CN109075620B - 用于旋转电机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转电机(1)的、特别是用于同步电机(1a)的转子(3)，其具有可绕旋转轴线(4)旋转的轴(5)以及至少一个极靴(7)。为了实现改善的振动性能而提出，极靴(7)具有极靴体(8)和极靴金属板(9)，其中极靴金属板(9)放置在极靴体(8)的径向外表面(8a)上。

Description

用于旋转电机的转子

技术领域

本发明涉及一种用于旋转电机、尤其是同步电机的转子，具有能够围绕旋转轴线旋转的轴以及至少一个极靴。

此外，本发明还涉及一种旋转电机，尤其是同步电机，其具有这样的转子。

本发明还涉及一种用于制造这样的转子的方法。

背景技术

这种类型的转子尤其应用在具有装入的极靴的直接启动的凸极电机中。装入的极靴基本上用于功率至少为1兆瓦的大型驱动机。

直接启动有时是成本低廉的方法，以实现在电网中的启动，其中同步电机异步启动并且在接近同步转数时转入同步运行。在异步启动的情况中，转子必需如此设计，即对于启动来说必要的电流能够流动，其中，具有实心极的转子可以使用极表面的电导率。

在同步凸极电机的异步启动中，在装入的极靴中感应出涡流，其中特别是极靴的表面被磁交变场强烈加热，特别是通过涡流强烈加热。此外，对于功率至少为1兆瓦的大型同步电机而言，要求它们能够以规定的反作用力矩启动。在这种反作用力矩的情况下，极靴的表面上可能出现几百摄氏度的温度。

极靴和极杆之间的高温差会引起在极靴和极杆之间的分界缝处产生大剪切力。极靴的底侧和上侧之间的这种高温差导致极靴变形，特别是凸起。由于变形是由交变电磁场或涡流产生的温差引起的，因此涉及电磁感应的热变形。通过这种电磁感应的热变形，极靴和极轴可彼此相对运动。与变形和移动相关的极靴质量移动对转子的平衡状态以及因此对振荡行为具有负面影响。

专利US 5,949,172 A描述了一种具有驱动线圈的电动机，该驱动线圈缠绕在凸极上。电枢铁心的开口宽度保持足够大，以能够适当且容易地松开驱动线圈。在缠绕驱动线圈之后，磁通量收集板安装在凸极的弧形部分的外周表面上。在安装过程中，各两个设计在通量收集板中的爪形定位接合部段被装配在分别设置在电枢铁芯的上端面和下端面中的槽口(119)中。

公开文献JP S59 59033 A描述了一种用于凸极转子的极，其中，线圈缠绕在极的极体上，极体一体地从旋转轴上突出。极靴用螺栓固定在极体上，以支撑线圈，其中螺栓的头部埋在极靴的钻孔中。为了消除局部温度升高，极靴钻孔的开口用磁板封闭，该磁板设计地如极靴的表面一样基本上光滑。

公开的专利申请DE 21 16 821 A1描述了一种在异步范围中起动的电动机的实心极，其具有至少一个封闭的冷却回路，其中至少一个部分位于广泛的极区域中而另一个部分位于极脚区域中。在冷却回路中包含传热流体，其在电机启动期间在诸如加速度、速度和加热的影响因素的影响下形成自然环流。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于旋转电机的转子，其与现有技术相比在极靴的局部加热方面具有改善的振动性能。

根据本发明，该目的通过一种用于旋转电机、尤其是同步电机的转子实现，该转子具有能够围绕旋转轴线旋转的轴和至少一个极靴，其中，极靴具有极靴体和极靴金属板，其中，极靴金属板放置在极靴体的径向外表面上，其中，极靴金属板在多个连接点处与极靴体连接，并且其中极靴金属板在连接点之间至少在轴向方向上通过凸起和/或沟槽柔性地形成。

此外，根据本发明，该目的通过一种用于旋转电机的、尤其是同步电机的转子实现，其具有能够围绕旋转轴线旋转的轴和至少一个极靴，其中，极靴具有极靴体和极靴金属板，其中，极靴金属板放置在极靴体的径向外表面上，其中，极靴金属板包括至少两个分层的单金属板。

该目的此外通过一种旋转电机，尤其是同步电机实现，其具有这种类型的转子。

此外，该目的还通过用于制造这种类型的转子的方法实现。

以下关于转子阐述的优点和优选实施例可类似地应用于旋转电机和制造方法。

本发明基于通过将极靴金属板固定在极靴体的径向外表面上来改善转子的振动特性的想法。极靴体的径向外表面是在旋转电机中转子运行期间与转子和定子之间的间隙邻接的表面。例如，在异步启动中产生的涡流至少很大程度在极靴金属板中流动，该金属板由涡流加热和膨胀。膨胀仅引起极靴金属板的弹性变形。极靴体的径向外表面几乎不会被加热，因此极靴体不会发生明显的电磁感应热变形。

