CN108141071A - 用于一种同步磁阻电机的转子叠片组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于同步磁阻电机的转子叠片组，包括多个带有通量阻断部以形成明显的转子磁极的被堆叠起来的板片切裁部，其中相邻的板片切裁部的彼此叠置的通量阻断部形成一种在轴向的转子方向上贯通的凹部，其中在彼此叠置的通量阻断部的至少一部分中，相邻的板片切裁部的至少两个通量阻断部至少局部地相互搭接。

Description

用于一种同步磁阻电机的转子叠片组

本发明涉及一种用于同步磁阻电机(Synchronreluktanzmaschine)的转子叠片组（Rotorpaket），包括多个被堆叠起来的板片切裁部（Blechschnitt），该板片切裁部具有用于形成明显的转子磁极的通量阻断部（Flusssperre），其中相邻的板片切裁部的彼此叠置的通量阻断部形成一种在轴向方向上贯通的凹部。

同步磁阻电机拥有一种由一种被堆叠起来的板片组所组成的转子。单个板片切裁部包括一种通量阻断部，用于在电机运行时促进磁极的一种明显特性。通常，被堆叠起来的板片是相同的并且叠合地被堆叠，以至于彼此叠置的通量阻断部形成一种在轴向方向上贯通的穿过转子叠片组的开口。

在转子几何图形的d轴和q轴之间的磁阻比例对于机器的特性来说是决定性的。出于稳定性的原因，内部的和外部的筋条是必需的，以便承担横向于y轴线定向的通量导引面。为了达到一种尽可能大的磁性的各向异性，总是尝试将这些筋条尽可能地减到最小。对此，筋条被尽可能细地设计，以刚好使得转子的机械强度仍然被提供。

当使用高的能量密度时，快速旋转的电机被使用，例如，以一种每分钟14000转的转速与在工业驱动中最高每分钟4200转相比。高的转速产生巨大的离心力，这种离心力要求一种稳定的转子结构。对此，必须加宽所述筋条，以便承受离心力。然而，筋条的加宽导致一种不希望的在q方向上的磁性的传导性，这损害了机器的扭矩收益。

过去人们为了克服这个问题已经转向到，彼此叠置的通量阻断部的在堆叠时产生的轴向的贯通利用一种合适的填充材料来填充。所引入的填充材料起到载体材料的作用，并且给予所述转子叠片组一种附加的稳定性。

在引入所述填充材料时产生了所述各个通量导引面（Flussleitflächen）与填充材料的连接。但是，在通量导引面和填充材料之间的接触面受到构造限制地非常小。此外，所存在的接触面在电机运行中仅受到拉力的载荷。通过粘接所能够传递的力在这种情况下是非常小的。

本发明建立在该任务上：在以高转速运行中提高转子稳定性，而不必作为对抗措施忍受一种效率的损害。

该任务通过根据权利要求1的特征的一种转子叠片组得以解决。该转子叠片组的有利的构造是在独立权利要求之后的从属权利要求的主题。

该任务因此通过用于同步磁阻电机的一种转子叠片组来解决，该转子叠片组由多个被堆叠起来的、带有通量阻断部以形成明显的转子磁极的板片切裁部所组成。一些通量阻断部彼此叠置，由此在转子的轴向方向上产生一种通道。至今为止，相邻的转子切裁部的通量阻断部互相重合地彼此叠置，也就是说，彼此叠置的通量阻断部的通量阻断部边缘形成了一种在轴向方向上平坦的内壁面。

根据本发明，现在转入到，至少两个相邻的板片切裁部的彼此叠置的通量阻断部的至少一部分至少局部地相互搭接地被布置。因此没有形成所述内壁面的平坦的曲线，而是所述通量阻断部的所述搭接导致了彼此叠置的通量阻断部在轴向方向上是产生的内壁面的一种阶梯形的曲线。由此，可供使用的壁面面积被增大，那么这在当一种填充材料被引入到所述通量阻断部中时尤其是有利的。因此，就提高了在板片切裁部的与通量阻断部邻接的通量导引部段（Flussleitabschnitt）和被引入的填充材料之间的接触面积。此外，产生了在电机运行中可以通过剪切力来施加负荷的新的区域。所产生的转子连接被极大地加强。转子能够承受如此更高的转速，因为离心力的传递不必单独地通过内部的和外部的筋条来实现。

