本发明涉及一种用于电机的转子。
背景技术：
已知的用于感应电机的转子包括具有外部部分和内部部分的转子芯，内部部分定位成比外部部分更靠近转子芯的旋转轴线，外部部分通过多个辐条连接至内部部分，多个辐条中的每一者沿径向方向延伸。辐条在圆周方向上彼此间隔开，使得在每两个相邻的辐条之间存在轴向的冷却通道。所述已知的转子还包括通过热套配合连接至转子芯的转子轴。
与上述转子相关联的缺点之一在于，当转子在使用期间变热时，转子芯和转子轴之间的热套配合基本上松开。在工作状态下，感应电机的转子的外表面比例如永磁电机的转子的外表面加热得更甚。根据该设计，与转子处于冷的状态下相比，感应电机的转子芯和转子轴之间的热套配合在工作温度下可能仅能够传递30％的扭矩。增加热套配合的紧度容易引起转子轴的弯曲。因此提供转子芯与转子轴之间的实用的热套配合是困难的。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用于电机的转子以及包括该转子的电机，以便减少上述的缺点。本发明的目的通过如下所述的转子和电机实现。
本发明基于以下思想：将连接转子芯的外部部分和内部部分的辐条重新设计成使得减小转子芯的外部部分和内部部分之间的力的径向传递。重新设计的辐条中的每个辐条为包括沿非径向方向延伸的偏斜部分的挠性的辐条。辐条的偏斜部分使得转子芯的几何形状更加灵活，从而减小了在转子芯的外部部分与内部部分之间沿径向方向传递的力。偏斜部分在转子的表面比转子的内部加热更甚时允许每个辐条发生变形。
在实施方式中，通过对转子芯的外部部分提供多个小冷却通道，使得转子芯的外部部分的冷却被改善而进一步提高转子芯与转子轴之间的热套配合的扭矩传递能力。多个小冷却通道与更少的大冷却通道相比，增大了冷却通道的总冷却面积。这减小了转子芯的外部部分与内部部分之间的温差，从而提高了在工作状态下转子芯与转子轴之间的热套配合的紧密度。进一步地，对转子芯的外部部分设置多个小冷却通道提高了转子芯的旋转对称性，并且使得甚至在冷却通道靠近转子条定位的情况下磁通量也能够对称地分布。
本发明的优点在于：与带有径向辐条的现有技术的设计的情况相比，转子芯和转子轴之间的热套配合处的接触压力中受转子芯外表面的加热的影响更小。在根据本发明的转子中，在工作状态下通过转子芯的外部部分施加在转子芯的内部部分上的径向指向外的力比在已知的转子中更小。因此，该热套配合在工作状态下比已知的带有径向辐条的转子的热套配合更好地保持其扭矩传递能力。这意味着可以制造较不紧密的热套配合而不必担心热套配合在工作状态下分离。
附图说明
下面参照附图借助于优选的实施方式更详细地描述本发明，其中：
图1示出了从转子芯的轴向方向观察时根据本发明的实施方式的转子芯；
图2示出了图1的转子芯的一部分的放大图；
图3至图9示出了根据本发明的替代实施方式的转子芯；
图10示出了包括在轴向方向上堆叠多个转子片的转子芯；
图11示出了包括图10的转子芯以及通过热套配合连接至转子芯的转子轴的转子；以及
图12示出了根据本发明的实施方式的转子芯，其中每个辐条通过两个外分支连接至转子芯的外部部分并且通过内分支连接至转子芯的内部部分。
具体实施方式
图1示出了转子芯2a，其具有外部部分21a以及定位成比外部部分21a更靠近转子芯2a的旋转轴线的内部部分22a。外部部分21a通过多个辐条6a连接至内部部分22a。外部部分21a包括多个冷却通道4a，其中每个冷却通道均沿轴向方向延伸穿过转子芯2a，并且适用于比如空气的冷却介质的流动。内部部分22a包括中央孔口25a，中央孔口25a适于接纳转子轴以用于将转子芯2a通过热套配合连接至转子轴。
热套配合是一项众所周知的技术，其通过组装后相对尺寸的变化实现过盈配合。转子芯和转子轴之间的热套配合可以通过在组装前加热转子芯并允许其在组装后恢复到环境温度而获得。这样的热套配合利用了热膨胀。
