CN106253514A - 用于旋转电机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于旋转电机的转子，该转子装配成围绕轴线(X)旋转，并包括一对磁轮(17)，每个磁轮具有凸缘(18)和多个磁极(19)。每个磁极(19)从凸缘(18)朝向自由端部(26)轴向延伸并具有外表面(27)。所述至少一个磁轮(17)的至少一个磁极(19)的外表面(27)具有至少一个减小区段(29)。所述减小区段(29)被构造成使得所述外表面(27)和所述转子(4)的轴线(X)之间的半径在沿着所述减小区段(29)朝向所述磁极(19)的自由端部(26)行进时减小。

Description

用于旋转电机的转子

技术领域

本发明涉及用于旋转电机的转子。

本发明在旋转电机领域，如交流发电机或交流发电机-起动机领域具有特别有利的用途。交流发电机-起动机是能够可逆地工作的旋转电机，首先，当作为交流发电机时作为发电机，并且其次作为电动机，尤其是为了起动机动车辆的热发动机。

背景技术

旋转电机包括旋转运动的转子，并具有恒定的机加工外径。这个旋转电机还包括固定的定子，该定子围绕所述转子。所述转子和定子由具有恒定宽度的气隙间隔开。当转子旋转时，它在定子上感应磁场，定子将该场转变成电流，以便供给车辆的电子装置并给电池充电。

另外，机动车辆具有逐渐增大的电能消耗，并因此要求旋转电机具有逐渐提高的性能，以便提供电能需求。改善旋转电机的性能的方案是增加转子的旋转速度。实际上，这使得有可能增加旋转电机的输出。

但是，增加旋转速度放大了与转子的爪的机械变形相对应的离心效应。由于离心效应，转子的爪可能由此在定子的内径上摩擦，并因而破坏旋转电机，或至少损坏它。

为了避免转子和定子之间摩擦的风险，气隙的宽度由此必须增大。但是，增加这个宽度量，使得转子远离定子移动，这导致旋转电机的性能下降。

发明内容

本发明的目的是使得有可能避免现有技术的缺点。

从而，本发明的目的是提供一种旋转电机，该旋转电机的电磁性能得以改善，同时，保证所述旋转电机对离心作用的良好抵抗。

因而，本发明的主题是用于旋转电机的转子。根据本发明，该转子被装配成使得围绕轴线旋转，并包括一对磁轮，该对磁轮的每一个具有凸缘和多个磁极，每个磁极从凸缘朝向自由端部轴向延伸，并且具有外表面，所述至少一个磁轮的至少一个磁极的所述外表面具有至少一个减小的区段，所述减小的区段被构造成使得在沿着所述减小的区段朝向所述磁极的自由端部行进时，所述外表面和所述转子的轴线之间的半径减小。

减小的区段也定义为属于包括转子的旋转轴线并且在磁极的轴向外表面上在第一端部和第二端部之间延伸的横截平面的区段，使得在所述旋转轴线和所述区段的第一端部之间的距离大于在所述旋转轴线和所述区段的第二端部之间的距离，所述第二端部比所述第一端部更靠近所述磁极的自由端部。换言之，当朝向所述磁极的自由端部行进时，所述磁极的外表面不平行于所述转子的轴线延伸，而是朝向所述转子的轴线延伸。

从而，在所述磁极处的转子的外径沿着所述转子的轴线不是恒定的。

限定为所述转子的外表面和与所述转子相关联的定子的内表面之间的间距的气隙的径向宽度由此不是恒定的。另外，这也使得所述气隙有可能在径向方向上具有这样的宽度，在轴向朝向所述磁极的自由端部行进时，该宽度增大。

气隙的宽度在朝向磁极的自由端部行进时增大这个事实使得获得如下的气隙宽度成为可能，该气隙宽度：

在磁极的从转子向定子通过的磁通量最大的部分处，即，对于磁极的靠近凸缘的部分处，相对小；且

在磁极的自由端部处相对大，该自由端部处是对抵抗转子旋转过程中的机械离心作用最敏感的区域。

实际上，尤其通过作用在转子磁极的包括自由端部的一部分上，关于磁极的全局离心作用的机械应力被减小。因此，这使得有可能减小最小气隙宽度值，同时保持磁极的自由端部处的气隙，该气隙在转子旋转时防止转子和定子之间的任何接触是可接受的。