作为“搭接的布置”通量阻断部被理解为，该通量阻断部不是完全重合地彼此叠置，而是它们的边缘区域至少部分地搭接。

理想的是，转子几何图形的每个磁极段设置通量阻断部的至少一个相应的搭接的布置。但是更好的是，若所述板片切裁部几何图形的每个磁极段的通量阻断部设置一种搭接的布置，这明显地提高了所述转子叠片组的稳定性。

所述通量阻断部的搭接的布置可以通过通量阻断部大小以及通量阻断部形状的变化和/或通过在转子板片切裁部上的至少一个通量阻断部的推移来达到。可以考虑的是，至少一个通量阻断部的形状和或/大小对于至少一个相邻的通量阻断部进行变形。

同样可以考虑的是，彼此叠置的通量阻断部具有一种相同的形状和大小，但是在与相邻的板片切裁部比较时相互错开地伸展，以使这些通量阻断部相互之间在确定的区域搭接。当然也可以设想的是，一种在通量阻断部的全部的曲线上的搭接，也就是说，在它们的整个的长度上。

各个通量阻断部的几何图形的造型可以由一种横向于q轴线伸展的中间部分——特别地直线伸展的中间部分——和/或布置在中间部分末端的并且相对其进行弯折的端部所组成。所述端部不必尖锐地弯折，一种从中间部分到所述弯折的端部的圆的过渡同样是可以设想的。

当相邻的通量阻断部的至少所述中间部分在径向方向上相互有移位时，对于所述搭接来说，原则上是足够的。理想的是，所述端部继续互相重合地叠置，特别是所述弯折的端部——也被称为侧腿，彼此叠置。

尤其优选的是，若在每两个具有完全重合的彼此叠置的通量阻断部的板片切裁部之间存在至少一个具有相对其有移位的通量阻断部伸展部的板片切裁部，以使在两个外部的通量阻断部和位于它们之间的通量阻断部之间出现一种相同的搭接。总的来说产生一种均匀的转子结构，并且使得通过在所述板片切裁部几何图形中的差异所决定的、对于转子圆周的影响得以最小化。

存在这种可能：所述叠片组至少部分地由相同的板片切裁部堆叠而成，其中每个板片切裁部的直接相邻的磁极段的通量阻断部以到轴孔不同的距离地被布置。相邻的板片切裁部然后就以一个磁极段为幅度相互间旋转地堆叠，以使所述彼此叠置的通量阻断部的至少一部分相搭接。例如，相邻的转子磁极的内部的通量阻断部可以相互有移位地被布置。对于外部的和中间的通量阻断部同样地适用。原则上，转子磁极的所有的通量阻断部也可以相对于相邻的转子磁极的通量阻断部移位地被布置。该移位总是涉及相邻的磁极段的两个相对应的通量阻断部，即内部的通量阻断部、中间的通量阻断部中的一个或者外部的通量阻断部。

直接相邻的磁极段的通量阻断部不必强制地以到所述轴孔不同的径向距离地被布置。也有可能的是，磁极段的通量阻断部和再下一个磁极段的或者该再下一个磁极段之后的磁极段的通量阻断部具有到所述轴孔不同的径向距离。一样地，相对置的磁极段也可以具有带有到轴孔的不同的径向距离的通量阻断部。在用于堆叠的所述板片切裁部的随后的旋转时要注意的是：相邻的板片切裁部如此程度地旋转，以使具有相互间移位的通量阻断部的磁极段彼此叠置。该旋转因此至少以最少两个磁极段为幅度来实现。

优选的是，所有直接相互相邻的磁极段的通量阻断部以相对于所述轴孔不同的移位地被放置。同一方法在之前所述的备选的构造中也可以是有意义的，在该构造中直接相邻的磁极段的通量阻断部不具有一种移位。但是为了简单起见，以下只涉及到直接相邻的磁极段的通量阻断部具有一种移位的例子，但是所述实施方式也不受限地适用于备选方案。

