CN108292870B - 具有增强磁性能的旋转电机爪形转子 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及一种机动车辆旋转电机的转子，包括至少一个磁轮，其包括多个爪(29)，每个爪(29)包括在基部(53)和自由端部(54)之间延伸的两个侧向边缘(51、52)，所述转子的特征在于，由爪(29)的侧向边缘(51、52)相对于与相应爪(29)的所述基部(53)垂直的直线(M)形成且以度表示的最小角(A)与中间比率的比率为15至24，所述中间比率由所述爪(29)的宽度(Lb)比极距(Tp)而定义。

Description

具有增强磁性能的旋转电机爪形转子

技术领域

本发明涉及一种具有改进磁性能的旋转电机的转子。本发明在用于机动车辆的交流发电机和可逆电机的领域中具有特别有利但并非排他的应用。交流发电机将机械能转换为电能。可逆电机还使得可以将电能转换为机械能，特别是为了起动车辆的热机。

背景技术

以已知的方式，在文献EP0762617中描述的交流发电机包括壳体以及在壳体内的爪形转子和定子，该爪形转子直接或间接地与轴一体旋转，所述定子在空气间隙的存在下围绕所述转子。带轮固定在轴的前端部上。

定子包括设置有槽口的板组形式的本体，所述槽口装备有用于装配定子绕组的槽口绝缘件。绕组包括通过本体中的槽口的多个相绕组，且与所有相绕组一起形成在定子本体两侧的前髻状件和后髻状件。绕组例如由覆盖有磁漆的连续电线获得，或由为条的形式的导体元件获得，所述导体元件诸如“U”形式的销，其端部例如通过焊接连接到彼此。

这些相绕组例如是以星或三角形式连接的三相绕组，其输出端连接至至少一个电子整流桥模块，所述模块包括整流器元件，诸如二极管或晶体管。

另外，转子包括两个磁轮。每个磁轮包括具有横向取向的凸缘，所述凸缘在其外周边上设置有爪，所述爪例如具有梯形形状和轴向取向。一个轮的爪轴向地面向另一轮的凸缘。磁轮的每个爪伸入到存在于另一磁轮的两个相邻爪之间的空间中，使得磁轮的爪相对于彼此被叠盖。圆柱形芯部轴向地插置在轮的凸缘之间。该芯部在其外周边上支撑激励绕组，所述激励绕组缠绕在绝缘件中，所述绝缘件径向地插置在所述芯部和该绕组之间。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种机动车辆的旋转电机的转子而使通过电机传递的输出电流最大化，所述转子包括：至少一个磁轮，其包括多个爪，每个爪包括在基部和自由端部之间延伸的两个侧向边缘，

所述转子特征在于由爪的侧向边缘相对于与相应爪的所述基部垂直的直线形成的以度表示的最小角与中间比率的比率为15至24，所述中间比率通过所述爪的宽度比极距来定义。

该类型的爪构造使得可以限制磁漏，同时优化爪与空气间隙接触的表面，这使得可以增加通过电机传递的输出电流的强度。

根据一个实施例，对于具有8对极的电机，所述比率为15至20。

根据一个实施例，对于具有6对极的电机，所述比率为20至24。

根据一个实施例，倒角部设置在至少一个爪的拖曳侧向边缘中。

根据一个实施例，倒角部设置在至少一个爪的引领侧向边缘中。

根据一个实施例，所述倒角部的表面面积朝向相应所述爪的自由端部减小。

根据一个实施例，所述倒角部的所述表面在相应所述爪的自由端部处大体为零。

根据一个实施例，所述倒角部的最大宽度与极距的比率为0.16至0.37。

根据一个实施例，所述磁轮的所述爪是对称的。

根据一个实施例，所述磁轮的所述爪是非对称的。

根据一个实施例，由单个爪的侧向边缘相对于与所述爪的基部垂直的直线形成的角是彼此不同的。

根据一个实施例，所述转子包括极间磁体，它们每个定位在将两个相继的爪分开的空间内。

根据一个实施例，爪的最小长度等于所述爪的最大宽度与角的正切的二倍之间的比率，所述角为侧向边缘和与所述基部垂直的直线之间的角。通过选择尽可能最小的爪长度，可以改进电机的离心性能。

根据一个实施例，所述中间比率为0.9至1.1。

本发明还涉及一种交流发电机或可逆电机类型的旋转电机，其特征在于，其包括如前限定的转子。

附图说明

本发明将通过阅读以下描述和研究附图被更好地理解。这些附图仅作为图示提供而不限制本发明。

图1是根据本发明的交流发电机的示意纵向截面视图；

图2是根据本发明的磁轮的爪的从上方观察的示意图；

图3a和3b示出两个曲线，其表示根据在此之后分别对具有六对和八对磁极的电机定义的比率的交流发电机的输出电流的强度；

图4a和4b是根据本发明的转子的示意变体实施例，在其至少一个转子上包括分别包括一个倒角部或两个倒角部；

图5是示出了非对称爪的实施例的从上方观察的示意图。

具体实施方式

相同、相似或近似的元件在各图中具有相同的附图标记。在在此之后的描述中，认为“前”元件位于电机的带轮侧，“后”元件位于相对侧。

图1示出紧凑的多相交流发电机10，特别地用于机动车辆。该交流发电机10将机械能转换为电能，并且可以是可逆的。该类型的可逆交流发电机10已知为交流发电机-起动器，使得可以将电能转换为机械能，特别是为了起动车辆的热机。

