CN112534680A - 用于电气机器的转子以及包括所述转子的电气机器 - Google Patents

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Abstract

描述了用于电气机器的转子(1)，包括：旋转轴；层状包，其包括多个片材(3)，该层状包包括三对第一级磁极(13)和第二级磁极(14)，第一级磁极(13)和第二级磁极(14)中的每一者包括内部流屏障(11)、中间流屏障(10)、以及外部流屏障(9)。

Description

用于电气机器的转子以及包括所述转子的电气机器
本发明涉及用于电气机器(electrical machine：电机，电动机，发电机)的转子，并且涉及包括所述转子的电气机器。
特别地，本发明涉及用于具有永磁体的类型的同步磁阻电气机器的转子。
电气机器通常包括固定部件即定子以及移动部件即转子，其中一个同轴地被布置在另一个的内部。通常地，转子被放置在定子内部，该定子包括适于产生允许旋转转子的磁场的电线圈。转子通常包括由一组片材构成的并且被放置在旋转轴上的本体。在具有永磁体的电动机中，片材包括用于永磁体的座部。
在电气机器中，并且特别是在具有永磁体的高性能电动机中，重要的参数由转子和定子之间的空气间隙给出：空气间隙越小，电气机器的性能越好，但这意味着昂贵的高精度工作。具有永磁体的类型的同步磁阻电气机器的问题是由转矩脉动以及反电动势谐波产生的振动给出的，这会产生转子振动和高损耗。
本发明的目的是获得保证了较好效率性的电气机器转子和电气机器，允许以较大的空气间隙获得较好的性能，这意味着较高的转子工作公差和较低的成本。
本发明的另一目的是减少转矩脉动和反电动势谐波。
如将从以下描述得到的，本发明的以上和其他目的及优点是通过如在独立权利要求中所要求保护的用于电气机器的转子和电气机器来获得的。
本发明的优选实施方式和非微不足道的变型是从属权利要求的主题。
其意在所有所附权利要求是本说明书的组成部分。
将立刻明显的是，可以对所描述的内容进行许多的变型和修改(例如，与形状、大小、布置和具有等效功能的部件有关)，而不脱离如所附权利要求所显示的本发明的范围。
通过作为非限制性示例提供的、参照附图的本发明的一些优选的实施方式，将较好地描述本发明，其中：
-图1示出了根据本发明的用于电气机器的转子的正视图；
-图2示出了根据本发明的用于电气机器的转子的两个磁极及放大细节的局部视图；以及
-图3示出了根据本发明的用于电气机器的转子的两极的局部视图。
参照附图，本发明的用于电气机器的转子1包括：旋转轴；层状包，其被紧固在该旋转轴上并且包括多个相同的片材3，该多个片材包括由旋转轴穿过的中心孔2以及多个轴向凹口6、7、8，这些轴向凹口以从部件至部件的方式跨过多个片材3。特别地，每个片材3包括：多个第一轴向凹口6和第二轴向凹口7，优选为梯形、矩形、平行四边形或正方形形状，其被布置为在径向上一个在另一个下方并且相互间隔，第二轴向凹口7从径向方向倾斜；每个片材3还包括被插入到第一轴向凹口6和第二轴向凹口7中的磁流(magnetic flow：磁通、磁通量)发生器，该磁流发生器优选地是成形为条状件的永磁体，以及从径向方向倾斜的多个第三轴向凹口8，其从第一轴向凹口6和第二轴向凹口7开始，到达贴近片材3的边缘。
优选地，每个片材3包括径向方向上倾斜的多对第二轴向凹口7，每对第二轴向凹口7相对于片材3的经过转子1的旋转中心C的半径R1、R2倾斜地且对称地布置，每个第二轴向凹口7从另一个第二轴向凹口7开始到达从径向方向倾斜的第三轴向凹口8。
径向方向上倾斜的所述第三轴向凹口8具有与片材3的边缘基本上平行的表面12，该表面通过两个连接半径R与第一侧部表面22和第二侧部表面23接合，如图2的放大细节中所示。
