专利名称：具有极间结构的旋转电机转子的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及旋转电机。更特别地，本发明涉及交流发电机或交流发电机-起动器类型的旋转电机，其被设计为用于机动车辆。更加特别地，本发明涉及旋转电机，其转子包括一个或多个激励线圈、磁极和布置在磁极之间的永久磁体。由于该布置,这些磁体已知为极间磁体。
背景技术：
通常，转子具有带有爪部的结构。该类型的结构由两个相对的叠盖的磁轮构成，每 一个磁轮包括爪部。磁轮的每一个爪部沿另一磁轮的方向延伸。另外，每一个爪部插入在相对磁轮的两个相继的爪部之间。另外，转子包括磁性零件，激励线圈绕电机的旋转轴缠绕。转子布置在定子内部。当旋转电机运转时，转子绕它的轴线旋转，磁通通过经过定子的绕组而在相邻的磁极(具有相应的相反磁性)之间循环。布置在磁极之间且由爪部构成的磁体用于防止磁通从一个极直接通到另一个极，而不经过定子。实际上，磁通从一个极不经过定子而通到另一个极的该泄漏影响输出，并降低旋转电机的功率性能。实际上，从一个爪部直接通到另一个爪部而不经过定子的磁通不参与电机的运转。极间磁体的使用使得可以限制这些泄漏。已知具有大体平行六面体形状的极间磁体。它们中的每一个放置在转子的两个相邻爪部之间，每一个爪部分别属于两个磁轮中的一个。这些极间磁体借助钩部或通过两个槽(或肩部)被保持，每一个槽(或肩部)设置在爪部的相对的侧边缘中的一个上，磁体位于所述爪部之间。在旋转电机必须提供大功率量的应用中，使用大量这些磁体是必不可少的。由于制成它们的原材料的成本，例如，稀土或铁氧体，这些极间磁体成为转子的成本的主要部分。这些是用于这些磁体的原材料的受限量的主要根源，且它们的开采是受到控制的。原材料因此易受金融投机影响，这已经使得它的价格水平上升。另外，由于磁体的存在可以破坏旋转电机相对于它的旋转轴线的机械平衡，它们的使用不是普遍的，因为这使得转子的机械平衡有问题，而使过程复杂化。铁氧体的重量是稀土的重量的两倍。
发明内容
本发明的目的是通过优化旋转电机的设计来改善该情形，以便减少与磁体在这些电机的转子中的使用相关的成本。为了该目的，根据本发明的第一方面，提出了一种旋转电机的转子，其具有一轴线，所述转子可以绕该轴线旋转，且可以绕所述转子设置定子。该转子包括两个磁轮，每一个磁轮具有一系列极性爪部，所述爪部根据轴向方向延伸。这些爪部在垂直于轴线的平面上具有基本上梯形的横截面，并从磁轮的外径向端部沿另一磁轮的方向延伸。磁轮布置为使得磁轮的每一个爪部位于另一磁轮的两个相继极性爪部之间。磁性组件可以设置在至少部分极间空间中。每一个磁性组件包括至少一个磁体。至少两个磁性组件具有分别不同于彼此的磁体级别。因此，可以设计电机的转子，其从电和成本的角度被优化。实际上，可以达到例如被供应的电流强度(在被供应的电力方面等)的目标的非常近似程度，同时限制要用于该目的的磁体的成本。例如，根据第一级别的磁体的磁性组件(其是高效的且因此昂贵的)用于达到目标的非常近似程度，随后，完成和实现转子通过根据较不昂贵的第二级别的磁体的磁性组件来完成的目标。例如，至少两个磁性组件由两个不同级别的磁体构成,所述两个不同级别至少从铁氧体材料、稀土材料和招镇钻合金(招、镇、钻)材料中选择。还例如，每一个磁性组件包括单个磁体。
