CN1168017A - 爪极磁电转子及这种转子的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种爪极磁电转子，它包括两个极性相反的磁性单极末端部件(1)、至少一个磁性中间部件(9)及一些非磁性部件(12)，单极部件(1)有一个斜面极(3)和两个侧平面(6)，后者相对斜面极对称面对称，中间部件包括两个极性相反的极(30)，其形状与部件(1)的极(3)相同，极(3、30)由非磁性部件(12)与相对的极(30、3)隔开，圆柱壳(13)有数目与极(3、30)相同的窗孔(15)，窗孔由磁性材料的管构件(14、140)占据，构件的极性与极(3、30)相同。

Description

爪极磁电转子及这种转子的制造方法
本发明涉及一种爪极磁电转子及制造这种转子的方法。更准确地说本发明涉及一种用在高速同步机中的磁电转子及制造这种爪极磁电转子的方法。
这些爪极转子是由多个连在一起的非磁性和磁性部件构成的。在某些高速同步机中，速度可以等于或大于50000转/分钟，象上面所指出的，这些转子都是用一些零部件装配的，为此，爪极转子的制造者力求得到具有尽可能高的抗离心破裂性能的转子，同时还要保持最佳的空气动力学外形。
要制造可在前面提到的速度下运行的实心的转子，必须利用等静压缩一类的装配技术，以便使转子能够抗离心破裂。事实上，旋转状态产生的离心力与运动的物体质量成比例。
人们已知道爪极磁电转子的一些制造方法，该类型转子包括形成转子极化爪的磁性部分和隔离极性相反的爪的非磁性部分，它们都封在一个非磁性的圆柱形空心壳内，所述方法包括把磁性部分和非磁性部分装填到非磁性的圆柱形空心壳内的步骤以及对磁性部分、非磁性部分和圆柱形空心壳的整个组件进行等静压的步骤。
该等静压步骤要求转子构件精确地连接装配。事实上，如果存在无材料的空隙，则当进行等静压时，这些空隙受到压缩而引起构件移动，这对于磁的尺寸调整以及制成的转子的静态和动态机械平衡都是有害的。
由此造成的至少的问题是转子不具备所希望的最佳磁特性，而最严重的问题是所引起的机械不平衡可使转子无法使用。
另外，爪极的形状还需要适合于最佳的机器效率。
例如，正对着定子的磁性爪极的纵向面最好有一个渐增的磁空气隙，以优化爪极与旋转电机定子之间的磁流通路。
根据另一个实例，必须在两个极性相反的相邻磁体(相邻的爪极)之间安置一种非磁性材料。这种非磁性材料可限制直接在两个极性相反的相邻爪极之间通过的磁流泄漏，而不是由定子通过。
磁性或非磁性部件有复杂的形状，而且它们的加工时间长且费用高，特别是为了达到等静压处理所要求的公差。
本发明的目的之一是提出一种实心的磁电转子，该转子的构件符合对所提出的转速而要求的磁电及机械标准，并且可以采用等静压方式进行制造。
本发明的另一个目的是提出一种制造这类转子的方法，它可使转子构件的加工更加简便。
为此，本发明首先涉及的是一种爪极磁电转子，该转子包括形成转子极的磁性材料部件以及可隔离相反极性的极的非磁性材料部件，它们都封装在一个非磁性材料作成的圆柱形旋转空心壳内，根据本发明，转子包括两个极性相反的磁性材料单极部件，还包括一个非磁性材料部件，每个单极部件都包括一个旋转毂，其半径基本等于圆柱壳的内半径并且还有一个自由端及一个斜面极，所述斜面极包括一个其半径与旋转毂相同的纵向面、一个与纵向面形成斜面的横向倾斜面，以及两个与斜面极的对称面相对称的侧平面，都从纵向面向斜面相互收敛会合，所述侧平面与毂形成一些横向凸肩，两个磁性材料部件斜面相对地安装在同一个轴线上，非磁性部件安装在相对的斜面之间而且其形状与两个磁性材料部件互补，以致磁性材料和非磁性材料部件的整体形成一个实心的旋转圆柱体，其半径基本等于非磁性材料旋转圆柱形壳的内半径，圆柱形壳有两个横穿窗孔，每个都对着一个磁性材料部件的纵向面，每个窗孔都由一个磁性材料的外侧管的构件所占用，后者的极性与它对应的磁性材料部件的极性相同。
