专利名称：自起动永磁激励同步电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动机，特别是永磁激励同步电动机的转子，该 转子具有转子轴、与转子轴线同轴设置的导电的笼型绕组和至少一个
永磁体。
背景技术：
同步电动机日益广泛地用于工业应用中的小型驱动装置中。这些 机器通常不用变频器而直接在交流电网上运行。在额定工作状态下， 它们与电网频率同步地运行。为了达到正常工作点，必须克服惯性力 矩和负载进行独立的高速运行。对于很小的电动机来说，这通常是没 有问题的，因为其自身的惯性力矩很小，但对于低转速的负载力矩也 必须尽可能地小。对于泵和风扇来说也是如此，因为负载首先随着转 速增大。这就是小型自起动同步电动机用在这些应用领域中的重要原 因。
但现在输出功率不超过约50瓦的小型热泵通常构造有异步电动 机和工作电容器。这种泵主要是指具有造成低效率的较大的气隙的湿 空气泵。异步电动机的优点在于，泵在交流电网上的驱动可实现没有 问题的自起动。
为了改善这种热泵的效率，近来也使用带有起动电子装置的两极 永磁激励同步电动机。这种同步电动机通过永磁体激励在额定工作状 态下具有较好的效率，其中由湿空气泵技术决定的大的气隙所起的作 用比在异步电动机中明显更小，因为磁体在磁圈内如空气一样作用并 相对于机械缝隙占主要地位。
然而对于这种功率的热泵，同步电动机需要起动电子装置，因为 起动力矩相对于惯性力矩和负载力矩不是在所有条件下(例如污染) 都足以进行可靠的自起动。此外，在这里还须指出，起动所必需的起动电子装置对于产品需要明显更多成本。
为了实现高的效率，已知将同步电动机的优点与异步电动机的优 点(自起动)相结合。这可这样进行，即将永磁体装入异步电动机的 短路笼型绕组中。这引起，自起动异步地进行和电动机的k定工作状 态与电网频率同步地进行。
这种类型的转子例如由德国/^开文献DE 102 54 967已知。该文 献公开了 一种具有导磁板叠的电动机的电枢，短路笼型绕组的杆通过 该导磁板引导，该短路笼型绕组两侧由短路环封闭，在这些短路环中 分别装有四个矩形横截面的永磁体。具有这种类型电枢的电动机通过 交流电的激励异步起动，并最终在额定转速下与交流电压的频率同步 地运行。对于DE102 54 967的电枢来说，极其昂贵的结构和由此产
生的并与相应高的制造成本相关联的高的制造费用是不利的。此外， 这一事实——即永磁体仅在端侧(kopfseitig)进入短路环中——对起 动力矩的大小也是不利的。另外，短路笼型绕组与永磁体的这种形式 的组合导致了这样的缺点，即在异步电动机中本身存在的小的起动力 矩在具有工作电容器的异步电动机中进一步减小。所迷缺点可通过改 变短路笼型绕组的杆形状或通过使用双重笼型绕组来避免，但这又不 利地引起了相应较高的生产费用和较多的材料消耗。
此外，由国际专利申请WO02/061918还已知一种电动机的转子， 该转子具有由铁磁材料制成的芯子，在该芯子的圆柱形外表面上施加 有薄的、细长的永磁体，这些永磁体在轴向方向上沿着旋转轴线延伸。 薄的构造成圆柱形的金属套筒包围这些永磁体并将其压在铁磁材料 上。在这种设计/结构中不利的是，由于很多单个的磁体必须施加在铁 磁材料的圆柱形外罩上，所以产生了高的制造费用，这又引起了高的 生产成本。
除了由生产决定地使用圆柱形套筒外，这还导致，在电动机的孔 内使用转子时，穿过转子的定子磁场在定子磁场穿过圆柱形套筒的那 个区域内在该套筒内产生局部涡流，其中这些感应的电流又引起相同 频率的磁场，该磁场与定子磁场相互作用并产生使转子加速的转矩。因为这些涡流由于圆柱形套筒构造成薄板而被局部地限制在套筒轴的 径向方向上并且由此很小，所以由此产生了很小的、不足够的起动力 矩，这使得这种类型的转子结构并不适合用于缝隙罐形泵
(Spaltttopfpumpe )。
