CN105122613A - 转子、磁阻机器以及转子的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁阻机器的包括构造为圆柱形的软磁元件的转子，其中，该软磁元件具有用于构造磁通阻碍物的凹处，并且所有磁通阻碍物或者一部分磁通阻碍物通过一个或多个接片划分，其中，各个接片的分布形成了封闭的线条，其将转子沿径向分成内部的以及外部的转子区域。

Description

转子、磁阻机器以及转子的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于磁阻机器的转子，其包括构造为圆柱形的软磁元件，其中，该软磁元件具有用于构造磁通阻碍物的凹处。

背景技术

用于同步磁阻机器的转子通常装备有圆柱形的软磁元件，其同轴地布置在转子轴上。为了构造至少一个极性对或者说空隙对，所述软磁元件包括磁通引导段以及磁通阻碍物段，其相互间不同之处在于形成不同强度的导磁性。具有更大导磁能力的区段以已知的方式称作转子的d轴，并且具有相对较小传导能力的区段称作转子的q轴。当d轴具有尽可能大的导磁能力并且q轴具有尽可能小的导磁能力时，出现磁阻马达的最佳效率并且由此出现最佳的扭矩利用。

经常通过沿着q轴在软磁元件中构造多个用空气填充的凹处实现这种前提条件，由此阻碍沿着q轴方向的磁通并且因此降低导磁性。如此构造的软磁元件随后安装在转子轴上并且沿轴向以及切向上固定。出于稳定缘故，一个或多个磁通阻碍物通过径向上定向的内部接片分成两部分。所述接片布置提高了板组的强度，这尤其优化了运行时的转子稳定性。接片的宽度很小，从而将对导磁性的影响保持得尽可能小。

通常通过变频器供给同步磁阻马达，由此将转速从0提高到运行速度并且可以在运行期间进行调节。用于起动马达的转速尤其能够逐步地提高。如果与之相反同步磁阻马达在刚性网上运行，那么要使用起动笼，从而实现异步起动。一旦转子的转速近似于同步的转速，磁阻力矩占优势并且转子与环绕的旋转场同步地运行。

所使用的起动笼的结构相应于标准的异步机器中的实施方式。该转动件由各个在端部侧短接的导体棒组成。通过转子板组中额外的凹处实现将起动笼固定在转子上。然而这种转子的结构以及其制造是比较复杂的。

发明内容

本发明的目的是如此改进一种用于磁阻机器的转子，从而克服上面所述的缺点。

该目的通过按权利要求1的特征所述的用于磁阻机器的转子得到解决。转子的其它有利的实施方式是从属权利要求的主题。

因此根据权利要求1提供了用于磁阻机器的转子，其包括构造为圆柱形的软磁元件，该元件具有一个或多个用于构造磁通阻碍物的凹处。

在按本发明的转子的优选实施方式中，将软磁元件构造成板组，其(如现有技术公开的那样)由多个沿着转子的轴向相互堆叠的板构成，所述板相互绝缘。这种结构防止软磁元件中出现涡流。

按本发明，所有磁通阻碍物或者一部分磁通阻碍物通过一个或者多个接片划分。所述接片的布置一方面具有给予转子额外的尤其沿径向的稳定性的目的。另一方面该转子按本发明分成内部的以及外部的转子区域。各个接片的分布形成了封闭的线条，该线条将转子沿径向分成内部的和外部的转子区域。

布置的磁通阻碍物理想地没有示出局部搭接的分布，也就是说没有磁通阻碍物逾越内部的和外部的转子区域之间的分界线。禁止局部搭接的分布涉及连续的磁通阻碍物段。通过接片划分的磁通阻碍物能够相应地布置成局部搭接。

将转子分成内部的以及外部的区域影响并且优化转子的起动特性。在磁阻机器的转子使用中能够放弃使用变频器，也就是说按本发明的转子结构实现了在用恒定的频率施加三相电流时异步的转子起动。

外部的转子区域的设计方案尤其用于形成一种起动笼，其作用方式基本上相应于标准异步机器的起动笼的作用方式。不需要额外的防护措施，其至今为止对于这种转子用于实现起动笼是必要的。

按本发明的转子的生产、制造和运行明显地得到了简化。尤其能够通过外部的转子区域模仿起动笼的至少一个导体棒。按本发明，所述磁通阻碍物的位于外部转子区域内的部分形成了起动笼的部分。按本发明，如此模仿的起动笼的每个部分是磁通阻碍物的部分，除了短路环，其不是转子活动部件的部分。

因此，通过按本发明的转子板区段能够在使用相同的转子板的情况下根据使用情况不仅制造在刚性网上运行的具有起动笼的同步磁阻机器，而且也制造没有起动笼的变频运行的同步磁阻机器。

