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。本发明与永磁体式转子有关。

背景技术：

这些转子包括容置永磁体的转子块，所述永磁体插入到通常径向地定向的腔室中。还已知包括例如设置成V形和U形的非径向永磁体的旋转电机。

通过磁极中的磁体的通量集聚，气隙中所获得的感应比磁体中的感应大。气隙中所获得的感应可能很大程度上取决于气隙相对于旋转轴线的周向位置。

在已知的转子中，为了在气隙中获得充分的感应水平并且为了具有紧凑的电机，必须使用具有较大能量密度并且因此较昂贵的磁体。具体地，这种磁体用稀土来制造。

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。

因此，这种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。

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、借助于旋转电机的定子实现上述需要，该转子包括：

永磁体，永磁体限定转子的磁极，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。

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“共用永磁体”指的是共同限定转子的两个连续磁极的永磁体。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。

永磁体可以成排布置，转子的第一磁极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。共用永磁体属于第二永磁体排。

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，如下面看到的。

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。

此外，在本发明中，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。

两个连续的磁极共用的第二排中的磁体的累积高度较高，并且这使得可以获得改善的功率因数，原因在于负载下电压的很大一部分是由磁体的通量产生的。

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。这是因为桥部中的磁漏本来就倾向于减小有效磁通。

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。

转子所包括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。

在一个示例性实施方式中，永磁体布置成朝向气隙定向的U形。对于同一个磁极来说，永磁体排因此包括两个侧向分支和一个中央分支。同一个磁极的U形同心地布置；换句话说，同一个磁极的U形彼此嵌套。U形可以具有朝向气隙扩开的形状。换句话说，U形的侧向分支可能彼此不平行。当转子的磁极中的每个磁极包括至少两个第一排时，永磁体优选地设置成U形。

在另一示例性实施方式中，永磁体布置在朝向气隙定向的V形中。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。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。当转子的磁极中的每个磁极包括单个第一排时，永磁体优选地设置成V形。

U形或V形朝向气隙定向。术语“朝向气隙定向的U形或V形”指的是U形或V形朝向气隙的方向敞开。U形或V形的每个侧向分支可以通过单个永磁体形成。在变型中，U形或V形的每个侧向分支通过多于一个的永磁体形成，特别地例如两个磁体形成U形或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。

U形或V形的分支可以由若干个磁体、例如两个磁体形成。U形或V形的分支中的两个磁体可以对齐。在变型中，形成U形或V形的分支的一个或多个磁体可以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。

腔室及材料桥部

转子可以包括用于保持永磁体的转子块，转子块能够包括其中布置有永磁体的腔室。腔室可以具有总体上为矩形形状的横截面。在一变型中或者额外地，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被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，并且更好地两个端部均呈矩形、三角形或弯曲的形状。

当磁体配装在相应的腔室中时，腔室的在其端部(中的一个端部)处没有磁体的部分可以呈直角三角形或弯曲的形式。对于两个连续的腔室而言，位于气隙附近的两个直角三角形的斜边或者弯曲部可以布置成彼此背对。这种形状使得能够将磁通更好地朝向气隙导引。对于两个连续的腔室而言，位于旋转轴线附近的两个直角三角形的斜边或者弯曲部可以布置成彼此面对。

转子可以包括配装在所有腔室或者一些腔室中的永磁体，例如，配装在至少一半腔室中的永磁体，或者配装在超过三分之二腔室中的永磁体，更好地配装在所有腔室中的永磁体。

至少一个腔室可以构造成用以将数个永磁体保持成排，或者甚至将所有的永磁体保持成排。换言之，如下面所说明的，转子可以不具有形成在两个成排的连续的腔室之间的任何径向材料桥部。

腔室可以由材料桥部分隔，材料桥部可以平行于相应的磁极的径向轴线延伸或者相对于相应的磁极的径向轴线倾斜。术语“磁极的径向轴线”意指沿径向定向的磁极的轴线，其中，沿径向定向即为沿着转子的半径。其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。

形成在腔室之间的材料桥部可以大致沿着桥部的纵向轴线倾斜地延伸，其中，桥部的纵向轴线相对于转子的相应的磁极的径向轴线可以形成大于5°的非零值角，更优选地可以形成大于10°的非零值角，例如大约15°。该角可以小于45°，更优选地可以小于30°，或者可以小于20°。