极靴金属板在多个连接点处与极靴体连接。通过这种类型的逐点连接，极靴金属板与极靴体机械和电传导地连接。由于该逐点连接，妨碍了极靴体和极靴金属板之间的温度补偿。

极靴金属板至少在轴向方向上柔性地形成在连接点之间。柔性地形成应该被理解为，极靴金属板能运动地、能滑动地和/或可变形地布置在极靴的表面上。通过这种柔性设计，极靴金属板，特别是在连接点之间，可以独立于极靴体例如通过涡流引起的加热来变形。

通过极靴金属板上的凸起和/或沟槽，极靴金属板的机械特性和电特性有针对性地受到影响。通过凸起，极靴金属板例如通过由于涡流导致的加热，特别是在轴向方向上更加容易且更有针对性地变形。

通过使用至少两个重叠布置的分层的单金属板，在保持高灵活性的同时，还实现了总体较厚的金属板层。

在一个优选的设计方案中，极靴金属板在多个连接点处通过连接元件和/或材料配合连接与极靴体连接。连接元件、尤其是可拆卸的连接元件例如是螺栓。材料配合连接尤其是焊接连接。通过这种类型的逐点连接，极靴金属板与极靴体机械和电传导地连接。通过该逐点连接，妨碍了极靴体和极靴金属板之间的温度补偿。

在一个优选的设计方案中，极靴金属板具有轮廓。关于参考面，将该轮廓理解为在极靴金属板上的隆起部和/或凹陷、尤其是凸起和/或沟槽和/或在极靴金属板中的凹进部，尤其是槽。通过这种类型的轮廓能够有针对性地影响极靴金属板的机械和电性能。

通过有利的方式，该轮廓至少部分弯曲地形成。关于参考平面，应将弯曲部理解为隆起部或凹陷，其中尤其是弯曲部的长度或者宽度显著大于弯曲部的深度。通过这种类型的弯曲部，极靴金属板能够容易和有针对性地变形。

优选的是，轮廓具有槽和/或孔，其中，槽至少在轴向方向上延伸。孔是在极靴金属板中的圆形的、椭圆形的、正方形的或者矩形的凹口。槽是在极靴金属板中长形的直线或者弯曲的凹进部。孔和槽例如通过冲压、激光切割、铣削、钻孔或者水射流切割制成。通过这种类型的孔或者槽减小了极靴金属板的平均传导能力，这能够用于影响启动转矩。此外，通过这种类型的孔或者槽能够至少减小涡流。

优选地，轮廓具有沟槽。关于参考面，应将沟槽相理解为隆起部或凹陷，特别是沟槽的宽度小于沟槽的深度。这样的沟槽使得金属板在沟槽的延伸方向上加固。此外，极靴金属板能够更容易且更有针对性地、特别是垂直于沟槽的延伸变形。

以特别有利的方式，极靴金属板全面地放置在极靴体的径向外表面上。特别地，极靴金属板基本上匹配于极靴体的径向外表面的外形。由此，极靴体上的涡流至少以最佳方式减小。

优选地，极靴金属板由软磁性材料形成。特别是，极靴金属板由钢、铁、镍或钴构成。通过使用软磁性材料，转子和定子之间的间隙的有效宽度与没有极靴金属板的设计方案相比保持不变，特别是当极靴体的径向高度减小了所述金属板厚度时依然不变。因此，将软磁性材料用于极靴金属板，确保了旋转电机的最佳性能和效率。

较为有效地，极靴金属板具有在1mm至10mm范围中的厚度。特别是，几毫米就足以出现在极靴金属板中的大部分热损失。根据经验，这种厚度的启动金属板表明了最佳的有效性和技术可行性。

附图说明

在下文中，参考附图中所示的实施例来更详细地描述和解释本发明。

在图中：

图1示出旋转电机的横截面，

图2示出了在具有极靴金属板的第一实施例的极靴区域中的转子的放大纵截面，

图3示出了极靴金属板的第一实施例的俯视图，

图4示出了极靴金属板的第二实施例的俯视图，

图5示出了在具有极靴金属板的第三实施例的极靴区域中的转子的放大纵截面，

图6示出了在具有极靴金属板的第四实施例的极靴区域中的转子的放大纵截面，

图7示出了在具有极靴金属板的第五实施例的极靴区域中的转子的放大纵截面，

图8示出了在具有极靴金属板的第六实施例的极靴区域中的转子的放大纵截面，

图9示出了在具有极靴金属板的第七实施例的极靴区域中的转子的放大纵截面。

不同附图中的相同参考标号具有相同的含义。

具体实施方式

图1示出了旋转电机1的横截面，其设计为直接启动同步电机1a。直接启动同步电机1a可以以至少1兆瓦的功率运行。它具有定子2和可绕旋转轴线4旋转的转子3。定子2围绕转子3布置，在定子2和转子3之间具有间隙6。间隙6形成为气隙，但其他流体也可以处于定子2和转子3之间的间隙6中。为清楚起见，未示出定子2和转子3的线圈。同步电机1a也可以在没有线圈的情况下设计成作为同步磁阻电机。