辐条6a中的每一者包括偏斜部分61a，偏斜部分61a相对于转子芯2a的径向方向以辐条角度αa延伸。辐条角度αa是相对于辐条6a的中心线测量的。取决于测量辐条角度的位置，辐条角度αa为大约80°。辐条角度αa在辐条6a的内端部处于其最大值。辐条6a的内端部是与转子芯2a的内部部分22a相邻地定位的端部。辐条6a的外端部是与转子芯2a的外部部分21a相邻地定位的端部。
偏斜部分的长度影响对应的辐条的挠性。在图1中，偏斜部分61a的长度大致上是转子芯2a的直径的0.07倍。在替代性的实施方式中，偏斜部分的长度在转子芯的直径的0.04倍至0.15倍的范围内。在一些实施方式中，辐条包括多于一个的偏斜部分，从而辐条的挠性部分的总长度为多于一个的偏斜部分的长度的总和。图6中描绘了这种实施方式的示例。
在包含转子芯2a的电机的工作期间，转子芯2a的外部部分21a变热并且膨胀。然而，仅有较小的指向外的力通过多个辐条6a施加在转子芯2a的内部部分22a上。由于辐条6a的形式，它们在转子芯2a的外部部分21a和转子芯2a的内部部分22a之间具有良好的扭矩传递能力，而在径向方向上仅传递较少的力。辐条6a在转子芯2a的外部部分21a和转子芯2a的内部部分22a之间沿径向方向提供了非常挠性的连接。由于挠性的辐条6a，转子芯2a的外部部分21a的热膨胀对转子芯2a和转子轴之间的热套配合的扭矩传递能力影响很小。
辐条宽度被选择为使辐条具有期望的挠性，以使得转子芯的外部部分的热膨胀不会过度地影响转子芯与转子轴之间的热套配合的扭矩传递能力。辐条的数量被选择成使得多个辐条能够在转子芯的外部部分与转子芯的内部部分之间充分地传递扭矩。
多个冷却通道包括距离转子芯2a的旋转轴线第一距离的第一组冷却通道41a、距离转子芯2a的旋转轴线第二距离的第二组冷却通道42a以及距离转子芯2a的旋转轴线第三距离的第三组冷却通道43a。每组冷却通道定位成与其余组冷却通道相比距转子芯2a的旋转轴线距离的不同。第一组冷却通道41a是最外侧的组，第三组冷却通道43a是最内侧的组，并且第二组冷却通道42a在径向方向上位于第一组41a和第三组43a之间。
多个冷却通道4a中的每一者的横截面均为大体圆形，并且多个冷却通道4a中的每一者的直径小于转子芯2a的直径的0.03倍。在替代实施方式中，多个冷却通道中的每一者的直径为转子芯的直径的0.06倍或更小。此外，在替代实施方式中，冷却通道的横截面可以具有不同于圆形的形状，诸如椭圆形或多边形的形状。另外，在一些实施方式中省略了单独的冷却通道，而是通过冷却介质流动穿过辐条之间的缝隙来实现转子芯的冷却。在包括单独的冷却通道的实施方式中，冷却通道的数量和冷却通道组的数量可以改变。另外，一组冷却通道可以具有与另一组冷却通道不同尺寸的冷却通道。
图2示出了转子芯2a的一部分的放大图。图2设有箭头5a1至箭头5a3，箭头5a1至箭头5a3表示由转子芯2a的外部部分21a和内部部分22a之间的温差引起的力的方向。图2示出了偏斜部分61a中存在的力沿平行于偏斜部分61a的方向延伸。该力几乎是切向的，因此该力使外部部分21a略微相对于内部部分22a旋转。
转子芯2a在其外周上包括多个转子槽23a。每个转子槽23a适于容纳对应的转子条(未描绘)。
图3至图9示出了根据本发明的替代实施方式的转子芯。图3至图9的附图标记对应于图1中的附图标记，使得这些附图中特定的特征以开头具有相同数字部分的附图标记来表示。每个附图标记还包括对所涉及的实施方式进行标识的字母。图1的附图标记包括字母“a”，并且图3至图9的附图标记分别包括字母“b”至字母“h”。
在图3至图9中，每个转子芯的外表面描绘成平滑的圆形表面。然而，图3至图9中的每个转子芯的设计可以设置有与图1至图2中描绘的转子槽相似的转子槽。此外，图1至图9中所有转子芯的设计可以用于许多类型的电机中，而非仅用于感应电机中。转子芯的外表面根据所涉及的电机类型的需要而被成形，而辐条和转子芯的内部部分的设计可以保持不变。