根据一些实施例，至少第一组磁性组件(包括相同级别的至少两个磁性组件)具有在极间空间中基本上均匀分布的角位置。因此，即便存在具有不同级别和密度的磁性组件，转子在其旋转运动中仍然是机械平衡的。例如，具有相同级别的磁体的至少两个磁性组件在垂直于转子的旋转轴线的横向平面上布置在相对于转子的旋转轴线基本上对称的位置中。根据其他实施例，至少第二组磁性组件(包括具有相同级别的至少两个磁性组件)具有在极间空间中基本上不均匀分布的位置，并包括用于转子相对于转子的旋转轴线机械平衡的装置，所述装置设计为补偿由磁性组件的分布产生的不平衡。例如，平衡装置包括转子中的孔或添加到转子上的材料中的至少一种。根据本发明的第二和第三方面，提供了包括根据第一方面的转子的交流发电机和交流发电机起动器。
通过阅读以下仅作为例子和参考附图给出的描述将更好地理解本发明，在附图中图I是根据一个实施例的转子的纵向横截平面的视图；图2是根据一个实施例的转子的透视图；图3、4、5a、5b和5c是根据一些实施例的转子的径向横截平面的视图；图6是示出根据一个实施例的转子和根据现有技术的转子的性能的图表；和图7和8示出根据一些实施例的机械再平衡装置。
具体实施例方式参考图I描述根据本发明的实施例的转子。该转子包括至少一个对称轴线X。该轴线对应于转子的旋转轴线。在本发明中，“轴向方向”和“径向方向”因此表示诸如由图I中的箭头“A”和“R”分别指示的方向。图I中的转子10可以用在旋转电机中，诸如多相类型的交流发电机，用于具有热机的机动车辆。交流发电机可以是可逆的，并可以操作为具有交流发电机模式和电马达模式的交流发电机起动器，特别是以便起动车辆的热机。转子10与中央轴11 (已知为转子轴)一体旋转。在旋转电机中的安装结构中，转子布置在定子(未示出)中，所述定子围绕转子。转子10制成为具有爪部的转子的形式，包括两个磁轮12a、12b,所述磁轮12a、12b在该情况下轴向地并置。每一个轮具有横向凸缘13，所述凸缘13具有环形形状。该横向凸缘在它的外周边上设置有极性爪部14，所述爪部基本上轴向地延伸。两个磁轮由它们各自的芯部20a和20b联接。芯部20a (或20b)具有基本上圆柱形的形状，并从轮12a (或12b)的横向凸缘13根据转子的轴线方向朝向另一磁轮12b (或12a)延伸。环形间隙存在于极性爪部14的外周表面和定子的本体的内周边之间。它对应于极性爪部的外端部和定子的内端部之间的径向距离。爪部14具有横向横截面，S卩，在垂直于转子的轴线的横截平面 上，其具有大体梯形或三角形形状。每一个磁轮12a、12b的爪部轴向地面朝另一磁轮12a、12b的凸缘13。另夕卜，一个磁轮12a、12b的爪部14进入存在于另一磁轮12a、12b的两个相邻爪部14之间的空间中。因此，磁轮12a、12b的爪部14被叠盖。图2示出磁性组件15、16、17、18，所述磁性组件15、16、17、18布置在两个叠盖的爪部之间，每一个爪部属于一磁轮。在图2的实施例中，每一个磁轮包括八个爪部。等同地，在其他实施例中，可以设置不同数量的爪部，譬如，例如六个爪部。这些磁性组件的插入可以根据本领域技术人员已知的技术实施，诸如爪部的侧表面上的轴向槽(或肩部)。例如，磁性组件16插入到分别设置在转子的爪部14和19的槽(或肩部)中，使得磁性组件与磁轮12b的爪部14和与另一磁轮12a的叠盖爪部19两者均接触。图3、4、5a、5b和5c不出在具有两个磁轮的转子中的磁性组件的多种布置,每一种布置具有例如六个爪部。这些图3、4、5a、5b和5c是转子的横截面，其在横截面中呈现-芯部20a ；-磁轮12a的爪部la、2a、3a、4a、5a和6a，芯部20a属于该磁轮12a;和-相对的磁轮12b的爪部lb、2b、3b、4b、5b和6b。