在有利的实施方式中，所述接片没有沿径向定向或者仅仅部分地沿径向定向。通过该接片的合适的取向能够实现转子区域的任意划分。

所述接片引导件的形状或者说具体分布尤其是可变的。接片引导件的圆形的分布是合适的，从而获得了环形的内部的和外部的转子区域。

也可以考虑备选的接片引导件，其中获得矩形的或者说四边形的内部的转子区域。外部的转子区域通过位于外部的转子面形成。此外存在如下可能方案，即内部的区域分段地靠近转子的外圆周或者说毗邻转子的外圆周。所述内部的转子区域理想地具有基本上圆形的形状，其分段地尤其在q轴线的区域内毗邻转子的外圆周。

所述转子有利地具有偶数数量的极数，尤其两个、四个、六个或八个极。各个磁通阻碍物的布置基本上相应于US专利文件US5,818,140的技术指导，在这方面详细地参照该文件。US5,818，140的转子如本发明的转子具有单独的磁通阻碍物作为电磁作用的元件，其必要时还完全地或者部分地用永磁体进行填充。无论如何，这种转子具有纯粹的磁通阻碍物剖面，没有额外电磁作用的元件。所述磁通阻碍物分别基本上拱形围绕转子的极性段的q轴对称地延伸。然而相对于在US5,818，140中公开的技术指导，按本发明的主题的不同之处在于按本发明的接片引导件，其将转子分成外部以及内部的转子区域。

一个或者多个磁通阻碍物能够至少部分地用顺磁或者反磁的填充材料进行填充。至今为止通常用空气填充各个磁通阻碍物。然而在用合适的相对于空气具有更好的顺磁或者说反磁特性的材料填充一个或多个磁通阻碍物时获得了改善的转子特性。

合适的材料例如包括金属氧化物和/或铝和/或铝合金和/或铜和/或铜合金和/或合成材料和/或陶瓷和/或纺织品和/或木料。也可以考虑由提到的成分中的两种或者更多种构成的混合物。

理想地用相应的填充材料填充两个转子区域，也就是说两个转子区域的磁通阻碍物。然而要指出，这不是用于按本发明使用转子的必要条件。同样可以考虑用相应的填充材料填充仅仅内部的或者仅仅外部的区域。

所述两个转子区域不必强制地用相同的填充材料进行填充。特别优选用包含铝或者说铝合金的填充材料填充外部的转子区域的一个或多个磁通阻碍物。外部磁通阻碍物的这种填充具有足够的传导能力，从而模仿起动笼的常规的导体棒。

在此，尤其用能够导电的并且不能够导磁的填充材料、尤其用包含铝或者说铝合金的填充材料来填充外部转子区域的一个或多个磁通阻碍物，并且内部的转子区域的至少一个磁通阻碍物、优选多个磁通阻碍物、理想地所有磁通阻碍物没有用该填充材料进行填充。在此，内部的转子区域的一个或者多个磁通阻碍物能够完全不填充，也就是包含空气地，或者用其它填充材料、尤其用不能导电的和不能导磁的填充材料例如合成材料、陶瓷、纺织品或者木料以及其各个混合物进行填充。

根据另外的设计方案，完全或者部分地用永磁材料填充内部的转子区域的一个或多个磁通阻碍物。由此改善了电机的效率以及功率因子。

填充材料的置入可以作为***转子板组的相应凹槽中的固体材料实现。作为备选方案，通过浇注尤其喷注方法能够实现对一个或多个磁通阻碍物的填充。

此外，本发明涉及一种磁阻机器，尤其同步磁阻机器，其具有至少一个按本发明或者说按本发明的有利的设计方案所述的转子。按本发明的磁阻机器的优点和特征明显相应于按本发明的转子的或者说按本发明的转子的有利设计方案的优点和特征。出于该原因应该放弃重复的描述。

所使用的转子的按本发明的特征现在导致即使在刚性的三相电网上没有变频器的情况下也可以实现磁阻机器的运行。所述外部的转子区域的设计方案用于构造起动笼，从而不用变频器情况下能够起动转子并且能够置于同步的旋转运动之中。例如通过按本发明的外部的转子区域模仿一个或多个导体棒，其中，外部的转子区域与在端侧布置在转子上的短路环组合地形成起动笼。

此外，本发明涉及一种用于制造按本发明或者说按本发明的有利的设计方案所述的转子的方法。按本发明提出，转子组中的磁通阻碍物的至少一部分至少部分地通过浇注用顺磁的和/或反磁的介质进行填充。待制造的转子具有内部的以及外部的转子区域。

