CN102549886A - 电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机的转子(4)。转子(4)包括嵌入转子芯(13)中并沿径向方向布置以集中磁通量的多个永磁体(12)。转子还包括绕组(14)，该绕组布置在所述转子(10)的相应位置，在该相应位置，产生了围绕一个磁体尖端的磁通量泄露，并且电源(20，21，22)提供电流以控制绕组(14)，从而控制泄露磁通量。

Description

电机转子

技术领域

本发明涉及一种电机转子。更具体地，本发明涉及一种电机的永磁体转子以及电机的控制方法。

背景技术

在现有技术中，永磁体规则地布置在转子芯的整个外周上，很难获得满意的磁通量分布。

US2006103251A公开了一种永磁体旋转电机，该永磁体旋转电机包括设有多个绕组的定子和转子，其中，磁体被布置在沿着转子芯的外周形成在转子芯中的槽中。转子芯固定于在定子内部旋转的旋转轴上。转子包括转子芯和槽，该槽中布置有永磁体，并且在磁体外部沿周向布置有多个阻尼绕组。

JP8251848A公开了一种永磁体型同步旋转电机的转子。在转子芯的外周侧中，沿着轴向方向，以相等的间隔布置有永磁体插入孔。在永磁体插入孔之间设有用于防止磁通量泄露的排放孔。位于不同的相邻磁极中的永磁体被插入到永磁体插入孔中。通过提供一种用于沿着轴向方向改变磁通量分布的装置而构成了永磁体型同步旋转电机的转子。此外，辅助导体被嵌入排放孔3中，并且这种导体的两端均与短路环相连接。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以控制磁通量泄露的转子。该目的将通过独立权利要求来实现。从属权利要求示出了优选的实施方式。

根据本发明的转子包括控制绕组。控制绕组被布置在径向磁通电机的转子的下述相应位置，该相应位置是易于产生磁极之间的泄露磁通量的位置，并且电流提供件将电流提供到控制绕组以便控制磁极之间的泄露磁通量。

控制绕组被定位于相邻磁极的交叉区域。交叉区域可以位于相邻磁极之间的交叉处或者与相邻磁极之间的交叉线成直线。

永磁体可以以相等的间距相对于转子芯沿着径向方向布置，并且控制绕组被定位在永磁体与转子的外周之间。

根据本发明的一个方面，永磁体相对于转子芯的径向方向以倾角布置，使得永磁体呈阵列的形式，例如，呈星形阵列。

电机包括定子、装配有永磁体和控制绕组的转子以及用于将电流提供到控制绕组的电流提供件。控制绕组中的电流方向和电量可以被控制。这允许：

1)放大磁通量泄露，或者

2)中和磁通量泄露，或者

3)沿着与磁通量泄露相反的方向产生磁通量。

本发明提供了这样一种转子，在这种转子的情况下，发生在转子的每个永磁体的磁极之间的泄露磁通量可以得到控制。

附图说明

下面，将通过参照附图来更详细地描述本发明，在附图中：

图1A、图2A和图3A示出了根据本发明的电机；

图1B、图2B和图3B是图1A、图2A和图3A的局部视图；以及

图4和图5是根据本发明的其它实施方式的局部视图。

具体实施方式

图1A、图2A和图3A示出了包括定子3和转子4的电机2。具有定子绕组的定子3与所述转子成间隔开的关系布置，在转子4与定子3之间形成空气间隙7。

永磁体12以相等的间距相对于转子芯13沿着径向方向布置。控制绕组14定位在永磁体12和转子4的外周之间。永磁体12定位为朝向转子芯13的外周延伸。转子芯构造为在永磁体12与转子芯13的外周之间形成周向结构40。周向结构40是沿着转子芯13的切线方向相对于永磁体而言在外周上不间断的路径。这种周向结构能在转子4旋转时将永磁体保持到位，并且还能提供控制绕组40可以被紧密附接到永磁体12的端部的位置。

通过控制器20(例如，自动电压调节器)来控制控制绕组14的激励电流。控制器20被定位在转子的外部。控制器20布置为控制供给到控制绕组14的电流的电流方向和电流量。激励电流通过布置在转子4的轴8上的滑环21或者旋转激励器(在图3中由附图标记22表示)而传送到转子4。转子4还可以被直接安装到原动机或者从动机上，这表示不需要轴8。在此种情形中，旋转激励器22可以安装到转子芯(参见图3A)。终端电压的中间水平可以由极端水平之间的中间激励电流来实现。

图1A和图1B示出了处于被动模式(在控制绕组中没有电流)的转子4。图1B是图1A的局部视图。磁通量MF的一部分穿过定位在具有南极S和北极N的永磁体12之间的背铁和转子4的外周之间。

在被动模式下，磁泄露ML仅在转子内部在S极(南极)与N极(北极)之间形成闭合的磁回路，这表示仅有一部分磁通量MF穿过定子，并且导致终端电压处于其中间水平。附图标记40表示控制绕组14所位于的相邻磁极之间的交叉区域。交叉区域40可以被看作是如图1B所示的相邻磁极之间的交叉线的延伸。