本发明也涉及另一种类型的爪极磁电转子，该转子包括形成转子极的一些磁性材料部件和一些隔离极性相反的极的非磁性材料部件，它们都封装在一个非磁性材料的圆柱形旋转空心壳内。根据本发明，转子包括两个磁性材料的极性相反的单极末端部件、至少一个磁性材料的中间部件以及一些非磁性材料部件，每个单极部件都包括一个旋转毂，其半径基本等于圆柱壳的内半径并且还有一个自由端和一个斜面极，所述斜面极包括一个其半径与毂半径相同的纵向面，一个倾斜的横向面，与所述纵向面形成斜面，还包括两个侧平面，这两个侧平面相对斜面极的对称面是对称的，都从纵向面向倾斜面相互会合收敛，所述侧平面与毂形成一些横向凸肩，单个或多个中间部件都包括两个极性相反的极，形状与末端部件极相同，每个都有一个倾斜面，对着一个磁性端极的倾斜面或者另一个中间部件极的倾斜面，每个极都与相对的极分隔开，隔离借助一个与两个极形状互补的非磁性部件，以使单个或多个中间部件的末端部件和非磁性材料部件的整体构成一个实心的旋转圆柱体，其半径基本等于圆柱形非磁性旋转壳的内半径，圆柱壳的横穿窗孔的数目与其极数相同，每个窗孔都对着一个磁性材料极的纵向面，每个窗孔又都由一个磁性材料的外侧管的构件所占据，该构件的极性与它对应的极相同。
横穿窗孔从横剖面上看，有利地具有从圆柱形壳的内部向外部收敛的大致形状，所述外侧管的构件的半径和径向厚度基本等于圆柱形壳的半径和径向厚度，并且具有与窗孔收敛形状互补的侧边缘。
本发明转子的横向凸肩与垂直转子轴的面形成一定的角度。
每个磁性或非磁性材料部件都由多个彼此连在一起的同轴调装好的管构件所构成。
按照一种实施方式，每个磁性或非磁性材料部件都包含一个中间的实心管构件，它与对称的侧平面相切，还包括一个空心的管构件，其内半径基本等于实心的管构件的半径，而其外半径基本等于圆柱形壳的内半径。本发明还涉及制造上述爪极磁电转子的方法。根据该方法，把调整装配好的同轴管构件都装填到空心圆柱体中并对管构件及圆柱形空心壳的整体进行等静压。
所谓的外侧管构件就是那些在进行装填步骤时最先安装定位在所述圆柱形壳中的管的构件。
本发明方法可有利地包括一个最后的加工步骤，它在于例如对转子进行轴向挖空或者使转子外表面具有一种特殊的形状。
本发明的优点之一来自转子的构件形状，这种构件形状允许进行等静压，同时还减少影响产品质量的危险。本发明的另一优点是可以摆脱转子构件的复杂形状，制作多个容易加工的管构件并把这些构件组合起来而制成复杂的部件。
本发明的另一个优点来自管的套装原理，这可保证转子具有最佳的抗离心破裂性能。
本发明的另外一些优点和特征可从后面参照附图所作的说明中体现出来，附图中：
图1A是本发明转子的一个磁性末端部件的示意图。
图1B、1C分别是图1A的俯视和侧视示意图。
图2A是本发明转子的一个磁性中间部件的示意图。
图2B、2C分别是图2A的俯视和侧视示意图。
图3A是本发明转子的一个非磁性部件的示意图。
图3B、3C分别是图3A的俯视和侧视示意图。
图4是本发明转子的分解示意图。
图5A是本发明转子组装后的示意图。
图5B、5C、5D分别是图5A的B、C、D处的剖视示意图。
图6是本发明转子在最后加工工序之后的示意图。
在下面的说明中，“纵向的”和“侧面的”这些词涉及的是与所考虑的部件或转子的轴没有交叉的那些表面元素。
本发明涉及这样一种类型的爪极磁电转子，它包括一些形成转子极3的磁性材料部件1、9和隔离极性相反的极3的非磁性材料部件12，它们都封装在按照上述方法制成的圆柱形非磁性材料的旋转空心壳13中。
按第一种实施方式，转子是一种双极转子，它包含两个极性相反的单极磁性材料末端部件1，还包含一个非磁性材料部件12。
每个单极部件1(图1A、1B、1C)都包括一个旋转毂2，其半径基本等于圆柱形壳13的内半径，并且毂还有一个自由端4及一个斜面极3。斜面极3含有其半径与毂2相同的纵向面8、与纵向面8形成斜面的横向倾斜面5、以及两个侧平面6，这两个面相对斜面极3的对称面是对称的，它们从纵向面8向倾斜面5一个向另一个相互会合
侧平面6与毂形成一些横向凸肩7。
两个磁性材料部件1倾斜面5相对地安装在同一轴线上。
非磁性部件12(图2A、2B、2C)安装在相对的倾斜面5之间，而且其形状与两个磁性材料部件1互补，以致使磁性材料部件1和非磁性材料部件12的整体构成一个实心的旋转圆柱体，其半径基本等于非磁性旋转圆柱壳13的内半径。
圆柱形壳13有两个横穿窗孔15，每个都对着一个磁性材料部件1的纵向面8，每个窗孔15都被一个磁性材料外侧管构件14占用，该构件的极性与它所对应的磁性材料部件1相同。