按本发明还用轴向力加载不要填充的转子区域。这导致通过填充待填充的转子区域的磁通阻碍物阻止填充介质进入不要填充的转子区域的磁通阻碍物中。例如应该用顺磁的或者说反磁的介质填充外部转子区域的磁通阻碍物。在这种情况下将轴向力、也就是沿着转子旋转轴线方向的力施加到内部的转子区域上，使得注入的材料不能够进入内部的转子区域的磁通阻碍物中。

轴向力能够交替地施加到内部的或者说外部的转子区域上，从而能够用不同的材料填充磁通阻碍物。

优选为了施加轴向力使用合适的张紧工具，其在一侧或者在两侧作用到圆柱形的转子型材的端侧上。张紧工具的支撑面理想中近似或者说精确地相应于不要填充的转子区域的几何尺寸。

如果要将不同的填充材料置于内部的或者外部的转子区域的磁通阻碍物中，那么优选提供不同的张紧工具，该张紧功能能够分别将轴向力施加到内部的转子区域上并且随后施加到外部转子区域上。该张紧工具的支撑面以理想的方式相应于内部的或者说外部的转子区域的几何尺寸。

附图说明

下面根据附图中所示的实施例对本发明的其它优点和特征进行更详细的解释。其中：

图1示出了根据第一实施方式的用于按本发明的转子的转子板，

图2示出了根据第二实施方式的用于按本发明的转子的转子板，

图3示出了根据另一实施方式的按本发明的转子的转子板，

图4、5示出了根据具有永磁体的另外的实施方式的按本发明的转子的转子板，以及

图6示出了根据另一实施方式的按本发明的转子的转子板。

具体实施方式

图1到3示出了不同的转子板1的俯视图，其沿轴向也就是沿着旋转轴线6相互堆叠用于构造按本发明的转子。为了简化示图，没有绘出定子。该转子板1具有多个凹处3、4、5，其承担磁通阻碍物的作用并且通过其布置形成了四极的转子，其磁通在具有磁通阻碍物3、4、5的区域内受到阻碍。通常，具有较高导磁能力的区域表示成d轴，并且较低导磁能力的区域表示成q轴。

组合而成的板组装配在没有示出的转子轴上。

各个磁通阻碍物3、4、5的布置基本上相应于US专利文件US5,818,140的技术指导，在该内容方面详细地参照该文件。然而按本发明的转子结构与该技术指导的区别在于各个接片10的布置，通过所述接片将各个磁通阻碍物3、4、5分成不同的区段。特征是，每个圆部段的两个位于内部的磁通阻碍物3、4分别通过相应两个接片10进行划分。然而位于内部的磁通阻碍物的数量不限制于两个。本发明同样应该包括在内部的区域内具有更多或更少磁通阻碍物的实施方式。两个位于外面的磁通阻碍物5没有接片。

各个接片10的布置不仅负责在转子运行期间改善板材稳定性，而且还将转子板1分成内部的部分区域20和外部的部分区域30。绘出了圆形的虚线40以用于说明区域划分，该虚线40表示内部的和外部的转子区域20、30之间的边缘分布。因此，通过各个接片10的圆形分布形成了内部的转子环20和外部的转子环30。

包括内部的接片10的外部的磁通阻碍物5的几何形状连同两个没有示出的能够布置在端侧的短路环一起形成了起动笼。这些短路环例如可以不改变地由异步机器的起动笼所采用。现在可以取消用于起动笼的额外的防护措施，如经常装入的金属棒。

所述板1的通过如此布置的接片10形成的两个分开的区域20、30分别能够用填充材料进行填充。不需要对两个区域20、30的磁通阻碍物使用一致的填充材料。更确切地说，提出了使用不同的填充材料，从而能够适宜地优化转子的运行特性。

金属氧化物、铝、铝合金、铜、铜合金、合成材料、陶瓷、纺织品、木料以及其每个混合物称作合适的材料。然而原则上所有类型的顺磁的或者说反磁的材料适合。

最佳地将铝或者说铝合金置入外部区域30的磁通阻碍物5中。因此，由于良好的导电能力可以模仿各个导体棒用来构造起动笼。外部的转子区域30的形成所述导体棒的磁通阻碍物5通过在端侧布置在转子处的短路环进行短路。

能够以不同的类型和方法将所述填充材料置入磁通阻碍物3、4和5中。提出了通过浇注的置入。当然可以将也作为固体的填充材料置入凹处3、4、5中。

在通过浇注填入填充材料时，将轴向力施加到转子板1上，由此将不要填充的转子区域压在一起。浇注到待填充的转子区域的磁通阻碍物中的填充材料由此不能置入不要填充的转子区域的磁通阻碍物中。

