CN106537728B - 转子和磁阻机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于磁阻机器的转子，包括柱形地构造的软磁的元件，其中，所述软磁的元件具有用于构造出磁的通量截止部的凹处并且所述凹处的至少一部分被填充以导电的并且不导磁的填充材料，用以构造出起动笼，其中，对于至少一个转子极，所述通量截止部的被填充的区域的面积与未被填充的通量截止部的区域的面积的比为至少0.2。

Description

转子和磁阻机器

技术领域

本发明涉及用于磁阻机器的转子，包括柱形地构造的软磁的元件，其中，所述软磁的元件具有用于构造出磁的通量截止部（Flusssperren）的凹处并且所述凹处的至少一部分被填充以导电的并且不导磁的填充材料，用以构造出所述转子的起动笼（Anlaufkäfig）。

背景技术

通常，用于同步磁阻机器的转子装备有柱形的软磁的元件，所述元件同轴地布置在转子轴线上。为了构造出至少一个极对或者空隙对，所述软磁的元件包括通量传导区段和通量截止区段，所述通量传导区段和通量截止区段彼此不同之处在于不一样强地特征性的导磁性。具有大的磁的传导能力的区段以已知的方式表征为所述转子的d轴线并且具有相对较小的传导能力的区段表征为所述转子的q轴线。当所述d轴线具有尽可能大的磁的传导能力并且所述q轴线具有尽可能低的磁的传导能力时，那么出现磁阻马达的理想的效率和由此理想的转矩收益。

这种前提常常通过在所述软磁的元件中沿着q轴线构造有多个以空气填充的凹处来实现，由此所述磁的传导能力降低并且由此磁的通量沿所述q轴线的方向被阻碍。由此构造的软磁的元件接下来被安置在转子轴上并且轴向地以及切向地被固定。

出于稳定性原因，将一个或多个通量截止部通过径向取向的内部的桥接部（Stege）分成两部分。桥接部布置提高板组的强度，这尤其优化在运行中的转子稳定性。所述桥接部的宽度是小的，用以使得在所述q轴线中的磁的传导能力尽可能保持得小。同样在外部的转子周缘处伸延有如下桥接部，所述桥接部将所述通量截止部与所述转子周缘隔开。

同步磁阻马达通常通过频率变换器进行供给，由此转速能够从0提高（hochführen）直至运行速度并且在运行期间能够进行调节。尤其，用于起动所述马达的转速能够逐步地提高。反之如果所述同步磁阻马达在刚性电网（starren Netz）处运行，那么需要起动笼的使用，用以实现异步的起动。一旦所述转子的转速接近同步的转速，则磁阻力矩占优势并且所述转子与环绕的磁的转动场同步地运转。然而，传统的、由导体棒和短路环构成的起动笼的构造和制造至今是相对消耗的和昂贵的。

发明内容

本发明的任务是，如下地改进用于磁阻机器的转子，从而所述转子能够在所述刚性电网处的线性启动同步磁阻机器（Line-Start-Synchronreluktanzmaschine）之内来使用。

所述任务通过根据权利要求1的特征的转子得到解决。所述转子的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

根据本发明，这种类型的转子如下地改进，从而对于至少一个转子极、优选地对于所有转子极，所述通量截止部的被填充的区域的面积和所述通量截止部的未被填充的区域的面积之间的比为至少0.2。

所述通量截止部的被填充的区域的面积为如下被填充的面积，所述被填充的面积通过横向于所述转子的轴向轴线的剖面得出、也就是说所使用的不导磁的并且导电的填充材料的横截面面积。尤其这涉及用于所述转子的所有的通量截止部的填充材料的面积总和。

所述未被填充的通量截止部的面积以类似的方式通过以其它的填充材料填充的或者未填充的、如例如含有空气的通量截止部的区域来得到。

所述转子自身能够例如实施为板组，其中，各个的板剖面由于根据本发明的面积比而出众。

为了构造出所述起动笼，使得径向位于外部的转子区域的通量截止部或者通量截止部的部分区域以导电的填充材料填充。与此隔开的内部的转子区域包括未被填充的或者设有其它的填充物质的通量截止部。理想地，得到环状的外部的转子区域。对于所述转子的运行特征来说，这决定性取决于所述被填充的通量截止部面积与所述未被填充的通量截止部面积的比。调查已经得出，从至少0.2的比开始能够进行所述转子与电网电压的频率的可靠的同步。

优选地，铝或铝合金用作填充材料。这样的材料能够通过浇铸方法来引入或者压铸方法来压入。备选地或者附加地，同样能够考虑，将这样的填充材料已经作为固体来引入到转子几何结构的相应的凹处中。

