距离的位置处。条形导磁件6和8，随后条装进框架部分2，并且它们垂直于轴4和示图平面穿过框架部分2。条6由导磁材料制成，例如钢条或电片。根据电磁效应，条6放置在轴d的方向上，在此情况中，在所述方向上磁阻小并且在q轴的垂直方向上磁阻高，如图2所示，图2示出图1的A-A的横截面。在转子轴和转子半径方向上，条优选间隔大约0.5-1.5×条的厚度。条的类似间隔在下述本发明的其他实施例中也是优选的。
在如图1和2所示的实施例中，如示例中，在轴向上具有五行条6以及另一五行条8，在这种情况子下，在垂直于轴和示图的平面的方向上，条8相对于条6移动。如在示例中，这样形成了每行包括五个条的栅格结构，以及总共50个条放置在转子的d轴方向上。在图2中，使用点线替代条8。导磁条的厚度和它们之间的距离仅仅是示意性的显示该结构，并且它们的大小都根据电机的材料和尺寸由专业人士根据电机的尺寸值确定。
图3示出使用图1和图2的原理形成的同步磁阻电机的框架部分的一部分的透视图。在第一行中，直条16被安装进圆柱形框架部分12中，以及相对于直条16移动的直条18装进第二行中。所有行包括在d轴方向上穿过转子的7个条，从而在图3中产生栅格结构的部分98，其表示在d轴方向的条栅格结构。
在图1、图2和图3所示的示例中，导磁条是直的并且具有圆形横截面。这些条能够由不同的方法制成。由导磁条形成的栅格结构能够被支撑以达到具有附接到框架部分的铸造件上的分离支撑结构的预期形式。随后铸造框架部分并且在需要时除去支撑结构。框架部分还能够首先被铸造，并且之后在其中钻出用于条的孔。通过粘接或者形成到孔中的线并且把线状条拧紧到框架部分而将条装入孔中并且附接到框架部分。
条结构也能够通过在轴方向上彼此叠加适合的导磁电片带来制造。安装形成的带堆以形成预期的栅格结构，并且转子框架部分由非磁性材料铸造。
图4示出根据本发明的同步磁阻电机的转子的第二横截面。如图1和图2所示的实施例，转子框架部分22由类似的非导磁材料制成。安装导磁条26和28以贯穿框架部分22中的孔，并且延伸到圆柱体表面30的外部，在这种情况下，条端部32从圆柱体表面30突出。自同步磁阻电机定子的条端部32的距离与气隙相同。
图5示出本发明的第三实施例。在这个实施例中，转子框架由两种不同的材料形成，内部圆柱形框架部分42能够优选地形成转子轴。外部转子框架部分44(其外表面被限制在电机的气隙内部)位于内部框架部分42的周围。使用如图1和图2的实施例中同样的方法，导磁条46和48穿过转子而设置，条贯穿外部框架部分44，并且当适用时贯穿内部框架部分42。内部框架部分42能够由很好传导磁通量的材料或者传导磁通量很差的材料制成。在图5所示的实施例中，导磁条46和48延伸到转子的外部框架部分44的外表面50。使用如图4的实施例同样的方法，导磁条46和48还能够在转子的外部框架部分44的外表面50的上方突出，在这种情况下，自定子的条端部的距离是电机的气隙。
图6示出本发明的第四实施例。转子框架由内部部分62和围绕内部部分的外部部分64制成，在这种情况下，至少转子框架的外部部分64由传导磁通量很差的材料制成。同时，内部部分优选地形成转子轴。安装导磁条66以贯穿转子框架的外部部分64。导磁条66制成曲线形，以便于它们绕过内部部分62而从转子表面68延伸到相对表面70。因此，结构在d轴方向上具有非常好的导磁性，以及相应的在q轴方向上导磁性很差。在第四实施例的制造中，优选使用由在转子轴方向上彼此叠加的电片而制成的带，以实现预期的导磁条66。在铸造件中支撑导磁条并且框架部分62和64也是铸造的以便导磁条66的边缘完全被传导磁通量很差的框架部分64围绕，并且导磁条延伸到转子的外表面为止。在这个实施例中，传导磁通量的导磁条66也能够如图1-图5中那样布置成栅格结构。
图7示出本发明的第五实施例，其中由导磁材料制成的实心部分72优选地通过将其从电片冲压出去而被制造。实心部分72的外边缘包括实质上在转子的d轴方向上将带76保持在它们的位置上的窄的球形部分74。实心部分72还具有围绕转子轴或内部部分延伸的内部边缘78，并且内部边缘78通过带77与球形部分连接。从电片冲压出去的电片互相叠加以形成足够厚的导磁部分74、76、77和78。安装叠加的电片到铸造件以便于在电片叠层之间留下空间，从而使电片叠层互相间隔开。内部边缘74优选安装在同样支撑结构的轴75上。转子框架的外部部分是由传导磁通量很差的材料铸造的。最终，在转子的全部长度上去除边缘部分74，在这种情况下，在d轴方向上的带将延伸到转子的外表面。因此，根据第五实施例的转子的外表面实质上类似于根据图6中的第四实施例的转子。
