CN103155363A - 包括覆盖磁体的被添加极靴的转子和旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转电机（1）的转子（2），所述转子包括：一个毂，所述毂包括一叠片材；永磁体，所述永磁体布置在所述叠片材的表面上；极靴，所述极靴覆盖所述磁体；以及附装装置，所述附装装置用于将所述极靴保持在所述毂上。

Description

包括覆盖磁体的被添加极靴的转子和旋转电机

技术领域

本发明涉及一种用于旋转电机的转子和包括这种转子的旋转电机。

背景技术

专利申请JP-10-336929披露了一种带有永磁体的转子，其中所述磁体放置在形成座部的多个部件上，其自身附装到转子体上，所述磁体由装配的极靴覆盖。附装螺钉接合在形成所述座部的所述部件中以及接合在所述极靴中。

同样已知一种包括插入在一叠片材的外壳中的埋入式磁体的转子。因为磁通量的某一部分在绕所述外壳延伸的片材的部分中在所述磁体的磁极之间行进，所以发生磁损耗。

发明内容

本发明的目标是通过根据本发明的一方面提出一种转子来进一步增强旋转电机的转子，所述转子包括：

-毂，所述毂包括一叠片材，

-磁体，所述磁体布置在所述叠片材的表面上，

-装配的极靴，所述装配的极靴覆盖所述磁体，以及

-附装装置，所述附装装置用于将所述极靴保持在所述毂上。

所述附装装置在示例性实施例中可以是非磁性的。

所述磁体受所述装配的极靴保护，但没有磁漏的缺点。

减少磁漏使得可以减轻必需的磁体的重量，并因此获得更便宜制造的转子。可以例如减少磁体的数量。

此外，在本发明中，所述磁体在不使用形成座部的多个部件的情况下直接放置在所述毂的表面上，这显著简化了装配。

本发明使得可以在相等的功率输出的情况下减小所述电机的体积。

装配的极靴的存在使得可以防止由涡电流导致的某些损耗，特别是在带有例如在10rpm和5000rpm之间、例如在800rpm和2000rpm之间的相对高转速的电机的情况下是这样。

此外，所述磁体附装到所述叠片材上是特别稳定的。具体地，所述磁体不仅仅是通过粘合、套箍或自锁而保持在大量片材内的。优选地不通过粘合也不通过套箍和自锁来保持根据本发明的所述磁体。所述磁体优选地不被粘合。

根据本发明的所述电机可以有利地生成约几个MW量级的功率。所生成的功率可以特别地在10kW和20MW之间。

根据本发明的转子可以是应用简单并在装配期间确保良好安全性的装配方法的结果。

因为所述磁体的存在，所以所述转子可以没有绕组。

所述附装装置可以通过所述磁体。可以在装配期间刺穿所述磁体，或作为一种变型，制造有适当孔洞的所述磁体。

所述附装装置可以包括非磁性的或磁性的螺钉。所述螺钉包括可以位于在所述极靴中布置的凹部中在所述极靴的径向外表面上露出的螺钉头部。所述螺钉头部可以位于垫圈上。可以将所述螺钉头部从所述极靴的径向外表面回缩。作为一种变型，所述螺钉由螺杆和螺帽替代。

所述附装装置可以以非磁性材料生产。例如在螺钉的情况下，头部和主体可以是非磁性的。其可以例如以非磁性材料例如钢（例如A480铬-镍钢）制作。

所述附装装置可以在所述转子的装配期间经所述转子的径向外侧与所述极靴接合。如果所述转子具有相对少数量的磁极，例如少于10个或12个磁极，则这可能是有利的。

所述附装装置可以接合在插入到所述毂的所述叠片材中的磁棒上，在所述毂的整个长度上充分地延伸。杆棒可以是一体的，或作为一种变型包括多个元件。所述杆棒可以保持在布置在所述叠片材中的滑轨中。所述滑轨可以在所述毂的所述叠片材的径向外表面上出现，或其可以不出现。在后面的情况下，所述毂的所述叠片材可以包括在所述滑轨中出现并在装配期间允许所述附装装置通过的通孔。作为一种变型，所述叠片材包括在所述毂的外围上在外侧的纵向插槽，所述插槽允许所述附装装置通过。所述滑轨可以具有倒T形，或作为一种变型，可以具有例如梯形。

