CN1112754C

CN1112754C - 例如车用交流发电机的旋转机器

Info

Publication number: CN1112754C
Application number: CN99801024A
Authority: CN
Inventors: 道考·安东尼·阿克马考; 埃里克·派勒
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2003-06-25
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: BR9906555B1; KR20010023253A; EP1008223B1; FR2780580A1; BR9906555A; FR2780580B1; WO1999067871A1; US6271613B1; CN1273706A; KR100572843B1; DE69931011D1; DE69931011T2; EP1008223A1; JP2002519976A; ES2264581T3

Abstract

包括一个定子(1)和一个转子(2)的电动机器，定子包括至少一个放置在至少一对槽(13)中的感应绕组(14)，转子包括至少两个连续的励磁磁铁，它在转子中产生两个磁通量，磁通量在与转子结构相切的方向上具有相对方向的分量，所述转子在两磁铁间具有偶数个槽，在它们之间确定了凸极，并且在其中还容纳有绕组线股，它们与磁铁一起在通电的情况下用于确定交变的极，其特征在于容纳有绕组线股(26)的每一个槽(23)仅由一个或几个环绕在同一个凸极的线股所占据，并且转子轴(A)是由磁性材料制成的，所述机器在所述轴(A)和磁铁(27)附近包括至少一个非磁性区(28，28a；30)，它减小或消除朝向转子轴的漏磁通。

Description

例如车用交流发电机的旋转机器

本发明涉及一种旋转机器，例如车用交流发电机。

构成车用传统交流发电机的单相或多相发电机通常包括一个定子，在其中旋转有一个带有励磁绕组的转子。该绕组通过与两个汇流环相接触的电刷供电，其安装在转子轴凸起的一部分上。

特别是通过EP-A-0 707 374，我们已经知道了旋转机械，在这种机械中，尤其是为了提高效率，转子励磁场同时由永久磁铁和绕组来实现(我们通常称为“混合”励磁)，并且在这些机械中，我们通过在励磁绕组上借助于换向装置来控制感应输出电流，这些换向装置能够有选择地翻转励磁方向，以减小，或者基本上消除磁通量。

该励磁电流方向所必需的翻转要求用户使用被称为“H”的半导体换向桥，其成本昂贵，因此加重了机器的成本价格。

我们同样知道，特别是专利申请WO96/30992图19所示的，电动机的结构，其中转子包括：

-至少两个连续的励磁永磁铁，在转子中产生两个磁通量，根据转子移动方向，它沿着转子结构具有成切线地方向相对的分量，

-在这些励磁磁铁中的偶数个槽，以及环绕在这些槽中的绕组，它用于在励磁平面方向中或相反的方向中被供电，以便在所述槽之间确定交变极性。

当磁铁中的槽容纳有两个连续的绕组的线股，每一个绕组仅占据槽体积的一半时，这些机器就不能完全令人满意。

实际上，在磁铁中的每一个槽容纳有两个连续绕组的线股使得直接与磁铁并列的槽都必须只占据一半。因此在绕组极性的槽中具有一个安匝数的非均衡分布；与磁铁直接并列的槽在绝对值上只容纳有其它槽安匝组数绝对值的一半。

该磁非均衡改变了磁场线的习惯分布(与具有凸极的绕组电机相比，只有磁铁的电机)，在磁轭产生过早饱和或者需要一个轭部的超尺度。

这是在图1a中所示，在其中示出了一种专利申请WO96/30992所提出类型机器的转子，以及当转子槽中的绕组在其励磁方向上通电时磁通线封闭。

发明的一个目的就是要克服该缺陷。

申请人在其申请FR9802886(我们将会注意到它对于考察本发明的创造性时并不构成背景技术)中已经提出了一种交流发电机，其感应电流通过在供电转子绕组的励磁上变化而调整。