直接启动同步电机1a的转子3具有轴5，轴5具有四个正交设置的极杆5a，其中极杆5a各自设有极靴7。轴5至少主要由实施为实心材料的软磁性钢、特别是调质钢构成。极靴7借助于极靴螺钉14(见图2)拧到轴5上。为了清楚起见，极靴螺钉14未在图1中示出。

每个极靴7包括一极靴体8和一极靴金属板9，极靴体具有径向外表面8a和径向内表面8b。极靴体8的径向内表面8b放置在轴5的极杆5a上。在径向外表面8a上放置有极靴金属板9，其直接邻接间隙6。极靴体8至少主要由实施为实心材料的软磁性钢构成、特别是调质钢构成。极靴金属板9具有在1mm至10mm范围中的厚度d，并且由软磁性材料、特别是软磁性钢构成。极靴金属板9也可以由不同的材料构成，例如，以便有针对性地在局部影响传导性。此外，极靴金属板9还可以包括多个分层的单金属板，其由相同或不同的材料构成。在使用多个彼此重叠布置的金属板的情况下，可以整体实现更厚的金属板层，同时保持高柔韧性。

图2示出在具有极靴金属板9的第一实施例的极靴7的区域中的转子3的放大纵截面。极靴7的极靴体8放置在轴5的极杆5a上并且经过多个极靴螺栓14与极杆5a固定。极靴体8也可以以另一种方式、例如借助于材料配合连接、特别是焊接连接与极杆5a连接。极靴金属板9放置在极靴体8上，并且与其在多个连接点15处借助于连接元件16、特别是螺钉进行连接。极靴金属板9可替代地或附加地经过连接元件16通过极靴体8直接与极杆5a连接。此外，极靴金属板9在连接点15处可替代地或附加地经过材料配合连接17、特别是逐点的焊接连接与极靴体8连接。

极靴金属板9具有槽12形式的轮廓10，槽尤其在轴向方向A上在连接点15之间延伸。槽12的至少一部分也可以设计为另外的凹进部，特别是孔。槽12和穿孔例如通过冲压、激光切割、铣削、钻孔或水射流切割制成。这些制造方法的组合也是本发明的内容。通过这样的槽12或穿孔，极靴金属板9的平均传导性能改变，特别是局部减小，这可以用于影响启动转矩。此外，通过这种槽12或穿孔，至少减少了涡流的传播。

图3示出了极靴金属板9的第一实施例的俯视图。极靴金属板9安装在转子3上，其中为了清楚起见未示出剩余的转子3。极靴金属板9的外形匹配于极靴体8的径向外表面8a的外形，并且极靴金属板9全面地放置在极靴7的极靴体8上。极靴金属板9具有用于极靴螺栓14的、特别是圆形的凹口19，用于将极靴体8固定在轴5的极杆5a上。此外，极靴金属板9具有用于连接元件16的、特别是圆形的凹口19，其将极靴金属板9在多个连接点15处与极靴体8连接。用于极靴螺栓14的凹口19和用于连接元件16的凹口19都沿轴向方向A和切线方向T布置在极靴金属板9上。此外，极靴金属板9具有槽12形式的轮廓10，其中槽12直线形地实施并且在极靴金属板9上对角地延伸。槽沿轴向基本上布置在连接点15之间。通过槽12的这种布置，极靴金属板9在连接点15之间能更容易地变形、特别是在轴向方向A和切向方向T上变形。

图4示出了极靴金属板9的第二实施例的俯视图。如在图3中那样，极靴金属板9具有槽12形式的轮廓10。直线形实施的槽沿轴向方向A延伸并且布置在连接点15之间。通过槽12的这种布置，极靴金属板9在连接点15之间能更容易地变形、特别是在轴向方向A和切向方向T上变形。极靴金属板9的另一实施例对应于图3的实施例。

图5示出了在具有极靴金属板9的第三实施例的极靴7的区域中的转子3的放大纵截面。极靴金属板9具有轮廓10，其包括多个凸起11。凸起11相对于参考平面18在径向方向R上向外、即远离极靴7地实施。此外，沿切线方向T的凸起11具有恒定或可变的高度。