具有这种类型的外表面的转子由此被设计成在给定速度下既允许抵抗离心作用，又允许增大由相对应旋转电机产生的电流。另外，具有这种类型的外表面的转子还设计成对于给定气隙宽度，允许转子的旋转速度增加，这因此使得有可能增大旋转电机所产生的电流。

有利的是，半径沿着所述减小区段基本上线性减小。这使得有可能提高对转子的离心作用的抵抗，以及简化转子的生产。

有利的是，半径按照相对于转子轴线的20°或更小的角度沿着所述减小区段减小。这个角度值使得有可能在提高转子的电流输出和它对离心作用的良好抵抗之间平衡。

另外，所述减小区段有利地具有在轴向方向上的长度，该长度在相对应的磁极的外表面的长度的0.2倍至1倍范围内。

有利地是，所述减小区段具有两个端部，其中一个端部与磁极的自由端部相结合。

根据本发明的有利实施方式，所述外表面另外具有从所述凸缘的外部轴向端部延伸的倒角区段。所述倒角区段在包括所述转子的旋转轴线的横截平面上在所述磁极的轴向外表面上在第一端部和第二端部之间延伸，使得所述旋转轴线和所述倒角区段的第一端部之间的距离小于所述旋转轴线和所述倒角区段的第二端部之间的距离，所述第二端部比所述第一端部更靠近所述磁极的自由端部。这个倒角区段使得有可能改善转子的平衡。

根据本发明的另一有利实施方式，所述外表面另外具有至少一个恒定区段，该恒定区段被构造成使得所述外表面和所述转子轴线之间的半径沿着所述恒定区段恒定。所述恒定区段在包括所述转子的旋转轴线的横截平面上、在所述磁极的轴向外表面上在第一端部和第二端部之间延伸，使得所述旋转轴线和所述恒定区段的第一端部之间的距离等于所述旋转轴线和所述恒定区段的第二端部之间的距离，所述恒定区段的第二端部比所述第一端部更靠近所述磁极的自由端部。这使得有可能具有转子的外表面平行于转子的轴线延伸的区域，即，旋转轴线和恒定区段的点之间的距离相同，而与在所述恒定区段上选取的该点无关。这个恒定区段使得而有可能避免节流磁通量的任何区域。

有利的是，恒定区段在凸缘的轴向外表面和减小区段之间轴向延伸。如果可行的话，所述恒定区段与相对应的磁极的自由端部相比更靠近凸缘。这使得对于这个区域而言，有可能磁极的外表面和旋转轴线之间的距离与所述外表面靠近定子的区域中的相同，并从而是气隙较小的区域。由此增大了旋转电机的电流输出。

根据有利的实施方式，恒定区段邻近倒角区段和减小区段。这使得对于这个区域而言，有可能磁极的外表面和旋转轴线之间的距离与在所述外表面最靠近定子的区域内的相同，并因此，是气隙最小的区域。由此，增大了旋转电机的电流输出。

另外，恒定区段有利地具有在轴向方向上的长度，该长度在相对应的磁极的外表面长度的0.3至0.8倍范围内。这个恒定区段长度允许在所产生的电流的增大和对转子的离心作用的良好抵抗之间平衡。

根据有利的实施方式，单独一个磁轮的每个磁极具有外表面，该外表面相应地保持至少一个减小区段。单个磁轮的全部磁极具有相同形式这个事实使得有可能简化磁轮的生产，并由此简化转子的生产。

根据另一有利的实施方式，两个磁轮的每个磁极具有外表面，所述外表面相应地包括至少一个减小区段。这使得有可能在径向平面上围绕转子的整个圆周获得外表面的恒定半径，并因此提高这个转子的性能以及其对离心作用的抵抗。类似地，这有可能使得相关联的旋转电机的气隙在径向平面上围绕所述机器的整个圆周恒定，并由此提高其性能以及其对离心作用的抵抗。

有利地是，每个磁极为爪的形式。

最后，本发明涉及一种旋转电机，该旋转电机包括如前面描述的转子。从而，该旋转电机的气隙的宽度被设计成在给定速度下既允许抵抗离心作用，又允许提高相对应的旋转电机的电磁性能。在另一构造中，旋转电机的气隙的宽度还被设计成对于给定的对离心作用的抵抗和对于给定的气隙宽度，允许转子的旋转速度增大，并由此使得有可能提高旋转电机的性能。

