CN110089004B - 用于旋转电机的转子 - Google Patents
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Abstract
一种用于同步磁阻电机的转子，包括转子芯，转子芯具有沿转子轴向方向堆叠的多个导磁叠片。导磁叠片包括形成与磁通路径(FP)部分径向交替的多个磁通屏障(FB)的开口部分，所述磁通屏障(FB)中的至少一个包括连接邻近所述至少一个磁通屏障(FB)的两个磁通路径(FP)部分的桥。所述至少一个磁通屏障(FB)具有第一屏障中线，其是与所述至少一个磁通屏障(FB)的两侧等距的线，并且桥具有第二桥中线，其是与所述桥的两侧等距的线，所述第一和第二中线在交点(IC)处相交。桥具有第一对称轴线和第二对称轴线并且相对于所述第一和第二对称轴线中的至少一者不对称。第一对称轴线定义为与所述第一屏障中线相切并且穿过所述交点的直线，第二对称轴线定义为与所述第一对称轴线正交并且穿过所述交点的直线。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于旋转电机的转子，特别地，涉及一种用于同步磁阻电机的转子。更特别地，本发明涉及一种用于永磁体辅助(PM辅助)同步磁阻电机的转子。此外，本发明还涉及一种旋转电机，特别是一种同步磁阻电机，并且更特别地，涉及一种包括这种转子的PM辅助同步磁阻电机。
背景技术
用于已知类型的同步磁阻电机的转子通常由基本上圆柱形的叠层堆形成，该叠层堆具有多个导磁叠片，这些叠片包括磁通传导部分以及磁通屏障部分，从而形成一个或多个磁极对。磁通传导部分和磁通屏障部分彼此不同以产生不同程度的磁导率，通常将具有较高磁导率的部分指定为转子的d轴，并且通常将具有相对较低磁导率的部分指定为转子的q轴。当d轴具有尽可能高的磁导率而q轴具有尽可能低的磁导率时，实现最佳扭矩屈服。在实践中，这通常通过沿着q轴在导磁叠片中形成适当形状的开口来实现；开口填充有空气，从而在q轴方向上抑制磁通量，并且由此降低磁导率。
同样已知的是，对于线路启动或直接在线(DOL)类型的同步磁阻电机来说，有一些预知了鼠笼式结构的方案，所述鼠笼式结构埋在叠层堆内部并且通过使用例如铝或铜填充导磁叠片的开口部分而获得。从制造的角度而言，这通常通过使用铸造技术(通常是铝铸造技术)来获得，以便在转子芯内部形成笼式结构并在其相对两端形成短路环。
此外，还已知的是，在转子结构中包括永磁体可以提高效率并改善电机的功率因数。永磁体通常***导磁叠片的适当开口部分中。
然而，至少存在两个可能影响PM辅助同步磁阻电机的制造以及最终设计的重要问题。
第一个问题是由于形成磁通屏障的开口部分的存在，取决于所述开口部分的形状和尺寸，所述开口部分以较大或较小的程度削弱了叠片的结构。
在实践中，同步磁阻电机(单纯靠PM辅助的同步磁阻电机和/或能够线路起动的同步磁阻电机)的转子叠片几何机构由所谓的磁通屏障和磁通通道(即磁通传导部分)构成。通常存在铁肋或铁桥，以将磁通通道的不同部分连接在一起，从而为转子结构提供机械强度。这些铁肋通常位于转子叠片的外周周围，但是它们中的一些也可能需要位于内部，以增加整个结构的机械强度。
当在存在永磁体的情况下使用铸造技术(特别是铝铸造技术)在转子芯内部形成笼式结构时，会出现另一个问题。实际上，如果在铝铸造过程之前***永磁体，则存在永磁体将达到居里温度以上的温度的强风险，从而损害其磁性。实际上，例如在铸造期间，铝的温度可高达600℃，并且尽管永磁体不与液态铝直接接触，但它们可达到非常高的温度。
此外，如果在铸造过程之前***永磁体，则由于芯的铁制部分的热膨胀，还存在永磁体损坏或破碎的强风险。
发明内容
因此，本公开旨在提供一种用于旋转电机(特别是同步磁阻电机)的转子，并且更特别地旨在提供一种PM辅助同步磁阻电机，其允许克服至少一些上述缺点。
特别地，本发明旨在提供一种用于旋转电机的转子，其中形成转子芯的叠片的机械强度得到改善。
此外，本发明旨在提供一种用于PM辅助同步磁阻电机的转子，其中，在例如转子芯内部的笼式结构的例如铝铸造过程期间，相对地保护永磁体免受高温的影响。
而且，本发明旨在提供一种用于PM辅助同步磁阻电机的转子，其中，在例如转子芯内部的笼式结构的例如铝铸造过程期间，相对地保护永磁体免受机械应力的影响。