该交流发电机10包括壳体11以及在壳体内部的装配在轴13上的爪形转子12和在空气间隙17的存在下围绕转子12的定子16。带轮14固定在轴13上。该带轮属于通过机动车辆热机和交流发电机10之间的带传递运动的装置。轴13的轴线X形成转子12的旋转轴线。

定子16包括设置有槽口的板组形式的本体19，例如半关闭类型，其装备有用于装配定子16的相的槽口绝缘件。每个相包括通过定子16的本体19中的槽口的至少一个绕组，且与所有相一起形成在定子本体19两侧的前髻状件20和后髻状件21。

绕组例如可由覆盖有磁漆的连续电线获得，或由为条的形式的导体元件获得，所述导体元件诸如销，其被连接到彼此，例如通过焊接。这些绕组例如是三相绕组，所述绕组以星形或三角形形式被连接，所述绕组的输出端被连接到至少一个整流桥，所述整流桥包括整流器元件，诸如MOSFET型晶体管或二极管，特别是当涉及交流发电机-起动器(例如在文献FR2745445中所描述的)时。

转子12包括两个磁轮24、25，其每个包括具有横向取向的凸缘28，所述凸缘在其外周边上设置有爪29，所述爪例如具有梯形形状和轴向取向。一个轮24、25的爪29轴向地面向另一轮的凸缘28。磁轮24、25的每个爪29伸入到存在于另一磁轮的两个相邻爪29之间的空间中，使得磁轮24、25的爪29相对于彼此被叠盖。

爪29的外周边与定子16的本体19的内周边一起限定出定子16和转子12之间的空气间隙17。爪29的内周边是倾斜的，从而爪29在它们的自由端部54侧处较薄。

圆柱形芯部30轴向地插置在轮24、25的凸缘28之间。在该情况下，该芯部30由两个半芯构成，每个半芯属于其中一个凸缘28。该芯部30在其外周边上支撑激励线圈31，所述激励线圈31缠绕在绝缘件32中，所述绝缘件11径向地插置在所述芯部30和该线圈31之间。

另外，壳体11包括组装在一起的前支承件35和后支承件36。支承件35、36具有中空形式，且每个在中心支撑球轴承37、38，用于适于转子的轴13的旋转。后轴承36支撑设置有电刷41的刷握40，所述电刷被设计为摩擦集电器45的环44，所述环通过有线连接件连接至激励绕组31。电刷41电连接至电压调节器，其装配在电机外侧。

前和后支承件基本上包括侧向前开口60和侧向后开口61，用于允许交流发电机10通过空气循环而冷却的目的，所述空气循环通过定位在转子前部面的风扇62和定位在转子后部面上的风扇63的旋转产生。每个风扇62、63设置有多个叶片64。前侧向开口60和后侧向开口61分别对着前髻状件20和后髻状件21。

更特别地，如图2可见，具有梯形形式的每个爪29包括引领边缘51和拖曳边缘52，所述引领边缘沿通过箭头SR所指的转子12的旋转方向首先接触空气，所述拖曳边缘位于相对于引领边缘51的相对侧。这些边缘51、52在爪29的基部53和爪29的自由端部54之间延伸，所述基部局部地与相应凸缘28的外周边重合。

在沿圆周方向测量的爪的最大宽度Lb和极距Tp之间定义比率Lg，即，Lg＝Lb/Tp。极距Tp等于定子16的内周长和电机极数之间的比率，即，Tp＝πD/2p，D是定子16的内直径，p是电机的极对的数量。比率Lg优选地为0.9至1.1。换句话说，爪29的宽度Lb接近极距Tp。

还在以度表示的角A和比率Lg之间定义比率R，即，R＝A/Lg。规定有，角A对应于由爪29的侧向边缘51、52相对于直线M形成的最小角度，所述直线垂直于相应爪29的基部53。在该情况下，直线M对应于爪29的中间直线，该中间直线通过基部53的中心，但是作为变体，其可是平行于该参考直线的任何其他直线。比率R为15至24。

更特别地，如通过图3a中的曲线所示，其示出根据具有六对极的电机的比率R的交流发电机的输出电流Is的演变，对于该类型的电机，理想比率R为20至24。

如通过图3b中的曲线所示，其示出根据具有八对极的电机的比率R的交流发电机的输出电流Is的演变，对于该类型的电机，理想比率R为15至20。

获得理想比率R由以下事实解释：对于给定的极宽度，当角A增加时，磁漏初始地减小，这导致输出电流Is增加。输出电流Is达到最大值，以便然后由于爪29的表面面积的减小而减小，导致变为比磁漏的减小大的磁通的减小。

