CN104838564A - 用于电机的转子、电机和用于制造电机的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于电机的转子，包括转子芯，该转子芯具有多个转子片(RS1)，多个转子片(RS1)中的每个转子片包括多个磁通导引部段(FG1，FG2，FG3，FG4)，多个磁通导引部段中的每个磁通导引部段包括多个磁通路径(P1，P2，P3，P4)和多个隔磁磁桥(B1，B2，B3，B4)，多个磁通导引部段包括第一磁通导引部段(FG1)和第二磁通导引部段(FG2)，在该第一磁通导引部段中，多个隔磁磁桥中的第一数量的隔磁磁桥具有截断隔磁磁桥的桥接部(BR1)，在该第二磁通导引部段中，多个隔磁磁桥中的第二数量的隔磁磁桥具有截断隔磁磁桥的桥接部(BR2)，所述桥接部中的每个桥接部由具有高磁导的材料制成。第一数量与第二数量不同。

Description

用于电机的转子、电机和用于制造电机的方法

技术领域

本发明涉及用于电机的转子。本发明还涉及包括所述转子的电机并且涉及用于制造电机的方法。

背景技术

在设置有沿着转子的圆周大致以相等间隔布置的复数个磁极的电机转子中，每个磁极具有直极轴或直轴。两个相邻的直极轴形成角，该角被交轴平分。与直极轴对应的电抗(reactance)被称作直轴电抗，而与交轴对应的电抗被称作交轴电抗。磁阻扭矩与交轴电抗的倒数值和直轴电抗的倒数值的差成比例，该差值可以被写成1/X_q-1/X_d。因此，可以通过增大直轴电抗或通过减小交轴电抗来增加磁阻扭矩。

已知的磁阻电机的转子包括具有沿轴向方向叠置的多个相同的转子片的转子芯。多个转子片中的每个转子片包括沿着转子片的周向方向定位的多个磁通导引部段，多个磁通导引部段中的每个磁通导引部段包括由具有高磁导的材料制成的多个磁通路径和由具有低磁导的材料制成的多个隔磁磁桥(flux barrier)。磁通路径和隔磁磁桥沿着磁通导引部段的径向方向交替地定位。鉴于机械的原因，由具有高磁导的材料制成的桥接部连接相邻的磁通路径。在相应的磁通导引部段中定位成距转子片的中心轴线最近的每个隔磁磁桥具有大致在磁通导引部段的交轴处横跨隔磁磁桥的桥接部。另外，在相应的磁通导引部段中定位成距转子片的中心轴线第二近的每个隔磁磁桥具有大致在磁通导引部段的交轴处横跨隔磁磁桥的桥接部。

桥接部应该尽可能窄，以避免从一个磁通路径至另一磁通路径的不期望的泄漏磁通。泄漏磁通降低了效率且减小了最大扭矩并且增加了空载电流从而使电机的电气性能劣化。因此，桥接部越窄电机的电气性能越好。

通常，通过在铁磁片中冲压隔磁磁桥和其他所需的开口并且堆叠这些片以形成转子芯来制造磁阻电机的转子。通过冲压制造的多个转子片叠置在端板之间，多个转子片由延伸通过转子片的螺栓附接至端板。

与冲压相关的问题在于不能通过冲压形成窄的桥接部。

发明内容

本发明的目的是提高包括如下转子片的电机的电气性能，该转子片包括桥接部同时能够通过冲压来获得。本发明的目的通过由独立权利要求1中陈述的内容来表征的转子来实现。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。

本发明基于的是提供如下转子片的构思，该转子片包括至少两个类型的磁通导引部段，每个所述类型的磁通导引部段与其余类型的磁通导引部段相比具有不同数量的带有桥接部的隔磁磁桥。在转子中，转子片布置成使得在沿轴向方向与第一类型磁通导引部段相邻的位置处设置有第二类型磁通导引部段。由于转子片彼此轴向地压靠，因此第一磁通导引部段的隔磁磁桥中的桥接部也能够支承沿轴向方向与第一磁通导引部段相邻定位的第二磁通导引部段的隔磁磁桥。在轴向串联的隔磁磁桥中，一些隔磁磁桥具有桥接部并且其他隔磁磁桥不具有桥接部。因此，轴向串联的隔磁磁桥的平均桥接部宽度小于轴向串联的隔磁磁桥的实际桥接部的平均桥接部宽度。

本发明的优点是在不需要减小桥接部宽度的情况下可以提高具有包括横跨隔磁磁桥的桥接部的转子片的电机的电气性能。在某种程度上，本发明在不需要减小桥接部实际宽度的情况下减小了桥接部的有效宽度。