可以通过用于所述毂的单个类型的片材来获得所述滑轨。作为一种变型，使用两种不同类型的片材，这可能是更昂贵的，但使得可以获得除了在用于所述附装装置的通路的位置之外不在所述毂的外围上出现的滑轨。作为另一变型，可以使用接合在T形或倒梯形滑轨中的T形或倒梯形磁棒，以便改进在所述磁体下磁通的传导。

至少一个极靴可以包括多个元件，所述元件沿所述转子的旋转轴线堆叠并优选地由至少一根系杆，更优地由至少两根纵向系杆或由至少一个纵向焊接部保持在一起。可以根据所述磁极的宽度挑选系杆的数量。

可以将至少一个极靴层叠。其可以由通过冲压或通过激光切割获得的绝缘或不绝缘的例如涂漆或阳极氧化的磁性片材叠构成。这使得可以减小由涡电流导致的表面损耗，显著减小相对于可能是实心的极靴的损耗，这改进了所述转子和包括所述转子的电机的效率。

作为一种变型，至少一个极靴和/或所述极靴的至少一个元件可以是实心的，例如通过磁粉的烧结来制作。

在一个实施例中，装配多个片材以便生产片材包形式的多个元件，然后装配所述元件以便生产一个极靴，然后刺穿所述极靴以便允许所述附装装置通过。可以用机械加工多个凹部以便容纳所述附装装置的一部分例如螺钉头部。

形成所述极靴的所述元件可以装配在包括例如支架的装配台上，可以将所述元件放置在所述支架上。

所述转子可以在每个磁极包括放置在所述毂的所述叠片材和每个极靴之间的用于保护所述磁体的非磁性侧向板。所述侧向板例如平行于经过旋转轴线的中位半径而定向，并且由导电非磁性材料例如铝制作。

每个磁极可以包括在所述磁体的任一侧面上端对端放置的至少两个侧向板或一系列的侧向板。每个磁极还可以包括放置在并排延伸的两个磁体或两行磁体之间的板或一系列中间板。

“一系列板”意思是沿所述转子的纵轴线端对端连续放置的多个板。一系列板可以由其长度基本等于所述系列板的总长度的单个板替代，所述长度是沿所述转子的纵轴线测量的。

所述侧向和/或中间板优选地接合在所述毂的所述叠片材和所述极靴之间形成的滑轨中。

因此，所述毂的所述叠片材可以包括使得可以引导所述板的第一纵向边缘的多个缺口。所述极靴可以包括使得可以引导与所述第一纵向边缘相反的所述板的第二纵向边缘的多个纵向缺口。

所述毂的所述叠片材可以包括布置在所述磁极之间的纵向通道，例如具有朝向外围变窄的轮廓。所述通道可以允许用来在所述磁体插入到所述极靴和所述毂之间时保持所述极靴离开所述毂，并在所述磁体已放置在适当位置之后将所述极靴降低到所述磁体上的工具例如起重器的定位。

作为一种变型，所述毂可以没有这种通道，所述磁体的插入以另一方式执行。

所述极靴可以包括沿所述转子的纵轴线延伸的侧向缺口，例如侧向凹槽。所述缺口可以用来将所述极靴保持在所述前述装配台上。后者可以包括可以插入到所述侧向凹槽中的固定用凸缘。