以优选的方式，转子1包括六个磁极13、14，每个磁极包括三个流屏障(barrier：垒、势垒)9、10、11：外部流屏障9、中间流屏障10和内部流屏障11。
特别地，每个流屏障9、10、11包括：第一轴向凹口6，其适于容纳流发生器，该流发生器优选地为永磁体；一对(a pair of：成对的)第三轴向凹口8，其相对于所述第一轴向凹口6倾斜地且对称地布置。以这个方式，每个流屏障9、10、11形成类似于“V”形的设计，该“V”形的底部是平坦的并且由第一轴向凹口6形成，以及该“V”形的倾斜的臂是由该对第二轴向凹口8形成。
优选地，外部流屏障9包括：第一轴向凹口6，其适于容纳流发生器，该流发生器优选地为永磁体；一对第三轴向凹口8，其相对于所述第一轴向凹口6倾斜地且对称地布置，并且该外部流屏障形成类似于“V”形的设计，该“V”形的底部是平坦的并且由第一轴向凹口6形成，以及该“V”形的倾斜的臂是由该对第二轴向凹口8形成。
优选地，中间流屏障10和内部流屏障11包括：第一轴向凹口6，其适于容纳流发生器，该流发生器优选地为永磁体；一对第二轴向凹口7，其在径向方向上倾斜，并且适于容纳流发生器，该流发生器优选地为永磁体；所述一对第二轴向凹口7相对于片材3的经过转子1的旋转中心C的半径R1、R2倾斜地且对称地布置；一对第三轴向凹口8，其相对于所述第一轴向凹口6倾斜地且对称地布置。以这个方式，每个流屏障10、11形成类似于“V”形的设计，该“V”形的倾斜的臂是由该对第二轴向凹口7和第三轴向凹口8形成的。
每个流屏障9、10、11对应于限定“V”形形状的宽度的张开角θ13、θ14、θ15。
所述张开角θ13、θ14、θ15通过两条直线定位，该两条直线分别经过每个流屏障9、10、11的第一倾斜轴向凹口6和第二倾斜轴向凹口7的内部表面。
以优选的方式，转子1包括三个第一级磁极13和三个第二级磁极14，每个磁极包括三个流屏障9、10、11。特别地，三个第一级磁极13中的每一者都优选地包括其张开角θ13基本上等于180°±10°的内部流屏障11、其张开角θ14基本上等于130°±10°的中间流屏障10、其张开角θ15基本上等于130°±10°的外部流屏障9；四个第二级磁极14中的每一者都优选地包括其张开角θ13基本上等于180°±10°的内部流屏障11、其张开角θ14基本上等于130°±10°的中间流屏障10、其张开角θ15基本上等于130°±10°的外部流屏障9。
每个第一级磁极13和第二级磁极14的三个流屏障9、10、11的宽度是通过定位张开角θ1、θ2、...、θ12来限定的，该张开角被包括在两条直线之间，该两条直线由转子1的理论上的旋转中心C投射并且分别经过每个第三倾斜轴向凹口8的基本上平行于片材3的边缘的表面12与每个第三倾斜轴向凹口8的第一或第二侧部表面22、23的接合点R。
特别地，对于每个流屏障9、10、11，内部张开角θ1、θ3、θ5、θ7、θ9、θ11和外部张开角θ2、θ4、θ6、θ8、θ10、θ12被定位为被包括在两条直线之间，该两条直线由转子1的旋转中心C投射并且经过每个第三倾斜轴向凹口8的基本上平行于片材3的边缘的表面12与每个第三倾斜轴向凹口8的第一侧部表面22或第二侧部表面23的接合点R、或与该接合点R相切。
下面的表1列出了用于转子1的三对第一级磁极13和第二级磁极14的张开角θ1、θ2、...、θ12的值。
Figure BDA0002934653910000051
表1
例如，对于具有六个磁极(三对磁极)的前述转子1，角θ1等于15°55'±2°。
