CN106537740A - 转子、磁阻机器和用于转子的制造方法 - Google Patents

Abstract

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通量截止部的凹处，其中，一个或多个通量截止部至少部分地被填充以填充材料，所述通量截止部的填充材料到达转子周缘并且形成所述转子周缘的一部分。

Description

转子、磁阻机器和用于转子的制造方法

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通量截止部（Flusssperren）的凹处。此外本发明涉及具有相应的转子的磁阻机器以及用于这样的转子的制造方法。

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，由此磁的通量沿所述q轴线的方向被阻碍并且由此所述导磁性降低。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，用以使得对所述导磁性的影响尽可能保持得小。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，指出备选的转子构造，其突出之处在于沿d轴线和q轴线的磁阻的优化的比并且仍然保证稳定的转子设计。

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。

根据本发明在此设置成，一个或多个通量截止部至少部分地以合适的填充材料填充。所述通量截止部的填充材料直接地到达所述转子的外周缘并且因此形成所述转子周缘的一部分。能够放弃在所述转子周缘处的传统的桥接部走向，所述转子周缘因此至少部分区段地通过在一个或多个毗邻所述转子周缘的通量截止部之内的填充材料来形成。

因为所述桥接部通常由所述转子的材料、也就是说由能够导磁的材料形成（优选地板或者堆叠的板组），故所述桥接部的在q轴线的区域中的构造对沿着q轴线的磁阻具有不利的作用，也就是说，这导致沿着q轴线的导磁性的增加。由此，必须考虑在q轴线和d轴线之间的阻比的对马达运行不利的影响。通过所述转子的根据本发明的设计方案、也就是说通常设置在所述外周缘处的桥接部的至少一部分的凹处能够为转子运行优化在d轴线和q轴线之间的阻比，用以实现较高的转矩。尽管如此仍然通过在相应的通量截止部的外部区域中的所设置的填充材料来保证稳定的转子设计。

在本发明的一种优选的设计方案中，所述转子的通量截止部如下地至少局部地填充以所述填充材料，从而得到具有未被填充的通量截止部或者未被填充的通量截止部区域的内部的区域和具有被填充的通量截止部或者被填充的通量截止部区域的外部的区域。例如能够考虑，通过布置一个或多个桥接部来得到所述内部的和所述外部的区域的划分，其中，各个的桥接部的走向形成闭合的线条，所述线条将所述转子沿着径向的方向划分成内部的和外部的转子区域。所述外部的转子区域的通量截止区段大部分地、优选地全部被填充以相应的填充材料。同样，所述内部的转子区域的通量截止部或通量截止部区域能够优选地以不导磁的并且/或者不导电的填充材料被填充。

通过使用合适的填充材料、也就是说导电的填充材料，能够借助于所述外部的转子区域来形成起动笼。使用所述转子的磁阻马达因此能够在没有频率变换器的条件下作为所谓的“线性启动马达（Line-Start-Motor）”运行。通常，所形成的起动笼通过沿轴向方向在端部侧固定的短路环被短路。由此产生的起动笼根据在异步马达中使用的起动辅助器的已知的原理工作。

此外能够考虑，所应用的导电的填充材料的特征在于其不导磁的性质。由此，避免在所述通量截止区段中的导磁性的不利的影响。

特别优选地，铝或铝合金适合作为填充材料，因为这样的材料具有之前所提到的性质。然而也能够考虑其它的突出之处在于相应的性质的材料。

理想地，所有的直接地毗邻所述外部的转子周缘的通量截止部至少在所述通量截止部的周缘区域中填充以所述填充材料，用以实现转子组的高的稳定性并且同时省去在毗邻所述周缘的通量截止部的区域中的全部的桥接部区段，用以由此实现在q轴线和d轴线之间的几乎理想的阻比。

同样能够考虑，一个或多个通量截止部通过一个或多个桥接部分成两部分或分成更多部分。所述桥接部的构造如已经在上面解释的那样不利地作用于在相应的转子区段中的导磁性的性质。出于这种原因，所构造的桥接部的定尺寸、尤其厚度应该尽可能保持得小，用以尽可能地限制对所述阻比的影响。然而，在引入所应用的填充材料、尤其铝或铝合金时，一定的压力能够作用于所述桥接部，这在一定情况下能够导致所述桥接部的损伤或者断裂（Durchbrechen）。因此为了理想的转子运行必须在桥接部定尺寸时寻找合适的中间值（Mittelmaß）。在这种背景面前，所述一个或多个桥接部的弯曲的边缘形状证实为特别有利的。边缘弯曲引起在压入所述填充材料时所述桥接部的提高的阻抗能力，然而不必不利地考虑所述桥接部的加宽和由此所决定的对所述转子的导磁性的较大的影响。弧形的边缘形状是特别优选的。

此外，特别有利的是，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。在这种情况下，所述桥接部的阻抗能力在填充过程期间明显地得到提高。毗邻所述通量截止部的没有被填充的区域的边缘的形状不太有关并且能够任意地实施。然而优选地，所述边缘同样是弯曲的，其中，所述边缘从所述通量截止部的没有被填充的区域中拱弯出来。

本发明此外包括磁阻机器、尤其同步磁阻机器，具有至少一个根据本发明或根据本发明的转子的有利的设计方案的转子。因此，所述磁阻机器的突出之处在于与根据本发明的转子或根据本发明的转子的有利的设计方案同样的优点和性质，因此就此而言放弃重复性的描述。通过所述转子的根据本发明的设计方案、尤其所引入的填充材料的位置，能够不是仅仅实现起动笼，而是同时通过减少所述桥接部实现所述转子的改善的转矩。

