CN1380734A - 用于永磁型发电机的转子 - Google Patents

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Abstract

用于旋转式电气机械的转子的若干实施例被构造成使刚性增加并且不会使重量增加,以及促进冷却剂流经转子。将加强肋和流动开口应用于使带有永久磁铁的圆柱形部分与轮毂部分互相连接的转子的中间部分,以实现上述要求。

Description

用于永磁型发电机的转子
技术领域
本发明涉及用于永磁型旋转式电气机械的转子，该转子具有适合与定子的电枢上形成的线圈相协作的永久磁铁。
背景技术
诸如在车辆(例如摩托车)中使用的电动机和发电机中有一种已知的旋转机械，其中固定于转子的永久磁铁围绕定子旋转。在该机械中，不但转子高速旋转，而且永久磁铁受到磁铁和定子的线圈之间的反复的吸引力和排斥力。这将会并且确实导致振动和噪声的产生。由于现在改进了永久磁铁的质量和强度，并且使用具有很大的磁通量密度的永久磁铁，因此吸引力和排斥力进一步地增加。
为了防止或减少振动和噪声的产生，需要一种刚性较高的转子。因此，使用较厚的转子，并且整个转子是用一大厚度的铸件制成。
这样一来，尽管减少了噪声和振动，但转子不仅具有较大的重量，而且具有较大的惯性矩。当该发电机使用在车辆中时，不仅会导致汽车重量的增加，而且会使发动机的加速和减速性能下降。尤其是在较新样式的车辆中，由于电气消耗增加，因此发动机的负荷增加。导致发电机的尺寸变大，并且具有更大的功率。这将更进一步地加大重量和惯性矩。
因此，本发明的主要目的是提供一种用于旋转式电气机械的转子，该电气机械的刚度增加但重量和惯性矩不增加，以防止振动和噪声的产生。
这种机械会产生相当大的热量，并且该热量必须被耗散。可以使用风扇或其它辅助冷却结构来完成上述要求。这将为其带来进一步的重量和惯性问题，更不用说增加成本的问题了。
因此，本发明的又一目的是提供一种用于旋转式电气机械的转子，该电气机械可以在其尺寸减少并且功率增加时实现改进的冷却性能。
发明内容
本发明的第一特征适合体现在一种转子中，该转子包括：一边缘部分，该边缘部分带有多个隔开的永久磁铁；一轮毂部分，该轮毂部分适合被固定于一旋转轴；以及一互连部分，该互连部分用于使边缘和轮毂部分互相连接。多个开口形成在互连部分中，所述开口用于减少转子的重量和转动惯量，并且不会显著地减少其强度。
作为先前的段落中阐述的转子的又一特征，可形成若干开口以使风扇产生冷却机械的作用。
本发明的又一特征体现在一种转子中，该转子包括：一边缘部分，该边缘部分带有多个隔开的永久磁铁；一轮毂部分，该轮毂部分适合被固定于一可旋转轴；以及一互连部分，该互连部分用于使边缘和轮毂部分互相连接。与该特征相联系，在互连部分中形成多条加强肋。
附图说明
图1是本发明的第一实施例构成的旋转式电气机械的剖视图；
图2是与图1部分类似的剖视图，但只示出了发电机中使用的转子；
图3是转子的端视图；
图4是转子的相对侧面的端视图；
图5是沿图4的线5-5截取的剖视图；
图6是该实施例与已有技术相比的线圈温度与旋转速度关系的曲线图；
图7是与图2部分类似的剖视图，但示出了另一实施例的转子；
图8是与图2部分类似的剖视图，但示出了又一实施例的转子；
图9是图8的实施例的左视图；
图10是图8的实施例的右视图；
图11是沿图10的线11-11截取的剖视图。
具体实施方式
首先请参见图1-5的实施例，用标号21总地表示一旋转式电气机械，例如一发电机。尽管将其描述成一发电机，但本技术领域中的熟练人士十分清楚的是：可以相等地将本发明用作电动机。
发电机21包括在用于摩托车或类似装置的发动机中(图中仅部分地示出)，并且位于发动机曲轴22(图1)的一端，并在该端处被驱动。在该设置中，发电机21封装在发电机壳体部分23中，该壳体部分形成在发动机的曲轴箱24以及安装于曲轴箱24的发电机盖25之间。
曲轴22的一端从曲轴箱24突伸入发电机壳体部分23。定子26固定地支承在曲轴箱24上，并且围绕于曲轴22的突伸部分。
定子26由定子铁心的径向磁极齿27以及卷绕于其上的线圈28构成。在三相AC发电机的情况下，磁极齿27的数量是3的倍数，例如设有9、12、15和18极。对应于线圈28所面对的转子的永久磁铁29的磁极(所述转子由标号31总地表示，并且将在后面进行叙述)，将每相的线圈28的卷绕方向设置成正绕或反绕，以使同相的线圈28感应的电压具有相同的极性。
转子31包括：一轮毂部分32，该轮毂部分固定地配合在曲轴22上；一圆柱形部分33，该圆柱形部分的朝向靠近定子26的磁极齿的外部圆周；以及一板状轮辐部分34，该轮辐部分用于连接轮毂部分32和圆柱形部分33。在该实施例中，通过冷锻或热锻以使转子31的轮毂部分32、轮辐部分34和圆柱形部分33由钢之类的材料一体构成。
轮毂部分32不旋转地键配合在曲轴22的一端形成的锥形部分上，并且用一螺栓35轴向地固定于曲轴22。
永久磁铁29结合在圆柱形部分33的内部周向表面上，并且在永久磁铁29与定子26的外部圆周之间设置一小间隙。使永久磁铁29磁化，以使其极性沿周向规则间隔地变化，即12或16极。
