专利名称：具有轮辐开口的转子盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于同步磁阻电机的转子的转子盘。通过在沿径向延伸的轮辐中提供开口来改良转子盘的导热性和刚度，以从而改进转子盘承受离心负荷和热负荷的能力。
背景技术：
参照图1，同步磁阻电机的典型的转子100由沿轴向方向堆叠在一起的多个转子盘110构成。各个转子盘110基本上包括高导磁性材料的盘体，以及低导磁性材料的纵向通量阻隔部(flux barrier) 120。典型地，通过从盘体切除材料来产生通量阻隔部120，低导磁性材料从而是空气。通量阻隔部120构造成赋予转子盘110各向异性磁结构，使得形成最大磁阻轴线，即q轴线130，以及最小磁阻轴线，即d轴线140。转子盘110的各个极典型地包括3-5个依次与对应形状的通量路径150沿径向隔开的纵向通量阻隔部120。各个极的沿径向延伸的对称线与q轴线130重合。转子盘110在机械方面是自持的，因为，通量路径150由狭窄的切向肋160在盘周缘170处彼此连接，并且最终还与径向桥180在q轴线130处连接。在相邻的转子极之间，存在沿径向方向在轴开口 200和盘周缘170之间延伸的轮辐190。典型地，如果轮辐190对称，则各个轮辐190的对称轴线与d轴线140重合。轮辐190典型地是由盘体材料构成的实心元件，但是它们可包括呈不同的形状且用于不同的目的(例如用于插入连接螺栓或用于用作通量阻隔部120)的一些孔或开口。JP 2001-136717公开了在轮辐中具有较大的开口的转子盘。JP 2001-136717未阐述开口的目的，但是该阐述可能涉及转子盘的机械属性。开口在其径向内侧端处的宽度仅略大于开口的整体宽度。US 7，560，846在图13中公开了在轮辐中包括三角形开口的转子盘。开口构造成接收联接部件，从而共同使转子盘固定和定向。US 6，300, 703在图31中公开了在轮辐中具有长且狭窄的转子盘。US 6，300, 703未阐述开口的目的，但是它们看起来用作额外的通量阻隔部。当同步磁阻电机运行时，转子100中的铁耗会使转子100加热。虽然这种损耗在同步磁阻电机中较低，但是由通量阻隔部120隔开的通量路径150处的温度仍然可变得非常高，因为产生的热不能有效地传导开。仅仅是径向最内部通量通路150 (即轮辐190)具有较大的将热引导向转子轴的区域。所有其余通量路径150仅仅通过狭窄的肋160或桥180连接到转子轴上，这未提供足够的导热容量来使转子温度保持较低。因此，在传统的同步磁阻电机中，在长期运行期间，在温度轮辐190和其余通量路径150之间存在较大的温差。转子盘110的不同部分之间的大温差在转子盘110内产生热张力。与离心负荷一起，这些张力导致转子盘110过度变形，这产生毛细裂纹，并且最终毁坏转子盘110。现有技术转子盘110未提供满意的解决方案来阻止这个发生。图2显示在某些负荷状况下在变形状态中的传统的转子盘110的模拟细节。图2中的变形为了说明的原因而进行了夸张。
发明内容
本发明的目的在于对转子盘提供改进的承受离心负荷和热负荷的能力，并且提供对应的同步磁阻电机。这些目的通过根据所附权利要求I和15的装置实现。本发明基于实现提供具有开口的转子盘轮辐以及从而减弱轮辐的导热性，减小了转子盘内的温差导致的张力。同时，轮辐变得刚度不那么高，并且允许转子盘更大地变形，而不永久性地损害盘体材料。即便一些现有技术转子盘包括具有开口的轮辐，但是这样开口的尺寸对于显著改变轮辐的导热性或刚度来说太小。根据本发明的第一方面，提供一种用于同步磁阻电机的转子的转子盘。转子盘包括具有高导磁性的盘体材料；多个纵向通量阻隔部，其包括具有低导磁性的材料，并且构造成赋予转子盘各向异性磁结构，使得形成至少一个最大磁阻轴线，即q轴线，以及至少一 个最小磁阻轴线，即d轴线；轮辐，其在轴开口和盘周缘之间沿径向方向延伸，以及在两个相邻的q轴线之间沿周向方向延伸，轮辐具有基本由轴开口、两个相邻的q轴线、在d轴线的相对的侧的两个相邻的通量阻隔部以及盘周缘限定轮廓的轮辐区域。轮辐区域的一部分未被盘体材料占据，未被盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分沿周向方向分布在从转子盘中心测量的至少25 的角度距离α上。由于盘体材料未占据整个轮辐区域，以及由于使未占据部分沿周向方向分布在宽角度距离上，转子盘内的温差被有效地减小，并且允许转子盘较大地变形，而不永久性地损害盘体材料。