在该专利申请中描述的结构是一种图1b，2a和2b中所示的结构。它包括一个定子1和一个转子2。

定子1具有一个机架12，它确定了一个环形结构，其内周边安置有多个在转子的极15之间所确定的槽13，槽中容纳有感应绕组的线股14。

在这里及在整个文章中，我们可以理解“线股”为容纳在同一槽中的同一绕组线圈匝的一个或一些不同部分构成的整体。

转子2具有一个机架22，在其上同样布置有多个槽23，这些槽确定了极25，并且容纳有永久磁铁27，其磁通量线朝向沿着转子结构成切线的方向，还有励磁绕组26的线股。

因此在与转子相邻的槽23中，我们按顺序可以看到：

-一个具有第一极性的磁铁27，

-两个环绕在极25上并且容纳在两相邻槽中的绕组26的线股，

-一个具有与第一极性相对的第二极性的磁铁27，

-再有绕组26的两个线股，通过有在前述绕组26的线股中所流动电流的反向电流，等等。

转子和定子极的数目例如是相同的并且为12。

以该种结构，当线股26中不存在电流时，转子采用极性图…S-N-N-N-S-S-S-N-N-N，等等(图2)。

因此，在绕组26中不存在电流时，极性图N-S具有一个等于转子齿距(极25)三倍的节距，并且在转子和定子之间所传输的能量最小。

相反，当在转子绕组中有电流时，其极性就会变为…N-S-N-S-N-S，等等，其节距对应于转子齿距；随着励磁电流强度的增加，就会有更大的磁能量在定子和转子之间传输。

我们在图1b和2b示出了磁力线，根据这些线，磁通当线股在其励磁的方向上通电的情况下闭合。如同在图中清楚地所示的那样，这些磁通量线的每一个在穿过两个连续极后再闭合。

在图2a上同样示出了励磁电流不存在时的磁通量线。

为限制磁通量的泄漏并防止磁通量在机器轴上闭合，在FR9802886中提出一种以非磁性材料实现的转子轴，并且使该轴和转子的叠片相适应，以便尽可能减小磁铁下面机架的厚度。

尽管如此，非磁性材料的使用(例如钛)会造成制造成本的很大提高。

另外，机械强度的限制阻止了磁铁和转子轴之间机架的厚度降低到希望的值。

本发明的另一个目的是克服该缺陷。

发明提供了一种包括一个定子和一个转子的电机，定子包括至少一个放置在至少一对槽中的感应绕组，转子包括至少两个连续的励磁磁铁，它在转子中产生两个磁通量，磁通量在沿转子结构相切的方向上具有相对方向的分量，所述转子在两磁铁间具有偶数个槽，在它们之间确定了凸极，并且在其中还容纳有绕组线股，它们与磁铁一起在通电的情况下用于确定交变的极，其特征在于容纳有绕组线股的每个槽仅由一个或几个环绕在同一个凸极的线股所占据，并且转子轴是由磁性材料制成的，所述电机在所述轴和磁铁附近包括至少一个非磁性区，它减小或消除朝向转子轴泄露的通量。

更特别地，根据一最佳实施例，转子的机架具有多个孔，它们在转子轴的附近扩展，并且在磁铁之间分布，这些孔构成了非磁性区，在磁铁的彼此之间确定了限定通量朝向轴泄露的抑制面。

在另一个实施例中，轴具有一个非磁性覆盖层，它构成了一个分隔磁铁的套筒。

更好地，构成转子机架的叠片由n个角形并置独立的扇区构成，在这里n是永磁体的数目，提供装置用于保持各扇区。

一个这种电机最好还具有下面的特征，或者取单独的一个或者取它们所有可能的组合：

-容纳有磁铁的槽在其最接近转子的一端由一个弯曲形扩大的开口所终止；

-一该端部的开口具有一个是磁体彼此相互对折的形状，磁铁是容纳在端部终止的槽内；

-容纳有磁铁的转子的槽和孔的边在一定的部分上基本上平行。

发明的其他特性和优点将在下面的描述中揭示出来。该说明完全是示意性的和非限定性的。它们必须参照附图来阅读，在附图中：

-图1a，已经分析过了，是一个在专利申请WO96/30992中所提类型机器的转子的剖视简图；

-图1b，已经分析过了，是一个在专利申请FR9802886中所提类型机器的转子的剖视简图；

-图2a和2b，已经分析过了，是同样机器的转子和定子的展开简视图，在图上示出了转子绕组上有或没有励磁时的磁通量线；

-图3是符合发明一个可能的实施例的机器转子的展开简视图；

-图4是图2的机器转子的横向剖视图；

-图5是与图2相似的简视图，它示出了可以用于发明的另一个

实施例；

-图6是符合发明另一个可能的实施例的机器转子的展开简视图；

-图7是符合发明的另一个可能的实施例的机器转子的横剖视简图；

-图8是符合发明最佳实施例的转子的横剖视简图；

如图3和4所示转子的机器包括一个与图1上所示机器的定子相类似的单相定子(为了不使图过分复杂而并未示出)或多相定子。另外它还包括一个转子2，与图1所示机器相同，该转子包括一个通常为圆柱形的机架，在其中布置有多个槽23，槽由齿或凸极25所分隔，并容纳有永久磁铁27，它与励磁绕组26的线股对相互交错。