附图说明

下面将参照附图根据优选实施方式对本发明进行更详细地描述，在附图中：

图1示出了根据本发明的实施方式的转子的四个相继的转子片；

图2示出了根据本发明的另一实施方式的转子的转子片；

图3示出了轴向地叠置的四个图2的转子片；以及

图4示出了包括图3的转子片堆的转子。

具体实施方式

图1示出了转子片RS1、RS2、RS3和RS4，所述转子片RS1、RS2、RS3和RS4是根据本发明的实施方式的四极转子的转子芯的相继的转子片。转子片RS1至RS4适用于同步磁阻电机。在转子芯中，转子片RS1至RS4轴向地叠置使得转子片RS2叠置在转子片RS1与转子片RS3之间，并且转子片RS3叠置在转子片RS2与转子片RS4之间。

转子片RS1至RS4中的每个转子片包括沿着转子片的周向方向定位的磁通导引部段FG1、FG2、FG3和FG4。磁通导引部段FG1至FG4中的每个磁通导引部段包括由具有高磁导的材料制成的磁通路径P1、P2、P3和P4以及由具有低磁导的材料制成的隔磁磁桥B1、B2、B3和B4。磁通路径和隔磁磁桥沿着对应的磁通导引部段的径向方向交替地定位。

磁通路径P1至P4布置成将磁通量从磁通路径的第一极端引导至其第二极端，第一极端和第二极端两者终止在转子表面处并且在转子表面处沿其圆周的方向彼此间隔开。磁通路径P1至P3以下述方式定形状：周向极端即在上文被称作第一极端和第二极端的这些极端处于距转子的中轴线比正讨论的磁通路径的中央部分的外表面大致更远的径向距离处。磁通路径P1至P3是向内弯曲的。

每个隔磁磁桥B1至B4布置成增加直轴电抗与交轴电抗的比。换句话说，每个隔磁磁桥B1至B4布置成在由具有高磁导的材料制成的相邻的元件之间提供高磁阻。

转子片RS1至RS4中的每个转子片还包括中央部段RCS。中央部段RCS呈大致X形，其中，X的每个稍端延伸至转子的表面。每个磁极的直极轴d_A穿过中央部段RCS的延伸至转子表面的部分。在中央部段RCS的中部存在孔RH，该孔RH布置成接纳转子轴。

中央部段RCS由具有高磁导的材料制成。因此，中央部段RCS形成用于每个磁通导引部段的中央磁通路径P0。每个中央磁通路径P0邻近相应的隔磁磁桥B1定位，并且布置成将磁通量从中央磁通路径的第一极端引导至其第二极端，所述第一极端和第二极端两者终止在转子表面处。

转子片RS1至RS4彼此相同。在转子芯中，相继的转子片被偏置π/4弧度(90°)，其中，转子片RS2的磁通导引部段FG4叠置在转子片RS1的磁通导引部段FG1与转子片RS3的磁通导引部段FG3之间，并且转子片RS3的磁通导引部段FG3叠置在转子片RS2的磁通导引部段FG4与转子片RS4的磁通导引部段FG2之间。

在磁通导引部段FG1中，隔磁磁桥B1至B4中没有一个隔磁磁桥具有截断隔磁磁桥的桥接部。在磁通导引部段FG2中，桥接部BR21截断隔磁磁桥B1，桥接部BR22截断隔磁磁桥B2，并且桥接部BR23截断隔磁磁桥B3。在磁通导引部段FG3中，桥接部BR31截断隔磁磁桥B1。在磁通导引部段FG4中，桥接部BR41截断隔磁磁桥B1并且桥接部BR42截断隔磁磁桥B2。除桥接部的数量之外，磁通导引部段FG1、FG2、FG3和FG4彼此相同。

在图1的实施方式中，桥接部中的每个桥接部定位成使得转子的交轴穿过桥接部。图1中仅示出了穿过转子片RS1的磁通导引部段FG1的交轴q_A以及两个直极轴d_A，该交轴q_A平分由两个直极轴d_A形成的角。桥接部中的每个桥接部关于相应的交轴对称。另外，每个桥接部的宽度基本上相同。

转子片RS1至RS4中的每个转子片包括的靠近转子片的中心轴线的桥接部比远离转子片的中心轴线的桥接部更多。在转子片RS1至RS4中的每个转子片中，最内部的隔磁磁桥B1具有总计三个桥接部，而隔磁磁桥B2具有总计两个桥接部，并且隔磁磁桥B3具有总计一个桥接部。

转子片RS1至RS4中的每个转子片包括多个连接孔口。每个磁通路径P1包括连接孔口CA1，每个磁通路径P2包括连接孔口CA2，并且每个磁通路径P3包括连接孔口CA3。连接孔口适用于接纳用于将叠置的转子片按压在一起的螺栓或棒。替代性地，转子片可以通过例如胶合彼此附接。