例如，一种第一磁极的相邻的磁极段的相应的通量阻断部以到轴孔更小的距离地被布置，而它的相邻的磁极段的直接相邻的通量阻断部又以到轴孔更大的距离被布置。在这种情况下，可以有意义的是，若相邻的磁极段的通量阻断部具有到轴孔的不同的距离，但是第一磁极段的通量阻断部的再下一个磁极段的通量阻断部被以到轴孔相同的距离地放置。如果在各个的磁极段上巡视在板片切裁部的范围内的通量阻断部，那么每个通量阻断部分别交替地以离轴孔较大的或较小的距离地被放置。

在该板片切裁部的接下来的堆叠时，板片切裁部被相互之间以每次一个磁极段为幅度地旋转地彼此叠置地被放置，由此得到所述通量阻断部的一种搭接的布置。

如前所述的那样，所述转子叠片组的、所形成的在轴向方向上贯通的凹部可以被一种相应的填充材料部分地或者完全地填充，例如以一种抗磁的或者顺磁的材料。有利的是，借助于注塑或者压铸工艺引入所述材料。尤其有利的是，所述材料的引入可以通过触变成形（Thixomolding）来实现。使用铝作为填充材料或者使用一种包括铝的填充材料是尤其合适的。

可以考虑的是，板片切裁部的至少一部分在至少一个通量导引部段中包括一个或者多个孔。这些孔也可以——和相邻的磁极段相比——相互之间移位地被布置。特别地，所述孔被这样布置，以使在一种板片切裁部的通量导引部段之内的这些孔延伸到相邻的板片切裁部的通量阻断部中。这些孔可以同样地被一种填充材料所填充，优选地以像彼此叠置的通量阻断部那样的相同的材料。这些的孔的填充提供给所述转子叠片组额外的稳定性。此外这种设置方式在下述情况下是特别地有利的：若要求一种具有尽可能少的筋条或者没有筋条——即没有内部的或者外部的筋条——的板片切裁部几何图形。筋条数量的减少或者筋条的完全删去就优化了在d轴和q轴之间的磁阻比例，其中尽管如此，由于所述孔就提供了叠片组的足够的稳定性。

根据本发明的构思使一种没有附加的固定垫片、间隔垫片或者端垫片的情况下就能应付的转子的构造成为可能。稳定性只通过所述通量阻断部的搭接的布置和之后的将其填满来实现。但是并不反对，转子几何图形围绕着起动笼补充相应的短路环，尤其是在被引入到通量阻断部中的铝的基础上。所述转子那么就适合于使用在一种自启动的同步磁阻电机中。

除了根据本发明的转子叠片组之外，本发明同样涉及一种具有这种转子叠片组的同步磁阻电机。由此，对于所述同步磁阻电机来说，显然可得出正如已经借助于根据本发明的转子叠片组所阐述的那样的优点和特性。

优选所述同步磁阻电机的一种构造，在该构造中追溯到一种在单个线圈绕组中的定子。但是也可以使用一种具有分布的绕组的定子。

最后，本发明同样涉及一种用于制造优选地根据本发明的转子叠片组的方法。该方法特征在于：各个板片切裁部由一种电磁的板片切割或者冲制而成，其中相邻的磁极段的相应的通量阻断部在交替的径向方向上是相互移位的。这涉及到直接相邻的磁极段和随后的磁极段或者相对置的磁极段。由此，这些磁极段的每个通量阻断部以离所述轴孔不同的径向距离地伸展。在随后的接合时，各个板片切裁部以一个或者多个磁极段为幅度相对于转子叠片组的之前的板片切裁部旋转地布置，以至于相应的通量阻断部不再全等地彼此叠置，而是部分地搭接。通过彼此叠置的通量阻断部的所述搭接，就得到了在一种被填充的填充材料和通量导引部段之间的被增大的接触面。