另外，如前面描述的该旋转电机可以有利地形成交流发电机或交流发电机-起动机。

附图说明

通过阅读本发明的非限定性实施方式的如下详细描述并通过审阅附图，本发明将能够更好地理解，图中：

图1示意性且局部地示出根据本发明的实施方式的旋转电机的横截面图；

图2示意性且局部地示出图1中的转子和定子的横截面图；

图3示意性和局部示出根据另一实施方式的转子和定子的一部分的横截面图；

相同、类似或相似的元件在不同附图之间保留相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出多相紧凑型旋转电机1，尤其是用于机动车辆的旋转电机。这个旋转电机1在交流发电机模式下将机械能转变成电能，并且可以在起动机模式下起作用，以将电能转变成机械能。

旋转电机1包括壳体2。在这个壳体2内部，它另外包括轴3、与所述轴3一体旋转的转子4以及围绕转子4的定子5。转子4的旋转运动围绕轴线X发生。下面在描述中，径向、横向和轴向取向要相对于这个轴线X来考虑。

在这个示例中，壳体2包括前部轴承6和后部轴承7，所述前部轴承和后部轴承组装到一起。这些轴承6、7具有中空形式，并各自居中地支撑相应的球轴承10、11，用于旋转地配合轴3。

带轮12在前部轴承6处例如借助于支撑在这个带轮内的空腔的底部上的螺母固定在轴3的前端部上。这个带轮12使得有可能将旋转运动传递到轴3。

在这种情况下，轴3的后端部支撑属于集电器的集电器环，并通过有线连接部连接到绕组。属于电刷保持架8的电刷布置成如在集电器环上摩擦。该电刷保持架8连接到容纳在整流桥9中的电压调节器。

前部轴承6和后部轴承7可以另外包括基本上横向的孔，以供空气通过，以便允许旋转电机借助于前部风扇13和后部风扇14的旋转所产生的空气循环而冷却，所述前部风扇13在所述转子4的前部背侧面上，即在前部轴承6处，而后部风扇14在转子的后部背侧面上，即在后部轴承7处。

在这个实施方式中，定子5包括一组板的形式的主体15，该板设置有凹槽，例如，半封闭或敞开类型的凹槽，配备有凹槽绝缘件，用于装配定子的相。每个相包括穿过主体15内的凹槽的至少一个绕组16，并且与所有相一起在定子主体的两侧上形成前部髻结体(chignon)和后部髻结体。绕组16例如由覆盖有清漆的连续的导线获得，或者由杆形式的导电元件，如彼此连接的销获得。这些绕组16例如是三相绕组，它们以星形或三角形连接，它们的输出连接到整流桥9。

图中的转子4是爪型转子。它包括两个磁轮17。每个磁轮17由凸缘18和多个磁极19形成。转子4另外包括圆柱形芯部20，该芯部轴向地介于磁轮17之间。在这种情况下，这个芯部20为两个半芯部的形式，每个半芯部属于磁轮17中的一个。

在芯部20和磁极19之间，转子4包括线圈21，在这种情况下，线圈21包括绕组轮毂和在这个轮毂上的电绕组。线圈21能够缠绕在线圈绝缘件22上。

转子4还包括邻近转子的外周边介于两个磁极19之间的永久磁铁(未示出)。作为变型，转子4可以没有这种永久磁铁。

当电绕组被电刷供电时，转子4被磁化，并变成电感器转子，且在磁极19处形成南-北磁极。这个电感器转子在轴3旋转时在被感应的定子内产生交变感应电流。整流桥9然后将这个交变感应电流转变成直流，尤其是，用于供给机动车辆的车载网络的装载件和消耗件，以及给它的电池再充电。

图2更详细示出图1中的转子4的其中一个磁轮17。磁轮17具有凸缘18，该凸缘18为横向取向。在这种情况下，凸缘18具有环形形式，其由基本上垂直于轴线X延伸的轴向外表面25和基本上垂直于轴线X延伸的轴向内表面23界定。

磁轮17另外具有多个磁极19。磁极19各自优选地具有梯形形式，并尤其是爪形式。每个磁极19在基本上轴向方向从凸缘18延伸到相对应的磁极19的自由端部26。

磁轮的磁极19分别轴向面向另一磁轮的凸缘18，且每个磁极19穿入在所述另一磁轮的两个相邻磁极之间存在的空间内，使得两个磁轮17的磁极19交叠。

每个磁极19分别具有与定子5相对的外表面27以及与所述外表面27径向相对的内表面28。所述外表面27和内表面28分别基本上轴向延伸。每个磁极19的外表面27在凸缘18的轴向外表面25和自由端部26之间基本上轴向延伸。