关于参考面18，凸起11的高度在1mm至10mm的范围中。通过这样的凸起11，极靴金属板9例如通过由于涡流造成的加热特别是在轴向方向A上能更容易且更有针对性地变形。转子3的另一实施例对应于图2的实施例。

图6示出了在具有极靴金属板9的第四实施例的极靴7的区域中的转子3的放大纵截面。极靴金属板9具有轮廓10，其包括相对于参考面18在径向方向R上向内延伸的多个凸起11。为了实现径向向内延伸的凸起11，极靴体8的径向外表面8a具有相应的凹进部。通过这种径向向内延伸的凸起11，间隙6不会减小，并且无需匹配于定子2和转子3。转子3的另一实施例对应于图5的实施例。

图7示出在具有极靴金属板9的第五实施例的极靴7的区域中的转子3的放大纵截面。极靴金属板9具有轮廓10，其包括多个沟槽13。沟槽13相对于参考平面18在径向方向R上向外、即远离极靴7地实施。沟槽13在切线方向T上具有恒定或可变的高度。关于参考平面18，沟槽13的高度在5mm至25mm的范围中。通过这样的沟槽13，极靴金属板9例如通过由于涡流而导致的加热特别是在轴向方向A上能更容易且更有针对性地变形。极靴金属板9附加地具有连接元件16，连接元件16将极靴金属板9通过极靴体8与极杆5a直接连接。转子3的另一实施例对应于图2的实施例。

图8示出在具有极靴金属板9的第六实施例的极靴7的区域中的转子3的放大纵截面。极靴金属板9具有轮廓10，其包括多个相关于参考面18在径向方向R上向内延伸的沟槽13。为了能够实现径向向内延伸的沟槽13，极靴体8的径向外表面8a具有相应的凹进部。通过这种径向向内延伸的沟槽13，间隙6不会减小。转子3的另一实施例对应于图7的实施例。

图9示出了在具有极靴金属板9的第七实施例的紧固点15的区域中的转子3的放大纵截面。极靴金属板9具有一轮廓10，其包括多个凸起11。极靴金属板9在凸起11之间的连接点15处通过材料配合连接17与极靴体8的径向外表面8a连接。材料配合连接17实施为焊接连接。

Claims (13)

1.一种用于旋转电机（1）的转子（3），具有能围绕旋转轴线（4）旋转的轴（5）和至少一个极靴（7），其中极靴（7）具有极靴体（8）和极靴金属板（9），其中，所述极靴金属板（9）放置所述极靴体（8）的径向外表面（8a）上，其中，所述极靴金属板（9）在多个连接点（15）处在所述极靴体的所述径向外表面（8a）上与所述极靴体（8）连接，并且其中所述极靴金属板（9）在所述连接点（15）之间至少在轴向方向（A）上通过凸起（11）和/或沟槽（13）柔性地形成。

2.根据权利要求1所述的转子（3），其中，所述极靴金属板（9）具有轮廓（10）。

3.根据权利要求2所述的转子（3），其中，所述轮廓（10）至少部分弯曲地形成。

4.根据权利要求2或3所述的转子（3），其中，所述轮廓（10）具有孔和/或至少在轴向方向上延伸的槽（12）。

5.根据权利要求1所述的转子（3），其中，所述极靴金属板（9）全面地放置在所述极靴体（8）的所述径向外表面（8a）上。

6.根据权利要求1所述的转子（3），其中，所述极靴金属板（9）由软磁性材料形成。

7.根据权利要求1所述的转子（3），其中，所述极靴金属板（9）具有在1mm至10mm范围中的厚度（d）。

8.根据权利要求1所述的转子（3），其中，所述极靴体（8）的所述径向外表面（8a）和所述极靴金属板（9）之间部分地形成空腔。

9.一种用于旋转电机（1）的转子（3），具有能围绕旋转轴线（4）旋转的轴（5）和至少一个极靴（7），其中极靴（7）具有极靴体（8）和极靴金属板（9），其中，所述极靴金属板（9）放置所述极靴体（8）的径向外表面（8a）上，并且其中所述极靴金属板（9）包括至少两个分层的单金属板，所述极靴金属板（9）在多个连接点（15）处在所述极靴体的所述径向外表面（8a）上与所述极靴体（8）连接。

10.根据权利要求1或9所述的转子（3），其中，所述旋转电机是同步电机。

11.根据权利要求1或9所述的转子（3），其中，所述极靴金属板（9）在多个连接点（15）处通过连接元件（16）和/或通过材料配合连接（17）与所述极靴体（8）连接。

12.一种旋转电机（1），具有根据权利要求1至11中任一项所述的转子（3）。

13.一种用于制造根据权利要求1至11中任一项所述的转子（3）的方法。

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