CN103109443A - 用于电机的转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电机的转子，其中，该转子具有转子本体，其中，在转子本体的圆周上布置永磁体，其中，转子本体的圆周的被永磁体覆盖的区域具有至少一个凹进部，和/或永磁体的朝向转子本体的圆周的面具有至少一个凹进部。此外，本发明还涉及一种用于电机的转子，其中，该转子具有转子本体，其中，在转子本体的圆周上布置铁磁性的支架元件，其中，在支架元件的背对转子本体的圆周的面上布置永磁体，其中，支架元件的朝向转子本体的圆周的面具有至少一个凹进部，和/或支架元件的背对转子本体的圆周的面具有凹进部。本发明提出一种用于电机的转子，在该转子中，永磁体可靠地保持在转子的转子本体上。

Description

用于电机的转子
背景技术
在具有永磁激励（Permanenterregung）和布置在气隙上的永磁体的电机中，转子本体上的永磁体的保持力对于机器的运行安全而言具有绝对性的意义。迄今为止的固定解决方案是基于机械连接装置或粘合连接装置的。其中将通常为平坦的永磁体或磁系统（由底板和固定于其上的永磁体构成）用螺钉固定、用夹子夹紧或用粘合剂粘贴在转子本体上，这是由于仅仅磁的保持力不足以在所有的运行条件下将永磁体可靠地保持在转子本体上。
在图1中示出了从现有技术中已知的固定解决方案。其中，在图1中的最上方的示意图中，永磁体3借助于成型的金属片10和销钉/铆钉13与转子本体4连接。在图1中的中间的示意图中，永磁体3被推入布置在转子本体4中的、梯形的凹槽中并这样固定在转子本体4上。永磁体的附加的固定在此通过销钉/铆钉13和元件21实现。
在图1中的最下方的图示中，永磁体3被嵌入到外套12中，其中，外套12通过燕尾槽连接装置与转子本体4连接。通过夹子20附加地向燕尾槽连接装置施加压力，以便附加地加强永磁体的固定。
发明内容
本发明的目的是，提出一种用于电机的转子，在该转子中将永磁体可靠地保持在转子的转子本体上。
该目的通过一种用于电机的转子实现，其中，该转子具有转子本体，其中，在转子本体的圆周上布置永磁体，其中，转子本体的圆周的被永磁体覆盖的区域具有至少一个凹进部，和/或永磁体的朝向转子本体的圆周的面具有至少一个凹进部，其中，永磁体相应地贴合在转子本体上的贴合面由于凹进部的缘故占永磁体的朝向转子本体的圆周的面的侧面的20%和85%之间。
本发明的有利的设计方案由从属权利要求中得出。
被证明为有利的是，永磁体相应地贴合在转子本体上的贴合面由于凹进部的缘故占永磁体的朝向转子本体的圆周的面的侧面的45%和55%之间，这是由于如此便能实现磁的保持力的非常大的提升。
此外，该目的还通过一种用于电机的转子实现，其中，该转子具有转子本体，其中，在转子本体的圆周上布置铁磁性的支架元件，其中，在支架元件的背对转子本体的圆周的面上布置至少一个永磁体，其中，支架元件的朝向转子本体的圆周的面具有至少一个凹进部，和/或支架元件的背对转子本体的圆周的面具有至少一个凹进部。
被证明为有利的是，支架元件相应地贴合在转子本体上的贴合面由于凹进部的缘故占支架元件的朝向转子本体的圆周的面的侧面的20%和85%之间，和/或永磁体相应地贴合在支架元件上的贴合面由于凹进部的缘故占支架元件的背对转子本体的圆周的面的侧面的20%和85%之间，这是由于如此便能实现磁的保持力的大的提升。
此外被证明为有利的是，支架元件相应地贴合在转子本体上的贴合面由于凹进部的缘故占支架元件的朝向转子本体的圆周的面的侧面的45%和55%之间，和/或永磁体相应地贴合在支架元件上的贴合面由于凹进部的缘故占支架元件的背对转子本体的圆周的面的侧面的45%和55%之间，这是由于如此便能实现磁的保持力的非常大的提升。
此外被证明为有利的是，凹进部以凹槽的形式实现，其中，凹槽的方向相对于永磁体的朝向转子本体的圆周的面平行地延伸。由此能够实现永磁体的简单的拆卸。