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。

本发明的另一方面涉及用于根据本发明的转子的制造方法。在此，所述转子首先制造有外部的桥接部并且所述填充材料被引入到软磁的转子元件的设置的通量截止部中。所述外部的桥接部在此理解为由所述软磁的元件形成的并且存在于所述转子周缘的区域中的桥接部，也就是说在所述软磁的元件中用于构造出所述通量截止部的所设置的凹处不是直接地到达所述转子周缘，而是通过所述桥接部与所述外周缘间隔开。所述转子周缘因此完全地通过所述软磁的元件形成。

在将所述填充材料引入到所述通量截止部中之后能够保证所述转子组的足够的稳定性，因此根据本发明接下来去除外部的桥接部。理想地，所述外部的桥接部在所述通量截止部的、沿所述转子的径向方向位于外部的区域的区域中被去除，也就是说所述通量截止部的填充材料直接地毗邻所述转子周缘并且由此形成所述转子周缘的一部分。

所述转子组通常由堆叠的板组构成并且优选地通过车削来制造。通过所述转子组的车削（überdrehen）能够去除在所述转子周缘处的软磁的元件的材料覆层并且由此所述外部的桥接部能够在联接到所述周缘处的外部的通量截止区段的区域中被除去。

此外有利的是，所应用的填充材料通过浇铸方法、尤其通过压铸方法来引入、尤其压入到所述通量截止部中。

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：示出根据本发明的按第一实施方式的转子的转子板，

图2：示出根据图1的转子板在根据本发明的制造方法的各个的方法步骤期间的图示，

图3：示出根据本发明的按图1的转子板的细节图片，

图4：示出备选的第一转子的转子板的图示，

图5：示出备选的第二转子的转子板的第三图示，以及

图6：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。

具体实施方式

图1示出朝根据本发明的转子板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。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。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。

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。在内部位于所述区域20中的通量截止部或者位于内部的通量截止部区域的数目原则上是可变的并且内部的区域20和外部的区域30的大小比不是本发明的主题。

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中的部分区域用于构造出起动笼。为了该目的，在转子构造时在端侧固定没有示出的短路环，所述短路环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。

至少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和2b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。

外部的转子区段30的通量截止部区域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。对于本发明的思想而言足够的是，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。

现在，根据图2a、2b应该对根据本发明的转子的制造方法加以说明。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已知的线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2a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2b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，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1的图示。通过相应的桥接部50在所述区域中的消失，使得所述导磁性沿着q轴线减少并且由此在q轴线和d轴线之间的比得到优化。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。

同样所述内部的桥接部10不利地作用于在d轴线和q轴线之间的导磁性的比，因此材料厚度的和数目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3的细节图片中获得。该图片示出图1的转子板的八分之一。其余的转子区域实施成相对于图3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。

接下来描述转子的选择性的特征，所述选择性的特征不能够理解为本发明的重要的特征。在图1的实施例中，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。补充性的变型方案能够从图4、5中获得。在图1以及4、5的图示中，铝或合金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有的通量截止部2、3、4的相应未被填充的区域的面积的比。在图1和4、5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4的实施例中，所述比为0.5，而对于图5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0.3的比。对于图1的实施例来说，设置0.3和0.5之间的比。

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6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71相应于负荷与额定力矩的比。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板几何结构虽然相应于图1和4、5的实施例，然而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示出根据本发明的图5的具有所述最内部的通量截止部2的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4的实施例的转子，所述源自图4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6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。

Claims (14)

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通量截止部的凹处，

其特征在于，

一个或多个通量截止部至少部分地被填充以填充材料，所述通量截止部的填充材料到达转子周缘并且形成所述转子周缘的一部分。

2.按权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子的通量截止部如下地至少部分地以所述填充材料填充，从而得到具有未被填充的通量截止部区域或者未被填充的通量截止部的内部的转子区域和具有被填充的通量截止部区域或者通量截止部的外部的区域。

3.按权利要求2所述的转子，其特征在于，所述通量截止部的、尤其位于所述外部的区域中的通量截止部的填充材料具有导电的性质并且用于构造出用于所述转子的起动笼。

4.按权利要求2或3中任一项所述的转子，其特征在于，所述通量截止部的、尤其位于所述外部的区域中的通量截止部的填充材料具有不导磁的性质。

5.按前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述通量截止部的、尤其位于所述外部的区域中的通量截止部的填充材料是导电的并且不导磁的材料。

6.按前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述填充材料包括铝或者铝合金。

7.按前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所有的直接地毗邻外部的转子周缘的通量截止部至少在周缘区域中以所述填充材料来填充。

8.按前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，一个或多个通量截止部包括桥接部，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、尤其具有弧形的边缘。

9.按权利要求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。

10.按权利要求7或8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。

11.磁阻机器、尤其同步磁阻机器，具有至少一个按前述权利要求中任一项所述的转子，其中，所述机器优选地不包括用于操控的频率变换器。

12.用于制造按权利要求1至9中任一项所述的转子的方法，所述转子用于使用在同步磁阻机器中，其中，所述转子首先制造有外部的桥接部，所述填充材料被引入到所述通量截止部中并且接下来去除所述外部的桥接部。

13.按权利要求11所述的方法，其特征在于，所述外部的桥接部通过车削所述转子来去除。

14.按权利要求11或12中任一项所述的方法，其特征在于，所述填充材料通过浇铸方法、尤其压铸方法被引入、尤其被压入到所述通量截止部中。