在所述极靴上侧向地存在的所述缺口还可以用于在所述极靴装配到所述转子毂期间借助于所述前述起重器保持所述极靴。

作为一种变型，所述极靴可以没有侧向缺口（特别是侧向凹槽）。在所述毂上的所述装配可以然后以另一方式执行。

本发明的另一主题是一种用于制造转子的方法，其中，在装配台上制造极靴，然后将因此制造的所述极靴放置在所述转子的一个毂上，同时布置被设计成接纳磁体的缝隙。磁体的插入可以通过将其放置在与所述毂在一条线上的插入台上，然后通过将其从所述插入台推入到在所述极靴和所述毂之间布置的所述缝隙来执行。然后，可以借助于前述起重器将所述极靴逐渐降低到所述磁体上。可以然后将所述附装装置紧固。所述插入台从所述毂分离。与所述毂在一条线上的所述插入台的附装可以借助于先前附装到所述毂的铆钉来执行。一旦所述插入台从所述毂分离，那么所述铆钉可以或可以不保留在所述毂内。

本发明的另一主题是一种包括如以上所描述的定子和转子的旋转电机。所述定子可以具有任意类型，例如带有集中式或分布式或其它绕组。所述转子可以包括在2个和300个之间的磁极。本发明对具有大量磁极的转子特别地有利。作为一种变型，所述转子可以包括数量少的磁极，例如少于12个磁极，或甚至少于10个磁极，例如8个或6个磁极，或仅4个磁极。

所述旋转电机可以是同步电机。其可以例如是电动机，例如泵的推进电动机、压缩机电动机，或是发电机，例如风轮机、水轮机或发电单元的发电机。

所述电机可以包括至少一个端板，所述端板支撑用于引导转子轴的至少一个轴承，包括至少一个孔洞或多孔洞、允许导轨被接合和移除以便当所述转子安装在所述定子中时引导支撑所述磁体的所述转子。

所述一个或多个孔洞可以由活板门，例如矩形的活板门封闭。

所述一个或多个孔洞可以具有多边形的特别是矩形或正方形的剖面。

所述孔洞的优选数量为四，但其数量范围例如从一到六。所述孔洞可以优选地绕旋转轴线角度平均地分布，并且放置在距所述轴线相同的距离，例如相对于旋转轴线相互对称。所述导轨接合在磁极间空间中的所述转子的所述毂上。

每个孔洞的中心优选地位于直径等于从气隙到旋转轴线的距离的圆上，因此每个孔洞位于面向所述气隙处。每个孔洞的剖面例如在10cm²和600cm²之间。所述孔洞可以与所述转子的多个通路一致。作为一种变型，特别是对于小型电机，可以将所述导轨固定在两个磁极之间。

如必需则可以由在所述定子的通道中的气态或液态冷却剂的循环系统来冷却所述定子，特别是如国际申请WO2009/103924中所描述的，其内容通过引用结合于此。

本发明的另一主题是一种包括定子和转子的旋转电机，所述转子包括：

-毂，所述毂包括一叠片材，

-磁体，所述磁体布置在所述叠片材上，

-装配的极靴，所述装配的极靴覆盖所述磁体，以及

-附装装置，所述附装装置用于将所述极靴保持在所述毂上，

所述电机还包括至少一个端板或，所述端板具有至少一个孔洞或甚至多个孔洞，所述端板允许导轨的接合与移除以便当所述转子安装在所述定子，特别是如在以上所定义的孔洞中时引导所述转子。

这种电机可以具有在以上关于本发明的第一方面所提到的特征中的一些或全部。

本发明的另一方面是一种用于制造包括如在以上所描述的转子和定子的旋转电机的方法，其中：

-将导轨放置在所述定子中，所述导轨优选地比所述转子更长，所述导轨能够包括使得更容易滑动的PTFE制成的垫块、在所述导轨上接合至少一个、优选两个的端板，以及

-使得所述转子沿所述导轨滑动。

所述一个或多个端板包括允许所述导轨通过并移除的至少一个孔洞或甚至多个孔洞。一旦在所述定子上装配了所述端板，则借助于由所述端板支撑的所述轴承沿旋转轴线保持所述转子，并然后可以通过一个或多个相关的端板的所述一个或多个孔洞移除所述导轨。所述端板之一在所述转子由所述端板支撑之前接合在所述导轨上。