将填充材料装入到各个通量阻断部中优选地通过压铸工艺来实现，其中作为填充材料理想地使用一种铝或者一种包含铝的材料。特别优选的是，装入填充材料可以通过触变成形来实现。该方法以填充材料的非常好的流动特性而出众，因此该方法特别地合适用于对于所述通量阻断部的填充，特别地，用于对于互相搭接的通量阻断部的填充以及由此而来的细小的表面结构。

一个或者多个磁极段的一个或者多个通量导引部段可选地配备孔，在所述孔中同样地引入被使用的填充材料。孔也可以——如果人们将相邻的磁极段互相比较——互相移位地布置。特别地，所述孔被如此地布置，以使在一板片切裁部的通量导引部段内部的孔延伸到相邻的板片切裁部的通量阻断部中。由此，相邻的通量导引部段在轴向方向上直接地和填充材料相连接，这正面地影响到转子的稳定性。

本发明另外的优点和特性会在以下借助于一种在附图中展示的实施例来描述。在此示出：

图1： 根据本发明的板片切裁部与一种传统的转子板片相比较的展示图，

图2： 根据本发明的板片切裁部的一种根据第二实施方式的展示图，

图3： 由按照本发明的根据图1的板片切裁部所组成的一种被堆叠起来的转子叠片组的一种草绘示意图，和

图4： 由按照本发明的根据图2的板片切裁部所组成的一种被堆叠起来的转子叠片组的一种草绘示意图。

图1总共展示了一种转子叠片组的三个板片切裁部，其中转子片A展示了一种传统的转子片，而转子片B展示了一种根据本发明的板片切裁部的几何图形。为了更好地理解被修改了的通量阻断部布置方式（Flusssperrenanordnung），所述不同的几何图形被在旁边以及上下地展示。

这两个板片切裁部几何图形A, B包括一种配备了大量的通量阻断部1, 10的电磁的板片。这两个几何图形几乎是相同的，只是在按照板片B的新式的几何图形上所述通量阻断部10的布置方式略微在径向上移位地被布置。

这两个转子几何图形A, B通过在相应的磁极段（Polsegment）上的通量阻断部1,10的有针对性的布置就形成了一种四极的转子。各个磁极段分别包括三个通量阻断部1,10，所述通量阻断部由一种中间部分2, 11以及在其上的末端处被弯折的端部3, 12所组成。在径向方向上最近地位于轴孔4, 13处的通量阻断部具有最大的几何图形的尺寸，而在径向方向上位于更外部的通量阻断部尺寸越来越小。

根据本发明，所述通量阻断部截面如此地变化，以至于一种磁极段的通量阻断部10的中间部分11在径向方向上交替地推移。每两个磁极段15的所有的通量阻断部10径向地向外推移，在剩下的两个磁极段14上，所有的通量阻断部10向内推移。所述通量阻断部的端部12的位置与按照板片切裁部A的当前的构造相比保持不变。

可以看到，例如，转子片B的上部和下部的磁极段14的通量阻断部10相比于传统的转子片A在径向方向上离轴孔13更近。与此相对地，位于右侧和左侧的磁极段15的通量阻断部10相比于传统的转子片A在径向方向上与轴孔13间隔得更远。磁极段15的通量阻断部的向内的所述推移相比于原来的按照板片切裁部A的通量阻断部形状就导致了通量阻断部形状的一种变形，而磁极段14的通量阻断部的向外推移就导致了蹾压。然而，端部的位置、即在板片切裁部B上两条侧腿的端部的位置并没有改变。

按照本发明的转子片的一种有变化的实施方式在图2中作为转子片C示出。在此，所述通量阻断部10的布置方式和按照图1的转子片B的布置方式一样。与之不同的仅仅是所述通量导引部段16，即在各个通量阻断部10之间的电磁的板片的部段设有保持洞（Haltelöcher）。

保持洞17——也被称为孔——对于相邻的磁极段同样地相互移位地被布置。例如，在磁极段14中，这些孔位于各个通量阻断部10的中间部分的更外部的边界边缘旁边，而在磁极段15中的孔17与之相对地位于所述通量阻断部10的中间部分11的更内部的边界边缘旁边。孔17因此同样地在径向方向上移位地被布置。这些保持洞17的作用在稍后的时刻详细地被说明。