图2示出了根据本发明的另一实施方式的转子的转子片RS1’。转子片RS1’包括沿着转子片RS1’的周向方向定位的磁通导引部段FG1’、FG2’、FG3’和FG4’。磁通导引部段FG1’至FG4’中的每个磁通导引部段包括由具有高磁导的材料制成的磁通路径P1’、P2’、P3’和P4’以及由具有低磁导的材料制成的隔磁磁桥B1’、B2’、B3’和B4’。磁通路径和隔磁磁桥沿着对应的磁通导引部段的径向方向交替地定位。

在磁通导引部段FG1’中，隔磁磁桥B1’至B4’中没有一个隔磁磁桥具有截断隔磁磁桥的桥接部。磁通导引部段FG3’与磁通导引部段FG1’相同。磁通导引部段FG3’距磁通导引部段FG1’π弧度(180°)定位。在磁通导引部段FG2’中，桥接部BR21’截断隔磁磁桥B1’，并且桥接部BR22’截断隔磁磁桥B2’。在磁通导引部段FG4’中，桥接部BR41’截断隔磁磁桥B1’，并且桥接部BR42’截断隔磁磁桥B2’。磁通导引部段FG4’与磁通导引部段FG2’相同。磁通导引部段FG4’距磁通导引部段FG2’π弧度(180°)定位。除桥接部之外，磁通导引部段FG1’和FG2’彼此相同。

磁通导引部段FG2’和FG4’中的桥接部定位成使得转子的交轴穿过所述桥接部。桥接部BR21’、BR22’、BR41’和BR42’中的每个桥接部关于对应的交轴对称。每个桥接部的宽度基本上相同。

转子片RS1’关于竖直线和水平线两者均对称，竖直线与平分磁通导引部段FG1’的交轴一致，并且水平线与平分磁通导引部段FG2’的交轴一致。

转子片RS1’包括的靠近转子片的中心轴线的桥接部比远离转子片的中心轴线的桥接部更多。最内部的隔磁磁桥B1’具有总计两个桥接部。隔磁磁桥B2’也具有总计两个桥接部。最外部的隔磁磁桥B3’和B4’不具有任何桥接部。

转子片RS1’包括多个连接孔口。每个磁通路径P1’包括连接孔口CA1’，并且每个磁通路径P2’包括连接孔口CA2’。连接孔口适用于接纳用于将叠置的转子片按压在一起的螺栓。

图3示出叠置的四个转子片，转子片中的每一个转子片与图2中所示的转子片RS1’相同。相继的转子片被偏置π/4弧度(90°)。

在又一实施方式中，转子芯具有沿轴向方向叠置的多个转子片，多个转子片布置成多个转子片组。每个转子片组包括至少一个转子片，每组中的转子片沿轴向方向彼此相继地定位。每个转子片组中的转子片彼此相同。同样，转子片组中的转子片的位置相同，这意味着包括多于一个转子片的转子片组中的每个磁通导引部段与相同的磁通导引部段相邻的定位。换句话说，在转子片组中，相同的磁通导引部段对准，而在相邻的转子片组中，对应的磁通导引部段被偏置预定角度α。预定角度α可以通过如下等式定义：

$\mathrm{\α}=\frac{2\mathrm{\π}}{N_{FGS}}$

其中，N_FGS是转子片中的磁通导引部段的数量。转子片中的磁通导引部段的数量等于极点的数量。

在一些实施方式中，预定的偏置角度α₁可以与相邻的极点之间的角度不同。然而，预定角度α₁总是大于相邻的极点之间的角度的一半。

图1和图2示出了四极转子的转子片。然而，本发明可用于任何数量的极点。

图1和图2中示出的每个转子片包括周缘桥接部组件。周缘桥接部组件包括由具有高磁导的材料制成的多个周缘桥接部。周缘桥接部与磁通路径的外部部分一起形成由具有高磁导的材料制成的完整的环，该完整的环限定了相应的转子片的外圆周。完整的环加强了转子片的结构。

图1和图2中所示的桥接部是位于对应的磁通导引部段的交轴处的径向桥接部。替代性实施方式可包括不同类型的桥接部，比如切向桥接部。同样，桥接部的位置可以与图1和图2中所示的桥接部的位置不同。

基于电机的类型来选择具有低磁导的材料。在磁阻马达中，隔磁磁桥可填充有对于磁通量和电均为弱传导性的固态或粉末物质。根据该实施方式，有用的物质包括树脂、塑料和碳纤维。自然地，在一些实施方式中，具有低磁导的材料可以是空气。