由于将用于制造所述电机的方法优选地完全机械化，因此更容易控制各种部件的定位并确保所述磁极的更好的机械稳定性。因此可以更好地控制所述电机的噪声和振动以及所述制造方法的可重复性，后者的应用更简单且更安全。

作为一种变型，可以以另一方式制造所述电机。

附图说明

通过阅读后面的本发明的非限制性的多个示例性实施方案的以下详细说明并且通过查看附图将会更好地理解本发明，在附图中：

-图1是根据本发明的旋转电机的剖面的立体图，

-图2是图1的转子的立体图，

-图3是图1和图2的转子的一部分的立体示意和局部图，

-图4a和图4b是形成极靴的元件的前视图，

-图5是示出极靴装配到转子上的立体图，以及

-图6是极靴的安装的立体示意和局部图。

具体实施方式

在图1中所示的是包括同心的转子2和定子3的根据本发明的旋转电机1，定子3在外部并且转子2在内部，安装在带有其轴线X的轴4上。

定子3在所描述示例中包括通道6，冷却剂，特别是水在所述通道6中流动。

电机1还包括包围定子和转子的壳体8。壳体8包括支撑转子轴的轴承的端板8a，所述端板8a包括由活板门9封闭的多个孔洞，所述端板8a的作用将在以下进一步解释。

作为一种变型，所述电机可以是开放的，由空气流冷却，然后没有端板。

现在将参照图2至图4更详细描述电机1的转子2。

在所讨论的示例中，转子2包括放置在包括一叠片材的毂12上的八个磁极11。每个磁极11包括安装在毂12的表面上的永磁体14，以及覆盖所述磁体14的装配的极靴15。非磁性附装装置16确保毂12中的所述极靴附装在多个保持杆31上。

在所讨论的示例中，每个磁极11包括并排放置的两行磁体14。每行磁体包括沿旋转轴线X连续的十个磁体14，因此在所描述的示例中每个磁极11包括总共二十个磁体14。磁体的NS轴线是基本上径向的，N和S磁极沿周向交替。

自然地，即使状况是其他方式并且即使每个磁极11都包括不同数量的磁体14，仍不背离本发明的范围。

使用相对高数量的磁体14是有利的，因为这使得更容易制造磁极并操作磁体，后者相对更强效。

磁极11的极靴15包括沿轴线X的一系列元件15a，在所描述的示例中数量是十，所述数量能够是不同的。

在所描述的示例中，将所述极靴15层叠。每个元件15a可以由被夹具或其他装置保持在一起的片材组来形成。由在所讨论的示例中数量为每极靴三根的多个系杆18来保持所述元件15a堆叠，但所述数量可以是不同的。

在图4a中示出了元件15a。

所述图示出了在片材中布置的用于所述系杆18通过的穿孔19。

所述极靴15可以包括如在以下所解释的当其被安装时有用的侧向凹槽20，或相反地没有这种凹槽，如在图4b中所示出。

每个极靴15包括用于附装装置16的多个通路。在所讨论的示例中，附装装置16是包括头部21和螺钉杆130的非磁性螺钉，所述头部21和螺钉杆130都是非磁性的。极靴15包括用于接收所述螺钉头部的凹部21和用于所述螺钉杆通过的穿孔22。所述螺钉头部21一旦在适当位置则从装配的极靴15的径向外表面回退，如在图3中所示出的。

所述极靴15还包括与毂12的对应的纵向凹槽26一起形成滑轨的纵向肋部25，所述滑轨被设计成接收在毂12和所述极靴15之间延伸的多个导电侧向板27以便侧向地保护所述磁体14。