根据本发明的一个实施例，未被盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分沿周向方向分布在至少27 、例如30 、33 或35的角度距离α上。当沿周向方向增大未占据部分时，实现甚至更均匀的温度分布，并且允许甚至更大的变形。根据本发明的一个实施例，未被盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分沿周向方向分布在对应于两个相邻的q轴线之间的角度距离的至少38%、例如40%、45%或50%的角度距离α上。取决于转子的极数，在关于极扇区的值而非绝对值方面表述未占据部分沿周向方向的分布可为合理的。根据本发明的一个实施例，未被盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分沿径向方向分布在对应于轴开口和盘周缘之间的最大距离D的至少50%、例如60%、70%或80%的距离d上。通过沿径向方向使未占据部分分布在长距离上，转子盘内的温差进一步减小，并且允许转子盘甚至更大地变形，而不永久性地损害盘体材料。根据本发明的一个实施例，轮辐区域包括未被盘体材料占据的连续部分，连续部分沿周向方向延伸在至少25 、例如27 、30 、33 或35的角度距离α上，或者备选地,连续部分沿周向方向延伸在对应于两个相邻的q轴线之间的角度距离的至少38%、例如40%、45%或50%的角度距离α上，或者备选地，连续部分沿径向方向延伸在对应于轴开口和盘周缘之间的最大径向距离D的至少50%、例如60%、70%或80%的距离d上，或者备选地，连续部分沿周向方向延伸的角度距离α是连续部分的在径向方向在其中间的角度尺寸β的至少四倍、例如五倍、七倍或十倍。通过使未占据部分连续，转子盘内的温差进一步减小，并且允许转子盘的甚至更大的变形，而不永久性地损害本体材料。根据本发明的一个实施例，轮辐区域的小于75%、例如小于70%或小于65%被盘体材料占据。较少的盘体材料导致进一步降低导热性，以及甚至产生刚度更低的轮辐。根据本发明的一个实施例，未被盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分的径向最外部部分具有呈延伸超过200 ，例如超过220 的圆弧的形状的圆。对于这种圆形，围绕这个部分的机械应力均匀地分布，并且防止的应力集中点。根据本发明的一个实施例，轮辐在盘周缘处具有切口。在盘周缘处的狭窄的切口进一步改进轮辐在其径向最外部部分处的柔性。根据本发明的一个实施例，未被盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分填充有空气。切掉盘体材料是提供未占据部分的简单方法，并且产生填充空气的轮辐开口。根据本发明的一个实施例，轮辐区域仅包括未被盘体材料占据的单个连续部分。一个连续部分的制造显得比多个部分的制造更简单。根据本发明的一个实施例，轴开口在q轴线上包括键孔。通过使键孔指向q轴线，在两个相邻的轮辐之间的导热路径分成两个狭窄的颈部，这进一步减少了将热引导向轴的区域。根据本发明的第二方面，提供了一种同步磁阻电机，其包括根据前文的描述的转子盘。
将参照附图更详细地阐述本发明，其中 图I显示同步磁阻电机的传统转子，
图2显示在不同的负荷下在变形状态中的传统转子盘的模拟细节，
图3显示根据本发明的一个实施例的转子盘，以及 图4显示根据本发明的用于转子盘的轮辐的优选实施例。
具体实施例方式参照图3，显示了具有四个极的转子盘110。转子盘110对称，各个极包括被三个通量阻隔部120隔开的四个通量路径150。通量路径150在盘周缘170处通过狭窄的切向肋160连接到彼此上，并且它们中的一些另外与径向桥180连接，径向桥180在中间穿过的通量阻隔部120。盘周缘170可具有圆形形状，但是该形状还能为略微非圆形，以及/或者可包括凹部或切口。围绕转子盘中心300，存在具有四个键孔210的轴开口 200。转子轴(未显示)插入整个转子100中的轴开口 200中。盘体由导电钢制成，并且通量阻隔部120由空气填充的开口构成，开口通过切掉盘体材料而形成。各个极具有与各个极的沿径向延伸的对称轴线重合的最大磁阻轴线，即q轴线130。在各对相邻的极之间，存在最小磁阻轴线，即d轴线140。在各个d轴线140处，存在沿径向方向在轴开口 200和盘周缘170之间延伸的轮辐190。沿周向方向，轮辐190在两个相邻的q轴线130之间延伸。各个轮辐190从而具有由轴开口 200 (其包括两个键孔210)、两个相邻的q轴线130、在d轴线140的相对的侧处的两个相邻的通量阻隔部120以及盘周缘170限定轮廓(或限定)的轮辐区域。