图2A和图2B示出了处于主动模式的转子4。因为由控制绕组产生的磁通量穿过定子，所以控制绕组14中的最大激励电流导致最大的激励和最大的终端电压。当激励电流在控制绕组14中流动时，根据以下等式，形成与磁泄露反向的磁场：

$H=\frac{I}{2\mathrm{\πr}},---\left(1\right)$

这里H是磁场力，I是导体中的电流，并且r是距离导体的距离。磁通量密度B取决于材料，并且对于特定的材料以表格的形式表述。附图标记130表示转子4的中空部分。转子4可以例如通过端板(未公开)附接到轴8。当永磁体如图所示定位时，可以构造中空部以使转子4的重量减小。

图3A和图3B示出了处于另一种主动模式(即，去激励模式)的转子4。当控制绕组中的电流沿着相反方向流动时，实现了最大激励，这通过形成具有相反方向(即去激励方向)的去激励磁场(在图3B中由DMF表示)而弱化了由永磁体产生的磁场。这导致了最大的终端电压。

电机的转子4可以被构造为沿着根据图2A的激励和根据图3A的去激励两个方向进行激励控制。该双向激励控制具有使形成的终端电压的范围能够更广阔的优点。例如，可以通过滑环或者以具有用于阳极和阴极激励电流的单独二极管桥的单独激励器来提供同步发电机的双向激励控制。

电机的转子4还可以被构造为仅沿着根据图2A的激励或者根据图3A的去激励中的一个方向进行激励控制。

转子4的安装可以通过一般的轴承来实现，但是由于轻质而且可能短的转子构造，也能够安装到原动机或从动机上。

图4和图5示出了转子4的一部分，其中永磁体12相对于转子芯的径向方向以倾角布置，使得永磁体12呈阵列的形式，例如，呈星形阵列。控制绕组14定位在永磁体12和转子4的外周之间。控制绕组14定位在形成在转子芯13的外周中的腔140中。图4和图5还示出了转子芯的中空部130被限制到永磁体12。通过这种方式，减少了转子的内部处转子芯的铁的数量，并且在转子的内部，即，在靠近旋转轴的那一侧，永磁体的磁通泄露可以得到限制。

图5示出了一种实施方式，在这种实施方式中，控制绕组14定位在形成在转子芯13的外周中的腔140中。腔140形成为保持诸如板的支撑件141。

与传统的永磁体电机相比，所提出的解决方案的益处可以如下列出：

-消除了对诸如功率电机和电容器组的用于电压控制的外部装置的需要

-简单的刚性转子构造

-由于消除了对功率电机的需要而形成的短路功率能力

与传统的同步绕组转子装置相比，所提出的解决方案提供了以下多个优点：

-由于减少的激励电流而形成的高效率，

-由于平滑的转子表面而产生的较低摩擦损失(用于转子冷却的最低要求)

-消除了直接安装在原动机或从动机上的情况下所产生的轴承损耗。

-简单的刚性转子构造

-提升圆周速度的可能，并由此实现既有能量效益又有成本效益的设计。

从上面示出的描述和实例中显而易见的是，可以使用多种不同的解决方案来形成本发明的实施方式。明显的是，本发明不限于本文中提及的例子并且可以以多个其它不同的实施方式来实施。因此，在发明构思的范围内可以执行发明的任何实施方式。

Claims (10)

1.一种径向磁通电机的转子，该转子包括：

多个永磁体(12)，所述多个永磁体被嵌入转子芯(13)中，产生从所述磁体的一个磁极到另一个磁极的磁通线，

其特征在于，

所述永磁体(12)定位为朝向所述转子芯(13)的外周延伸，

所述转子芯构造为在所述永磁体(12)与所述转子芯(13)的外周之间形成周向结构，

控制绕组(14)在下述位置定位在所述永磁体(12)与所述转子的外周之间并且被定位到所述永磁体，以使所述永磁体的磁极之间的磁通量有效，所述位置是磁极之间的磁通量易于发生泄露的位置，并且

电流提供件(20，21，22)将电流提供到所述控制绕组(14)。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述电流提供件包括用于将电流供给到控制绕组的滑环(21)。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述电流提供件包括用于将电流供给到所述控制绕组的旋转激励器(21)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，

控制绕组(14)被定位在形成在所述转子芯(13)的外周中的腔(140)中。

5.根据上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，

所述永磁体(12)以相等的间距相对于转子芯(13)沿着径向方向布置。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的转子，其特征在于，所述永磁体(12)相对于所述转子芯(13)的径向方向以倾角布置，使得所述永磁体呈星形阵列。

7.一种电机，其特征在于，该电机包括根据权利要求1至6中任一项所述的转子。

8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述电机包括用于将电流供给到控制绕组的控制器(20)。

9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述控制器(20)布置为控制供给到控制绕组(14)的电流的电流方向和电流量。

10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，所述控制器(20)是自动电压调节器。

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