在冲制出所述板片切裁部B, C之后，这些板片切裁部在接下来的接合时相对之前的板片以90°为幅度旋转地堆叠。由此，在一种通量阻断部的内部越过转子整体长度，产生一种具有强烈地增大的表面的体积，因为所述通量阻断部的叠加导致了所述内部壁面在轴向方向上的一种阶梯型的曲线。例如，这可以在根据图3和4的示图中看到。根据图3的变型展示了根据几何图形B的板片切裁部的使用情况，而图4的图片追溯到具有几何图形C的板片切裁部。在所述两个例子B，C中能够看出这种情形：所述通量阻断部10,10‘，10“与轴孔13的距离在轴向长度L上发生变化。这也适用于叠加的最内部的通量阻断部10、中间的通量阻断部10‘以及最外部的通量阻断部10‘‘‘。

在所示出的实施例中，每两个板片切裁部拥有具有到轴孔同样距离的通量阻断部10,10‘，10“，与之相反，直接相邻的板片切裁部具有到轴孔13不同的距离。通过这种设置方式，就产生了所述通量阻断部10,10‘，10“的内部壁面的一种明显的表面积增大，这种表面积增大通过邻接的通量导引部段16,16‘，16“，16‘‘‘形成。如果所述通量阻断部10,10‘，10“在轴向长度L上被用一种填充材料、比如通过压铸铝（Aludruckguss）来填充，那么利用所述填充材料产生所述各个通量导引面16,16‘，16“，16‘‘‘的一种连接。

在浇铸一种具有板片切裁部A的传统的转子时，在通量导引面和浇筑材料之间的接触面可能很小，并且产生的接触面积可能只承受拉力。在这种情况下能够通过粘接传递的力相对地较小。在修改的根据图3的转子变型方案中，接触面积由于所述阶梯形的曲线就强烈地被增大，并且产生了能够通过剪切力来承受载荷的新的区域，这明显地增强了所述转子的连接。被填满的转子能够承受如此更高的转速，因为离心力的传递不必再仅仅通过内部的和外部的筋条来实现。

通过转子片的改型以及所述浇铸，可以部分地或者在需要时全部地放弃所述内部的和外部的筋条。

此外，按照本发明的转子叠片组不需要附加的间隔垫片、固定垫片、终端垫片或者短路环来保证转子稳定性。但是并不是说，反对装入这些元件，特别是，当转子叠片组需要被用在一种自启动同步磁阻马达（Line-Start Synchronreluktanzmotor）中并且集成一种必需的起动笼（Anlaufkäfig）时。

该当前的转子叠片组能够被一种未改变的单个线圈绕组、也可被分布式的绕组驱动。

当使用所述板片切裁部几何图形C时，同样地能够看出在所述通量导引部段16、16‘、16“、16‘‘‘中的孔17。所述孔延伸到相邻的板片切裁部C的通量阻断部10中，以至于通过填入所述填充材料使得所述通量导引部段同时地与被填入的载体介质相连接。通过这些孔，通过离心力再次地提高了所述转子的负荷能力。

图1至4的实施例公开了相邻的磁极段的通量阻断部的一种移位。但是也有可能，将对置的磁极段配备相关联的通量阻断部的一种相应的移位，并且在后续的堆叠时将相邻的板片切裁部以180°的幅度旋转。直接相邻的磁极段具有所述通量阻断部的相应的移位也不是必须的，该移位也可以被设置在一种磁极段和例如再下一个或者说一种紧随其后的磁极段之间。所述板片切裁部在这种情况下必须在堆叠之前以两个或者多个磁极段为幅度相互旋转，以使具有所述移位的磁极段最终彼此重叠地放置。

Claims (15)

1. 用于一种同步磁阻电机的转子叠片组，包括多个被堆叠起来的板片切裁部（B， C），该板片切裁部具有通量阻断部（10，10‘，10“）以形成明显的转子磁极，其中相邻的板片切裁部（B， C）的彼此叠置的通量阻断部（10，10‘，10“）构成一种在轴向的转子方向上贯通的凹部，

