CN111226375B - 用于电机转子的磁桥的峡部 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在涉及一种用于电机的转子。为此，转子包括转子本体，其由设置在转子轴上的一束层叠件组成；至少两个磁极，并且每个磁极由定位在三个轴向凹槽中的三个磁体组成，三个轴向凹槽包括外轴向凹槽、中心轴向凹槽和内轴向凹槽。转子还包括外磁通屏障、中心磁通屏障和内磁通屏障，每个磁通屏障包括两个倾斜凹槽，它们定位在轴向凹槽的各侧上并且通过磁桥与其隔开。本发明中尤其是轴向凹槽包括两个上圆角，其半径范围在0.3mm至0.6mm之间，并且优选为0.5mm，其在所述轴向凹槽上方延伸，以使得能够减小在所述轴向凹槽的顶部处的机械应力。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁辅助可变磁阻同步或同步磁阻旋转电机，并且更具体地涉及一种利用提供高功率的高压连续总线操作的这种电机的转子。
通常，这种电机包括彼此同轴地设置的定子和转子。
转子由转子本体组成，具有设置在转子轴上的一束层叠件。这些层叠件包括用于永磁体的壳体，以及用于形成磁通屏障的穿孔，这些穿孔允许磁体的磁通径向地指向定子，并且用于促进产生磁阻转矩。
转子通常被容纳在定子内，定子承载电绕组，允许产生旋转的磁场，该旋转的磁场使得转子能被驱动旋转。
背景技术
如在文献WO-2016/188,764中更好地描述的，转子可包括贯穿层叠件延伸的多个轴向凹槽。
径向地设置在彼此之上并且彼此间隔开距离的第一系列轴向凹槽形成用于磁通发生器的壳体，此处永磁体呈矩形条状。
另一系列的凹槽由具有倾斜的径向方向的穿孔构成，它们从这些壳体开始并且止于层叠件的边缘附近。
倾斜的穿孔关于磁体壳体对称地设置，从而每次形成基本上V形的平底几何形图形，平底由壳体形成，并且该V形的倾斜臂由穿孔形成。由此，产生了由穿孔形成的磁通屏障。来自磁体的磁通然后不得不通过穿孔之间的实心部分。这些实心部分通常由铁磁材料制成。磁体壳体的倾斜的穿孔之间的空间被称为磁桥或磁峡部(isthmus)。
文献DE-10,253,950描述了具有矩形基部但具有扩口侧部的轴向凹槽。这些轴向凹槽的这种结构的优点是允许磁桥的厚度相对于现有技术减小。这使得磁桥和磁通屏障的电磁操作能够得以改进。然而，这种扩口产生了另外的技术问题。实际上，观察到这些磁峡部在高速下的机械强度无法得到保证，因为其由此所承受的机械应力非常高。因此存在失效或破裂的实际风险。
这还可能在转子处产生颠簸和振动，从而导致使用该电机时的不适。一种解决方案在于增加磁桥的厚度，以而将由转子和磁体组成的组件机械地保持在一起，但是这必然涉及电磁性能的劣化，带有使永磁体的一部分短路的风险。
因此，本发明的目的在于克服上述缺陷，并且本发明特别地提供了一种转子，其磁桥能够机械地承受高速(高达16800转/分钟(rpm))，而磁桥的电磁性能不会劣化。
发明内容
因此，为了至少实现上述目的，根据地一方面，本发明主要提供了一种用于电机的转子，转子包括：
-转子本体，其由设置在转子轴上的一束层叠件组成。
-至少两个磁极，每个磁极由定位在三个轴向凹槽中的三个磁体组成，所述三个轴向凹槽包括外轴向凹槽、中心轴向凹槽和内轴向凹槽，
-外磁通屏障、中心磁通屏障和内磁通屏障，每个磁通屏障包括两个倾斜凹槽，两个倾斜的凹槽定位在轴向凹槽的各侧上并且通过磁桥与轴向凹槽隔开，