每个极靴15包括平行于轴线X延伸的一个中间凹槽125，并且毂12包括面向后者的对应凹槽126，因此形成滑轨以用于接收没有在图中出现地放置在磁极的两行磁体14之间的一个或更多个中间板127。

附装装置16与在毂12的滑轨32中插入的杆棒31接合。所述滑轨32在所描述示例中是倒T形，其中，纵向插槽141出现在形成于毂12中的放大腔室142上。所述杆棒31具有正方形或矩形的剖面。所述螺钉21的螺钉杆130通过插槽141，并被拧入到所述杆棒31的螺纹中。放置在所述螺钉头部下方的垫圈33改进了力的分布。

优选地在不使用形成座部的中间件的情况下，将所述磁体14直接放置在毂12的径向外表面上。

形成毂12的磁性片材可以被冲压或由激光切割。这可以在毂的所述叠片材的表面上生成某些不规则性。为矫正所述不规则性，可以打磨形成毂的所述叠片材的表面。作为一种变型，可以在所述叠片材和所述磁体之间放置由可以可选地电气绝缘的机械性保护材料，例如NomexTM制成的片材。

毂12包括被设计成接收起重器脚部的纵向通道35和用于插入台40的附装的铆钉37，如将在以下所描述的。

形成毂12的所述叠片材由铆钉39保持在一起。作为一种变型，可以将其直接套箍到电机的轴上。

现在将详细描述用于制造转子2的方法。

制造毂12。在制造毂12的第一步中，将已涂漆磁性片材堆叠以便产生形成毂的所述叠片材。在由铆钉39附装之前将所述片材挤压在一起。

将所述叠片材安装在电机的轴4上。

独立于用于制造毂12的所述步骤，制造所述极靴15。

为完成所述制造，在安装台40上装配所述元件15a，如在图6中所示出。每个元件15a由一叠已涂漆磁性片材构成。极靴15可以例如包括在1个和20个之间、特别是在2个和15个之间的元件15a。

在所述元件15的装配之后，借助于系杆18或纵向焊接部将其附装。使用系杆18的价值是其提供片材组件的压力的更好的控制。

在下一步骤中，被设计成接收附装装置16例如对于被设计成借助于二十个螺钉附装到毂的极靴数量为二十的凹部21和穿孔22在刚好被装配的极靴15中产生。

通过作用于接合在所述凹槽20中的紧固夹212上的紧固螺钉211将每个元件15a压靠装配台40的支架210。

最终，将每个极靴15放置于在毂12上的适当位置，同时借助于所述起重器41保持所述极靴，所述起重器的脚部接合在所述纵向通道35中，并且所述起重器的头部接合在所述侧向凹槽20中，如在图5中所示出的，并且通过用所述铆钉37将插入台340附装到毂12而将所述其安装在毂12上。

所述起重器41在所示出的示例中是由手柄操作的螺钉起重器。

在将所述磁体放在适当位置之前并在将每个极靴15降低到所述磁体14上之前，将板27和127放置在毂12和所述极靴15之间。所述板使得可以在每个磁极包括两行邻接磁体（其中并排放置的磁体相互排斥）时减弱循环电流，保护并改进磁体的引导。

最终，板27和127引导所述极靴15的安装。

可以或可以不在装配结束时移除所述一个或多个中间板127。如果将其移除，则其释放空间，这使得可以改进转子中空气的循环。

通过借助于推动器43引导所述磁体14而将其逐个插入在毂12和所述极靴15之间，以及插入在所述侧向板27之间，所述推动器借助于相关联手柄44可动。在所示出的示例中，插入台340包括两个推动器43和两个相关联的手柄44以便将两行邻接磁体放置在适当位置。