当限定轮辐区域的轮廓时，在盘周缘170处的切向肋160以及通量阻隔部形状的靠近盘周缘170的任何圆或倒角应当省略。而且，穿过通量阻隔部120的任何桥180应当省略。实际上，当考虑整个通量阻隔部120的整个形状时，轮廓应当那个看作遵从通量阻隔部边缘及其自然延伸部。图4a_4f中显示了根据本发明的用于转子盘110的轮辐190的一些优选实施例。轮辐区域未被盘体材料完全占据，而是它们设有呈不同形状的轮辐开口 220。图4a-4c显示了三个不同的轮辐190，它们各自具有分别呈漏斗230、埃菲尔塔240和字母T 250的形状的单个连续轮辐开口 220。图4d显示轮辐190具有共同形成漏斗的形状的多个圆形开口 260。图4e显示轮辐190具有在轴开口 200附近的弧形狭窄开口 270，并且具有在盘周缘170处的狭窄切口 280。最后，图4e显示具有两个对称开口 310的轮辐190。轮辐开口 220使轮辐190的径向最外部部分和转子轴之间的导热路径与实心轮辐190相比增大长度以及减小横截面。从而减弱轮辐190的导热性，并且因此，轮辐190的径向最外部部分在机器的运行期间变得较热。这使轮辐温度更接近其余通量路径150的已经较高的温度，并且减小转子盘110内的温差产生的张力。应当注意，与感应电机(增大的铜耗)和永磁电机(弱化的磁场)相反，增大的转子温度不会对同步磁阻电机的性能有任何 负面影响。轮辐开口 220还使轮辐190刚度减小，并且允许轮辐190更大地变形,而不永久性地损害转子盘材料。当在旋转转子100中的离心力易于通过将向外拉通量路径150而使转子盘110变形时，这个很重要。轮辐开口 220的径向最外部部分可设有圆290，圆290呈根据图4b和4c的几乎全圆的弧的形状。这种圆290使机械应力围绕这个部分均匀地分布在圆290的整个长度上，并且阻止出现应力集中点。根据图4e的盘周缘170处的狭窄切口280进一步改进轮辐190在其径向最外部部分处的柔性。更近地看图4a的轮辐190，轮辐开口 220沿周向方向延伸在从转子盘中心300测量的大约45的角度距离α上。这对应于两个相邻的q轴线130之间的角度距离(90 )的大约50%。在径向方向上，轮辐开口 220延伸在对应于轴开口 200和盘周缘170之间的最大距离D的大约82%的距离d上。轮辐开口 220沿周向方向延伸的角度距离α (45 )为轮辐开口 220的沿径向方向在其中间的角度尺寸β (2. 85 )的大约16倍。轮辐区域的仅大约63%被盘体材料占据，而其余部分被轮辐开口 220占据。键孔210指向q轴线130，以便将两个相邻的轮辐190之间的导热路径分成两个狭窄的颈部，而不是一个较宽的一个。这种分割进一步改进轮辐190的机械属性和热属性。本发明不限于上面显示的实施例，而是本领域技术人员当然可以在权利要求限定的本发明的范围内的多个方式修改它们。因而，例如，本发明不限于具有填充有空气的轮辐开口 220的转子盘110，而是轮辐开口 220可填充有任何隔热材料。而且，转子的极数不限于四个，而是极数可为两个、六个、八个或甚至更大。最后，本发明不限于使用仅仅磁阻构件来产生扭矩的机器。实际上，这种的机器可另外包括用于产生扭矩的其它装置，例如永磁体。
权利要求
1.一种用于同步磁阻电机的转子(100)的转子盘(110)，所述转子盘(110)包括 具有高导磁性的盘体材料； 多个纵向通量阻隔部(120)，其包括具有低导磁性的材料，并且构造成赋予所述转子盘(Iio)各向异性磁结构，使得形成至少一个最大磁阻轴线，即q轴线(130)，以及至少一个最小磁阻轴线，即d轴线(140)； 轮辐(190)，其在轴开口(200)和盘周缘(170)之间沿径向方向延伸，并且在两个相邻的q轴线(130)之间沿周向方向延伸，所述轮辐(190)具有基本由所述轴开口(200)、所述两个相邻的q轴线(130)、在d轴线(140)的相对的侧处的两个相邻的通量阻隔部(120)以及所述盘周缘(170)限定轮廓的轮辐区域； 其特征在于，所述轮辐区域的一部分未被所述盘体材料占据，未被所述盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分沿周向方向分布在从转子盘中心(300)测量的至少25的角度距离α上。
2.根据权利要求I所述的转子盘(110)，其特征在于，未被所述盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分沿周向方向分布在至少27 、例如30 、33 或35的角度距离α上。