其特征在于，

在所述彼此叠置的通量阻断部（10，10‘，10“）的至少一个部分中，相邻的板片切裁部（B，C）的至少两个通量阻断部（10，10‘，10“）至少局部地相互搭接。

2.根据权利要求1所述的转子叠片组，其特征在于，所述彼此叠置的通量阻断部（10，10‘，10“）在形状和大小上是相似的，但是至少局部地相互移位，以至于这些通量阻断部相互搭接，其中特别地至少一个通量阻断部（10，10‘，10“）的形状和/或大小相对于至少一个相邻的通量阻断部（10，10‘，10“）是变形的。

3.根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片组，其特征在于，各个通量阻断部（10，10‘，10“）包括一种相对q轴横向伸展的中间部分（11）和优选地相对其进行弯折的端部（12），其中彼此叠置的通量阻断部（10，10‘，10“）的至少所述中间部分（11）在径向方向上相互移位地放置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片组，其特征在于，在每两个具有两个全等地相互叠置的通量阻断部（10，10‘，10“）的板片切裁部（B，C）之间分别放置至少一个板片切裁部（B，C），该板片切裁部具有所述通量阻断部（10，10‘，10“）的对其移位的或者搭接的布置。

5. 根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片组，其特征在于，至少每个磁极段（14,15）设有相邻的板片切裁部（B，C）的通量阻断部（10，10‘，10“）的至少一个搭接的布置，理想情况下，在一磁极段（14, 15）的所有的彼此叠置的通量阻断部（10，10‘，10“）上都设置着搭接。

6. 根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片组，其特征在于，所述叠片组至少部分地由相同的板片切裁部（B，C）堆叠起来，其中相邻的磁极段（14，15）的通量阻断部（10，10‘，10“）以到轴孔（13）的不同的径向距离地被布置，特别是直接相邻的磁极段（14, 15）的通量阻断部（10，10‘，10“），并且相邻的板片切裁部（B，C）以一个或者多个磁极段（14, 15）为幅度相互旋转地进行堆叠。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片组，其特征在于，至少一个通过所述通量阻断部（10，10‘，10“）所形成的、在轴向方向上贯通的凹部至少局部地被一种抗磁性的或者顺磁性的材料填充。

8.根据权利要求7所述的转子叠片组，其特征在于，所述材料通过注塑或者压铸或者通过触变成形被引入，其中所述材料优选地是铝或者包括铝。

9.根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片组，其特征在于，所述板片切裁部（B，C）的至少一部分在至少一个通量导引部段（16，16‘，16“，16‘‘‘）中包括一个或多个孔（17），其中优选地，至少一个孔（17）通入到相邻的板片切裁部（B，C）的通量阻断部（10，10‘，10“）中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片组，其特征在于，所述板片切裁部（B，C）不包括内部的和/或外部的筋条。

11.具有一种根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片组的同步磁阻电机。

12.根据权利要求11所述的同步磁阻电机，其特征在于，该电机包括一种在单一线圈绕组中的或者具有多个分布的绕组的定子。

13. 用于制造优选地根据权利要求1至10中任一项所述的转子叠片组的方法，其特征在于，各个板片切裁部（B，C）由一种电磁的板片切割或者冲制而成，相邻的磁极段（14, 15）的所述板片切裁部的通量阻断部（10，10‘，10“）在交替的径向方向上相互移位，并且随后板片切裁部（B, C）以一个或者多个磁极段（14, 15）为幅度相对于所述转子叠片组的前一个板片切裁部（B，C）旋转地被堆叠。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，一个或者多个通量阻断部（10，10‘，10“）被一种填充材料填充，优选地通过压铸方法或者通过触变成形地来进行，其中例如铝被用作为填充材料。

15. 根据权利要求13或者14所述的方法，其特征在于，一个或者多个通量导引部段（16, 16‘，16“，16‘‘‘）配备有一个或者多个具有孔（17）的磁极段（14, 15），所述孔随后被填充材料填充。