此外被证明为有利的是，凹槽具有正方形的、长方形的、圆形的、梯形的或v形的形状，这是由于凹槽的这些形状能够以简单的方式和方法实现。
具有转子的电机能够在此设计为电动机或发电机和特别地设计为风力发电机。它优选地具有大于1MW的电功率。发电机被用于产生电能。在此，风力发电机能够特别地设计为直接驱动式风力发电机。
附图说明
在附图中示出了本发明的多个实施例并且随后进行详细说明。图中示出：
图1示出了从现有技术水平中已知的、用于将永磁体固定在转子本体上的固定可能性，
图2以示意性的示意图的方式示出了电机，
图3以示意性的示意图的方式示出了根据图2的电机的根据本发明的转子的一个可替换的设计方案，
图4示出了本发明的一个设计方案的示意性的细节图，
图5示出了本发明的另一个设计方案的示意性的细节图，
图6示出了本发明的另一个设计方案的示意性的细节图，
图7示出了本发明的另一个设计方案的示意性的细节图，
图8示出了本发明的另一个设计方案的示意性的细节图，
图9示出了出现的力的示意图，
图10示出了场力线图，
图11示出了铁磁棒，
图12以示意性的示意图的方式示出了另一个电机，
图13以示意性的示意图的方式示出了根据图12的电机的根据本发明的转子的一个可替换的设计方案，和
图14以示意性的示意图的方式示出了在图2中示出的转子的透视图，
图15示出了永磁体的朝向转子本体的圆周的面的侧面，和
图16示出了支架元件的朝向或背对转子本体的圆周的面的侧面。
具体实施方式
在图2中以示意性的示意图的方式示出了电机1。该电机1具有可围绕旋转轴线R旋转地布置的转子5。该转子具有转子本体4，该转子本体通过连接元件9与轴7连接。在此，转子本体可以设计为是实心的或以在转子5的旋转轴线R的方向上顺次连续布置的金属片的方式存在。此外，转子本体也能够设计为是分段的。转子包括电机的所有围绕转子5的旋转轴线R可旋转地布置的元件。
在转子本体4的圆周11上布置永磁体，其中，为了明晰起见，仅永磁体3具有参考标号。永磁体在此围绕着转子本体4的整个圆周11布置，这在图2中通过点示出。永磁体在旋转轴线R的方向上延伸。转子本体4的圆周11的被永磁体覆盖的区域具有凹进部，其中，为了明晰起见，在图2中只有凹进部2和只有被永磁体3覆盖的区域22具有参考标号。凹进部延伸进入转子本体中。
必须在此说明的是，在本发明的所有在当前的申请的范畴内说明的实施例中，凹进部以在转子的旋转轴线R的方向上延伸的凹槽的形式实现，但不必一定如此。凹进部例如也能够以钻孔或装入到转子本体4的圆周中的其它结构的凹进部的方式存在。凹槽在相应的凹槽的方向上相对于永磁体的朝向转子本体的圆周的面平行地延伸。凹槽因此例如也能够与转子本体的圆周相关地在切线的方向上延伸。在此，凹槽能够具有例如正方形的、长方形的、圆形的、梯形的或V形的形状。
在图14中以示意性的透视图的方式示出了在图2中示出的转子5，其中，在图14中为了明晰起见，在旋转轴线R的方向上顺次连续布置的永磁体中仅有一个永磁体具有参考标号3。由于电机1的转子5具有永磁体，所以电机1是一种所谓的永磁体激励的电机。在电机1的转子5和定子6之间存在气隙。必须在此说明的是，为了明晰起见和由于对于理解本发明无关紧要，在图2中未示出定子6的电的线圈。电机1在根据图2的实施例的范畴内设计为所谓的内转子，即成圆形地布置的定子6是围绕着在电机1的中央可旋转地布置的转子5而布置的。
但是如图3中所示，电机1也能够设计为所谓的外转子，即转子在电机运行时围绕着电机的固定地布置在电机的中央的定子旋转。为了明晰起见，在将电机1作为外转子设计的情况下，在图3中仅示出了转子本体4和布置在其上的永磁体，其中，相同的元件具有和图2中相同的参考标号。
在根据图2的将电机作为内转子设计的设计方案中，永磁体布置在转子本体4的外圆周11上，而在根据图3的将电机作为外转子设计的设计方案中，永磁体布置在转子本体4的内圆周11′上，并且转子本体4的内圆周11′的被永磁体覆盖的区域具有凹进部，为了明晰起见，这些凹进部中仅有一个凹进部2具有参考标号。