剩下的通量截止部、也就是说没有以相应的填充材料来填充的通量截止部例如能够以不同的填充材料来填充、如例如借助于顺磁的材料用于减少导磁性。

在本发明的一种特别优选的设计方案中，所述比在0.2和3之间的范围内、优选地在0.3和3之间的范围内并且理想地在0.75至1.5之间的范围内。

为了确定根据本发明的比或者有利的比，能够适宜的是，仅仅至少部分地以相应的填充材料填充的通量截止部被考虑用于计算所述比。此外，能够在计算所述比时还仅仅将其端部到达转子周缘或者靠近所述转子周缘的通量截止部一起包括在内。所述通量截止部的这种设计方案例如通过已知的“Vagati设计”公开，尤其通过专利文件US 5,818,140公开，就此而言完全地参考所述专利文件。在这种转子几何结构的情况下，所述通量截止部的两个端部到达所述转子周缘、也就是说所述通量截止部的特征在于香蕉状的造型。所述通量截止部在转子运行期间在磁阻特性方面具有决定性的份额，从而在一定情况下能够有意义的是，仅仅这样的通量截止部考虑用于比计算。

根据本发明的一种特别优选的设计方案，能够有利的是，沿所述转子的径向方向位于内部的通量截止部的被填充的和未被填充的区域之间的比具有至少0.2的值。所述比能够适用于至少一个转子极、优选地适用于所有的通量截止区段。在另一有利的设计方案中，沿所述转子的径向方向位于内部的通量截止部的比在0.2和2之间的范围内、特别优选地在0.35和0.8之间、理想地在0.35和0.6之间的范围内。

此外能够考虑，由于上面的比说明而产生的、沿径向方向位于内部的通量截止部的被填充的区域的面积用作用于较远地位于外部的通量截止部的被填充的区域的面积的标准。这意味着，转子极的至少一个另外的不是位于内部的通量截止部的通量截止部的被填充的区域的面积相应于所述位于内部的通量截止部的被填充的区域的面积或者几乎与所述位于内部的通量截止部的被填充的区域的面积一致。能够在一定情况下对于面积方面最小的通量截止部而言不遵守这种前提，因为所述面积方面最小的通量截止部没有提供足够的填充空间用于面积规定。在这种情况下，所述面积规定至少适用于部分填充的通量截止部。

本发明此外涉及磁阻机器、尤其同步磁阻机器，具有至少一个根据本发明或本发明的有利的设计方案的转子。所述磁阻机器的性质明显地相应于所述转子的性质，因此就此而言放弃重复性的描述。

所述机器优选地用于泵驱动。本发明因此也包含具有根据本发明的磁阻马达或者同步磁阻马达的泵。

基于根据本发明的转子几何结构和各个的通量截止部的相应的填充比，能够产生理想的起动笼，然而其中，所述填充材料的质量和由此所形成的起动笼的质量保持得尽可能小。通过所述转子能够形成线性启动同步磁阻马达，所述线性启动同步磁阻马达能够无问题地在所述刚性电网处运行并且即使在没有频率变换器的情况下能够由于铝笼的构造来起动并且起动直至与所述电网电压完全同步。

附图说明

本发明的另外的优点和性质应该接下来根据在附图中示出的实施例更详细地解释。其中：

图1：示出根据本发明的转子的第一实施例，

图2：示出根据本发明的转子的第二实施例，

图3：示出根据本发明的转子的第三实施例，

图4：示出用于说明所述转子或所述磁阻机器的运行特性和面积比之间的关系的线图，

图5：示出根据图3的转子板在制造过程期间的不同的图示，以及

图6：示出根据本发明的按图1、2和3的实施变型方案的转子的局部。

具体实施方式

图1至3示出朝根据本发明的转子的不同的实施变型方案的转子板1的俯视图。为了构造根据本发明的转子，将大量这种板1沿轴向的方向、也就是说沿着旋转轴线6彼此相叠地堆叠。备选地，所述转子还能够实施为块，所述块的横截面与图1至3的示出的图示协调。

为了简化图示，不绘出定子。所述转子板1具有多个凹处2、3、4、5，所述多个凹处承担通量截止的功能并且通过所述多个凹处的布置来形成四极的转子，所述四极的转子的磁的通量在具有所述通量截止部2、3、4、5的区域中被阻碍。通常，具有高的磁的传导能力的区域表征为d轴线并且较低的磁的传导能力的区域表征为q轴线。所组成的板组装配在没有示出的转子轴上。各个的通量截止部2、3、4、5的布置基于美国专利文件US 5,818,140的技术的教导，就此而言明确地参考该专利文件。所述转子板即示出四个通量截止区段，其中，所述通量截止部在这些区域中彼此一致地构造。所述通量截止部能够描述为香蕉形，其端部朝所述转子周缘的方向弯曲并且达到所述周缘。