在WO 02/061918中已知这种很小的起动力矩，并提出在永磁体 之间放置两端与短路环相连接的棒，其中这种结构或者替代于或者附 加于圓柱形套筒地被提出。这又引起了可观的制造费用，该制造费用 导致高的生产成本并使得这种类型的转子不适合于用于小功率泵。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种同步电动机的转子，该转子在设计 和制造简单的情况下将高的起动力矩从而以及可靠的自起动与在额定 工作状态下的高效率结合起来，同时保证了低的加工费用以及相应低 的生产成本。
所述目的由权利要求1的特征部分的特征来实现。 按照同类型的转子的加工可以通过这样的方法明显简化，即短路 笼型绕组由坚固的、能导电的空心圆柱体代替。在湿空气泵中，所述 空心圆柱体可以有利地以黄铜、铜或不锈钢制造。由此形成的实心电
枢具有明显较高的起动力矩，这可以很好地用于异步电动机的高速运 行，特别是在转子在液体介质中转动并且在起动时必须克服高的负载 力矩的湿空气泵实施方式中。在这里，有利的是，在滑差率小的情况 下同步电动机同步旋转，并以高的同步转矩和高的效率在额定工作状 态下继续运行。
所述转子的一种最优的实施方式这样来实现，即坚固的空心圆柱 体与永磁体相结合，其中永磁体设置在坚固的空心圆柱体下面。永磁
体例如可以由铁氧体、钐-钴化合物(SmCo )或钕-铁-硼化合物(NeFeB )
制成，其中永磁材料可以是烧结的或与塑料结合的。既可以使用具有
为电动机的定子。
本发明的一个特别有利的实施方案在于，永磁激励同步电动机的转子具有与转子轴线同轴设置的导电的笼型绕组和永磁体，其中该笼
型绕组设计成坚固的(massiver)空心圆柱体，而该永磁体设计成坚 固的空心圆柱体形式的圆柱形并沿着笼型绕组的至少一部分同轴地延伸。
通过使用坚固地空心圓柱体作为笼型绕组而代替传统的短路笼型 绕组， 一方面显著减小了制造费用，另一方面为同步电动机提供了尽 可能大的起动力矩。
在第一实施方案中，空心圆柱形的永磁体可以设计成一体式的。 但或者该空心圆柱形的永》兹体也可由多个例如两个、三个或四个空心 圆柱体部分的零件构成，其中所述空心圆柱体部分的零件在这种情况 下这样彼此固定地相连接，使得它们在其整体上形成坚固的空心圆柱 形的永磁体。由此简化了按照本发明的转子的制造。
或者也可以代替空心圓柱形的永磁体将两个在直径上相对置的且 至少在一部分笼型绕组上轴向平行地延伸的永磁体嵌入转子中。因此 可以省去制造空心圆柱形的永磁体，从而还进一步简化了转子的制造。 在这里，轴向平行的永磁体与坚固的空心圓柱体组合成笼型绕组，由 于较小的磁气隙产生与在使用空心圆柱形永磁体的情况下同样高的起 动力矩，因为通过省去对于磁流起和空气一样的作用的空心圆柱形永 磁体减小了对于磁流的有效磁阻。或者也可以将轴向平行的磁体也与 空心圆柱形永磁体相结合。
应当补充说明的是，两个在直径上相对置的轴向平行的永磁体优 选适合于使用两极电动机，其中按照本发明在使用两极电动机的情况 下相应地将两极永磁体设置在转子内部。
从制造技术上来讲特别有利的是，空心圆柱形永磁体在内部至少 部分地贴靠在笼型绕组上。由此可以避免其它的固定装置或其它的填 充材料。通过将空心圆柱形永磁体设置在笼型绕组下面，按照本发明 的转子特别是适合于用在其转子在液体内转动的缝隙罐形泵中，因为 永磁体不直接暴露在液体中。或者，空心圆柱形永磁体也可以从外侧 至少部分地贴靠在笼型绕组上，但在这种情况下在使用钕-铁-硼化合物作为永磁材料时必须采取附加措施，以保护永磁体免受腐蚀。
对于最优的流动导向有利的是，空心圆柱形的永磁体具有径向的或在直径上的磁化并且磁化具有分布在永磁体圆周上的磁极。磁极的数量可根据定子的极数来选择。
或者，也可以对永磁体进行任意的》兹化，例如在永磁体圆周上观察呈正弦曲线形的磁化。在这里特别有利的是，相对于使用单独的隔开的永磁体，通过施加磁化空心圆柱形的永磁体得到了连续的磁化，该磁化特别是在从一个磁极过渡到下一个磁极时可以实现连续的极化过渡，其中永磁体可以最优地与定子磁场相匹配，并减小了卡锁力矩，由此同样减少了噪声。
或者，施加的磁化也可以这样地构造，即磁极设置在永磁体的圓周上，使得在空心圆柱形永磁体圆周上产生部分地特别是急剧地变换的极性。