本发明并不限于磁阻电机。例如，可以在永磁电机中使用根据本发明的转子。基本上，可以在具有桥接部的任何叠置型的转子中使用本发明。

图4示出了包括图3的转子片堆的转子。转子还包括端板PL1’和端板PL2’。端板PL1’位于转子的第一端部处，并且端板PL2’位于转子的第二端部处。四个转子片由延伸通过连接孔口CA1’和CA2’的螺栓BT’按压在端板PL1’与端板PL’2之间。

图1中所示的转子片RS1至RS4和图2中所示的转子片RS1’可以由铁磁板通过冲压制造。转子片可以通过单一的冲压过程形成，其中，同样地，隔磁磁桥的桥接部通过单一的冲压过程形成。转子可排他地包括一个类型的转子片，在该情况下，转子片可以由一个冲压工具形成。所述一个类型的转子片可以为了叠置而自动地旋转。

对于本领域所属技术人员明显的是本发明的构思可以以多种方式实施。本发明及其实施方式不限于以上描述的示例而可以在权利要求的范围内变化。

Claims (13)

1.一种用于电机的转子，包括转子芯，所述转子芯具有沿轴向方向叠置的多个转子片(RS1，RS2，RS3，RS4)，所述多个转子片(RS1，RS2，RS3，RS4)中的每个转子片包括沿所述转子片的周向方向定位的多个磁通导引部段(FG1，FG2，FG3，FG4)，所述多个磁通导引部段(FG1，FG2，FG3，FG4)中的每个磁通导引部段包括由具有高磁导的材料制成的多个磁通路径(P1，P2，P3，P4)和由具有低磁导的材料制成的多个隔磁磁桥(B1，B2，B3，B4)，所述多个磁通路径(P1，P2，P3，P4)和所述多个隔磁磁桥(B1，B2，B3，B4)沿着所述磁通导引部段的径向方向交替地定位，所述多个磁通导引部段(FG1，FG2，FG3，FG4)包括第一磁通导引部段(FG1)和第二磁通导引部段(FG2)，在所述第一磁通导引部段(FG1)中，所述多个隔磁磁桥(B1，B2，B3，B4)中的第一数量的隔磁磁桥具有截断所述隔磁磁桥(B1，B2，B3，B4)的桥接部(BR1)，在所述第二磁通导引部段(FG2)中，所述多个隔磁磁桥(B1，B2，B3，B4)中的第二数量的隔磁磁桥具有截断所述隔磁磁桥(B1，B2，B3，B4)的桥接部(BR2)，所述桥接部中的每个桥接部由具有高磁导的材料制成，其特征在于，所述第一数量与所述第二数量不同。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述多个转子片(RS1，RS2，RS3，RS4)布置成多个转子片组，每个转子片组包括至少一个转子片，每组中的转子片沿所述轴向方向彼此相继地定位，在每个转子片组中，第一磁通导引部段(FG1)对准，而一组中的第一磁通导引部段(FG1)与相邻组中的第一磁通导引部段相比被偏置了预定角度(α)。

3.根据权利要求2所述的转子，其特征在于，所述预定角度(α)由下述等式定义：

$\mathrm{\α}=\frac{2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{FGS}}}$

其中，N_FGS为转子片中的磁通导引部段的数量。

4.根据权利要求2或3所述的转子，其特征在于，所述多个转子片(RS1，RS2，RS3，RS4)中的每个转子片与所述多个转子片中的其余转子片相同。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，每个磁通导引部段(FG1，FG2，FG3，FG4)与其他磁通导引部段相比具有相同数量的磁通路径和相同数量的隔磁磁桥。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，每个桥接部的宽度大致相同。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述桥接部中的每个桥接部定位成使得所述转子的交轴(q_A)穿过所述桥接部。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述多个转子片(RS1，RS2，RS3，RS4)中的每个转子片包括的靠近所述转子片的中心轴线的桥接部比远离所述转子片的所述中心轴线的桥接部更多。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述转子还包括一对端板，每个端板(PL1’，PL2’)位于所述转子的相应端部处，所述多个转子片(RS1’)叠置在所述端板(PL1’，PL2’)之间。

10.根据权利要求9所述的转子，其特征在于，所述多个转子片(RS1’)中的每个转子片包括多个连接孔口(CA1’，CA2’)，所述多个转子片(RS1’)由延伸穿过所述连接孔口(CA1’，CA2’)的螺栓(BT’)按压在所述端板(PL1’，PL2’)之间。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述转子为用于磁阻电机的转子。

12.一种包括转子和定子的电机，其特征在于，所述电机的所述转子为根据权利要求1至11中的任一项所述的转子。

13.一种用于制造根据权利要求12所述的电机的方法，其特征在于，所述方法包括提供多个转子片的步骤，所述步骤包括冲压过程。