然而，所示出的转子设计与传统的按“Vagati”的设计的区别在于各个的桥接部10的布置，各个的通量截止部2、3、4、5通过所述各个的桥接部成不同的区段地被分成两部分或者被分成更多部分。对于图2和3的实施变型方案来说特征性的是，每个扇形的径向位于内部的通量截止部2、3、4通过两个桥接部10分成三部分，而沿径向方向最外部的通量截止部5仅仅通过一个桥接部10分成两部分。与此不同地，在图1的实施例中，两个外部的通量截止部2、3通过一个桥接部10分成两部分并且内部的通量截止部4、5通过两个桥接部10分成三部分。

所述各个的桥接部10的布置不是仅仅负责在所述转子运行期间的改善的板稳定性，而是此外将所述转子板1划分成内部的部分区域20以及外部的部分区域30。为了说明区域划分而画入圆形的虚线的线40，其表示在内部的转子区域20和外部的转子区域30之间的边界走向。

位于外部的磁通量截止部5和所述通量截止部2、3、4的位于区域30中的部分区域根据本发明用于构造出起动笼。为了该目的，在转子构造时在端侧固定或者一起浇铸出（mitausgegossen）没有示出的短路环，所述短路环的形状例如能够不改变地由异步机器的起动笼来承担。能够由此省去用于起动笼的附加的准备（Vorkehrungen）、如常常装入的金属棒。

所述外部的转子区域30的通量截止部的区域以导电的并且不导磁的材料填充、尤其以由铝或者铝合金制成的填充物质填充。在图1至3的图示中，这通过灰色的填充颜色60加以说明。所述通量截止部2、3、4的位于区域20中的通量截止部区域能够或者以不导磁的材料填充或者仅仅含有空气。所使用的填充物质应该优选地不导电或者差地导电。

现在，对于在同步磁阻马达中所述转子的起动特性、也就是说所述转子的转速与电网频率的同步来说重要的是所述通量截止部2、3、4、5的被填充的区域的面积与所述通量截止部2、3、4的未被填充的区域的面积的比。在过小的填充面积的情况下，所形成的起动笼过小，受负荷的转子不能够在没有机械的支持的情况下起动。如果填充量选择得过大，那么飞轮质量（Schwungmasse）不利地增加并且所述马达的运行特性同样变差。因此，必要的是，寻找理想的比（尤其针对所述转子用于使用在泵的驱动马达中的应用）。

为了界定，使得用于所有的通量截止部2、3、4、5的填充材料的以板横截面来示出的面积进行相加并且被置于与所述通量截止部2、3、4的相应未被填充的区域的面积的比。在图1至3的图示中，这相应于在所述通量截止部2、3、4、5之内的所有的灰色示出的面积60与在所述通量截止部2、3、4之内的非灰色地留下的（hinterlegten）面积的比的比。

至少0.2的值已经表明为所述通量截止部2、3、4、5的被填充的区域的面积与未被填充的通量截止部2、3、4的区域的面积的合适的比。优选地，所述比在0.2和3之间的范围内、特别优选地在0.3和3之间的范围内、理想地在0.75至1.5的范围内。

此外，所述通量截止部2、3、4的被填充的区域的面积彼此匹配、也就是说一致地选择。对于所述最外部的通量截止部5来说，这种准则在一定情况下不能够得到遵守，因为所述最外部的通量截止部提供面积方面过小的填充空间。

适用为另外的准则的是，沿所述转子的径向方向位于内部的通量截止部2的被填充的和未被填充的区域之间的比为至少0.2、优选地在0.2和2之间的范围内、特别优选地在0.35和0.8之间并且理想地在0.35和0.6之间的范围内。在图1的实施例中，所述比为0.5，而对于图3的实施例来说为最内部的通量截止部2采取较小的比、例如大约0.35的比。对于图2的实施例来说，设置0.5的比。

沿径向方向较远地位于外部的部分填充的通量截止部3、4的被填充的区域的面积与位于内部的通量截止部2的被填充的区域的面积在大小方面地（größenmäßig）进行匹配或者与所述位于内部的通量截止部2的被填充的区域的面积几乎相一致。在图2的实施例中，所述通量截止部4的被填充的面积与所述最内部的通量截止部2的被填充的面积不一致。