另外，沿轴向方向测量的爪29的最小长度Lz等于爪29的最大宽度Lb和角A的正切的二倍之间的比率。由此，获得Lz＝Lb/(2x tan(A))。通过选择尽可能最短的爪长度Lz，可以改进转子12的离心性能。

在实施例中，磁轮24、25的爪29是对称的，即，经过基部53中心的中间直线M也经过爪29的自由端部54。在该情况下，由单个爪29的侧向边缘相对于在爪29的基部53处的垂直直线D1形成的角A是相等的。

作为变体，如图5所示，磁轮24、25的爪29是非对称的，即，经过基部53中心的中间线M相对于经过相应爪29的自由端部54的平行直线D1是偏离的。非对称爪29可沿旋转方向SR倾斜，如图5中的情况(参考箭头F1)，或沿与旋转方向SR相反的方向倾斜。在所有情况下，由单个爪29的侧向边缘相对于与爪29的基部53垂直的直线D1形成的角A是不同的。由此，位于引领边缘51侧的角A与位于相应爪29的拖曳边缘52侧上的角A’不同。优选地，分别与角A和A’相关联的比为15至24。

另外，如图4a所示，倒角部57可设置在磁轮24、25的每个爪29的拖曳边缘52中。倒角部57的表面区域——在该情况下具有大体三角形形式——朝向爪29的自由端部54减小。倒角部57的表面面积在爪29的自由端部处大体为零。

在倒角部57的最大宽度Chb_max和极距Tp之间定义比率R’，即，R’＝Chb_max/T。最大宽度Chb_max沿圆周方向测量。理想比率R’为0.16至0.37。作为变体，如图4b可见，倒角部57设置在爪29的拖曳边缘52和引领边缘上。该倒角部构造使得可以减小电机的噪音。

如果适用的话，转子12可包括极间磁体46，其每个定位在将两个相继的爪29分开的空间66内(参照图4b)。磁体46可定位在所有极间空间66内，或仅在一些极间空间内，且绕转子12的圆周规则地分布。磁体46可由稀土NeFeB(镍-铁-硼)或SmCo(钐-钴)制成。极间磁体46的数量和材料的选择使得可以使转子12的磁性能容易地适应交流发电机的所需功率。

应意识到，前述说明仅作为阐释提供，而不限制本发明的范围，以任何其他等同物替换不同元件将不会构成对其的偏离。

Claims (15)

1.一种机动车辆的旋转电机的转子(12)，包括：至少一个磁轮(24、25)，其包括多个爪(29)，每个爪(29)包括在基部(53)和自由端部(54)之间延伸的两个侧向边缘(51、52)，

所述转子的特征在于，由爪(29)的侧向边缘(51、52)相对于垂直于相应爪(29)的所述基部(53)的直线(M)形成的以度数表示的最小角(A)与中间比率(Lg)的比率(R)为15至24，所述中间比率(Lg)通过所述爪(29)的宽度(Lb)比极距(Tp)来定义。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，对于具有8对极的电机，所述比率(R)为15至20。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，对于具有6对极的电机，所述比率(R)为20至24。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子，其特征在于，倒角部(57)设置在至少一个爪(29)的拖曳侧向边缘(52)中。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子，其特征在于，倒角部(57)设置在至少一个爪(29)的引领侧向边缘(51)中。

6.根据权利要求4所述的转子，其特征在于，所述倒角部(57)的表面面积朝向相应所述爪(29)的自由端部(54)减小。

7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，所述倒角部(57)的所述表面在相应所述爪(29)的自由端部(54)处大体为零。

8.根据权利要求4所述的转子，其特征在于，所述倒角部(57)的最大宽度(Chb_max)与极距(Tp)的比率(R’)为0.16至0.37。

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子，其特征在于，所述磁轮(24、25)的所述爪(29)是对称的。

10.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子，其特征在于，所述磁轮(24、25)的所述爪(29)是非对称的。

11.根据权利要求10所述的转子，其特征在于，由单个爪(29)的侧向边缘(51、52)相对于垂直于所述爪(29)的基部(53)的直线(M)所形成的角(A)是彼此不同的。

12.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子，其特征在于，所述转子包括极间磁体(46)，它们每个定位在将两个相继的爪(29)分开的空间(66)内。

13.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子，其特征在于，爪(29)的最小长度(Lz)等于所述爪(29)的最大宽度(Lb)与所述角(A)的正切的二倍之间的比率，所述角(A)为侧向边缘(51、52)和垂直于所述基部(53)的直线(M)之间的角。

14.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子，其特征在于，所述中间比率(Lg)为0.9至1.1。

15.一种交流发电机或可逆电机类型的旋转电机，其特征在于，其包括根据前述权利要求中的任一项限定的转子。

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