转子本体的圆周能够由此既以转子本体的外圆周11的方式、又以转子本体的内圆周11′的方式而存在。
在此，圆周11或11′的被永磁体覆盖的区域在实施例的范畴内具有平坦的表面。该表面能够例如通过对转子本体进行切削加工、例如借助于铣刀来制造。
必须在此说明的是，转子本体4能够设计为实心的或由在转子5的旋转轴线R的方向上顺次连续布置的金属片构成。此外，转子本体4也能够设计为是分段的。转子本体由铁磁材料、例如铁磁性的铁合金构成。
在图4中以示意性的截面图的方式示出了转子本体4的在平面上展开的局部图和布置在转子本体的圆周11或11′上的永磁体。在此，相同的元件在图4中具有与在图2和图3中相同的参考标号。转子本体的圆周的被永磁体覆盖的区域具有凹进部。凹进部布置在永磁体和旋转轴线R之间。凹进部被装入转子本体4的圆周侧的表面中。凹进部延伸进入转子本体中。永磁体的朝向转子本体4的圆周11或11′的面在图4中具有参考标号8。
凹进部具有高于圆周11或11′的被永磁体覆盖的区域的剩余区域的磁阻。由此，磁通量扩展到永磁体贴合在转子本体4的表面上的贴合区域上，即参照图4，磁通量基本上在相应的凹进部的左边和右边延伸。在图4中，为了明晰起见，仅贴合区域14具有参考标号。由于永磁体附着在铁磁性的转子本体4上所凭借的磁的保持力随着磁通密度成二次幂地增加，因此尽管永磁体的有效的贴合面缩小，但是磁的保持力却显著提高。通过保持力的这种明显的提升可以放弃使用例如在开头说明的和在图1中示出的附加的机械的固定解决方案，由此显著地简化了转子的安装和制造。磁的保持力由此通过凹进部的根据本发明的在永磁体和转子本体4之间的实现方式与现有技术相比大大地提升，从而使永磁体和转子本体之间的磁的连接装置与现有技术相比明显增强并且由此得到改进。在此，凹进部具有这样的尺寸，即永磁体相应地贴合在转子本体4上的贴合面由于凹进部的缘故占永磁体的朝向转子本体4的圆周11或11′的面8的侧面的20%和85%之间。当凹进部具有这样的尺寸，即永磁体相应地贴合在转子本体4上的贴合面由于凹进部的缘故占永磁体的朝向转子本体4的圆周11或11′的面8的侧面的45%和55%之间时，则使得保持力特别高地提升。在图15中，在示意图的范畴内示出了永磁体3的朝向转子本体4的圆周11或11′的面8的侧面。该侧面是用加粗画出的长方形所圈出的面。该侧面的在图15中点状地示出的面由于在转子本体一侧和/或永磁体一侧上存在的凹进部的缘故而不再作为贴合面使用。贴合面与减去点状地示出的面之后余下的侧面相符。贴合面在图15中用阴影线示出。
在图5中示出了本发明的另一个实施例，其中，相同的元件具有与在图4中相同的参考标号。在根据图5的实施例中，凹进部不是与在图4中相同地装入转子本体4的圆周11或11′内，而是永磁体的朝向转子本体4的圆周11或11′的面8具有凹进部。在此，凹进部延伸进入永磁体中。该工作原理除此之外均与根据图4的工作原理一致，因此，相比于实施不具有凹进部的永磁体，在本发明的这一实施方式中也能大大提升磁的保持力。其中，正如已讲过的那样，凹进部具有这样的尺寸，即永磁体相应地贴合在转子本体4上的贴合面由于凹进部的缘故占永磁体的朝向转子本体4的圆周11或11′的面8的侧面的20%和85%之间。正如已讲过的那样，当凹进部具有这样的尺寸，即永磁体相应地贴合在转子本体4上的贴合面由于凹进部的缘故占永磁体朝向转子本体4的圆周11或11′的面8的侧面的45%和55%之间时，则使得保持力特别高地提升。
此外还必须在此说明的是，参考本发明的上述设计方案，本发明也能够这样设计，即不仅转子本体的圆周的被永磁体覆盖的区域、而且永磁体的朝向转子本体的圆周的面均具有凹进部。其中，正如已讲过的那样，凹进部具有这样的尺寸，即永磁体相应地贴合在转子本体4上的贴合面由于凹进部的缘故占永磁体的朝向转子本体4的圆周11或11′的面8的侧面的20%和85%之间。正如已讲过的那样，当凹进部具有这样的尺寸，即永磁体相应地贴合在转子本体4上的贴合面由于凹进部的缘故占永磁体的朝向转子本体4的圆周11或11′的面8的侧面的45%和55%之间时，则实现保持力的特别高的提升。