3.根据权利要求I所述的转子盘(110)，其特征在于，未被所述盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分沿周向方向分布在对应于两个相邻的q轴线(130)之间的角度距离的至少38%、例如40%、45%或50%的角度距离α上。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的转子盘(110)，其特征在于，未被所述盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分沿径向方向分布在对应于所述轴开口(200)和所述盘周缘(170)之间的最大距离D的至少50%、例如60%、70%或80%的距离d上。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的转子盘(110)，其特征在于，所述轮辐区域包括未被所述盘体材料占据的连续部分，所述连续部分沿周向方向延伸在至少25 、例如27 >30 >33 或35 的角度距离α上。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的转子盘(110)，其特征在于，所述轮辐区域包括未被所述盘体材料占据的连续部分，所述连续部分沿周向方向延伸在对应于两个相邻的q轴线(130)之间的角度距离的至少38%、例如40%、45%或50%的角度距离α上。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的转子盘(110)，其特征在于，所述轮辐区域包括未被所述盘体材料占据的连续部分，所述连续部分沿径向方向延伸在对应于所述轴开口(200)和所述盘周缘(170)之间的最大径向距离D的至少50%、例如60%、70%或80%的距离d上。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的转子盘(110)，其特征在于，所述轮辐区域包括未被所述盘体材料占据的连续部分，所述连续部分沿周向方向延伸的角度距离α是所述连续部分的沿径向方向在其中间的角度尺寸β的至少四倍、例如五倍、七倍或十倍。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的转子盘(110)，其特征在于，所述轮辐区域的小于75%、例如小于70%或小于65%被所述盘体材料占据。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的转子盘(110)，其特征在于，未被所述盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分的径向最外部部分具有呈延伸超过200 、例如超过·220 的圆弧的形状的圆(290)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的转子盘(110)，其特征在于，所述轮辐(190)在所述盘周缘(170)处具有切口(280)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的转子盘(110)，其特征在于，未被所述盘体材料占据的一个或多个轮辐区域部分填充有空气。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的转子盘(110)，其特征在于，所述轮辐区域包括未被所述盘体材料占据的单个连续部分。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的转子盘(110)，其特征在于，所述轴开口(200)在q轴线(130)上包括键孔(210)。
15.一种同步磁阻电机，包括根据权利要求1-14中的任一项所述的转子盘。
全文摘要
一种用于同步磁阻电机的转子100的转子盘110由具有高导磁性的盘体材料构成。为了改进转子盘110承受离心负荷和热负荷的能力，在轴开口200和盘周缘170之间沿径向方向延伸的轮辐190设有轮辐开口220。这些轮辐开口220在周向方向和径向方向两者上在宽距离上延伸，以减弱轮辐190的导热性和使轮辐190刚度减小。
文档编号H02K19/10GK102986123SQ201080067871
公开日2013年3月20日 申请日期2010年7月2日 优先权日2010年7月2日
发明者H.伦登曼, B.拉森, J.拉森, P.英格尔斯特伦, G.博格 申请人:Abb研究有限公司