根据本发明的结构，作为第六实施例，其实现了如图8所示的四极转子。转子的一d轴和一q轴用箭头示出。导磁条82和84集合成为具有90度增量的四部分。每个导磁条82和84延伸至转子的外球体86。转子框架部分88由不传导磁通量的材料制成，并且其围绕每个导磁条82和84。导磁条82和84能够具有安装到在框架部分上钻出的或以其它方式制成的孔的圆形横截面。导磁条横截面的形状还能够是正方形或矩形，并且导磁条能够由电片制成，在这种情况下，它们能够安装到框架部分88被铸造到其的铸造件。在图8的实施例中，导磁条是直的。可替代的，导磁条能够是向内弯曲的，由此导磁条的中间部更靠近于转子的旋转轴。
图9示出本发明的第七实施例，其中由非导磁材料制成的框架部分92围绕轴90而安装。导磁条94是曲线形，使得它们是向内弯曲的。另外，向外弯曲的导磁条96安装到框架部分。导磁条被画作虚线并且位于转子轴的方向上且在到导磁条94的距离内。当在轴向方向上从转子的一端部到另一端部移动时，每隔一个导磁条是向内弯曲的94并且每隔一个导磁条是向外弯曲的96。每个导磁条的整个长度被框架部分92材料所围绕，在这种情况下，磁通量具有穿过导磁条的传导路径并且防止了从一个导磁条到另一个导磁条的磁通量流量。
图10示出本发明的第八实施例。这个实施例利用了图7的第五实施例的技术，其中导磁条空白处首先由电片制成。根据第八实施例，空白处由具有窄边缘部分100的外边缘的电片和作为与其相关的磁通量的导体操作的带102和104制成。带102和104向内弯曲，从转子边缘延伸到转子边缘的另一部分，由此带的中间部就更接近于横截面的水平中间轴。另外，两条带106附接到球型部分，所述带被附接到围绕转子轴108的内部边缘110。从相对的一侧看，内部边缘部110通过带107连接到球形部分100。空白处互相叠加以形成自带102、104、106、107和内部边缘110的足够厚的导磁条。在一定距离内，具有另一个具有向外弯曲的带112、113和114的空白处，在图10中被画作虚线。带112、113和114的中间部离横截面的水平中间轴的距离比带的端部更远。带112、113和114还在两个端部附接到围绕外边缘上的空白处的窄球型部分。从一个端部到第二空白处的内部边缘附接带116以及从另一端部到外边缘的球形部分附接带116。第二空白处的内部边缘也安装在转子轴108上。自第一和第二空白处叠加的电片堆依次放置在转子轴上，使得在相邻的电片堆之间存在间隙。用于传导磁通量的带之间的间隙填充有不能传导磁通量的材料。最终，去除位于外边缘上的窄球型部分100，在这种情况下，由电片制成的且传导磁通量的条延伸直至转子的外表面。
图11示出本发明的第九实施例。这个实施例也利用了图7的第五实施例的技术，其中条空白处首先由电片制成。使用如第八实施例相同的方法，空白处由具有窄边缘部分120的外边缘的电片和作为与其相关的磁通量的导体操作的带122和124制成。带122和124向内弯曲，从转子边缘延伸到转子边缘的另一部分。另外，一个带126附接到附接于围绕转子轴128的内部边缘130的球型部分。从相对的一侧看，内部边缘130通过带132连接到球形部分120。在空白处的下半部分上具有向外弯曲的三个带134、136和138。空白处互相层加以形成自带122、124、126、132、134、136、138和内部边缘110的足够厚的导磁条以形成第一组导磁条。
在自第一组导磁条的一定距离内具有第二组导磁条。第二组导磁条由具有在横截面的上部向外弯曲并且在图11中画作虚线的带142、144和146的第二空白处构成。带142、144和146也在两个端部固定到围绕外边缘上的空白处的窄球型部分。带148从其一个端部附接到第二空白处的内部边缘并且从其另一端部附接到外边缘的球形部分。第二空白处的内部边缘也安装在转子轴128上。在第二空白处的下半部分上具有向内弯曲的两个带150和152。第一组和第二组空白处是类似的但是转换了方向。由此，只需要一个冲压工具来制造所有的空白处。自第一和第二空白处叠加的电片堆相继放置在转子轴上，以便于在相邻的电片堆之间存在间隙。用于传导磁通量的带之间的间隙填充有不能传导磁通量的材料。最终，去除位于外边缘上的窄球型部分120，在这种情况下，由电片制成的且传导磁通量的条延伸直至转子的外表面。
在上文中，在特定某些实施例的帮助下描述了本发明。尽管如此，本说明书不应当看作是限制专利保护的范围；本发明的实施例可以在权利要求的范围中改变。
Claims (21)
1.一种用于同步磁阻电机的转子，包括通过轴承支撑以在定子内部旋转的转子轴，转子框架附接到所述转子轴上；其特征在于，所述转子框架(2)由非导磁材料制成，并且所述转子具有自所述转子的磁极的外表面穿过所述转子框架延伸到相邻磁极的外表面的条形导磁件(6，8)，并且每个条形导磁件(6，8)的整个长度被所述转子框架(2)内的非导磁材料所围绕，其中所述条形导磁件(6，8)在转子轴和转子半径两者的方向上位于互相间隔0.5条厚度-1.5×条厚度的距离处。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述条形导磁件(6，8)是直的。
