用于旋转电机的转子的制作方法

本发明涉及旋转电机特别是同步电动机，并且更具体地涉及这种电机的转子。本发明涉及使用磁通集聚的永磁体转子。借助于磁通集聚，在气隙中获得的感应比磁体中的感应更大。

背景技术：

永磁体转子包括其中容置有永磁体的转子磁块，所述永磁体插入在通常径向定向的腔室中。

在已知的转子中，为了在气隙中获得足够的感应水平并具有紧凑的电机，可能有必要使用具有高能量密度并因此昂贵的磁体。具体地，这样的磁体由稀土制造。

在其它电机中，使用每单位体积低能量较低的磁体，所述磁体由铁氧体制成，但这种电机具有下述缺点：需要高极性或转子具有非常大的直径以在气隙中获得与每单位体积能量较高的磁体所获得的感应水平相当的感应水平。高极性的电机需要高频率，并因此造成电动机中呈铁损形式和在逆变器中呈开关损耗形式的较大损失。因而具有高极性并磁体能量密度低的这种电机用在速度受限的场合。

还已知包括非径向永磁体的旋转电机，其中非径向永磁体例如呈V形或U形布置在腔室中，该腔室可以成排布置，由磁性材料桥部分离开。

这些桥部的存在可能会导致磁漏，这会对生成的电磁转矩产生不利影响。当使用低能量磁体时这个问题可能更显著。

因此，旋转电机的转子使得不能够提供下述电机：所述电机具有相对较低的极数，例如少于八个或甚至六个极，所述电机有效地利用磁体、尤其是由铁氧体制成和/或具有低能量密度的磁体，并具有足够的电磁转矩。

因此，需要旋转电机的转子以下益处：允许更有效地使用磁体，尤其是由铁氧体制成和/或具有低能量密度的磁体，并且可选地，极数不必高。

技术实现要素：

本发明旨在满足这种需要中的所有需要或部分需要，并且根据本发明的各方面中的一个方面、借助于旋转电机的转子实现上述需要，该转子包括：转子磁块和限定转子的磁极的至少两个永磁体，两个永磁体在所述磁极的径向轴线Y的两侧布置在共同的腔室中，共同的腔室形成在转子磁块中，并且磁极的径向轴线Y穿过该共同的腔室。

在本发明的一个示例性实施方式中，两个永磁体各自完全布置在磁极的径向轴线的相同一侧。

由于两个永磁体布置在共同的腔室中，因此转子不具有在这两个磁体之间的并将磁体的磁通短路的磁性材料桥部，所以磁泄漏由此可以减小。

术语“磁极的径向轴线”指的是磁极的径向——也就是说沿着转子的半径——定向的轴线Y。磁极的径向轴线可以是磁极的对称轴线。该径向轴线可以与磁极的顶点相交。

腔室可以是U形的或V形的。

对于同一个磁极而言，转子可以包括至少两个腔室，其中一个腔室的侧向分支与另一腔室的侧向分支平行。

腔室还可以包括连接两个侧向分支的中央分支，对于所述中央分支而言可以不具有磁体。中央分支可以呈弧形，弧形的中心在转子的旋转轴线上。转子可以包括另一V形腔室。

转子可以包括至少一个间隔件，所述至少一个间隔件设置在腔室中并位于两个永磁体之间。间隔件的存在使得能够确保腔室的开口在两个永磁体之间，并可以避免腔室的壁在操作期间出现的机械力的作用下朝向彼此移动的情况。因此，可以改善转子的机械完整性并且改善扭矩传递，特别是在较高旋转速度的情况下，例如在转子的圆周速度(在转子的外径处测量到的切向速度)大于70米/秒的情况下，这是有用的。该间隔件也可能使得能够提高转子的对中或尽量减少不平衡的使用。