此外还必须在此说明的是，转子本体的圆周的被永磁体覆盖的区域也只能具有一个单独的凹进部，和/或永磁体的朝向转子本体的圆周的面也只能具有一个单独的凹进部。
在图6，图12和图13中示出了本发明的另一个设计方案，其中，在这些图中相同的元件具有与在图2和图3中相同的参考标号。如在图3中所示，在本发明的这一设计方案中也能够如在本发明的所有其它的设计方案中地将电机1设计为外转子。在图6中以示意性的截面图的方式以永磁体3为例示出了在图12和图13中示出的、永磁体在转子本体4上的布置。永磁体在本发明的这一实施方式中通过铁磁性的支架元件磁性地与转子本体4连接，其中，在图12和图13中仅支架元件15具有参考标号。铁磁性的支架元件布置在永磁体和转子本体4之间，其中，在支架元件的背对转子本体4的圆周11或11′的面16上布置一个单独的或多个的永磁体，其中，支架元件的朝向转子本体4的圆周11或11′的面17具有凹进部并且支架元件的背对转子4的圆周11或11′的面16具有凹进部。凹进部延伸进入支架元件中。为了明晰起见，在图6中仅凹进部2′和2′′具有参考标号。在此，正如在其余的实施例中，凹进部在实施例的范畴内以凹槽的形式实现，这些凹槽相对于永磁体的朝向转子本体4的圆周的面8平行地延伸。凹槽能够具有例如正方形的、长方形的、圆形的、梯形的或V形的形状并且优选地在转子的旋转轴线R的方向上延伸或与转子本体的圆周11或11′相关地在切线的方向上穿过支架元件延伸。
工作原理在此又是与在前述的实施例中相同地进行说明的。由于存在凹进部，由永磁体3产生的磁通量扩展到永磁体3贴合在支架元件15上的和支架元件15贴合在转子本体4上的剩余的贴合区域上并且主要在这些区域中延伸。在图6中，为了明晰起见，只有两个贴合区域14′和14′′具有参考标号。由此显著提高了在永磁体3和支架元件15之间、以及在支架元件15和转子本体4之间起作用的磁的保持力、即磁吸引力。
在图7中示出了本发明的另一个设计方案，该设计方案示出了本发明的根据图6的设计方案的变体。相同的元件在图7中具有与在图6中相同的参考标号。在本发明的根据图7的设计方案中，仅在支架元件的朝向转子本体4的面17上存在凹进部。在图9中示出了属于本发明的根据图7的设计方案的磁的保持力F1和F2。永磁体3通过保持力F2吸引铁磁性的支架元件15，而铁磁性的支架元件15通过与保持力F2相比大得多的磁的保持力F1而保持在转子本体4上。通过凹进部的数量和设计方案的相应的改变能够有针对性地影响F1与F2的力量对比。
在图8中示出了本发明的另一个设计方案，该设计方案示出了本发明的根据图6的设计方案的另一个变体。相同的元件在图8中具有与在图6中相同的参考标号。在本发明的根据图8的设计方案中，仅在支架元件的背对转子本体4的面16上存在凹进部。
必须在此说明的是，支架元件的朝向转子本体的圆周的面也只能具有一个单独的凹进部，和/或支架元件的背对转子本体的圆周的面也只能具有一个单独的凹进部。
在图10中示出了在根据图7的实施例的情况下形成的磁场力线23的磁场力线图。相同的元件在图10中具有与在图7中相同的参考标号。正如能够清楚看到的，磁场力线23主要在出现在支架元件15和转子本体4之间的贴合面上延伸并且仅在很小的程度上穿过凹进部延伸，这是因为磁阻在凹进部中大大地提高了。