这里使用的永久磁铁29最好是具有较高磁通密度的钕-铁-硼磁铁。磁铁29具有非常大的磁通密度以使其厚度减少，它适合减少发电机21的尺寸并且减轻其重量。由非磁性材料制成的隔片36安装在永久磁铁29与轮辐部分34之间。
为了加强刚性的目的，轮辐部分34的内表面，即定子26侧的表面上形成许多径向肋37。这些肋37从轮毂部分32向圆柱形部分33延伸。靠近圆柱形部分33的肋37的端部37a各自沿转子31的旋转方向R(图3和4)弧形地弯曲。轮辐部分34还构成许多窗口38，所述窗口沿转子的旋转轴B的方向贯穿其中地延伸，其位置靠近但不妨碍肋37，尤其是它们的弯曲部分37a。
类似槽的斜面39形成在轮辐部分34的表面上，该表面与设置肋37的表面相对。这些类似槽的斜面39沿周向方向形成于窗口的一侧，将所述斜面构造成起始于窗口38的开口边缘(导向侧)，其探度沿转子26的旋转方向(R)逐渐变浅。
发电机21是气冷式或液冷式。在液冷式的情况下，整个发电机浸在冷却油中。也就是说，冷却油(例如发电机润滑油)在发电机壳体部分23中循环。最好使用一油冷器或类似装置(图中未示出)使冷却油冷却。
从图3、4中可以清楚地看到，该实施例具有十二条肋37以及十二个窗口38，以使固定于圆柱形部分33的磁铁29的磁极数量最好是十二个。然而，应予理解的是肋37和窗口38的数量并不局限于此，它们可以根据永久磁铁或类似装置的磁极数量进行改变。
在该发电机21中，曲轴22的旋转导致转子31沿方向(R)旋转。由于转子31的旋转，使固定于圆柱形部分33的永久磁铁29产生的磁场旋转，改变了通过定子26的线圈的磁通量的数量，导致线圈中感应电压。每当永久磁铁29面向并且通过不同的磁极齿时，它们交替地受到吸引力和排斥力。这些力形成圆柱形部分33的振动源，该振动源将导致整个转子31的振动。
然而，由于转子31的圆柱形部分33和轮辐部分34联合成一体，而轮辐部分34与肋37构成一体，因此转子刚性得以加强。因而，对于圆柱形部分33与轮辐部分34的联合体来说，可实现足够大的刚度，从而限制了圆柱形部分33和轮辐部分34的联合体的振动，减少了与振动相关的噪声。上述情况的实现还不要求总重量不必要地增加。
另外，窗口38的形成和形状导致发电机壳体23中的冷却空气或冷却油在转子31的内部旋转，加速定予26的冷却。因此，发电机21可以实现尺寸的减少和功率的增加。在该情况下，进入转子31、撞击肋37的的冷却空气或冷却油分散入周围区域。因而，肋37具有增强冷却效果的作用。
由于肋的相对侧上的窗口的开口边缘沿转子的旋转方向(A)形成斜面39，因此冷却空气(油)沿作为导向的斜面39有效地流入转子31。因而，进一步地实现了冷却性能的改进。此外，肋37沿转子的旋转方向(R)在圆柱形侧面上的端部处弯曲，以使进入窗口38的冷却空气(油)沿作为导向的弯曲部分37A径向向内地引入转子。因此，还可以将冷却空气(油)成功地引入轮毂部分32附近的转子31，从而使冷却性能改善。
图6示出了将本实施例(冷却型、虚线)设置肋(37)、窗口(38)和斜面(39)的情况与没有设置肋、窗口和斜面(标准型、虚线)的情况作比较的定子线圈的温度。在该情况下，测量相同负荷下的发电机21上的定子线圈的温度。
根据测量结果，可以看到本发明的冷却型线圈的最大温度和ΔTmax(线圈温度相对于线圈的安装位置表面的温度的升高)与标准型相比是相当低的。
图7示出了另一实施例的转子。用31a总地表示的转子被设置成轮毂部分32a与圆柱形部分33a和轮辐部分34a的联合体相分离，所述构件都用铆钉51连接。在该实施例中，转子31被分成两构件(32a和33a与34a的联合体)，而且不会减少本发明的效果，藉此便于每一构件的形成。在图7中，与图2所示相同的零件标有相同的标号，相信无需进一步地叙述以使本技术领域中的熟练人士利用该实施例。
现在请参见图8-11，用31b总地表示另一实施例构成的转子。转子31b与图1-5的转子类似，其中轮毂部分32b、圆柱形部分33b和轮辐部分34b模制成一体。轮毂部分34b沿周向方向规则间隔地形成近似于扇形的十二个窗口38b。
结果，相邻的窗口38b之间形成大致沿径向方向延伸的平直部分61。这些平直部分61可作为加强肋。通过斜切，在沿转子的旋转方向的导向侧的侧面上的平直部分61的一边上形成沿平直部分61的纵向方向的斜面62。即，斜面62面向转子31b的外部。
在该实施例中，转子31b沿方向R旋转，冷却空气或冷却油沿作为引导的斜面62平滑且高效地流入转子31b。在图11中，虚线表示冷却空气(油)的流动。因此，转子31b和封装在转子31b中的定子(图中未示出)的冷却性能得以改善。
因而，可以看到在揭示的实施例中，转子的肋近似径向延伸。因此，不需要增加转子的重量和惯性矩就可以增加刚度，以限制定子的振动及其产生的噪声。诸肋之间形成的开口还可使冷却剂从转子的一侧向另一侧流动用以冷却。当然，所述的实施例只是本发明的较佳实施例，在不背离所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化和修改。