其特征在于，轴向凹槽包括两个上圆角，上圆角的半径范围在0.3mm至0.6mm之间，并且优选为0.5mm，上圆角在轴向凹槽上方延伸，从而使得能够减小在轴向凹槽的顶部处的机械应力。
根据一实施例，轴向凹槽具有大致梯形的形状。
根据一实施例，轴向凹槽具有大致矩形的形状。
根据一实施例，内轴向凹槽包括两个下圆角，每个下圆角由第一圆角和第二圆角组成，第一圆角的曲率半径R1范围在0.95mm至1.1mm之间，并且优选为1mm，第二圆角的曲率半径R2范围在2.51mm至2.53mm之间，并且优选为2.52mm，两个下圆角均在所述内轴向凹槽下方延伸。
根据一实施例，外磁通屏障的两个倾斜凹槽与外轴向凹槽之间的磁桥的厚度范围在0.5mm至0.6mm之间，并且优选为0.55mm。
根据一实施例，中心磁通屏障的两个倾斜凹槽与中心轴向凹槽之间的磁桥的厚度范围在0.6mm至0.7mm之间，并且优选为0.65mm。
根据一实施例，内磁通屏障的两个倾斜凹槽与内轴向凹槽之间的磁桥的厚度范围在1mm至1.1mm之间，并且优选为1.05mm。
根据一实施例，内磁通屏障的两个倾斜凹槽包括具有范围在2.7mm至2.9mm之间的曲率半径R3的腔，并且曲率半径R3优选为2.8mm。
根据一实施例，倾斜凹槽形成开口角(θ1、θ2、θ3)，其对应于分别穿过转子中心C和定位在每个磁通屏障的相应凹槽外表面区域中的中点(M)的两条线(Δ1、Δ2)之间的角度，并且转子包括四个主磁极，每个主磁极由具有大致等于43.1°的开口角(θ1)的外磁通屏障、具有大致等于33.1°的开口角(θ2)的中心磁通屏障和具有大致等于23.1°的开口角(θ3)的内磁通屏障构成；以及包括四个副磁极，每个副磁极由具有大致等于34.4°的开口角(θ1)的外磁通屏障、具有大致等于24.4°的开口角(θ2)的中心磁通屏障和具有大致等于14.4°的开口角(θ3)的内磁通屏障构成，每个副磁极与主磁极交替。
根据转子的一实施例，每个相应的磁通屏障从一个磁极到另一个磁极的开口角(θ1、θ2、θ3)之间的差为8.7°。
根据第二方面，本发明涉及一种电机，该电机包括定子和如上所述的转子，其中，转子被容纳在定子内。
根据一实施例，所述定子包括沿着所述定子周向布置的多个径向狭槽。
根据一实施例，狭槽沿着定子轴向延伸。
根据一实施例，定子具有范围在100mm至300mm之间的外径，并且外径优选为200mm，且具有范围在100mm至200mm之间的内径，并且内径优选为135mm。
根据电机的一实施例，其包括长度范围在0.4mm至0.8mm之间、且优选为0.6mm的气隙。
附图说明
根据本发明的装置的其它特征和优点将从参照附图、阅读以非限制性示例的方式给出的对各实施例的以下描述中变得明了，附图中：
-图1示出本发明的转子，
-图2也示出了本发明的转子，
-图3示出了本发明的电机，以及
-图4示出了磁桥所承受的机械应力。
具体实施方式
如图1和图2所示，已知转子1包括轴2，轴2优选地为磁性的，在轴2上设置有一束层叠件3。层叠件可以是铁磁的、平坦的、相同的并且是轧制的。它们通过已知的方式彼此组装。层叠件3具有圆形形状，并且它们包括由转子轴2横穿的中心孔4和贯穿层叠件3延伸的多个轴向凹槽5。
第一系列轴向凹槽6径向地设置在彼此之上并且彼此相距一定距离。它们形成作为磁通发生器的永磁体7的壳体，在此永磁体7呈矩形条状。轴向凹槽6包括上表面20和下表面21，并且这两个表面(20、21)基本上平行。上表面20和下表面21由侧部闭合。在本发明的上下文中，这些侧部是扩开的。这意味着它们在下表面21的区域中基本上更远离永磁体7，而它们在上表面20的区域中基本上更靠近永磁体7，使得轴向凹槽6具有顶点被截去的高度为h的棱锥形状(换而言之，轴向凹槽6基本上具有梯形形状)。由此获得的形状使得改善转子1的电磁性能。