在图4中示出在同步磁阻转子方面对于不同的面积比的进入同步边界特征线（Intrittfall-Grenzkennlinien）。在示出的线图中，轴线70相应于负荷飞轮质量与马达飞轮质量的比并且轴线80相应于负荷力矩与额定力矩的比。在相应的线a、b、c之下的面积界定如下的区域，在其中所述线性启动同步磁阻马达能够可靠地起动或者同步。线a在此表示没有落入到本发明下的转子的运行特性，所述没有落入到本发明下的转子的通量截止部全部完全以铝或铝合金来填充。

线b示出根据本发明的具有所述最内部的通量截止部的大约0.3的面积比的转子的运行特性。最上部的特征线c能够配属于源自图1的实施例的转子，所述源自图1的实施例的转子具有所述最内部的通量截止部的0.5的面积比。

由图4能够看出，通过针对性地优化所述面积比能够通过增大在其中所述马达可靠地同步的区域或者在线b、c之下的面积来实现所述线性启动磁阻马达的起动能力的明显的改善。

接下来讨论所述转子的另外的优化，所述优化仅仅涉及选择性的设计方案。外部的转子区段30的通量截止部区域能够选择性地沿径向的方向直接地到达所述转子的外周缘，从而所述转子周缘部分地由包括铝或铝合金的填充材料形成。至今设置的在所述转子周缘处的桥接部不再存在，由此所述通量截止区段的磁阻得到提高并且q轴线和d轴线之间的比得到优化。通过填充毗邻所述转子周缘的通量截止部或者通量截止部区域才能够去除至今设置的桥接部，而不必考虑转子组的值得注意的稳定性损失。原则上，不必将所有的位于外部的并且毗邻所述转子周缘的通量截止部或通量截止部区域进行填充。原则上足够的是，一个或多个靠近周缘区域的通量截止部被填充，用以能够放弃在该区域中的不利的桥接部。已经由此获得在d轴线和q轴线中的磁阻的改善的比，这引起使用所述转子的同步磁阻马达的产生的磁阻力矩的提高。合适的填充物质用于构造出起动笼的应用以及之前描述的、所述桥接部10的桥接部布置仅仅是选择性的。

所述填充材料到所述通量截止部5以及所述通量截止部2、3、4的位于外部的区域中的引入以不同的类型和方式来实现。适宜的是通过浇铸的引入。当然，所述填充材料还能够作为固体物质插入到所述凹处2、3、4、5中。

图5a、5b用于解释转子的、优选地根据图1至3的实施变型方案中的一种的转子的选择性的制造方法。所述转子的由各个的板堆叠而成的板组的转子板1制造有之前描述的通量截止部组件。内部的桥接部10、也就是说划分各个的通量截止部的并且不位于所述转子周缘的区域中的桥接部形成已经描述的线40，所述线40将所述转子划分成内部的转子区域20和外部的转子区域30。然而，所述转子板1首先制造有外部的桥接部50，所述外部的桥接部50在根据图5a的图示中可见。

接下来，位于所述外部的转子区域30中的通量截止区段被浇铸以铝或铝合金，其中，在此基本上使用铝压铸方法。在此，铝或铝合金被压入到所述外部的转子区域30的通量截止区段中。产生根据图5b的图示的转子板。

在随后的方法步骤中，使得所述转子被车削（überdreht），从而所述板丢失直径并且所述周缘缩减。形成所述外部的桥接部50的材料覆层消失并且香蕉形的通量截止部2、3、4、5的两个端部直接毗邻所述转子周缘，也就是说铝或铝合金处于朝所述周缘敞开并且形成所述转子周缘的一部分。这种结果相应于根据图3的图示。通过相应的桥接部50在所述区域中的消失，使得磁的传导能力沿着q轴线减少并且由此在q轴线和d轴线中的磁阻之间的比得到优化。此外，通过在所述外部的转子区段30的区域中存在所述铝笼，使得即使在没有转子板组的这些外部的桥接部50的条件下也实现机械的强度。所述制造方法能够在没有限制的情况下来用于制造根据图1至3的实施例的每个转子。

同样，所述内部的桥接部10不利地作用于在d轴线和q轴线中的磁阻之间的比，因此数目和所述内部的桥接部10的材料厚度应该乐意地尽可能小地保持。然而，所述内部的桥接部10对于保证所述转子稳定性是必要的。在将所述填充材料、也就是说铝或铝合金引入或者压入在所述通量截止部5或在外部的转子部段30中的通量截止部区域2、3、4中期间，高的力作用于待填充的通量截止部的桥接部10，由此能够出现所述内部的桥接部10的损伤。