因此，在第一方面，本发明涉及一种用于同步磁阻电机的转子(特别是用于PM辅助同步磁阻电机的转子)，其包括转子芯，该转子芯具有沿转子轴向方向堆叠的多个导磁叠片；根据本发明的转子的特征在于，所述导磁叠片包括开口部分，该开口部分形成由磁通路径FP部分径向交替的多个磁通屏障FB，至少一个所述磁通屏障FB包括桥，该桥连接邻近所述至少一个磁通屏障FB的两个磁通路径FP部分，所述至少一个磁通屏障FB具有第一屏障中线，该第一屏障中线是与所述至少一个磁通屏障FB的两侧等距的线，所述桥具有第二桥中线，该第二桥中线是与所述桥的两侧等距的线，所述第一屏障中线和第二桥中线在交点IC处相交，所述桥具有第一对称轴线和第二对称轴线，所述第一对称轴线定义为与所述第一屏障中线相切并且穿过所述交点的直线，所述第二对称轴线定义为与所述第一对称轴线正交并且穿过所述交点的直线，所述桥相对于所述第一对称轴线和第二对称轴线中的至少一个不对称。
因此，如在以下描述中更好地说明的，考虑单个转子叠片的二维横截面，根据本发明，一个或多个桥(内部铁肋)相对于两个正交轴线来限定该一个或多个桥的对称性，所述两个正交轴线可以与所考虑的磁通屏障相关地进行限定。
由于存在具有特定形状和对称性的桥，可以避免上述问题。
在实践中，具有特殊形状的桥具有确保转子结构的机械强度、并且在铸造过程中保护可能的磁体免受高温影响从而形成热缓冲器的双重作用。可以调整非线性的桥的形状的弯曲形状和类型，以优化桥在铸造期间抵抗铸造压力的强度。
特别地，发现相对于传统的直桥，使用拱形可以显著减小铁桥的厚度，从而也可以显著增加电磁性能。换句话说，构建具有特定形状的内部桥(如本公开中所示)可以赋予额外的机械强度，从而使得能够获得抵抗例如获得压铸铝笼所需的高压的增强强度而不必使用太大的桥厚度，使用太大的桥厚度对电机的电磁性能是不利的。在下面的公开中提出了具有特定形状的桥的不同变型，以根据所需的应用提供磁体的热保护、磁体定位和机械强度方面的最佳选择。特别地，如在以下描述中更好地说明的，所提出的方案的不同变型使得可以在铸造过程之前或之后将磁体***转子内部，从而在需要时向磁体提供热保护。
出于本发明的目的，对称性定义为当相对于一个轴线镜像时，桥和/或屏障的一半与另一半重叠的特性。
根据本发明的转子的第一实施例，所述桥相对于所述第一对称轴线不对称，但是它相对于所述第二对称轴线对称。
在一个替代实施例中，所述桥可以相对于所述第一对称轴线对称并且相对于所述第二对称轴线不对称。
作为又一替代实施例，桥也可以相对于所述第一对称轴线和所述第二对称轴线均不对称。
如前所述，在根据本发明的转子的非常优选的实施例中，所述桥的两侧基本上是弯曲的。
通常，根据本发明的转子优选地包括叠片，其中，至少一个所述磁通屏障FB包括第一桥和第二桥，该第一桥和第二桥连接邻近所述至少一个磁通屏障FB的两个磁通路径FP部分。
这样，第一桥和第二桥可以在所述至少一个磁通屏障FB中限定内部空间，所述内部空间例如旨在容纳永磁体PM。该方案在铸造过程中提供了磁体的热保护(如果在铸造之前***磁体的话)。桥和磁体之间的空气用作热屏障(相对于之前的变型而言有所增加)，其尺寸可根据需要设计。
当根据本发明的转子中存在永磁体时，在至少一个磁通屏障FB中容纳永磁体的内部空间可以方便地设置有锁定装置，用于将永磁体PM锁定在所述至少一个磁通屏障FB内部。
换句话说，根据该实施例，永磁体可以通过专用锁保持在所需位置。桥的形状总是基于前面描述的对称要求：***磁体锁是唯一的区别，并且不影响前面描述的形状。
根据本发明的转子的一个特定实施例，叠片可以有利地包括用于所述桥的支撑件。该方案使得在高速应用中最大化转子的强度，在所述高速应用中，成形的桥不能够单独承受离心力。在任何情况下，***桥支撑件无法在相对于所确定的轴线的对称性方面修改前面描述的基本形状。
例如，当存在用于桥的支撑件时，所述支撑件可方便地包括连接所述桥的第一端和所述桥的第二端的第一笔直部分，以及连接所述第一笔直部分的中点和所述桥的中点的第二笔直部分。
根据需要和要求，也可以使用其他形状的用于桥的支撑件。
此外，在根据本发明的转子中，所述磁通屏障FB的至少一部分可以填充有导电且非导磁材料(例如铝和/或树脂)，从而在所述转子芯内部形成笼。
包括根据本公开的转子的旋转电机、特别是同步磁阻电机、更特别是PM辅助同步磁阻电机也是本发明的一部分。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从根据本发明的用于旋转电机的转子的优选但非排他的实施例的描述中更清楚，其通过附图中的示例示出，其中：
图1是根据本发明的用于电机的转子的叠片的第一实施例的透视图；