有三个轴向凹槽6，并且因此它们与永磁体7一起形成磁极的一部分。
在本发明的上下文中，转子1包括位于转子周边附近的外轴向凹槽30、位于其它两个凹槽之间的中心轴向凹槽31和位于转子中心附近的内轴向凹槽32。
三个轴向凹槽(30、32、32)包括呈半球形式的两个上圆角(40、41)，其具有范围在0.3mm至0.6mm之间、优选等于0.5mm的半径。这些上圆角(40、41)从上表面20延伸，并在该表面上方延伸，从而在所述轴向凹槽(30、31、32)的顶部处提供机械应力分布。
内轴向凹槽32还包括两个下圆角(50、51)。这些下圆角(50、51)从下表面21延伸并位于该表面下方，从而在内轴向凹槽32的底部处提供机械应力分布。在较长的距离上增加机械应力分布使得机械应力减小。这些圆角(50、51)每个由位于下方的两个圆角组成，第一圆角的曲率半径R1范围在0.9mm至1.1mm之间，优选等于1mm，并且第二圆角的曲率半径R2范围在2.51mm至2.53mm之间，优选等于2.52mm。
另一系列的凹槽由具有倾斜的径向方向的穿孔8构成，从轴向凹槽6开始并且终止于将会用作磁通屏障的层叠件3的边缘附近。
如图3中可见，转子1包括八个磁极。每个磁极由三个永磁体7组成，这三个永磁体位于为容纳永磁体7而设置的三个轴向凹槽6中。转子1还包括三个磁通屏障，外磁通屏障9、中心磁通屏障10和内磁通屏障11。
如图1至图3中可见，每个磁通屏障(9、10、11)包括两个倾斜的穿孔，所述两个倾斜的穿孔关于用于每个磁极的永磁体7的壳体对称地设置，从而每次形成大致V形的平底的几何形图形，平底由壳体形成，并且该V形的倾斜臂由倾斜的穿孔形成。
如上所述，轴向凹槽(30、31、32)和倾斜穿孔之间的间隙构成磁桥。外磁通屏障9的两个倾斜凹槽8与外轴向凹槽30之间的磁桥的厚度范围在0.5mm至0.6mm之间，并且优选为0.55mm。
中心磁通屏障10的两个倾斜凹槽8与中心轴向凹槽31之间的磁桥的厚度范围在0.6mm至0.7mm之间，并且优选为0.65mm。
内磁通屏障11的倾斜凹槽8与内轴向凹槽32之间的磁桥的厚度范围在1mm至1.1mm之间，并且优选为1.05mm。
内磁通屏障11的两个倾斜凹槽8具有在由内轴向凹槽32的下表面21形成的平面P下方延伸的下端，从而形成位于由下表面21形成的平面P下方并且相对于下圆角(50，51)的腔60。这些腔60可具有范围在2.7mm至2.9mm之间、且优选等于2.8mm的曲率半径R3。
限定V形的开口的开口角(θ1、θ2、θ3)对应于每个磁极的每个磁通屏障(9、10、11)。这些开口角对应于两条线(Δ1、Δ2)之间的角度，这两条线各自穿过转子1的中心C和位于每个磁通屏障的具有倾斜的径向方向穿孔8外表面12处的中点M。
如图2和图3中可见，转子1包括两个磁极结构。因此，它包括四个主磁极13和四个副磁极14。
主磁极13每个由具有大致等于43.1°的开口角θ1的外磁通屏障9、具有大致等于33.1°的开口角θ2的中心磁通屏障10和具有大致等于23.1°的开口角θ3的内磁通屏障11组成。四个副磁极14每个由具有大致等于34.4°的开口角θ1的外磁通屏障9、具有大致等于24.4°的开口角θ2的中心磁通屏障10和具有大致等于14.4°的开口角θ3的内磁通屏障11组成。