按第二种实施方式(如图4至6所示)，转子包括一系列轴向的双极转子。
它包括两个磁性材料的单极末端部件1、至少一个磁性材料的中间部件9和一些非磁性材料部件12。单极末端部件1总是极性相反的。
末端部件1的形状与第一种实施方式(图1A、1B、1C)中所描述的形状相同。
单个(或多个)中间部件9(图3A、3B、3C)包括两个极性相反的极30，其形状与末端部件1的极3的形状相同。
中间部件9的每个极30都有一个倾斜面50，它对着一个末端磁性部件1的极3倾斜面5或者对着另一个中间部件9的极30的倾斜面50。
每个极3、30都用一个非磁性部件12(图2A、2B、2C)与相对的极30、3隔离开，该非磁性部件的形状与两个极3、30的形状互补，以致单个(或多个)中间部件9、末端部件1及非磁性材料部件12的整体构成了一个实心的旋转圆柱体，其半径基本等于非磁性旋转圆柱形壳13的内半径。
正如在第一种实施方式中所描述的那样，圆柱形壳13的横穿窗孔15的数目与极3的数目相同。
每个窗孔15都对着一个磁性材料极3的纵向面8，每个窗孔都由磁性材料的外侧管构件14、140所占用，其极性与它所对应的极3相同(图4)。
在两种实施方式中，横穿窗孔15的横截面具有大体从圆柱形壳13的内部向外部收敛的形状，而且外侧管构件14、140所具有的半径和径向厚度基本等于圆柱壳13的半径和径向厚度，它们的侧面边缘16与窗孔15的收敛形状互补。
有利地是，横向凸肩7与垂直转子轴的面形成一定的角度，该角度最好为45 °。
在所介绍的实施方式中，磁性材料部件1、9或非磁性材料部件12都包含一个中间的实心管构件10、100、101，它与对称的侧平面6相切，还有一个空心管构件11、110、111，其内半径基本等于实心管构件10的半径而其外半径基本等于圆柱形壳13的内半径。而且正如前面所提到的那样，磁性材料部件都包括一个分别对应于极3、30的外侧管构件14、140，其内径和外径基本等于圆柱形壳13的内径和外径。在图5B、5C、5D上，每个部件都以不同的方式加剖面线地画出了构成该部件的管状构件。
外侧管构件14、140借助其侧面边缘16的形状可以构成对每个转子极3、30的渐增空气隙。
本发明也涉及一种制造上述爪极磁电转子的方法。
本发明方法的一个特征步骤主要在于：每个磁性材料部件1、9或非磁性材料12都由一些单独调整好而且同轴的套装管构件10、11、14、100、110、140、101、111构成，每个管构件10、11、14、100、110、140、101、111都有侧边缘、横向端及侧面，侧面径向厚度的外形与所对应的磁性材料部件1、9或非磁性材料部件12的相对应。
在实施本发明方法的过程中，外侧管构件14、140在进行装填时是管构件10、11、14、100、110、140、101、111中最先调整定位到圆柱形壳13中的。
根据本发明方法，在等静压步骤后，所制得的转子可进行最后的加工处理步骤。这一步骤比如可以是对转子进行轴向挖空，以便使转子变轻，或者使转子外表面具有一种特殊的形状(图6)。
当然，本发明并不局限于上面描述和介绍的一些实施方式，本领域技术人员可进行多种实施变型而不脱离本发明的范围。特别是，在不脱离发明范围的情况下，可改变每个部件的管构件的数量。

Claims (9)

1.一种爪极型磁电转子，它包括一些形成转子极(3)的磁性材料部件(1、9)以及一些隔离极性相反的极(3)的非磁性材料部件(12)，它们都封装在一个非磁性材料的圆柱形空心壳(13)中，其特征在于：该转子包括两个极性相反的磁性材料单极部件(1)和一个非磁性材料部件(12)，每个单极部件(1)包括一个其半径基本等于圆柱壳(13)内半径的旋转毂(2)，一个自由端(4)及一个斜面极(3)，所述斜面极(3)包含一个半径与毂(2)相同的纵向面(8)、一个与所述纵向面(8)形成斜面的横向倾斜面(5)、及两个侧平面(6)，它们相对于斜面极(3)的对称面对称且从纵向面(8)向倾斜面(5)一个向另一个相互会合，所述侧平面(6)与毂(2)形成一些横向凸肩(7)，两个磁性材料部件(1)以倾斜面(5)相对地安装在同一个轴线上，非磁性部件(12)安装在相对的倾斜面(5)之间，而且它的形状与两个磁性材料部件(1)的互补，以致使磁性材料和非磁性材料部件的整体构成一个实心的旋转圆柱体，其半径基本等于非磁性旋转圆柱形壳(13)的内半径，圆柱形壳有两个横穿窗孔(15)，每一个都对着一个磁性材料部件(1)的纵向面(8)，每个窗孔都由一个磁性材料的外侧管构件(14)占据，该构件的极性与其所对应的磁性材料部件相同。