将所述磁体14放置在适当位置可能是笨拙的。特别是对于1米长的转子而言，由所述磁体引起的背向力可能是约3吨的量级。插入台340使得可以以简单、容易且可靠的方式将所述磁体14插入并将其带入到适当位置。将转子的所述叠片材和所述极靴15正确地对齐中能够是有用的。因此，可以将插入台340的底部放置在毂12上的支座中。

将所述磁体14放置在包括支座以便防止所述磁体脱离的插入台340的外壳中。然后磁体进入毂和极靴之间的缝隙，并通过磁引力挤压毂。插入台340可以包括小于接收磁体的缝隙的窗口以便允许所述磁体在其外壳中更容易定心。

可以在没有润滑剂或有润滑剂的情况下将所述磁体放置在适当位置。

最终，使用附装装置16，将极靴15和所述磁体14预装配到毂。然后通过操作所述起重器41将所述极靴15降低到所述磁体14上，并且将附装装置16紧固。

无需浸渍转子，因为电机的操作温度所以这可能是有利的。

可以或可以不移除允许安装插入台的所述铆钉37。如果将其留在原位，则其有助于保持转子。

最终，在最后的步骤中，将转子2安装在定子3中。为此，将导轨放置在定子中，所述导轨优选地比转子更长，并且所述导轨能够包括使得滑动更容易的PTFE垫块。通过将转子沿所述导轨滑动，以定心方式将所述转子插入到所述定子中。

支撑轴的轴承的所述端板8a接合在所述导轨中。

将所述端板8a装配到定子。每个端板8a包括允许所述导轨通过的孔洞。可以借助于所述端板孔洞移除所述导轨，并然后用所述活板门9封闭所述孔洞。

本发明不限于刚刚已经说明的所述实例。

转子可以特别地包括不同数量的磁极。

表述“包括一个”与“包括至少一个”同义，除非有相反指定。

Claims (13)

1.一种用于旋转电机（1）的转子（2），所述转子（2）包括：

-毂（12），所述毂包括一叠片材，

-永磁体（14），所述永磁体布置在所述叠片材的表面上，

-极靴（15），所述极靴覆盖所述磁体（14），以及

-附装装置（16），所述附装装置（16）用于将所述装配的极靴（15）保持在所述毂（12）上。

2.根据权利要求1所述的转子，所述附装装置（16）穿过所述磁体（14）。

3.根据前述权利要求之一所述的转子，所述附装装置（16）是非磁性的，特别包括非磁性螺钉（14）。

4.根据前项权利要求所述的转子，所述螺钉包括从所述极靴（15）的径向外表面回缩的头部。

5.根据前述权利要求中任意一项所述的转子，所述附装装置（16）经由所述转子的径向外侧接合至所述极靴（15）中。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的转子，所述非磁性附装装置（16）接合在插入到所述毂（12）的所述叠片材中的杆棒（31）上。

7.根据前项权利要求所述的转子，所述杆棒（31）保持在所述毂（12）的所述叠片材中布置的滑轨中。

8.根据前述权利要求中任意一项所述的转子，至少一个极靴（15）包括多个元件（15a），所述元件沿旋转轴线（X）堆叠并特别地由系杆（18）保持在一起。

9.根据前述权利要求中任意一项所述的转子，包括侧向板（27），所述侧向板（27）用于保护所述磁体、放置在所述毂（12）的所述叠片材和所述极靴（15）之间，所述板优选地接合在所述毂的所述叠片材和所述极靴之间形成的滑轨中。

10.根据前述权利要求中任意一项所述的转子，所述极靴（15）包括侧向凹槽（20）。

11.根据前述权利要求中任意一项所述的转子，所述叠片材包括布置在所述磁极（11）之间的纵向通道（35）。

12.一种旋转电机（1），包括定子（3）和根据前述权利要求中任意一项所述的转子（2）。

13.根据前项权利要求所述的电机，包括至少一个端板（8a），所述至少一个端板（8a）包括被活板门（9）封闭的至少一个孔洞或者甚至多个孔洞。

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