图2是根据本发明的用于电机的转子的叠片的第二实施例的细节图；
图3是根据本发明的用于电机的转子的叠片的第三实施例的细节图；
图4是根据本发明的用于电机的转子的叠片的第四实施例的细节图；
图5是根据本发明的用于电机的转子的叠片的第五实施例的细节图；
图6是根据本发明的用于电机的转子的叠片的第六实施例的细节图；
图7是根据本发明的用于电机的转子的叠片的第七实施例的细节图。
具体实施方式
在下面的详细描述中和在附图2-7中，为了简单起见，将参照仅示出了磁通屏障FB和两个相邻磁通路径FP部分的叠片的细节对本发明进行描述。而且，在图1中，示出了用于四极同步磁阻电机的转子的叠片。当然，相同的结构和原理可以在具有不同极数的转子中复制，并且其中，叠片可以具有任何数量的磁通屏障FB和磁通路径FP部分，这取决于电机的需要和设计。
参照附图，在其更一般的定义中，根据本发明的用于同步磁阻电机的转子包括转子芯，转子芯具有多个导磁叠片，导磁叠片在附图中通常用附图标记1至6表示。
根据已知的设计原理，导磁叠片1，2，3，4，5，6沿转子轴向方向堆叠以形成转子芯、并且导磁叠片包括开口部分11，21，31，41，51，61，该开口部分形成与磁通路径FP部分径向交替的多个磁通屏障FB。
根据本发明的用于同步磁阻电机的转子的限定特征之一在于，至少一个磁通屏障FB包括桥12，22，32，42，521，522，621，622，桥连接邻近所述至少一个磁通屏障FB的两个磁通路径FP部分。
根据本发明的同步磁阻电机的又一限定特征在于，所述桥12，22，32，42，521，522，621，622相对于第一对称轴线150，250，350，450和第二对称轴线160，260，360，460中的至少一者不对称。
出于本发明的目的，现在将参照具有图2中所示的桥构造的叠片来限定第一和第二对称轴线。第一和第二对称轴线可以类似地限定用于其他图中所示的叠片，并且通常限定用于其中磁通屏障设有弯曲桥的其他叠片。
因此，参照图2，导磁叠片2包括开口部分21，该开口部分21形成与磁通路径FP部分径向交替的磁通屏障FB。磁通屏障FB 21包括桥22，桥22连接邻近所述磁通屏障FB 21的两个磁通路径FP部分。
如图2所示，磁通屏障FB 21具有第一(屏障)中线210，该第一(屏障)中线210由与所述至少一个磁通屏障21的两侧等距的线表示。
类似地，所述桥22具有第二(桥)中线220，该第二(桥)中线220是与所述桥22的两侧等距的线，并且第一中线210和第二中线220在交点IC 230处彼此相交。
本发明的转子的限定特征之一在于，所述桥22具有第一对称轴线250和第二对称轴线260。根据本发明，参照图2，第一对称轴线250定义为与所述第一(屏障)中线210相切并且穿过所述交点230的直线，而第二对称轴线260定义为与所述第一对称轴线250正交并且穿过所述交点230的直线。
因此，在根据本发明的转子的叠片中，桥22相对于所述第一对称轴线250和第二对称轴线260中的至少一个不对称。具体地，参照图2，在所述图中所示实施例的桥22相对于所述第一对称轴线250和第二对称轴线260都不对称。
一般而言，并且还考虑其他附图，本发明的转子的特征因此在于，桥12，22，32，42，521，522，621，622具有第一对称轴线150，250，350，450和第二对称轴线160，260，360，460，并且所述桥12，22，32，42，521，522，621，622相对于所述第一对称轴线150，250，350，450和所述第二对称轴线160，260，360，460中的至少一者不对称。
与参照图2所说明的类似，在图3-6所示的实施例中，磁通屏障11，31和41具有第一(屏障)中线(未示出)，该第一(屏障)中线被认为是与磁通屏障11，31和41的两侧等距的线。此外，桥12，32和42具有第二(桥)中线(未示出)，该第二(桥)中线被认为是与桥12，32和42的两侧等距的线，所述第一(屏障)中线和所述第二(桥)中线在交点130，330和430处彼此相交。
然后，第一对称轴线150，350，450定义为与第一(屏障)中线相切(图3-6中未示出，但以类似于图2的中线210的方式限定)并且穿过交点130，330和430的直线，而第二对称轴线160，360和460定义为与所述第一对称轴线150，350和450正交并且穿过所述交点130，330和430的直线。