更特别地，永久磁铁27在转子2的圆周上以极性交替的方式分布，两连续磁铁27产生的通量在沿转子结构相切的方向上，根据转子的运动方向具有相对的分量。

在励磁状态，转子的绕组在单一方向上被供电，以便在两连续的永久磁铁27之间两线股中流过的电流所产生的通量分别与所述磁铁27的通量相对。因此当转子的绕组26在给定方向上被励磁时，N-N-N-S-S-S-等等极性在励磁不存在时过渡到N-S-N-S-等等。在图3上我们给出了励磁电流的方向以及在绕组的线股26内流过的电流所产生的通量。

另外，如果绕组在相反的方向上被供电，就可以根据极性N₁N₂N₁S₁S₂S₁来减小或者消除定子的电动势，这里N₁和N₂(分别地S₁和S₂)以N₁+N₁＝-S₂及N₂＝-S₂-S₂对应于不同的通量密度。

可以很容易得到实施例的变化，其中两连续磁铁间槽的数目是大于2的偶数。

在所有的情况下，只有在两磁铁间槽的数目是2或更大，每一个槽23都由一个单一的绕组的线股所占据，每个槽中的绕组26的数目等于(或小于)所述磁铁间槽的数目的一半。

因此，在图5所示的例子中，两连续磁铁27由四个槽23所分隔。两绕组26a，26b在这些磁铁27之间环绕。这些绕组26a，26b被环绕在极25a，25b，以及中间极25c上，因此每一槽23仅由一个线股所占据。

依据刚刚描述的这些类型结构，我们就能得到一个没有非磁均衡的通量分布。当绕组被通电时，通量被完美地集中在每一个极上，并且极与极之间通量的泄露被消除了或被限制到最小。这就能获得WO96/30992中描述的那种类型机器所不能够达到的功率性能。

另外，在图2到图4所示的实施例中，标记为A的转子轴是一个磁性材料，例如钢，的圆柱形轴。

在图3和4的实施例中，机架具有4个椭圆形的孔，它在转子轴A的附近展开，并且在磁铁27之间分布。

在图5的实施例中，在磁铁27的两侧附近具有孔28，更准确地，这些孔28具有朝向所述磁铁27边之间的轴A伸展倾斜以及在磁铁27两侧的极25的中间区域的方向上稍微拉长的形状。

这些孔28构成了非磁性区域它在磁铁27的两侧确定了限制通量朝向轴A泄露的抑制区29。因此磁铁下面叠片的厚度可以加大而不影响机器的电气性能。

另外，该种结构的机械强度相对于图2a和2b上所示的那种类型结构的机械强度也有所加强。特别是，磁铁下面的区域越厚，孔28和磁铁27之间的抑制区域29相对于直接邻近的扇区对于叠片的一个“扇区”的防护(solidarisation)越有效。这不是图2a和2b的那种类型结构的磁铁下面较薄厚度的抑制区域的情况，这一区域可能在转子高速旋转中折断。

孔28的端部最好是圆形的。尽管所述孔28也可以是矩形的。

在一个变化中，为更加增加结构的机械强度，我们可以用多个孔28a(例如，两个，三个获四个)来代替磁铁27之间的椭圆孔28。这是在图6上所示的。

分隔孔28a与邻近孔28a或排列有孔的磁铁27的宽度是足以使抑制表面限制朝向转子轴A方向的漏磁通。

在图7上所示的实施例中，一个非磁性材料一方面被安置在磁性轴另一方面被安置在磁铁27和机架的叠片31之间。例如，磁性轴A可以在其周围带有非磁性材料的覆盖层30(树脂)，它确定了一个分隔所述磁铁的轴A的套筒。在一个变化中，也可以在一个管子中装配，例如铝管。套筒在外部也可以带有确定楔形榫的开口，在其上固定有叠片31，还可以带有楔形榫形的凸肩，它可以帮助叠片稳定。