特别地，第一级磁极13中的每一者包括：内部流屏障11，其外部张开角θ8被包括在27°55'至31°55'之间，以优选的方式基本上等于29°55'；中间流屏障10，其外部张开角θ10被包括在42°25'至46°25'之间，以优选的方式基本上等于44°25'；外部流屏障9，其外部张开角θ12被包括在57°05′至61°05′之间，以优选的方式基本上等于59°05′；第二级磁极14中的每一者包括：内部流屏障11，其外部张开角θ2被包括在20°25'至24°25'之间，以优选的方式基本上等于22°25'；中间流屏障10，其外部张开角θ4被包括在33°45′至37°45′之间，以优选的方式基本上等于35°45′；外部流屏障9，其外部张开角θ6被包括在49°35′至53°35′之间，以优选的方式基本上等于51°35′。
此外，第一级磁极13中的每一者包括：内部流屏障11，其内部张开角θ7被包括在21°25'至25°25'之间，以优选的方式基本上等于23°25'；中间流屏障10，其内部张开角θ9被包括在36°25'至40°25'之间，以优选的方式基本上等于38°25'；外部流屏障9，其内部张开角θ11被包括在50°35'至54°35'之间，以优选的方式基本上等于52°35'；第二级磁极14中的每一者包括：内部流屏障11，其内部张开角θ1被包括在13°55'至17°55'之间，以优选的方式基本上等于15°55'；中间流屏障10，其内部张开角θ3被包括在28°55'至32°55'之间，以优选的方式基本上等于30°55'；外部流屏障9，其内部张开角θ5被包括在43°55'至47°55'之间，以优选的方式基本上等于45°55'。
优选地，与片材3的边缘基本上平行的表面12与每个轴向倾斜凹口8的第一或第二侧部表面22、23之间的连接半径R被包括在0.2mm至1mm的范围内。优选地，转子1包括交替的第一级磁极13和第二级磁极14。以这个方式，两个连续的磁极13、14的流屏障9、10、11互相不对称，并且相对于已知的电气机器，这限制了转矩脉动和反电动势谐波。
无论如何都可以有满足上述指定角度值的所有距离谱。
以已知的方式，一种电气机器包括固定部件即定子以及移动部件即转子，其中一个同轴地被布置在另一个的内部。通常地，转子被放置在定子内部，该定子包括适于产生允许旋转转子的磁场的电线圈。
根据本发明的电气机器还包括前述转子1、以及在转子1和定子之间的空气间隙，该空气间隙的厚度被包括在0.5mm至1.5mm之间。

Claims (6)

1.用于电气机器的转子(1)，包括：
-旋转轴；
-层状包，所述层状包被紧固在所述旋转轴上并且包括多个片材(3)，所述层状包包括三对第一级磁极(13)和第二级磁极(14)，每个磁极包括三个流屏障(9、10、11)，每个流屏障包括：
-适于容纳流发生器的第一轴向凹口(6)；
-一对第三倾斜轴向凹口(8)，所述一对第三倾斜轴向凹口相对于所述第一轴向凹口(6)对称地布置并且具有与所述片材(3)的边缘基本上平行的表面(12)，所述表面与第一侧部表面(22)和第二侧部表面(23)接合；
每个第一级磁极(13)和第二级磁极(14)的所述三个流屏障(9、10、11)的宽度由外部张开角(θ2、θ4、θ6、θ8、θ10、θ12)限定，所述外部张开角被包括在下述两条直线之间，该两条直线由所述转子(1)的理论上的旋转中心(C)投射，并且分别同每个第三倾斜轴向凹口(8)的基本上平行于所述片材(3)的边缘的所述表面(12)与每个第三倾斜轴向凹口(8)的所述第一侧部表面(22)的接合点(R)相切，并且其特征在于：
-所述第一级磁极(13)中的每一者包括：外部张开角(θ8)在27°55'至31°55'之间的内部流屏障(11)；外部张开角(θ10)在42°25'至46°25'之间的中间流屏障(10)；外部张开角(θ12)在57°05'至61°05'之间的外部流屏障(9)；