参照图3，所述图中所示实施例的桥12相对于所述第一对称轴线150对称并且相对于第二对称轴线160不对称。在实践中，在图3的实施例中，当相对于所述第一轴线150镜像时，第一轴线150的右手侧的半桥与第一轴线150的左手侧的半桥重叠，而当相对于所述第二轴线160镜像时，第二轴线160上方的桥部分不与第二轴线160下方的桥部分重叠。
参照图4，所述图中所示实施例的桥32相对于所述第一对称轴线350和所述第二对称轴线360都不对称。在实践中，在图4的实施例中，当相对于所述第一轴线350镜像时，第一轴线350的右手侧的半桥不与第一轴线350的左手侧的半桥重叠，并且当相对于所述第二轴线360镜像时，第二轴线360上方的桥部分不与第二轴线360下方的桥部分重叠。
类似地，参照图5，所述图中所示实施例的桥42相对于所述第一对称轴线450和所述第二对称轴线460都不对称。因此，同样在图5的情况下，当相对于所述第一轴线450镜像时，第一轴线450的右手侧的半桥不与第一轴线450的左手侧的半桥重叠，并且当相对于所述第二轴线460镜像时，第二轴线460上方的桥部分不与第二轴线460下方的桥部分重叠。
通常，虽然未在附图中示出，但是其中桥相对于所述第一对称轴线不对称并且相对于所述第二对称轴线对称的实施例也是可以的。
优选地，如附图所示，所述桥12，22，32，42，521，522，621，622的两侧基本上是弯曲的。出于本发明的目的，基本上弯曲的侧部是相对于对应的磁通屏障11，21，31，41，51，61限定桥12，22，32，42，521，522，621，622的侧部。
在根据本发明的转子的特别优选的实施例中，例如在图1，6和7中，所述磁通屏障FB11，51和61中的至少一个包括第一桥521，621和第二桥522，622，第一桥和第二桥连接邻近所述至少一个磁通屏障11，51和61的两个磁通路径FP部分。
因此，如例如图6和7中详细示出的，在这种情况下，桥521，522和621，622在所述磁通屏障FB中(分别在磁通屏障51和61中)限定内部空间(分别为内部空间53和630)。
所述内部空间53，630通常旨在容纳一个或多个永磁体PM(55)。如前所述，如果在铸造之前***磁体，则该方案在铸造过程中提供磁体的热保护。实际上，例如参照图6的实施例，桥521，522和磁体55之间的空气用作热障(相对于前面的变型有所增加)，其尺寸可根据需要设计。
参照图6和7，当转子中存在永磁体时，在根据本发明的转子的一个特定实施例中，所述磁通屏障51，61中的内部空间53，630设置有锁定装置，用于锁定所述磁通屏障51，61内部的一个或多个永磁体PM。
例如，参照图6，内部空间53可以方便地设置有第一肋56和第二肋57，该第一肋和第二肋以基本上对应于磁体55的长度的距离间隔开，使得磁体55保持在磁通屏障51的内部空间53内部的适当位置。根据转子的设计，用于将磁体锁定在磁通屏障内部的其他方案也是可以的。
参照图7，在根据本发明的转子的一个特定实施例中，叠片6可以方便地设置有用于所述桥的支撑件。
特别地，对应于每个桥621和622，叠片6包括用于对应桥的支撑结构631和632，其旨在使叠片的机械强度最大化、并因此使转子的机械强度最大化，使其应用于其中拱形桥独自无法承受一些力的应用中，诸如高速应用中。
在图7所示的实施例中，用于对应的桥621，622的每个支撑件631，632包括第一笔直部分651，661，该第一笔直部分将对应的桥621，622的第一端与所述桥621，622的第二端连接。每个支撑件631，632还包括第二笔直部分652，662，该第二笔直部分将所述第一笔直部分651，661的中点与对应的桥621，622的中点连接。
这样，叠片的机械强度以及因此转子的机械强度得到极大改善。所示的实施例仅是支撑和加强结构的可能示例。根据转子的设计，用于加强叠片的其他方案也是可以的。
包括本文中所述的转子的旋转电机、特别是同步磁阻电机、更特别是PM辅助同步磁阻电机，也是本发明的一部分。
可以对如此构思的同步磁阻电机的转子进行若干变化，所有这些变化都落在所附权利要求的范围内。在实践中，根据要求和现有技术，所使用的材料和可能的尺寸和形状可以是任意的。
Claims (11)