术语“桥部的纵向轴线”表示相对于限定该材料桥部的相邻的腔室的两个短边居中设置的轴线。该轴线优选地是直线式的。

在一变型实施方式中，转子可以不具有除了切向材料桥部之外的任何材料桥部。术语“切向桥部”意指形成在腔室与气隙之间的材料桥部。在该情况下，转子不具有上述径向桥部。这使得可以大大提高电磁性能。

对于同一个磁极而言，可以将该磁极的腔室布置成单个第一排。所述排的凹部可以朝向磁极的顶点定向，即朝向气隙定向。

在一变型中，对于同一个磁极而言，可以将该磁极的永磁体布置成数个第一排，每个第一排的凹部朝向磁极的顶点定向，特别地定向成大致同心的排。术语“同心”意指在垂直于转子的旋转轴线的平面中所测量，多排腔室的中轴线在同一个点处相交。这种数个同心排的布置方式使得能够提高磁通的集中度而无需增大腔室的尺寸或者获得等量的磁通所需的永磁体数量。每磁极第一排的个数特别地可以是一个、两个、三个或四个。

当转子对于同一个磁极包括数个第一排时，所述第一排的长度可以朝向气隙的方向减小，最长的排靠近旋转轴线并且最短的排接近气隙。排的长度对应于该排中的腔室的累积长度。

同一个磁极的两个排中的至少两个腔室可以平行于彼此延伸。一排的所有腔室可以平行于另一排的相应的腔室延伸。

排可以包括严格地大于一个的一些腔室，例如包括至少两个腔室，更优选地包括三个腔室。一排例如可以包括一个中央腔室和两个侧向腔室。至少一个排可以包括奇数腔室，例如包括至少三个腔室。

同一个磁极的两个排可以具有不同数目的腔室。在本发明的一个示例性实施方式中，至少一个磁极的一排的腔室数目比该磁极的另一排中的腔室少，例如两个腔室对另一排中的三个腔室。腔室数目较少的排优选地是最接近气隙并且离旋转轴线最远的排。

成排的腔室和/或材料桥部的布置优选地相对于磁极的径向轴线对称。

在一排中，腔室可以布置成V形或U形，U形能够呈朝向气隙扩张的形状。换言之，构成U形的侧向分支的腔室彼此可以不相互平行。因而，相对于磁极的径向轴线，径向桥部的倾斜可以与侧向腔室的倾斜相对。

当位于同一个排中的腔室布置成U形排列时，中央腔室的长度可以比U形的分支大或小。在一个示例性实施方式中，U形的分支比构成U形的基部的中央分支短。

当在垂直于转子的旋转轴线的平面中观察截面时，腔室均可以沿着纵向轴线延伸，其中，所述纵向轴线可以是直线式或弯曲的，优选地可以是直线式的。

在与转子的旋转轴线垂直的平面中，腔室沿着其纵向轴线可以具有恒定或可变的宽度。

第一排中的腔室的短边可以随着距旋转轴线的距离增大、沿磁极的径向轴线的方向定向，并且例如可以大致朝向磁极的顶点会聚。

腔室的截面——即垂直于旋转轴线的截面——整体上可以呈矩形或梯形形状，但不限于此。

腔室的短边可以相对于腔室的长边垂直。腔室的短边可以相对于腔室的长边倾斜。

至少一个腔室可以具有两个长边，所述长边中的一个长边比另一长边短。在该情况下，例如在腔室整体上呈梯形形状的情况下，较短的长边可以比较长的长边更靠近气隙定位。

腔室的短边可以是直线式或弯曲的。

垂直于其纵向轴线测量，位于两个连续的成排腔室之间的材料桥部的宽度可以小于8mm，并且材料桥部的宽度可以大于0.5mm。

转子块及轴

转子可以包括用于保持永磁体的转子块和沿着旋转轴线延伸的轴，轴上布置有转子块。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。

在一个变型实施方式中，第二排可以至少从气隙延伸至转子的轴，特别地延伸至非磁性轴，其中，转子在所述排的一个端部与轴之间并不具有磁性部。换言之，转子并不具有在转子的轴与第二排之间延伸的径向或周向磁性桥部。在该情况下，第二排仅具有两个侧向分支而不具有中央分支。

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。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16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层覆盖。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其它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，然而在远离所述气隙的一侧敞开。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包括根据本发明制造的转子的电机而截取的截面图；