代替将所述桥接部10较厚地定尺寸，使得所述桥接部10现在弧形地实施，这能够明显地从图6的细节图片中获得。该图片示出根据图1至3中的一个的转子板的八分之一。其余的转子区域实施成相对于图6的图示对称。

弧形的肋10在铝压铸期间稳定所述转子。以高的压力将铝压入到位于所述外部的区域30中的通量截止部5以及所述通量截止部2、3、4的通量截止部区域中，而在内部存在正常的环境压力。由此在所述弧形的肋中建立稳定所述转子的压应力。能够由此有效地抵抗转子结构的倒塌。

弧形的肋结构尤其示出到所述被填充的通量截止部区域中去的拱弯，从而所述铝压铸的压力抵抗弧。由此能够进一步减少所述内部的肋10的厚度，由此所述内部的肋能够仍然经受住在浇铸时铝的高的压力。所描述的弧形的肋结构能够没有限制地独立于图5a、5b的制造方法地用于根据图1至3的实施例中的每个。

Claims (22)

1.用于磁阻机器的转子，包括柱形地构造的软磁的元件，其中，所述软磁的元件具有用于构造出磁的通量截止部的凹处并且所述凹处的至少一部分被填充以导电的并且不导磁的填充材料，用以构造出起动笼，

其特征在于，

对于至少一个转子极，所述通量截止部的被填充的区域的面积与未被填充的通量截止部的区域的面积的比为至少0.2，并且沿所述转子的径向方向位于内部的通量截止部的被填充的和未被填充的区域之间的比为至少0.2。

2.按权利要求1所述的转子，其特征在于，所述比在0.2和3之间的范围内。

3.按权利要求1或2所述的转子，其特征在于，为了确定所述比，仅仅考虑具有填充材料的通量截止部和/或如下通量截止部，其端部达到转子周缘和/或具有香蕉状的造型。

4.按权利要求1所述的转子，其特征在于，所有的部分被填充的通量截止部的被填充的区域的面积在大小方面地进行匹配。

5.按权利要求1所述的转子，其特征在于，沿径向方向较远地位于外部的部分填充的通量截止部的被填充的区域的面积与所述位于内部的通量截止部的被填充的区域的面积在大小方面地匹配或者几乎一致。

6.按权利要求1所述的转子，其特征在于，一个或者多个通量截止部通过一个或者多个桥接部分成两部分或者分成更多部分，其中，所述桥接部的至少一部分具有毗邻所述通量截止部的弯曲的边缘。

7.按权利要求6所述的转子，其特征在于，至少一个毗邻所述通量截止部的被填充的区域的弯曲的边缘拱弯到所述通量截止部的被填充的区域中去。

8.按权利要求6或7所述的转子，其特征在于，至少一个毗邻所述通量截止部的未被填充的区域的弯曲的边缘从所述通量截止部的未被填充的区域中拱弯出来。

9.按权利要求1所述的转子，其特征在于，所述填充材料包括铝或者铝合金。

10.按权利要求2所述的转子，其特征在于，所述比在0.3和3之间的范围内。

11.按权利要求10所述的转子，其特征在于，所述比在0.75至1.5的范围内。

12.按权利要求4所述的转子，其特征在于，所有的被填充的通量截止部的被填充的区域的面积在大小方面地进行匹配。

13.按权利要求4所述的转子，其特征在于，所有的部分被填充的通量截止部的被填充的区域的面积几乎一致。

14.按权利要求12所述的转子，其特征在于，所有的被填充的通量截止部的被填充的区域的面积几乎一致。

15.按权利要求1所述的转子，其特征在于，沿所述转子的径向方向位于内部的通量截止部的被填充的和未被填充的区域之间的比在0.2和2之间的范围内。

16.按权利要求15所述的转子，其特征在于，沿所述转子的径向方向位于内部的通量截止部的被填充的和未被填充的区域之间的比在0.35和0.8之间的范围内。

17.按权利要求16所述的转子，其特征在于，沿所述转子的径向方向位于内部的通量截止部的被填充的和未被填充的区域之间的比在0.35和0.6之间的范围内。

18.按权利要求5所述的转子，其特征在于，所有的位于外部的被填充的通量截止部的被填充的区域的面积与所述位于内部的通量截止部的被填充的区域的面积在大小方面地匹配或者几乎一致。

19.按权利要求6所述的转子，其特征在于，所述桥接部的所述至少一部分具有弧形的边缘。

20.磁阻机器，具有至少一个按权利要求1-19中任一项所述的转子。

21.按权利要求20所述的磁阻机器，其特征在于，所述磁阻机器是同步磁阻机器。

22.按权利要求20所述的磁阻机器，其特征在于，所述磁阻机器不包括用于操控的频率变换器。