间隔件可以布置在磁极的径向轴线Y上。

间隔件可以与磁体接触，或者相反，不与磁体接触。

间隔件是无磁性的。因此，间隔件的存在无助于磁通的通过。

间隔件的横截面的整体形状可以选自以下列表：圆形、多边形、正方形、矩形、梯形，此列表并非限制性的。间隔件可沿平行于转子的旋转轴线的纵向轴线延伸。

间隔件可以包括一个或更多个纵向槽，例如彼此背离的两个槽。间隔件可以特别地包括两个纵向槽，所述两个纵向槽被布置成在与转子的旋转轴线平行并与对应磁极的径向轴线垂直的分离平面的每一侧上有一个槽。分离平面可以是或者不是间隔件的对称平面。这些槽——其与转子的磁块上的对应凸起配合——的存在使得可以确保间隔件楔在腔室中，并可以避免隔离件在离心力的作用下的任何移位。

间隔件，更具体地，开有槽的间隔件，可以被容纳在腔室的中央分支中，特别是在中央弧形分支——其中心位于转子的旋转轴线上——中。间隔件可以以从所述腔室的侧向分支向后退的方式布置。

转子磁块可以包括至少一个极部件，极部件通过切向桥部连接至磁块的剩余部分，其中，切向桥部形成在腔室的两个端部中的每个端部与转子的径向外表面之间。

对于转子而言，可以不具有除切向材料桥部之外的任何材料桥部。术语“切向桥部”表示形成在腔室与气隙之间的材料桥部。在这种情况下，转子不具有上述径向桥部。这可以实现在电磁性能方面的相当大的改进。

腔室的磁体可以以从对应的切向桥部向后退的方式布置，并且可以不与对应的切向桥部接触。

两个永磁体之间不存在径向磁桥部可以降低转子的机械强度。如果旋转速度足够低，例如在转子的圆周速度小于70m/s时，则切向桥部的存在可以足以确保转子的凝聚力。

转子磁块可以包括至少一个与转子磁块的剩余部分独立的极部件。术语“独立”应当被理解为意味着极部件不与叠片的剩余部分形成一个件。因此，在这种情况下，转子块不具有如以上限定的切向桥部。极部件可以通过任何其他方式、特别通过增加的装置被保持固定至转子块，例如通过纵向拉杆被保持固定至转子块，其中，纵向拉杆穿过极部件并且紧固至转子的一个或更多个端板。

转子还可以包括至少一个用于保持极部件的拉杆。拉杆可以构造成穿过极部件并且紧固至转子的一个或更多个端板。

转子可以包括至少一个端板，甚至两个端板，如果需要的话，间隔件和可能的拉杆可以紧固至至少一个端板。转子还可以包括一个或更多个中间板，所述一个或更多个中间板布置在磁块中，也就是说，布置在转子磁块的成叠的磁叠片中。

永磁体排

永磁体可以成同心排地布置，特别地成两个同心排布置，例如每个磁体均布置在由该排中的所有磁体共用的腔室中。所述排各自可以是V形的或U形的。术语“排”表示一系列至少两个永磁体。排在任何情况下并不一定是线性的。替代地，排可以是U形的或V形的。

呈若干同心排的布置使得能够提高磁通的集聚性，而并非必须增大腔室的尺寸或增大为获得相等的磁通所需的永磁体的数量。

磁体成排的布置使得能够在电机的每个磁极中获得高凸极性。因此电机是具有高凸极扭矩的电动机，也被称为同步磁阻电动机。术语“磁极的凸极性”意味着磁阻在转子旋转期间沿着气隙中的磁极变化。

在一个示例性实施方式中，永磁体布置成朝向气隙定向的V形。对于同一个磁极而言，永磁体排因此包括两个侧向分支并且不具有中央分支。侧向分支的磁体在这种情况下布置在腔室的侧向分支中。腔室可以是U形的，其中中央分支在这种情况下不具有磁体。

同一个磁极的V形同心地布置；换句话说，同一个磁极的V形彼此嵌套。

V形朝向气隙定向。术语“朝向气隙定向的V形”指的是V形朝向气隙的方向打开。V形的每个侧向分支可以通过单个永磁体形成。在变型中，V形的每个侧向分支均通过多于一个的永磁体形成，特别地例如两个磁体形成V形的每个分支。磁体的这种分段可以使得能够改善转子块中的磁通的流通和/或能够引入桥部以便加强桥部。

V形的分支可以由若干个磁体、例如两个磁体形成。V形的分支中的两个磁体可以对齐。在变型中，形成V形的分支的一个或多个磁体各自可以沿着轴线延伸，两条轴线彼此之间形成角度α。这个角度α可以在0°与45°之间。