磁轮17的磁极19的外表面27具有减小区段29，该减小区段被构造成使得外表面27和转子4的轴线X之间的半径在沿着减小区段29朝向相对应磁极19的自由端部26延伸时减小。

例如，在自由端部26处轴线X和外表面27之间的距离小于在减小区段29的与自由端部26轴向相对的端部处轴线X和外表面27之间的距离。在这种情况下，减小区段29的端部与自由端部26相结合。

在图2的实施方式中，内表面28具有这样的区段，该区段被构造成使得内表面28和转子4的轴线之间的半径在沿着该区段朝向相对应磁极19的自由端部26延伸时增大。在替代实施方式中，这个区段可以被构造成使得沿着该区段朝向相对应的磁极19的自由端部26行进时，在内表面28和转子4的轴线X之间的半径恒定。

在两个上述构造中，磁极19的自由端部26是所述磁极的具有最小径向宽度的部分。另外，外表面27在自由端部26处比在磁极19的靠近凸缘18的部分处更靠近轴线X，因而更远离定子5。

在此处示出的示例中，外表面27的半径沿着减小区段29基本上线性减小。作为变型，这个半径可以以台阶形式，例如以楼梯形式减小。根据另外的变型实施方式，这个半径也可以按照曲线的形式，例如椭圆形式减小。

优选地是，外表面27的半径沿着减小区段29按照一角度减小，该角度相对于轴线X为20°或更小。再次优选地是，这个角度大于0.1°。

另外，减小区段29优选地具有在轴向方向上的长度，该长度在相对应磁极19的外表面27的轴向长度的0.2至1倍范围内。

在这个示例中，外表面27另外包括倒角区段24，该倒角区段从凸缘18的轴向外表面25延伸。在图2的示例中，减小区段29沿着外表面27的长度在倒角区段24和自由端部26之间延伸。

图3示出转子4的磁轮17的另一实施方式。在这个实施方式中，外表面27另外具有恒定区段30，该恒定区段被构造成使得外表面27和转子4的轴线X之间的半径沿着恒定区段30恒定。优选地是，该恒定区段30在凸缘18的轴向外表面25和减小区段29之间轴向延伸。尤其是，在此处示出的示例中，恒定区段30邻近倒角区段24并邻近减小区段29。

优选地是，所述恒定区段具有在轴向方向上的长度，该长度在相对应的磁极19的外表面27的长度的0.3至0.8倍范围内。通过选择这种类型的比率，对于每个磁极19而言，恒定区段30根据由磁极从转子4向定子5传递的总磁通量来确定尺寸，这是因为磁极19的长度为传递这个磁通量的尺寸。另外，这个比率是考虑磁极的磁路的磁阻来选择的。

从而，在图3的示例中，磁极19的外表面27包括倒角区段24、恒定区段30和减小区段29。作为变型，该外表面27可以包括多个恒定区段30和/或多个减小区段29，它们沿着外表面27的长度彼此交替布置。

根据一个实施方式，磁轮17的每个磁极19具有如前面描述的外表面27。另外，在另一实施方式中，转子4的两个磁轮17的每个磁极19具有如前面描述的外表面27。

转子4的这种类型的外表面27可以在用于生产磁轮17的过程中直接形成。在变型实施方式中，这个外表面27的形式可以在爪4已经被形成时机加工形成。在这两种情况下，外表面27在转子4被封装之前形成。

本发明还涉及一种旋转电机1，如交流发电机或交流发电机-起动机，其包括如前面描述的转子4。

磁极19的外表面27具有减小区段27的事实允许旋转电机1具有这样的气隙31，该气隙在径向方向上的宽度在轴向朝向所述磁极19的自由端部26行进时增大。气隙31限定为定子5的与所述定子5的轴向内周边相对应的内表面32和其中一个磁极19的外表面27之间的间距。内表面32和外表面27轴向延伸并彼此相对。

从而，气隙31的宽度变化。尤其是，在自由端部26处的气隙31大于在磁极19的靠近凸缘18的区域处的气隙31的宽度。气隙31由此在磁极19的自由端部26处最大。

另外，从转子4到定子5通过的磁通量在磁极19靠近凸缘18的区域中非常强。由此，对于给定的旋转速度，在磁通量通过的这个区域内减小气隙31使得可能在全局上非常显著地增加从转子4到定子5。通过的磁通量。由于每个磁极19的自由端部26的区域是对转子4的旋转所产生的离心效应最敏感的区域，因此这全部是更有利的。由此，在磁极19的自由端部26的区域内增大气隙31使得有可能在全局上非常显著地增大转子4的旋转速度，而不会增加转子4和定子5之间摩擦的风险。因此可以明显提高这种类型的旋转电机1所产生的电流，尤其是电流输出水平，以及机械性能。实际上，这种类型的旋转电机能够由此实现大于20,000rpm的旋转速度，并尤其是23,800rpm的旋转速度，而不损坏所述电机。