转子1包括主磁极13与副磁极14的交替。因此，相对于现有技术的电机，转矩脉动、反电动势谐波和声学噪声大大减少。在电机的实施例中，每个特定的磁通屏障的开口角之间的差对于每个交替的主磁极和副磁极对都是恒定的。该角度差大致等于8.7°。对于每个连续的主磁极和副磁极，外磁通屏障、中心磁通屏障和内磁通屏障都呈现该8.7°角差。
在所述实施例中，转子1的长度可以为150mm，而转子1的组成层叠件3为0.35mm的轧制层叠件。
结合图3，其示出了本发明的旋转电机(在此为永磁辅助可变磁阻同步电机)，电机包括同轴地集成在转子1中的定子15。
定子15包括具有内壁17的环形圈16，其内径设计为接纳转子1，并带有提供气隙18所需的空间。该环形圈包括此处具有长形(长圆形/椭圆形)截面的多个孔洞，这些孔洞形成用于电枢绕组的狭槽19。
更确切地说，这些孔洞都沿着定子轴向延伸，而同时径向地设置在环形圈上，并且在周向上彼此间隔距离D。在所示实施例的上下文中，有48个孔洞。
在所示实施例的上下文内，定子的外径为200mm，而内径为135mm。电机的气隙18的长度为0.6mm。
图4示出了在内磁通屏障11的倾斜凹槽8与内轴向凹槽32之间的磁桥所经受的机械应力。可注意到，通过添加下圆角(50、51)和上圆角(40、41)和腔60，在高速时所经受的机械应力可以更好地分布，如两个凹槽之间相对均匀的不同灰度等级所表明的那样，这增加了组件的机械强度，而不会降低电磁性能。
显然，本发明不限于上述的作为示例的开放的实施例，而是还包括任何变型。
Claims (24)
1.一种电机转子(1)，所述电机转子(1)包括：
-转子本体，所述转子本体由设置在转子轴(2)上的一束层叠件(3)构成，
-至少两个磁极，每个磁极由位于三个轴向凹槽(6)中的三个磁体(7)组成，所述三个轴向凹槽包括外轴向凹槽(30)、中心轴向凹槽(31)和内轴向凹槽(32)，
-外磁通屏障(9)、中心磁通屏障(10)和内磁通屏障(11)，每个磁通屏障(9、10、11)包括两个倾斜凹槽(8)，所述两个倾斜凹槽位于轴向凹槽(6)的各侧上并且通过磁桥与所述轴向凹槽隔开，
其特征在于，所述轴向凹槽(6)包括两个上圆角(40、41)，所述上圆角的半径范围在0.3mm至0.6mm之间，所述上圆角在所述轴向凹槽(6)上方延伸，从而使得能够减小在所述轴向凹槽(6)的顶部处的机械应力；
所述倾斜凹槽(8)形成开口角(θ1、θ2、θ3)，所述开口角对应于各种穿过所述电机转子(1)的中心C和定位在每个磁通屏障(9、10、11)相应的所述倾斜凹槽(8)外表面(12)区域中的中点(M)的两条线(Δ1、Δ2)之间的角度，并且所述电机转子(1)包括四个主磁极(13)，每个所述主磁极由具有等于43.1°的开口角(θ1)的外磁通屏障(9)、具有等于33.1°的开口角(θ2)的中心磁通屏障(10)和具有等于23.1°的开口角(θ3)的内磁通屏障(11)构成；以及包括四个副磁极(14)，每个所述副磁极由具有等于34.4°的开口角(θ1)的外磁通屏障(9)、具有等于24.4°的开口角(θ2)的中心磁通屏障(10)和具有等于14.4°的开口角(θ3)的内磁通屏障(11)构成，每个所述副磁极(14)与所述主磁极(13)交替。
2.如权利要求1所述的电机转子(1)，其特征在于，所述上圆角的半径为0.5mm。
3.如权利要求1所述的电机转子(1)，其特征在于，所述轴向凹槽(6)具有大致梯形的形状。
4.如权利要求1所述的电机转子(1)，其特征在于，所述轴向凹槽(6)具有大致矩形的形状。