在本发明的根据图6至图10以及图12和图13的设计方案中，凹进部布置在永磁体和转子本体4之间。此外，凹进部在此优选地具有这样的尺寸，即支架元件15相应地贴合在转子本体4上的贴合面由于凹进部的缘故占支架元件15的朝向转子本体4的圆周11或11′的面17的侧面的20%和85%之间，和/或具有这样的尺寸，即永磁体3相应地贴合在支架元件15上的贴合面由于凹进部的缘故占支架元件的背对转子本体4的圆周11或11′的面16的侧面的20%和85%之间。当凹进部具有这样的尺寸，即支架元件15相应地贴合在转子本体4上的贴合面由于凹进部的缘故占支架元件15的朝向转子本体4的圆周11或11′的面17的侧面的45%和55%之间时，和/或具有这样的尺寸，即永磁体3相应地贴合在支架元件15上的贴合面由于凹进部的缘故占支架元件的背对转子本体4的圆周11或11′的面16的侧面的45%和55%之间时，则实现磁的保持力的特别大的提升。在图16中，在示意图的范畴内示出了支架元件的朝向或背对转子本体的圆周的面的侧面。该侧面是用加粗画出的长方形所圈出的面。该侧面的在图16中点状地示出的面由于凹进部的缘故而不再作为贴合面使用。贴合面与减去点状地示出的面之后余下的侧面相符。贴合面在图16中用阴影线示出。
相比于平坦连贯的贴合面，通过凹进部的根据本发明的实现方案实现了磁的保持力的大大提升，从而能够放弃使用从现有技术中已知的、在其中例如借助于螺栓、凹槽和形状配合的连接装置将永磁体固定在转子本体上的机械的固定工具。永磁体由此仅仅通过由其产生的磁的保持力与转子本体4连接并且以这样的方式仅仅通过由其产生的磁的保持力保持在转子本体4上。
在应用所说明的铁磁性的支架元件的情况下，磁的保持力在此通过支架元件得到加强。支架元件能够例如由铁磁性的铁合金制成。
特别是当凹进部以凹槽的形式设计时，通过本发明使得例如为达到维护的目的而能够在以后简单地拆卸永磁体。对此仅需为了拆卸永磁体而暂时将铁磁棒、即由铁磁性的材料、例如铁磁性的铁合金制成的棒插入凹槽中。在图11中示例性地示出了这种棒19。其中，棒19的外形与凹槽的和由凹槽和永磁体或转子本体的表面形成的通道相匹配、特别是形状配合地相匹配。当棒插入凹槽中时，凹槽中的磁阻降低，由此使磁通量部分地向四周分散至被棒填塞的凹槽中。出现的磁的保持力则又与可能在元件之间的平坦连贯的贴合面上形成的磁的保持力相符。正如已讲过的那样，在相应的进行吸引的元件（永磁体、支架元件、转子本体）之间的磁的保持力由于此时重新均匀分布的磁通量而大大降低，从而能够通过简单的辅助工具、例如楔子简单并快速地重新拆卸永磁体和/或支架元件。在此能够将多个棒连接为一个滑阀，从而能够通过将滑阀推入凹槽中而特别容易且快速地将永磁体重新从转子本体中拆卸。
如果由永磁体产生的磁的保持力（吸引力）不足以将永磁体安全地保持在转子本体上，那么能够通过以下的方式附加地提高该保持力，即在永磁体和转子本体之间或在永磁体和支架元件之间和/或在支架元件和转子本体之间涂覆粘合层，从而使得永磁体除了通过磁的保持连接装置外还通过粘合连接装置保持在转子本体上。永磁体在这种情况下仅通过磁的保持力和由胶粘剂产生的粘合力保持在转子本体上。
但是必须在此说明的是，也有可能的情况是，除了磁的连接装置和可能存在的粘合连接装置之外，利用附加的机械的固定工具将永磁体固定在转子本体上，以便由此可靠地将永磁体特别安全地保持在转子本体上。
此外还必须在此说明的是，电机优选地具有大于1MW的电功率。
此外还必须说明的是，永磁体的朝向转子本体的圆周的面或支架元件的朝向和/或背对转子本体的圆周的面不必一定如在实施例中所示出的一样是平坦的，而是也能够相应于圆周的曲率而弯曲。
此外还必须说明的是，不必一定将永磁体设计为一体，而是也能够以被组合成为一个较大的永磁体的多个永磁体的方式存在。因此例如在图14中在旋转轴线R的方向上顺次连续地布置了多个永磁体并且形成一个这样的较大的永磁体。此外，永磁体也能够彼此平行地（例如如在图1中所示出的那样）布置。

Claims (9)