2.一种爪极型磁电转子，它包括形成转子极(3)的磁性材料部件(1、9)和隔离极性相反的极(3、30)的非磁性材料部件(12)，它们都封装在一个非磁性材料的圆柱形空心壳(13)中，其特征在于：它包括两个极性相反的磁性材料末端单极部件(1)、至少一个磁性材料中间部件(9)和一些非磁性材料部件(12)，每个单极部件(1)包括一个其半径基本等于圆柱形壳(13)内半径的旋转毂(2)，而且有一个自由端(4)和一个斜面极(3)，所述斜面极(3)包括其半径与毂(2)相同的纵向面(8)、与所述纵向面(8)形成斜面的横向倾斜面(5)以及两个侧平面(6)，后者相对于斜面极(3)的对称面对称且从纵向面(8)向倾斜面(5)一个向另一个相互收敛，所述侧平面(6)与毂(2)形成横向凸肩(7)，单个或多个中间部件(9)包括两个极性相反的极(30)，其形状与末端部件(1)的极(3)相同，每个极都有一个倾斜面(50)对着一个末端磁性部件极(3)的倾斜面(5)或者对着另一个中间部件(9)的一个极(30)的倾斜面(50)，每个极(3、30)都由一个形状与两个极(3、30)互补的非磁性部件(12)与相对的极(30、3)隔开，以致使末端部件(1)、单个或多个中间部件(9)以及非磁性材料部件(12)的整体构成一个实心的旋转圆柱体，其半径基本等于非磁性旋转圆柱形壳(13)的内半径，圆柱形壳(13)有一些数量与极(3、30)相同的横穿窗孔(15)，每个窗孔(15)都对着一个磁性材料极(3、30)的纵向面(8)，每个窗孔(15)都由一个磁性材料的外侧管构件(14、140)所占据，该元件的极性与其所对应的极(3、30)相同。
3.根据权利要求1或2所述的磁电转子，其特征在于：横穿窗孔(15)的剖面形状大体是从圆柱形壳(13)的内部向外部收敛，所述外侧管构件(14、140)的半径和径向厚度基本等于圆柱形壳(13)的半径和径向厚度，并且该构件的侧边缘(16)与窗孔(15)的收敛形状互补。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁电转子，其特征在于：横向凸肩(7)与垂直转子轴的面形成一定的角度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁电转子，其特征在于：每个磁性材料部件(1、9)或非磁性材料部件(12)都由多个调装好而且同轴的管构件(14、10、11、110、100；140、111、101)相互连接构成。
6.根据权利要求5所述的磁电转子，其特征在于：每个磁性材料部件(1、9)或非磁性材料部件(12)都包括一个中间的实心管构件(10、100、101)，与对称的侧平面(6)相切，还包括一个空心管构件(11、110、111)，其内半径基本等于实心管构件(10、100、101)的半径，而其外半径基本等于圆柱形壳(13)的内半径。
7.根据权利要求5或6所述的爪极磁电转子的制造方法，其特征在于：把调装好而且同轴的管构件(14、10、11、110、100、140、111、101)装填到空心圆柱体(13)中，并对管构件(14、10、11、110、100、140、111、101)及圆柱形空心壳(13)的整体进行等静压处理。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述外侧管构件(14、140)是装填时管构件(14、10、11、110、100、140、111、101)中最先安装定位在所述圆柱形壳(13)中的。
9.根据权利要求7或8所述的制造方法，其特征在于：该方法包括一个最后的加工步骤，它主要就是对转子进行轴向挖空或者是使转子外表面具有一种特殊的形状。
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