对于在低于20,000rpm的速度下的旋转电机应用，本发明可以使得有可能增加包括这种类型的外表面的磁极的长度。实际上，由于磁极的自由端部更远离定子，因此与所述磁极的离心效应相关的约束被减小。从而，磁极的长度可以增大，以便改善转子的电磁性能。

另外，出于相同原因，磁轮的凸缘的轴向厚度可以减小，并由此允许转子具有更大数量的缠绕导体，用于低于20,000rpm速度下的应用。

另外，本发明使得有可能以简单、可靠、廉价和有效方式生产用于旋转电机的转子，同时提高其性能。

本发明尤其在用于交流发电机或交流发电机-起动机的领域中具有用途，但是它也可以应用于包括转子，尤其是爪型转子的任何类型的旋转电机中。

将理解到前述描述纯粹作为示例提供，并且不限制本发明的领域，从本发明由任何其他等同元件替代不同的元件不会构成对本发明的背离。

Claims (15)

1.一种用于旋转电机的转子，该转子装配成围绕轴线(X)旋转，并且包括一对磁轮(17)，每个所述磁轮具有凸缘(18)和多个磁极(19)，每个磁极(19)从所述凸缘(18)轴向朝向自由端部(26)延伸，并具有外表面(27)，其特征在于，所述至少一个磁轮(17)的至少一个磁极(19)的外表面(27)具有至少一个减小区段(29)，所述减小区段(29)被构造成使得所述外表面(27)和所述转子(4)的所述轴线(X)之间的半径在沿着所述减小区段(29)朝向所述磁极(19)的自由端部(26)行进时减小。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述半径沿着所述减小区段(29)基本上线性减小。

3.如权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述半径沿着所述减小区段(29)按照相对于所述转子(4)的所述轴线(X)20°或更小的角度减小。

4.如权利要求1至3中任一项所述的转子，其特征在于，所述减小区段(29)具有轴向方向的长度，该长度在相对应的磁极(19)的外表面(27)的长度的0.2至1倍范围内。

5.如权利要求1至4中任一项所述的转子，其特征在于，所述减小区段(27)具有两个端部，其中一个端部与所述磁极(19)的自由端部(26)相结合。

6.如权利要求1至5中任一项所述的转子，其特征在于，所述外表面(27)另外具有倒角区段(24)，该倒角区段从所述凸缘(18)的轴向外端部(25)延伸。

7.如权利要求1至6中任一项所述的转子，其特征在于，所述外表面(27)另外具有至少一个恒定区段(30)，该恒定区段被构造成使得在所述外表面(27)和所述转子(4)的轴线(X)之间的半径沿着所述恒定区段(30)是恒定的。

8.当权利要求7从属于权利要求6时如权利要求7所述的转子，其特征在于，所述恒定区段(30)邻近所述倒角区段(24)并邻近于所述减小区段(29)。

9.如权利要求7或8所述的转子，其特征在于，所述恒定区段(30)在所述凸缘(18)的轴向外端部(25)和所述减小区段(29)之间轴向延伸。

10.如权利要求7至9中任一项所述的转子，其特征在于，所述恒定区段(30)具有轴向方向的长度，该长度在相对应的磁极(19)的外表面(27)的长度的0.3至0.8倍范围内。

11.如权利要求7至10中任一项所述的转子，其特征在于，单独一个磁轮(17)的每个磁极(19)具有外表面(27)，该外表面分别包括至少一个减小区段(29)。

12.如权利要求1至10中任一项所述的转子，其特征在于，两个磁轮(17)的每个磁极(19)具有外表面(27)，所述外表面分别包括至少一个减小区段(29)。

13.如权利要求1至12中任一项所述的转子，其特征在于，每个磁极(19)为爪的形式。

14.一种旋转电机，其特征在于，它包括如权利要求1至13中任一项所述的转子(4)。

15.如权利要求14所述的旋转电机，其形成交流发电机或交流发电机-起动机。