1.一种用于电机（1）的转子，其中，所述转子（5）具有转子本体（4），其中，在所述转子本体（4）的圆周（11，11′）上布置永磁体（3），其中，所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的被所述永磁体（3）覆盖的区域（22）具有至少一个凹进部（2），和/或所述永磁体（3）的朝向所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的面（8）具有至少一个凹进部（2），其中，所述永磁体（3）相应地贴合在所述转子本体（4）上的贴合面由于所述凹进部的缘故占所述永磁体的朝向所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的所述面（8）的侧面的20%和85%之间。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述永磁体（3）相应地贴合在所述转子本体（4）上的所述贴合面由于所述凹进部的缘故占所述永磁体（3）的朝向所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的所述面（8）的侧面的45%和55%之间。
3.一种用于电机的转子，其中，所述转子具有转子本体（4），其中，在所述转子本体（4）的圆周（11，11′）上布置铁磁性的支架元件（15），其中，在所述支架元件（15）的背对所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的面（16）上布置至少一个永磁体（3），其中，所述支架元件（15）的朝向所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的面（17）具有至少一个凹进部（2′′），和/或所述支架元件（15）的背对所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的所述面（16）具有至少一个凹进部（2′）。
4.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，所述支架元件（15）相应地贴合在所述转子本体（4）上的贴合面由于所述凹进部（2′′）的缘故占所述支架元件（15）的朝向所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的所述面（17）的侧面的20%和85%之间，和/或所述永磁体（3）相应地贴合在所述支架元件（15）上的贴合面由于所述凹进部（2′）的缘故占所述支架元件（15）的背对所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的所述面（16）的侧面的20%和85%之间。
5.根据权利要求3或4所述的转子，其特征在于，所述支架元件（15）相应地贴合在所述转子本体（4）上的所述贴合面由于所述凹进部（2′′）的缘故占所述支架元件（15）的朝向所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的所述面（17）的侧面的45%和55%之间，和/或所述永磁体（3）相应地贴合在所述支架元件（15）上的贴合面由于所述凹进部（2′）的缘故占所述支架元件（15）的背对所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的所述面（16）的侧面的45%和55%之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述凹进部（2）以凹槽的形式实现，其中，所述凹槽的方向相对于所述永磁体（3）的朝向所述转子本体（4）的所述圆周（11，11′）的所述面（8）平行地延伸。
7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，所述凹槽具有正方形的、长方形的、圆形的、梯形的或v形的形状。
8.一种电机，其中，所述电机设计为电动机或发电机，其中，所述电机具有根据权利要求1至7中任一项所述的转子。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述发电机设计为风力发电机。
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