在使用相对地位于同一直径上的且轴向平行的永磁体时，按照制 造有利的是，将这些永磁体做成具有矩形横截面，其中，然而圆柱部 分的横截面或空心圆柱体的部分的形式的横截面也是可以想到的，这 种横截面同样可径向极化。
构造成坚固的空心圆柱体形式的笼型绕组在一有利的实施方案中 可以一体地由铜、黄铜或不锈钢制成，从而可以特别简单地制造。
笼型绕组的轴向厚度优选可以是转子总半径的5%至30%、优选 是10%至20%，由此形成坚固的笼型绕组。
空心圆柱形永磁体的轴向厚度优选可以在转子总半径的10%至 40%、特别是在20%至30%之间。或者在使用轴向平行的永》兹体时， 这些轴向平行的永磁体的体积总共可以是转子总半径的10%至40%、 特别是在20%至30%之间。
按照同类型的转子特别是适合于用在液体介质中，在液体介质中 该转子可以可转动地支承，其中可以用由电动机驱动的泵来输送介质， 该泵优选具有用于容纳转子的缝管或缝罐。
图中示出
图1示出具有空心圆柱形笼型绕组和空心圆柱形永磁体的转子的 横截面图，
图2示出具有空心圆柱形笼型绕组和轴向平形的永磁体的转子的 横截面图。
具体实施例方式
图1示出按照本发明的转子1的横截面图。转子1具有转子轴5 和与转子轴线7同轴设置的导电的笼型绕组2，该笼型绕组设计成坚 固的空心圆柱体。此外，转子1还具有永磁体3，该永磁体同样设计 成坚固的空心圆柱体的形式并同轴地沿着笼型绕组2的至少一部分延 伸。该空心圆柱形的永磁体具有厚度d2。
永磁体3位于笼型绕组2内部并贴靠在笼型绕组2的内侧上。笼 型绕组2具有优选在转子1的总半径的5%至30%、特别是在10%至 20%之间的厚度dl。而永磁体3则具有在转子1的总半径的10%至 40。/。之间的轴向厚度d2。在这里，由钐-钴化合物或钕-铁-硼化合物制 成的空心圆柱形永磁体优选具有在10%至25%之间的轴向厚度d2， 而由铁氧体制成的空心圆柱形永磁体优选具有在20%至40%之间的 轴向厚度d2。在使用轴向平行的永磁体3的情况下，百分数涉及所有 轴向平行的永磁体的总体积。在永磁体3下面存在很好地导磁流的优 选的铁磁材料4。
图2示出按照同类型的具有坚固的空心圆柱体形式的短路笼型绕 组2的转子，其中代替空心圆柱形的永磁体3装有位于内部的块状磁 体6。磁体6在直径上相对置并平行于转子轴5的转子轴线7延伸。 轴向平行的永磁体6置于铁磁材料4中。
在具有按照本发明的转子的电动机起动时，空心圆柱形的笼型绕 组2首先发挥其作用，而空心圆柱形的或轴向平行的永磁体3、 6在同 步运行时发挥它们的作用。在转子l的静止状态下，定子磁场穿透笼 型绕组2并在笼型绕组2内部沿着其总厚度dl的方向产生涡流，这些 涡流又引起磁场，该磁场与定子磁场相互作用，使得产生使转子加速的转矩。在这里，产生与转子的转速低于同步转速时同样长的涡流。
在这里，大的起动力矩的优点特别是通过空心圆柱形永磁体3的 连续磁化代替由单个永磁体形成的离散磁极来加强，因为由此减小了 定位力矩，也就是说转子需要与永磁体的一个极朝定子极定向，其中 由此同样实现了在转子转动时的噪声降低。
由于转子1在具有空心圆柱形永磁体3和部件同轴性的实施方案 中的四件式结构，可以特别简单、快速地加工特别是成本低廉地制造 转子。在这里，首先将铁磁材料4施加在转子轴5上，其中，铁磁材 料4的外直径刚好与空心圆柱形永磁体3的内直径相同。或者，铁磁 材料4也可以首先制成空心圆柱形，然后将其推套到转子轴5上。
然后永磁体3推套到铁磁材料4上，最后短路笼型绕组2推套到 永磁体3上。此外，转子的两端各存在一个端板，这两个端板从前侧 和后侧封闭该转子，使得永磁体3被空气密封且水密封地封闭并装入 笼型绕组2下面。这种类型的转子特别适合于用在由电动机驱动的泵 的缝罐或缝管内部。
所述的制造方法基本上可转移到按照本发明的转子的这两个实施 方案中，其中，但这里在由铁磁材料4制造空心圆柱体时首先将根据 图2的永磁体6放置到材料4中。由铁磁材料4和永磁体6这样制成 的空心圆柱体以其内部空腔推套到转子轴5上，然后将坚固的短路环 2推套到铁磁材料4上。这里，也可以在转子的两侧分别使用一个端 板，这些端板空气密封地和水密封地封闭转子，使得该转子特别适合 于用在由电动机驱动的缝罐泵或缝管泵内部。