对转子板1的外部区域30所合适的填充材料选择优化了同步磁阻马达的起动特性。该马达能够理想地在没有变频器的情况下运行，因为外部区域30作为起动笼的形式，其作用方式与用于三相电流异步机器的已知的转动件的功能类似。

具有配合接片引导件的几何形状(其例如与转子端侧接触的圆形的或者方形的板)的张紧工具用于将轴向力施加到转子组上。几何形状方面的配合负责张紧工具的最佳作用面用于将所希望的轴向力置于不要填充的转子表面上。所述张紧工具应该理想地尽可能用于所述板1的整个为此设置的区域，从而避免应力集中并且由此避免变形。

所述转子板1的备选的设计方案可从图2和3中获知。图2示出了正方形的接片引导件，由此构造了正方形的内部的转子区域20。外部的转子区域30通过各个小的圆部段31、32、33和34形成，这些圆部段通过正方形的转子区域20的棱角相互连接。虚线40表示转子区域20、30之间的边缘分布。

图3示出了另一备选方案，其中，接片引导件形成了基本上圆形的内部的转子区域20，该转子区域在各个圆区段中一直伸出到转子的外圆周处。虚线40重新表示转子区域20、30之间的边缘分布。如在图3中可以看到，接片引导件在点50、51、52以及53中偏离常规的圆形并且一直延伸到转子板1的外圆周处。

此外在图2和3的实施例中通过相应两个接片将所有磁通阻碍物分成三个磁通阻碍物段。

图4示出了转子板1，其中用永磁体或者说用具有永久磁性的填充材料60来填充内部的磁通阻碍物的一部分。

图5示出了转子板1，其中内部的磁通阻碍物的一部分通过额外的接片61划分，并且由此部分地用永磁体或者说永磁性的填充材料60进行填充。

图6示出了类似于按图3的转子板1，其中，放在转子圆周上的磁通阻碍物分别分为两部分。在图6中所述接片引导件在点50、51、52和53中偏离常规的圆形并且一直延伸到转子板1的外圆周处。

Claims (16)

1.用于磁阻机器的转子，包括构造为柱形的软磁元件，其中，所述软磁元件具有用于构造磁通阻碍物的凹处，

其特征在于，

所有的磁通阻碍物或者一部分磁通阻碍物通过一个或多个接片划分，其中，各个接片的分布形成了封闭的线条，所述线条将转子沿径向分成内部的以及外部的转子区域。

2.按权利要求1所述的转子，其特征在于，所述接片分布以及所述磁通阻碍物如下构造在所述外部的转子区域内，使得外部部分用作为起动笼的部分。

3.按权利要求1或2所述的转子，其特征在于，连续的磁通阻碍物段未局部搭接地延伸。

4.按上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述接片没有沿着径向定向或者仅仅部分沿着径向定向。

5.按上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述接片分布将所述转子分成环形的内部转子区域和外部转子区域，或者分成矩形的或者说四边形的内部的区域和外部的区域。

6.按上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述内部的区域分段地毗邻转子圆周。

7.按上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述转子具有偶数数量的极。

8.按上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，至少部分地用顺磁的或者反磁的填充材料来填充一个或多个磁通阻碍物。

9.按权利要求8所述的转子，其特征在于，所述填充材料包括金属氧化物和/或铝和/或铝合金和/或铜和/或铜合金和/或合成材料和/或陶瓷和/或纺织品和/或木料和/或由上述材料构成的混合物。

10.按权利要求8或9中任一项所述的转子，其特征在于，所述填充材料通过浇注或者作为固体材料置入所述磁通阻碍物中。

11.按上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，用不同的填充材料填充所述内部的和外部的区域的磁通阻碍物。

12.按上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述外部的转子区域的磁通阻碍物至少部分地用铝或者铝合金进行填充。

13.按上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，一个或多个短路环布置在所述转子的端侧，所述短路环优选短接所述外部的转子区域的至少两个所述磁通阻碍物。

14.磁阻机器，尤其同步磁阻马达，具有至少一个按权利要求1到13中任一项所述的转子，其中，所述机器优选不包括变频器。

15.用于制造按上述权利要求中任一项所述的转子的方法，其特征在于，至少一部分磁通阻碍物至少部分地通过浇注用顺磁的或者反磁的介质进行填充，其中，不要填充的转子区域处于轴向力下。

16.按权利要求15所述的方法，其特征在于，通过张紧工具施加所述轴向力，所述张紧工具的支撑面相应于不要填充的转子区域的几何尺寸。