图1至图9示出了在不同实施方式中辐条的形式和尺寸发生变化，并且辐条角度α也如此。在通常情况下，辐条角度α大于30°。
辐条可以是直的或弯的元件。辐条也可以既具有直的部分又有弯的部分。在图1的实施方式中，每个偏斜部分61a直线地延伸。在图7的实施方式中，辐条6f整体直线地延伸。在图6的实施方式中，每个辐条6e是具有连接转子芯2e的外部部分21e和内部部分22e的宽u形形式的曲线形构件。因此偏斜部分61e1和偏斜部分61e2也是曲线形构件，并且辐条角度αe1和辐条角度αe2在整个偏斜部分中不恒定。
在通常情况下，连接转子芯的内部部分和外部部分的辐条中的每个辐条包括相对于转子芯的径向方向以辐条角度延伸的至少一个偏斜部分。在图5的实施方式中，每个辐条6d具有与转子芯2d的内部部分22d相邻的两个分支6d1和6d2。分支6d1和6d2关于转子芯2d的径向方向彼此成镜像。分支6d1包括相对于转子芯2d的径向方向以辐条角度αd1延伸的偏斜部分61d1，辐条角度αd1在分支6d1的横向的外部部分处为大约90°。此处横向的外部部分是分支6d1的定位成距离辐条6d的径向中心线最远的部分。由于分支的对称性，分支6d2包括相对于转子芯2d的径向方向以辐条角度αd2延伸的偏斜部分61d2，辐条角度αd2在分支6d2的横向的外部部分处为大约90°。
在图5中，分支6d1和分支6d2在转子芯2d的内部部分22d和辐条6d之间形成腔7d。腔7d关于转子芯2d的径向方向对称。腔7d的径向尺寸在腔7d的对称轴线处具有其最大值，并且腔7d的径向尺寸从对称轴线向外减小。此处径向尺寸指平行于转子芯的径向方向上的尺寸。
腔7d为转子芯2d的内部部分22d和辐条6d之间提供了挠性。腔7d适于响应转子芯2d的外部部分21d和内部部分22d之间的径向力而改变其尺寸和形状。因此辐条6d也适于响应转子芯2d的外部部分21d和内部部分22d之间的径向力改变其形状。这使辐条6d成为在径向方向上传递力的能力较弱的挠性构件。因此，转子芯2d的外部部分21d和内部部分22d之间的温差不会显著影响转子芯2d的中央孔口25d的尺寸。
图8的转子芯2g具有两种类型的辐条，使得每个第一种类型的辐条6g1相对于转子芯2g的径向方向以辐条角度αg1延伸，并且每个第二种类型的辐条6g2相对于转子芯2g的径向方向以辐条角度αg2延伸。辐条角度αg1和辐条角度αg2具有相同的绝对值但具有相反的标记，使得第一种类型的辐条6g1和第二种类型的辐条6g2关于转子芯2g的径向方向彼此成镜像。
图9示出了转子芯2h，其外部部分21h通过多个辐条6h1和辐条6h2与内部部分22h连接。每个辐条6h1包括外偏斜部分61h11和内偏斜部分61h12。外偏斜部分61h11与转子芯2h的外部部分21h相邻地定位，并且内偏斜部分61h12与转子芯2h的内部部分22h相邻地定位。
外偏斜部分61h11相对于转子芯2h的径向方向以辐条角度αh11延伸。辐条角度αh11大约为60°。内偏斜部分61h12相对于转子芯2h的径向方向以辐条角度αh12延伸。辐条角度αh12大约为90°。辐条角度αh11和辐条角度αh12具有相反的符号。
辐条6h1和辐条6h2关于转子芯2h的径向方向彼此成镜像。每个辐条6h1通过其位于外偏斜部分61h11和内偏斜部分61h12之间的中间部分而连接至相邻的辐条6h2。而且，每个辐条6h1通过其定位成与转子芯2h的外部部分21h相邻的外部部分而连接至另一个相邻的辐条6h2。
在转子芯的内部部分22h和相连的内偏斜部分61h12和61h22之间存在腔7h。腔7h关于转子芯2h的径向方向对称。腔7h沿大体切向方向延伸。此处的切向方向是指转子芯的切向方向。腔7h的径向尺寸在整个腔7h中基本恒定。腔7h适于响应转子芯2h的外部部分21h和内部部分22h之间的径向力而改变其尺寸和形状。