权利要求
1.一种电动机、特别是永磁激励同步电动机的转子(1)，该转子具有转子轴(5)、与转子轴同轴设置的导电的笼型绕组(2)和至少一个永磁体(3、6)，其特征在于所述笼型绕组(2)具有坚固的一体式的空心圆柱体的构形，以及所述永磁体(3)设计成坚固的空心圆柱体形式的圆柱形并且同轴地沿着笼型绕组(2)的至少一部分延伸和/或所述转子(1)具有至少两个永磁体(6)，所述永磁体在直径上相互对置且在笼型绕组(2)的至少一部分上轴向平行地延伸。
2. 按照权利要求l所述的转子，其特征在于，所述空心圆柱形的 永》兹体设计成一体式的。
3. 按照权利要求l所述的转子，其特征在于，所述空心圆柱形的 永磁体由至少两个空心圓柱体部分的零件构成。
4. 按照上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述空 心圆柱形的永磁体(3)至少部分地贴靠在笼型绕组(2)的内侧和/ 或外侧上。
5. 按照上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述空 心圆柱形的永磁体(3)具有径向的或直径上的磁化。
6. 按照上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述磁 极在圆周上这样地设置，使得在空心圓柱形永磁体的圆周上产生部分 变化的极性。
7. 按照上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，两个或 多个一体式或多件式的空心圓柱形的永磁体轴向依次地设置。
8. 按照上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，轴向平 行的永磁体(6 )具有矩形的或圆柱体部分的或空心圓柱体部分的横截 面。
9. 按照上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，空心圆 柱形的或轴向平行的永磁体(3、 6)设置在笼型绕组(2)的内部。
10. 按照上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述 笼型绕组(2)由铜、黄铜或不锈钢制成。
11. 按照上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述 转子可在由电动机驱动的泵输送的液体介质中转动，其中所述电动机 具有用于容纳该转子的缝管或缝罐。
12. 按照上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述 笼型绕组(2)具有在所述转子(1)的总半径的5%至30%之间的、 优选在10%至20%之间的轴向厚度(dl )。
13. 按照上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，所述 空心圓柱形的永磁体(3 )具有在所述转子(1)的总半径的10%至40% 之间优选在20%至30%之间的轴向厚度(d2)，和/或所述轴向平行的 永磁体(6 )的体积总共在所述转子(1)的总半径的10%至40%之间 优选在20%至30%之间。
全文摘要
本发明涉及一种电动机、特别是永磁激励同步电动机的转子(1)，该转子具有转子轴、与转子轴同轴设置的导电的笼型绕组(2)和至少一个永磁体(3)，其中所述至少一个永磁体优选设置在所述笼型绕组(2)的下面，并且为了使永磁激励的同步电动机产生高的起动力矩，该笼型绕组(2)具有坚固的一体式的空心圆柱体的形状/设计。
文档编号H02K5/12GK101292409SQ200680038886
公开日2008年10月22日 申请日期2006年9月20日 优先权日2005年10月20日
发明者T·黑塞 申请人:威乐股份公司