1.一种用于同步磁阻电机的转子，所述转子包括转子芯，所述转子芯具有沿转子轴向方向堆叠的多个导磁叠片(1，2，3，4，5，6)，其特征在于，所述导磁叠片(1，2，3，4，5，6)包括开口部分(11，21，31，41，51，61)，所述开口部分形成与磁通路径FP部分径向交替的多个磁通屏障FB，所述磁通屏障FB中的至少一个磁通屏障FB包括桥(12，22，32，42，521，522，621，622)，所述桥连接邻近所述至少一个磁通屏障FB的两个磁通路径FP部分，所述至少一个磁通屏障FB(11，21，31，41，51，61)具有第一屏障中线(210)，所述第一屏障中线是与所述至少一个磁通屏障FB(11，21，31，41，51，61)的两侧等距的线，所述桥(12，22，32，42，521，522，621，622)具有第二桥中线(220)，所述第二桥中线是与所述桥(12，22，32，42，521，522，621，622)的两侧等距的线，所述第一屏障中线(210)和第二桥中线(220)在交点(230)处相交，所述桥(12，22，32，42，521，522，621，622)具有第一对称轴线(150，250，350，450)和第二对称轴线(160，260，360，460)，所述第一对称轴线(150，250，350，450)定义为与所述第一屏障中线(210)相切并且穿过所述交点(230)的直线，所述第二对称轴线(160，260，360，460)定义为与所述第一对称轴线(150，250，350，450)正交并且穿过所述交点(230)的直线，所述桥(12，22，32，42，521，522，621，622)相对于所述第一对称轴线(150，250，350，450)和第二对称轴线(160，260，360，460)中的至少一者不对称，
其中，所述转子还包括用于所述桥(12，22，32，42，521，522，621，622)的支撑件(631，632)，用于所述桥的所述支撑件(631，632)包括将所述桥的第一端和所述桥的第二端连接的第一笔直部分(651，661)，以及将所述第一笔直部分(651，661)的中点与所述桥的中点连接的第二笔直部分(652，662)。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述桥(12，22，32，42，521，522，621，622)相对于所述第一对称轴线(150，250，350，450)不对称并且相对于所述第二对称轴线(160，260，360，460)对称。
3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述桥(12，22，32，42，521，522，621，622)相对于所述第一对称轴线(150，250，350，450)对称并且相对于所述第二对称轴线(160，260，360，460)不对称。
4.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述桥(12，22，32，42，521，522，621，622)相对于所述第一对称轴线(150，250，350，450)和所述第二对称轴线(160，260，360，460)都不对称。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的转子，其特征在于，所述桥(12，22，32，42，521，522，621，622)的两侧基本上是弯曲的。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的转子，其特征在于，所述磁通屏障FB中的所述至少一个磁通屏障FB包括连接邻近所述至少一个磁通屏障FB的两个磁通路径FP部分的第一桥和第二桥(521，522；621，622)。
7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，所述第一桥和第二桥(521，522；621，622)在所述至少一个磁通屏障FB中限定内部空间(53，630)。
8.根据权利要求7所述的转子，其特征在于，所述至少一个磁通屏障FB中的所述内部空间(53，630)旨在容纳一永磁体PM(55)。
9.根据权利要求7所述的转子，其特征在于，所述至少一个磁通屏障FB中的所述内部空间(53，630)设置有锁定装置(56，57)，用于将一永磁体PM锁定在所述磁通屏障FB中的所述至少一个磁通屏障FB内部。
10.根据权利要求1-4中的任一项所述的转子，其特征在于，所述磁通屏障FB(11，21，31，41，51，61)的至少一部分填充有导电且非导磁的材料，从而在所述转子芯内部形成笼。
11.一种旋转电机，所述旋转电机包括根据权利要求1-10中的任一项所述的转子。
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