在这两种情况中的一种中，构成转子2机架的叠片31由n个角形并排独立的扇区31a，31b，等等构成，这里n是永久磁铁的数目，容纳磁铁27的槽23以连续的扇区31a，31b，等等的形状所确定。扇区31a，31b，等等，构成了转子的齿或极。

在没有楔形榫形元件时，扇区31a，31b等由非磁性材料的浇铸32或由非磁性材料的端板来保持，该端板与穿过叠片的磁性拉杆33协作。

这两种如同在图7上所示的装置被同时使用。

如同我们将了解的，图7上所示那种类型的结构能够完全解决通量朝向轴A泄露的问题，并且能够避免图2a和2b上所示的那种类型结构所提出来的机械强度的问题。

当然，本发明也可以用于实现其他功能的交流发电机，例如被称为“交流启动机”的交流发电机。

现在我们参看图8上所示的实施例。

在该最佳实施例中，磁铁27的槽的每一个在其与转子轴最近的一端以一个一般成弯曲形的开口34所终止，它们向所述磁铁27的体部两侧弯折。在图6上，这些弯折被标记为34a。

终止弯折34a的该开口的边具有圆形。

端部的开口34的弯曲和圆形外廓避免了发生断裂。

磁铁两侧的弯折34a可以优化磁铁的场线。因此，剪力被消除了，仅存在拉力。这些拉力在离心时具有很好的机械强度。

另外，该开口34的边的部分以及孔28的对应的部分基本上是平行的。

因此，在端部所述开口34和孔28之间所确定的抑制区域基本上由一个与边平行的条状。

应力集中是最小的。

如同我们所了解的，该种构型能够在离心运动时优化机械特性。

Claims

1.一种包括一个定子(1)和一个转子(2)的电动机器，定子包括至少一个放置在至少一对槽(13)中的感应绕组(14)，转子包括至少两个连续的励磁磁铁，它在转子中产生两个磁通量，磁通量在与转子结构相切的方向上具有相对方向的分量，所述转子在两磁铁间具有偶数个槽，在它们之间确定了凸极，并且在其中还容纳有绕组线股，它们与磁铁一起在通电的情况下用于确定交变的极，其特征在于转子侧上容纳有绕组(26)线股的每一个槽(23)仅由一个或几个环绕在同一个凸极的线股所占据，并且转子轴(A)是由磁性材料制成的，所述机器在所述轴(A)和磁铁(27)附近包括至少一个非磁性区(28，28a；30)，它减小或消除朝向转子轴的漏磁通。

2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于转子的机架具有多个孔(28，28a)，它们在转子轴的附近扩展，并且在磁铁(27)之间分布，这些孔(28，28a)构成了非磁性区，在磁铁两侧确定了抑制区域抑制面限定朝向轴的漏磁通。

3.根据权利要求2所述的机器，其特征在于在两个连续磁铁(27)之间包括一个唯一的孔(28)，它具有椭圆形。

4.根据权利要求2所述的机器，其特征在于在两磁铁(27)之间包括多个连续的孔(28a)。

5.根据权利要求1所述的机器，其特征在于一非磁性管套(30)被安置在轴(A)和磁铁之间。

6.根据权利要求5所述的机器，其特征在于构成转子机架的叠片由n个角形并置独立的扇区(31a，31b)，在这里n是永磁体的数目，及装置(32，33)用于相互保持各扇区。

7.根据权利要求6所述的机器，其特征在于非磁性套管由轴(A)上的覆盖层构成。

8.根据权利要求6所述的机器，其特征在于套管具有一个楔形榫形的凸肩。

9.根据权利要求6或7所述的机器，其特征在于所述装置包括非磁性材料构成的端部侧板，这些侧板与穿过叠片的磁性拉杆协同工作。

10.根据前述权利要求之一所述的机器，其特征在于容纳有磁铁(27)的槽(23)在其最靠近转子的端部由一个弯曲形的张大开口(34)所终止。

11.根据权利要求10所述的机器，其特征在于一该端部开口具有一个具有一个磁铁两侧可对折的形状，磁铁是容纳在端部终止的槽内。

12.根据权利要求2所述的机器，其特征在于容纳有磁铁(27)的转子的孔(28)的边和槽(23)的底边基本上平行。

13.汽车的交流发电机或交流启动机，其特征在于它是由根据权利要求1到12之一所述的机器所构成。