Claims (10)

1.一种用于旋转式电气机械的转子，它包括：一圆柱形部分，所述圆柱形部分带有多个隔开的永久磁铁；一轮毂部分，所述轮毂部分适合被固定于一旋转轴；一互连部分，所述互连部分用于使所述圆柱形部分和所述轮毂部分互相连接；以及多条形成在所述互连部分中的加强肋。
2.如权利要求1所述的用于旋转式电气机械的转子，其特征在于，所述圆柱形部分和所述互连部分彼此形成一体。
3.如权利要求2所述的用于旋转式电气机械的转子，其特征在于，所述轮毂部分与其余部分构成一体。
4.如权利要求1所述的用于旋转式电气机械的转子，其特征在于，所述肋从一盘状部分轴向地向外延伸，所述盘状部分从其一侧的所述圆柱形部分径向地向内延伸。
5.如权利要求4所述的用于旋转式电气机械的转子，其特征在于，所述盘状部分形成多个开口，用于减少所述转子的重量和转动惯量，并且不会显著地减少其强度，以及用于使冷却剂流过其中。
6.如权利要求5所述的用于旋转式电气机械的转子，其特征在于，所述开口与曲线围绕所述开口的所述肋并列。
7.如权利要求5所述的用于旋转式电气机械的转子，其特征在于，所述开口占据所述肋之间的整个区域，以使所述诸肋构成轮辐。
8.如权利要求7所述的用于旋转式电气机械的转子，其特征在于，所述轮辐的一轴向侧面从其一侧向另一侧倾斜。
9.一种用于旋转式电气机械的转子，它包括：一圆柱形部分，所述圆柱形部分带有多个隔开的永久磁铁；一轮毂部分，所述轮毂部分适合被固定于一旋转轴；以及一互连部分，所述互连部分用于使所述圆柱形部分和所述轮毂部分互相连接，多个开口形成在所述互连部分中，所述开口用于减少所述转子的重量和转动惯量，并且不会显著地减少其强度。
10.如权利要求9所述的用于旋转式电气机械的转子，其特征在于，所述开口为圆形，靠近每一所述开口的中间部分的一侧面朝所述开口逐渐减缓。
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