至少一个永磁体排可以不具有中央磁体，或者所有磁极排不具有中央磁体。术语“中央磁体”指布置在对应磁极的径向轴线上的磁体。因此，在一个变型实施方式中，所述排仅包括各自完全布置在对应磁极的纵向轴线的一侧上的永磁体。

共用的永磁体

永磁体可以限定转子的磁极，即第一磁极和与第一磁极相邻的第二磁极，第一磁极和第二磁极具有不同的极性，第一磁极专用的永磁体仅提供第一磁极的极性并且至少一个共用的永磁体部分地提供第一磁极的极性，并且部分地提供第二磁极的极性。

在该实施方式中，转子包括在两个连续的磁极之间共用的至少一个永磁体。术语“共用的永磁体”指的是共用于限定转子的两个连续磁极的一个永磁体。该磁体因此可以布置在磁极间轴线上。限定所述第一磁极的至少一个永磁体还限定转子的与第一磁极相邻的第二磁极。两个连续的磁极之间的界线穿过至少一个永磁体。

当永磁体成排布置时，转子的第一磁极可以通过至少一个第一专用永磁体排限定并通过至少一个第二共用永磁体排限定，所述第二排还至少部分地限定转子的与第一磁极相邻的第二磁极。

换句话说，第二永磁体排同时限定转子的两个连续的磁极——第二永磁体排位于这两个连续的磁极之间——中的每个磁极。共用的永磁体属于第二永磁体排。

此外，在这种情况下，每个磁极均可以被认为是由非整数排来限定，非整数等于第一排的数目加一半；换句话说，由于第二排中的磁体同时用于限定所述转子的两个连续的磁极，所以第二排的一半限定所述磁极。

因此，对于转子的给定直径而言，每个磁极的排数可能会更多，以使得在相同体积的情况下、永磁体的总数量可以更大。

另外，凸极比可由此增加，是因为在两个连续的磁极之间共用的磁体可以对直轴磁通的流通形成阻挡物而不会影响横轴磁通。对于数量相同的永磁体，电动势可能更大并且谐波更少，这是因为通过磁极间轴线上的零点的感应通路在角度上更加受到限制。

凭借磁体在转子块中的布置，即使转子的极数相对较低、例如小于6，即使并不一定使用每单位体积能量较高的磁体、比如由稀土制成的磁体，而是使用每单位体积能量较低的磁体、例如由铁氧体制成的磁体，仍能在气隙中获得足够的感应水平。转子的成本可因此降低。此外，如果应用需要，则可以降低转子的极数。具体地，根据本发明的转子使得能够在不增加极数并且通过使用低能量密度的磁体的情况下提高气隙中的感应水平。

永磁体

永磁体优选地具有矩形形状的横截面。在变型中，在垂直于旋转轴线的横截面中测量到的磁体的宽度可以在面向气隙时缩小。永磁体可以具有整体上为梯形形状的横截面。在另一变型中，磁体可以具有例如呈环形部段形式的弯曲横截面。

永磁体可以具有4mm与20mm之间的宽度。第一排中的至少一个磁体、或者第一排中的至少一半磁体、或者第一排中的所有磁体可以具有大于4mm的宽度，更佳地是大于8mm或大于12mm的宽度。

第二永磁体排中的一个或多个磁体可以与第一排中的磁体一样宽，或者，在变型中，具有不同的宽度，特别是更大的宽度。因此，至少一个共用永磁体的横截面可以比专用永磁体的横截面宽，例如是专用永磁体的两倍宽。这种构型可以使得能够尽量减小、或者更好地，消除两个相邻磁极之间的磁通的任何流通、特别是直轴磁通的任何流通而不影响横轴磁通，从而降低了谐波含量。从而可以提高效率。此外，材料桥部、特别是径向桥部的数目可以因此减少，以使得电磁转矩被提高。

第一磁极可以包括单个第一排，或转子的磁极中的每个磁极均可以包括单个第一排。

在变型中，所述第一磁极可以包括至少两个第一排，或者转子的磁极中的每个磁极均可以包括至少两个第一排，特别是两个或三个，或甚至更多个第一排。在一个实施方式中，第一磁极包括两个第一排。转子的磁极中的每个磁极均可以包括两个第一排。