-所述第二级磁极(14)中的每一者包括：外部张开角(θ2)在20°25'至24°25'之间的内部流屏障(11)；外部张开角(θ4)在33°45'至37°45'之间的中间流屏障(10)；外部张开角(θ6)在49°35'至53°35'之间的外部流屏障(9)，乘以磁极对的数目(Pp)；
每个第一级磁极(13)和第二级磁极(14)的所述三个流屏障(9、10、11)的宽度由内部张开角(θ1、θ3、θ5、θ7、θ9、θ11)限定，所述内部张开角被包括在下述两条直线之间，该两条直线由所述转子(1)的理论上的旋转中心(C)投射，并且分别经过每个第三倾斜轴向凹口(8)的基本上平行于所述片材(3)的边缘的所述表面(12)与每个第三倾斜轴向凹口(8)的所述第二侧部表面(23)的接合点(R)，并且其特征在于：
-所述第一级磁极(13)中的每一者包括：内部张开角(θ7)在21°25'至25°25'之间的内部流屏障(11)；内部张开角(θ9)在36°25'至40°25'之间的中间流屏障(10)；内部张开角(θ11)在50°35'至54°35'之间的外部流屏障(9)，乘以磁极对的数目(Pp)；以及
-所述第二级磁极(14)中的每一者包括：内部张开角(θ1)在13°55'至17°55'之间的内部流屏障(11)；内部张开角(θ3)在28°55'至32°55'之间的中间流屏障(10)；内部张开角(θ5)在43°55'至47°55'之间的外部流屏障(9)，乘以磁极对的数目(Pp)。
2.根据权利要求1所述的用于电气机器的转子(1)，其特征在于：
-所述第一级磁极(13)中的每一者包括：外部张开角(θ8)基本上等于29°55'的内部流屏障(11)；外部张开角(θ10)基本上等于44°25'的中间流屏障(10)；外部张开角(θ12)基本上等于59°05'的外部流屏障(9)；以及
-所述第二级磁极(14)中的每一者包括：外部张开角(θ2)基本上等于22°25'的内部流屏障(11)；外部张开角(θ4)基本上等于35°45'的中间流屏障(10)；外部张开角(θ6)基本上等于51°35'的外部流屏障(9)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的用于电气机器的转子(1)，其特征在于：
-所述第一级磁极(13)中的每一者包括：内部张开角(θ7)基本上等于23°25'的内部流屏障(11)；内部张开角(θ9)基本上等于38°25'的中间流屏障(10)；内部张开角(θ11)基本上等于52°35'的外部流屏障(9)；以及
-所述第二级磁极(14)中的每一者包括：内部张开角(θ1)基本上等于15°55'的内部流屏障(11)；内部张开角(θ3)基本上等于30°55'的中间流屏障(10)；内部张开角(θ5)基本上等于45°55'的外部流屏障(9)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于电气机器的转子(1)，其特征在于，所述三个流屏障(9、10、11)中的至少一者包括在径向方向上倾斜的一对第二轴向凹口(7)，每一对第二轴向凹口(7)相对于所述片材(3)的经过所述转子(1)的所述旋转中心(C)的半径(R1、R2)倾斜地并且对称地布置。
5.根据权利要求4所述的用于电气机器的转子(1)，其特征在于，每一对第二轴向凹口(7)形成由分别经过所述三个流屏障(9、10、11)中至少一者的第二倾斜轴向凹口(7)的内部表面的两条直线定位的张开角(θ14、θ15)，所述张开角(θ14、θ15)基本上等于130°±10°。
6.电气机器，包括固定部件即定子，以及被布置成在所述定子内部移动的根据前述权利要求中任一项所述的转子(1)，其特征在于，所述电气机器包括在所述转子(1)和所述定子之间的空气间隙，所述空气间隙的厚度在0.5mm至1.5mm之间。
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