5.如权利要求1所述的电机转子(1)，其特征在于，所述内轴向凹槽(32)包括两个下圆角(50、51)，每个所述下圆角由第一圆角和第二圆角组成，所述第一圆角的曲率半径R1范围在0.95mm至1.1mm之间，第二圆角的曲率半径R2范围在2.51mm至2.53mm之间，两个所述下圆角(50、51)均在所述内轴向凹槽(32)下方延伸。
6.如权利要求5所述的电机转子(1)，其特征在于，所述第一圆角的曲率半径R1为1mm。
7.如权利要求5所述的电机转子(1)，其特征在于，所述第二圆角的曲率半径R2为2.52mm。
8.如权利要求1所述的电机转子(1)，其特征在于，所述外磁通屏障(9)的所述两个倾斜凹槽(8)与所述外轴向凹槽(30)之间的磁桥的厚度范围在0.5mm至0.6mm之间。
9.如权利要求8所述的电机转子(1)，其特征在于，所述外磁通屏障(9)的所述两个倾斜凹槽(8)与所述外轴向凹槽(30)之间的磁桥的厚度为0.55mm。
10.如权利要求1所述的电机转子(1)，其特征在于，所述中心磁通屏障(10)的所述两个倾斜凹槽(8)与所述中心轴向凹槽(31)之间的磁桥的厚度范围在0.6mm至0.7mm之间。
11.如权利要求10所述的电机转子(1)，其特征在于，所述中心磁通屏障(10)的所述两个倾斜凹槽(8)与所述中心轴向凹槽(31)之间的磁桥的厚度为0.65mm。
12.如权利要求1所述的电机转子(1)，其特征在于，所述内磁通屏障(11)的所述两个倾斜凹槽(8)与所述内轴向凹槽(32)之间的磁桥的厚度范围在1mm至1.1mm之间。
13.如权利要求12所述的电机转子(1)，其特征在于，所述内磁通屏障(11)的所述两个倾斜凹槽(8)与所述内轴向凹槽(32)之间的磁桥的厚度为1.05mm。
14.如权利要求1所述的电机转子(1)，其特征在于，所述内磁通屏障(11)的所述两个倾斜凹槽(8)包括具有范围在2.7mm至2.9mm之间的曲率半径R3的腔(60)。
15.如权利要求14所述的电机转子(1)，其特征在于，所述内磁通屏障(11)的所述两个倾斜凹槽(8)包括具有曲率半径R3为2.8mm的腔(60)。
16.如权利要求1所述的电机转子(1)，其特征在于，各个相应的磁通屏障(9、10、11)的所述开口角(θ1、θ2、θ3)从一个磁极到另一个磁极之间的差为8.7°。
17.一种电机，其特征在于，所述电机包括定子(15)和如权利要求1至16中任一项所述的电机转子(1)，所述电机转子(1)被容纳在所述定子(15)内。
18.如权利要求17所述的电机，其特征在于，所述定子(15)包括周向地沿着所述定子(15)设置的多个径向狭槽(19)。
19.如权利要求18所述的电机，其特征在于，所述狭槽(19)沿着所述定子(15)轴向地延伸。
20.如权利要求17所述的电机，其特征在于，所述定子(15)具有范围在100mm至300mm之间的外径，且具有范围在100mm至200mm之间的内径。
21.如权利要求20所述的电机，其特征在于，所述定子(15)的外径为200mm。
22.如权利要求20所述的电机，其特征在于，所述定子(15)的内径为135mm。
23.如权利要求17所述的电机，其特征在于，所述电机包括范围在0.4mm至0.8mm之间长度的气隙(18)。
24.如权利要求23所述的电机，其特征在于，所述电机包括为0.6mm的长度的气隙(18)。
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