转子的磁极的数目可以在2与12之间，更好地在4与10之间。转子的磁极的数目可以小于或等于8，或者小于或等于6，例如等于4或6。

永磁体可以由铁氧体或稀土或任何其他类型的磁性材料制成。永磁体特别地可以至少部分地由铁氧体制成。例如对于永磁体而言可以不含有稀土，或者至少含有质量小于50％的稀土。磁体的布置使得能够通过铁氧体磁体来集聚磁体的磁通，并获得有利性能。

腔室

腔室可以具有总体上为矩形形状的横截面。至少一个腔室的横截面可以沿着比相应磁体的径向长度大的长度径向延伸。腔室的横截面的形状可以进行选择以优化气隙中的感应波形。通过举例的方式，腔室的至少一个端部的垂直于旋转轴线的横截面可以具有矩形形状、三角形形状或弯曲形状。

排的长度可以朝气隙的方向减小，最长的排靠近旋转轴线并且最短的排接近气隙。

成排的腔室和/或永磁体的布置优选地相对于磁极的径向轴线对称。

在与转子的旋转轴线垂直的平面中，腔室的沿着其纵向轴线的宽度可以是恒定的或可变的。

转子块及轴

转子可以包括沿着旋转轴线延伸的轴，所述轴上布置有转子磁块。轴可以由磁性材料制成，有利地使得能够降低转子块饱和的风险，并且使得能够提高转子的电磁性能。轴可以包括与转子块相接触的磁性套管，该套管安装在磁性或非磁性主轴上。

在一变型中，转子可以包括其上布置有转子块的非磁性轴。该轴例如至少部分可以由选自如下列表的材料制成但不限于此：钢、不锈钢、钛或任何其它非磁性材料。在一个实施方式中，例如在没有中间环圈的情况下，转子块可以直接布置在非磁性轴上。在一变型中，特别地在轴不是非磁性的情况下，转子可以包括环圈，环圈围绕转子的轴且抵靠转子的轴。

转子块沿着旋转轴线延伸并且围绕轴布置。轴可以包括用于驱动转子块旋转的扭矩传递装置。

转子块可以由一叠磁性叠片层形成。一叠磁性叠片层可以包括一叠如下磁性叠片：每个叠片为一个部件，每个叠片形成一叠中的一层。

叠片可以包括通过切向材料桥部而被连接的一系列部段。

每个转子叠片例如由厚度例如为0.1mm至1.5mm的磁性钢片切割而成。在叠片被组装成叠之前，叠片在其相反的表面上可以涂覆有电绝缘漆。也可以通过对叠片进行热处理来实现绝缘效果。

在一变型中，转子块可以包括组装在转子的轴上的多个极部件，在该情况下，转子的轴优选地是非磁性的。组装可以通过电机的轴上的榫状件来实现，或者在一变型中通过如上所述的拉杆来实现。每个极部件可以包括一叠磁性叠片。

腔室的分布有利地为规则且对称的，这使得在转子块由转子叠片层叠制成的情况下，容易切割出转子叠片并且有助于切割完毕之后的机械稳定性。

腔室的数目和磁体的数目取决于转子的极性。转子块可以包括任意数目的腔室，例如4个与96个之间的腔室，更优选地8个与40个之间的腔室，或者甚至12个与32个之间的腔室。

磁体可以嵌置在转子块中。换言之，磁体由磁性叠片的位于气隙处的部分覆盖。转子的位于气隙处的表面可以完全由磁性叠片的边缘限定而不是由磁体限定。因此，腔室并不沿径向通向外部。