-图2至图4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。

如图所示，定子2包括例如分布式绕组22。绕组22包括朝向气隙敞开的槽21，绕组22的导电体设置在所述槽中。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中的对应腔室8中的多个永磁体7。永磁体7布置成排9a、9b，限定转子的六个磁极11，即第一磁极和邻近于第一磁极的第二磁极，其中，第一磁极与第二磁极具有不同的极性。转子的第一磁极的极性由两个第一排9a的专用永磁体7限定，并且由第二排9b的共用永磁体7限定，所述第二排9b同样还部分限定转子的邻近于第一磁极的第二磁极的极性。具体地，共用永磁体7既限定第一磁极的极性，又限定转子的邻近于第一磁极的第二磁极的极性。因而第二排9b的永磁体7同时限定转子的两个连续的磁极——该第二排9b的永磁体7位于这两个磁极之间——中的每个磁极的极性。两个连续的磁极之间的界线至少穿过所述共用的永磁体7。

转子的磁极11中的每个磁极的永磁体7布置在朝向气隙定向的U形中。对于同一个磁极来说，永磁体排因此包括两个侧向分支和一个中央分支。同一个磁极的U形同心地布置；换句话说，同一个磁极的U形彼此嵌套。在描述的示例中，U形具有朝向气隙扩开的形状。U形的侧向分支彼此不平行。

永磁体7具有矩形截面。永磁体7可以由铁氧体制成，或者替代性地，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。

在示出的示例中，第二排9b的永磁体7与第一排9a的永磁体具有相同的截面宽度e₁，但是如果非这种情况，并且如果第二排9b的永磁体7的截面比第一排9a的永磁体宽、特别地为第一排9a的永磁体的两倍时，这并不表示背离了本发明的范围。通过示例的方式，图2示出了第二排9b的永磁体7的宽度e₂等于第一排9a的永磁体7的宽度e₁的两倍的变型实施方式。

此外，腔室8的截面沿着比对应的磁体的径向长度l₁长的长度l₂径向地延伸。腔室8的端部8a、8b具有垂直于旋转轴线的矩形或三角形截面。更具体地，腔室的属于第二排9b的并且限定了两个连续的磁极11的端部8b是矩形。其他端部8a大致具有三角形的整体形状。

腔室之间形成有材料桥部15，材料桥部15可以与对应的磁极11的径向轴线Y平行地延伸或者可以相对于径向轴线Y倾斜。术语“磁极的径向轴线”表示磁极的径向地定向——也就是说沿着转子的半径定向——的轴线Y。轴线Y是磁极的对称轴线。在所描述的示例中，形成在最靠近气隙的第一排9a的腔室8之间的材料桥部15随着距旋转轴线X的距离增大而朝向磁极的径向轴线Y倾斜地延伸。此外，形成在最靠近轴的第二排9b的腔室8之间的材料桥部15在朝向旋转轴线X的方向上朝向磁极的径向轴线Y倾斜地延伸。最后，形成在最靠近轴6的第一排9a的腔室8之间的材料桥部15与磁极的径向轴线Y平行地延伸。

在图3和图4中示出的示例中，转子除切向材料桥部以外不具有任何材料桥部，并且在这种情况下也不具有上述径向桥部15。转子仅包括形成在腔室8与气隙之间的切向桥部16。此外，转子的每个磁极包括单个第一排。在这些示例中，每个磁极的第一排布置成V形，所述排的凹部朝向磁极的顶点定向，即，朝向气隙定向。

第二排9b从气隙延伸至转子1的轴6，轴6是磁性轴，并且转子在该排的一个端部与轴之间不具有磁性部。另外，限定同一V形的分支的腔室经由其最靠近旋转轴线的端部8a连通。因此，腔室8构造成保持一排的所有永磁体。

图3中示出的实施方式与图1和图2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，所述槽在气隙侧被封闭。此外，这些槽21在远离气隙的一侧敞开。定子2包括一件式的带齿环形件25和所附接的环形轭部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具有梯形截面并且将槽分隔开的齿27具有相互平行的边缘。槽21从外侧被填充。在绕线之后，整个被插入到所附接的环形轭部26中。

图4中示出的变型实施方式与图3中示出的实施方式的不同之处在于定子的构造，该定子包括菱形槽21，并且这可以改善槽21的填充并且因此提高电气性能。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的，半圆形纵向肋31的用于容纳用于冷却液的循环流通的管道30。

在刚刚描述的所有示例中，转子均位于内侧，但是如果转子位于外侧，这也不表示背离了本发明的范围。

当然，本发明不限于刚刚所描述的示例性实施方式。

叠片可以例如被制造有孔以允许拉杆穿过，用于组装转子块的叠片。

表述“包括一个”应当理解为与“包括至少一个”同义。