图12示出了转子芯2j，其具有外部部分21j和定位成比外部部分21j更靠近转子芯2j的旋转轴线的内部部分22j。外部部分21j通过多个辐条6j连接至内部部分22j，多个辐条6j在转子芯2j的外部部分21j和转子芯的内部部分22j之间沿径向方向提供了非常挠性的连接。由于挠性的辐条6j，转子芯2j的外部部分21j的热膨胀对转子芯2j和转子轴之间的热套配合的扭矩传递能力几乎没有影响。内部部分22j包括中央孔口25j，该中央孔口25j适于接纳转子轴以用于将转子芯2j通过热套配合连接至转子轴。
每个辐条6j通过以附图标记66j和67j表示的两个外分支连接至转子芯2j的外部部分21j，并且通过内分支68j连接至转子芯2j的内部部分22j。外分支66j和67j在转子芯2j的圆周方向上定位成彼此间隔一段距离。每个辐条6j包括连接至两个外分支66j和67j以及连接至内分支68j的偏斜部分61j。辐条6j相对于内分支68j的中心线对称。偏斜部分61j的辐条角度为90°。
外分支66j和67j中的每一者基本上沿径向方向延伸。辐条6j的内分支68j也基本上沿径向方向延伸。偏斜部分61j基本上沿切向方向延伸。偏斜部分61j是弯曲的部分，其中心线在整个偏斜部分61j中基本沿切向方向延伸。在替代实施方式中，辐条的偏斜部分在两个外分支之间线性地延伸，偏斜部分的中心线与辐条的内分支相切。
偏斜部分61j定位成与转子芯2j的外部部分21j相比更加靠近转子芯2j的内部部分22j。这意味着辐条6j的外分支66j和67j比辐条6j的内分支68j长。此外，偏斜部分61j与转子芯2j的外部部分21j之间的距离比偏斜部分61j与转子芯2j的内部部分22j之间的距离更大。
偏斜部分61j、两个外分支66j和67j以及转子芯2j的外部部分21j限定了外部中间冷却通道46j，其沿轴向方向延伸穿过转子芯2j并且适于冷却介质的流动。外部中间冷却通道在从转子芯的圆周方向观察时定位在辐条6j的外分支66j和67j之间。相邻的辐条6j与转子芯2j的外部部分21j和内部部分22j一起限定了内部中间冷却通道47j，其沿轴向方向延伸穿过转子芯2j并且适于冷却介质的流动。
转子芯2j不包括定位在转子芯2j的外部部分21j中的冷却通道。然而，有可能通过将冷却通道引入转子芯2j的外部部分21j来改进转子芯2j。在实施方式中，转子芯在转子芯的内部部分和外部部分之间设置有图12的辐条，并且在转子芯的外部部分中定位有多个图1的冷却通道。
在图12中，转子芯2j的外表面描绘为平滑的圆形表面。但是，图12的转子芯可以设置有与图1和图2中描绘的转子槽相似的转子槽。图12的转子芯的设计可以用于许多类型的电机中。转子芯的外表面根据所涉及的电机类型的需要而被成形，而辐条和转子芯的内部部分的设计可以保持不变。
图1至图9以及图12中的转子芯中的每一者可以用于船舶方位推进器的电机。在实施方式中，包括根据本发明的转子的电机的额定功率大于或等于100kw。
在实施方式中，根据本发明的转子芯包括沿轴向方向堆叠的多个转子片。图1至图9以及图12中的任意一个转子芯可以被构造成这种转子芯。
图10中描绘了包括沿轴向方向堆叠的多个转子片的转子芯的主要结构。图11示出了转子，其包括图10的转子芯2i以及通过热套配合连接至转子芯2i的转子轴3i。转子芯2i包括沿轴向方向堆叠的转子片rs1、rs2、rs3、rs4、rs5和rs6。转子片rs1至转子片rs6中的每一者由金属板通过冲压过程制成。转子片rs1至转子片rs6中的每一者与其余的转子片相同。
对于本领域技术人员而言明显的是，可以以多种方式实施本发明的理念。本发明及其实施方式不限于以上描述的示例，而是可以在权利要求的范围内发生改变。