转子块可以包括一个或更多个孔以便减轻转子的重量、使得转子能够平衡、或者以便组装制成转子的转子叠片。孔可以允许将叠片稳固地保持在一起的拉杆穿过。

叠片可以彼此卡扣紧固。

腔室可以至少部分地填充有非磁性合成材料。该材料可以将磁体在腔室中锁定就位和/或增大成组的叠片的凝聚力。

根据需要，转子块可以包括有助于将磁体正确定位——特别地沿径向方向正确地定位——的一个或更多个突起。

转子块可以具有圆形或多叶状外轮廓，多叶状形状可能有助于例如减小扭矩波动或者电流谐波或电压谐波。

可以借助或者可以不借助悬挂件(overhang)来安装转子。

转子可以由在轴向方向上对准的多个转子部件制成，例如可以由三个部件制成。每个部件可以相对于相邻的部件成角度地偏移(已知为“步进偏斜”)。

电机和定子

本发明的另一主题是一种包括如上所定义的转子的旋转电机，例如同步电动机或同步发电机。该电机可以是磁阻电动机。该电机可以构成同步电动机。

电机可以以额定圆周速度(在转子的外径处测量到的切向速度)运转，额定圆周速度可以大于或等于100米每秒。因此，根据本发明的电机根据需要允许以高速运转。例如，具有100mm直径的转子可以以每分钟20000转的速度相当安全地运转。

电机可以具有相对较大的尺寸。转子的直径可以大于50mm，更好地是大于80mm，例如在80mm至500mm之间。

转子可以是内转子或外转子。

该电机还可以包括定子，定子可以具有集中式或分布式的绕组。电机可特别地包括具有分布式绕组的定子，特别是在转子的极数小于8时。在变型中，定子可以缠绕在齿上。

定子可以包括用于接纳绕组的槽，所述槽在气隙侧封闭，然而在与所述气隙相反的一侧敞开。此外，该定子可以包括菱形槽，并且这使得可以改善槽的填充，因此提高电磁性能。最后，可以使用具有扁平横截面的呈平坦的形式的线，以相对于槽的横截面的有效面积增大铜的面积。

附图说明

通过阅读本发明的非限制性示例性实施方式的以下详细的描述并且通过研究附图，可以更好地理解本发明，其中，在附图中：

-图1示意性地且部分地示出了贯穿根据本发明制造的转子而截取的截面图；

-图2示出了材料桥部的存在或不存在的情况下所生成的扭矩的变化；

-图3至图6为与图1类似的视图，示出了变型实施方式。

具体实施方式

图1示出了旋转电机10，旋转电机10包括转子1和定子2。

定子2包括例如分布式的绕组22。绕组22包括朝向气隙敞开的槽21，绕组22的电导体布置在所述槽中。在同步电动机的情况下，定子使得能够产生用于驱动转子旋转的旋转磁场，并且在交流发电机的情况下，转子的旋转能够在定子的绕组中感应出电动势。

图1中示出的转子1包括沿着转子的旋转轴线X轴向延伸的转子磁块3，该转子块例如由沿着轴线X叠置的一组磁性叠片形成，其中，所述叠片是相同的并且精确地叠置。可以通过卡夹紧固装置、铆接、拉杆、焊接或者任何其它技术方法将磁性叠片保持在一起。磁性叠片优选地由磁性钢制成。可以使用所有牌号(grade)的磁性钢。

转子块3包括用于将转子块3安装在轴6上的中央开口5。在所论述的示例中，轴6可以由非磁性材料制成，例如可以由非磁性不锈钢或铝制成，或者可以是磁性的。

转子1包括布置在转子磁块3中的腔室8中的多个永磁体7。在所描述的示例中，永磁体7布置成两排9a、9b，限定转子的六个极11。每个排9a、9b包括两个永磁体7，所述两个永磁体7分别布置在所述极11的径向轴线Y的两侧。

两个永磁体7布置在共用的腔室8中，腔室8形成在转子磁块3中且由极的径向轴线Y穿过。该腔室8从气隙朝轴的方向延伸，并且然后朝向气隙返回。腔室8呈V形或U形。

永磁体7布置成朝向气隙的V形。对于同一个极而言，一排永磁体因而包括两个侧向分支。同一个极的V形同心布置；换言之，同一个极的V形彼此嵌套。在所描述的示例中，V形呈朝向气隙扩张的形状，V形的侧向分支彼此并不平行。多排极都不具有中央磁体。