3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述条形导磁件(66)是弯曲的。
4.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，条形导磁件的横截面的形状是六边形的。
5.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述条形导磁件(6，8)的横截面的形状是圆的。
6.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述条形导磁件的横截面的形状是矩形的。
7.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述条形导磁件的横截面的形状是平行四边形的。
8.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述条形导磁件的横截面的形状是椭圆形的。
9.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述条形导磁件(6，8)由钢或导磁片制成。
10.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述条形导磁件由一堆导磁片、或者钢丝束、或者钢丝绳、或者编织线而制成。
11.根据权利要求10所述的转子，其特征在于，所述条形导磁件由钢丝绳制成，并且用铝青铜铸造由所述条形导磁件制成的栅格。
12.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述条形导磁件的端部位于所述转子的外表面的水平上。
13.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，除了所述条形导磁件的端部自所述转子的表面(30)突出之外，每个条形导磁件(6，8)的整个长度被所述转子框架(2)内的非导磁材料所围绕。
14.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子框架是实心的并且所述转子轴被附接到所述转子端部。
15.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子框架是实心的并且被安装在转子轴上。
16.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子框架由下述材料中的一种制成：铝、铝青铜、不传导磁通量的钢、塑料、树脂、钛、混凝土。
17.一种制造同步磁阻电机的转子的方法，其中转子包括非导磁材料制成的转子框架和用于磁通量的导磁接入路径，其特征在于，所述方法包括以下阶段：
-由非导磁材料制造圆柱形转子框架(2)，
-相对于所述转子的旋转轴垂直地钻入到所述转子框架中多个孔，所述孔自每个磁极的外表面穿过所述转子框架(2)延伸至下一磁极的外表面，
-将导磁条(6，8)安装到所述孔，所述导磁条在其两个端部延伸至所述同步磁阻电机的气隙。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述方法中所述转子的旋转轴在铸造所述转子框架之前安装在其位置。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述方法中所述转子的旋转轴被安装到所述转子框架的两端。
20.一种制造根据权利要求1-16中任一项所述的用于同步磁阻电机的转子的方法，其中转子包括非导磁框架材料和用于磁通量的导磁接入路径，其特征在于，所述方法包括以下阶段：
a)由导磁片冲压出导磁件(72)，所述导磁件的宽度对应于用于所述转子中的磁通量的导磁接入路径的宽度，并且在边缘部分具有沿着所述转子的外部球体的连接桥(74)：
b)相互叠加冲压出的导磁件的第一层以形成具有在转子轴方向上的所述磁通量的厚度的导磁片堆；
c)与冲压出的导磁件的在先层间隔一定距离，相互叠加冲压出的附加的导磁件的层以形成具有在所述转子轴方向上的所述磁通量的厚度的导磁片堆；
d)重复阶段c)直到由所述导磁片堆和分隔件形成的空白处的长度与所述转子的长度相同；
f)由填充空白处的空闲部分的非导磁框架材料铸造所述转子的非导磁框架；
g)从所述转子的外表面去除均匀的导磁材料。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在冲压出的所述导磁件的层之间安装分隔件以定义阶段c)的距离。
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