永磁体7的截面呈矩形。永磁体7可以由铁氧体制成，替代性地，永磁体7可以由稀土制成，例如由钕类稀土或类似稀土制成。优选地，磁体由铁氧体制成。

在图1中示出的示例中，转子包括形成在腔室8与气隙之间的切向桥部16。转子除了切向材料桥部之外并不具有任何材料桥部，特别地并不具有径向桥部。

为了说明仅具有切向桥部16的转子的优点，图2示出了根据不同的转子的设定角度(单位为度)所得到的扭矩(Nm)。与没有桥部的转子(曲线S)或具有径向桥部和切向桥部的转子(曲线R)相比，在扭矩方面的最好的结果是通过根据本发明的仅包括切向桥部16的转子(曲线T)而获得的。研究图2可以理解，径向桥部的存在特别不利于转矩的产生，而切向桥部的存在有利于转矩。一种解释可能是切向桥部的存在使得可以减少在空气间隙处磁块中的磁干扰。

图1中的转子还包括两个间隔件12和14，两个间隔件分别设置在腔室8中的一个腔室中并位于两个对应的永磁体7之间。间隔件12布置在最接近轴的腔室8中并具有类似梯形形状的横截面。转子还包括两个纵向槽13，所述两个纵向槽用于通过与转子块上的相应肋配合而使转子楔入腔室中。间隔件14布置在最接近气隙的腔室8中并具有圆形横截面。转子不具有纵向槽。

转子磁块3对于每个极而言包括一个极部件17，极部件17通过切向桥部16——其形成在腔室的两个端部中的每个端部与转子的外表面之间——而连接至磁块的其余部分。

在图3中示出的一个变型实施方式中，转子磁块3包括独立于转子磁块的其余部分的极部件17。

转子包括至少一个用于保持极部件17的拉杆18。转子还可以包括至少一个端板，更好地是两个端板，间隔件和可能的拉杆根据需要紧固至所述端板。

在参照图1描述的示例中，转子包括设置在腔室8中并位于两个对应的永磁体7之间的间隔件12、14。当然，如果不是这种情况，并且如果转子不具有间隔件或拉杆或者不具有二者，这并不代表背离本发明的范围。通过举例的方式，图4示出了包括腔室8的转子，腔室8仅接纳永磁体7但不具有任何中间间隔件。同样地，该转子不具有穿过极部件的拉杆。

在一个变型实施方式中，永磁体7可以被布置成两排9a、9b，限定转子的六个极11，即第一极和与第一极相邻的第二极，第一极和第二极具有不同的极性。转子的第一极的极性由第一排9a(或数个第一排9a)的专用的永磁体7限定，并且由第二排9b的共用的永磁体7限定，所述第二排9b同样还部分限定转子的邻近于第一极的第二极的极性。

图5和图6中示出了包括这种转子的电机10。共用的永磁体7既提供第一极的极性，又提供转子的邻近于第一极的第二极的极性。因而第二排9b的永磁体7同时限定转子的两个连续的极——该第二排9b的永磁体7位于这两个极之间——中的每个极的极性。两个连续的极之间的界线至少穿过所述共用的永磁体7。

在图5和图6中示出的这些示例中，转子的每个极包括单个第一排。在这些示例中，每个极的第一排布置成V形，所述排的凹部朝向极的顶点定向，即，朝向气隙定向。当然这能够是不同的，并且转子例如能够包括两个第一排或更多个第一排。

图5中示出的实施方式与图1中示出的实施方式的不同之处还在于定子2包括用于接纳绕组的槽21，所述槽在气隙侧封闭。此外，这些槽21在背对气隙的一侧敞开。定子2包括单件式的带齿环形件25和附接的环形轭部26。定子具有分段分布的绕组，定子包括形成在带齿环形件25中的槽21。槽21具有梯形横截面并且将槽分开的齿27具有相互平行的边缘。槽21从外部填充。在绕线后，整个被插入到附接的环形轭部26中。

在图6中所示的变型实施方式与图5中所示的变型实施方式的不同之处在于定子的构型，其包括菱形槽21，并且这可以使得能够改善槽21的填充并因此改善电气性能。图4中的定子还包括轭部29，轭部29装设有半圆形纵向肋31，半圆形纵向肋31用于容纳用于冷却液的循环流通的管道13。

当然，本发明不限于所描述的示例性实施方式。

叠片可以例如制造有孔以允许拉杆通过，用于组装转子块的叠片。

此外，所描述的转子可以与所描述的任何定子组合。

表述“包括一个”应当理解为与“包括至少一个”同义。