磁轮12a的爪部示出为横截面大于为磁轮12b的爪部示出的横截面，这是由于横截面(转子根据该横截面被标示)是在磁轮12a中的横截面，且还因为爪部具有梯形形状。在图3、4、5a、5b和5c中，插入在爪部之间的磁性组件由单个磁体构成。可以设置包括其他元件的磁性组件，例如，用于磁体保持的精炼纯金属板、保持钩等。在图3中，四个铁氧体磁体A1、A2、A3和A4分别布置在爪部Ia和lb、2b和3a、4a和4b,5b和6a之间。另外，八个稀土磁体A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11和A12分别布置在爪部 Ib 和 2a、2a 和 ab、3a 和 3b、3b 和 4a、4b 和 5a、5a 和 5b、6a 和 6b、6b 和 la 之间。具有相同级别的磁体成对地布置在转子的轴线的两侧。另外，具有相同级别的磁体具有绕转子的圆周规则地分布(均匀地分布)的位置。在图4中，六个铁氧体磁体BI、B2、B3、B4、B5和B6分别布置在爪部Ia和lb、Ib和2a、3a和3b,3b和4a、5a和5b、5b和6a之间。另外，六个稀土磁体B7、B8、B9、BIO、Bll和Β12分别布置在爪部2a和2b,2b和3a、4a和4b,4b和5a、6a和6b,6b和la之间。在图4中的配置中，具有相同级别的磁体没有成对地布置在转子轴线的两侧。但是，具有相同级别的磁体组具有绕转子的圆周规则地分布(均匀地分布)的位置。在图3和4的配置中，保持了磁性组件的重量的良好分布，因此转子绕其轴线的旋转运动不被破坏。极间空间不需要全部被填充，譬如，例如，在图5a的配置中。在该配置中，两个铁氧体磁体Cl和C2分别布置在爪部2b和3a以及5b和6a之间。六个稀土磁体分别布置在爪部Ia和IbUb和2a、2a和2b、4a和4b、4b和5a、5a和5b之间。在爪部3a和3b、3b和4a、6a和6b、6b和la之间没有布置磁体。尽管磁体绕转子不规则分布，但是可以保持良好的性能水平。
为了示出这些性能水平，下面的表I使得可以针对转子的不同旋转速度来比较-首先，由根据现有技术的转子供应的电流的强度，其中，所述转子具有两个磁轮，每一个磁轮具有六个爪部和八个稀土极间磁体；和-其次，由具有相同数量的爪部以及具有六个稀土极间磁体和两个铁氧体极间磁体的转子供应的电流的强度，所述磁体根据称为A、B和C的三个配置而布置。配置A对应于图5a所不的磁体的布置。图5b所示的配置B是配置A的变化例并对应于-两个铁氧体磁体Cl和C2分别布置在爪部Ib和2a以及5a和4b之间；-在爪部3a和3b、3b和4a、6a和6b、6b和Ia之间没有磁体；和-稀土磁体布置在其他极间空间中。图5c所示的配置C是配置A的另一变化例并对应于-两个铁氧体磁体Cl和C2分别布置在爪部Ib和2a以及2a和2b之间；-在爪部3a和3b、3b和4a、6a和6b、6b和Ia之间没有磁体；和-稀土磁体布置在其他极间空间中。
速度供应的电流(A)
根据现有技术的根据布置A的根据布置B的根据布置C的
(rpm) 转子(A)______转子
1800 ~125121.7 — 122.9122.1
2000 ~138136.5 — 137.5137
3000 '171171.1 — 171.6171.9
4000 ~ 183.2183.2 — 183.4184
5000 ~ 192.3193.2 — 193.3193.7
6000196.8198.4 — 198.7 ~ 198.3
8000203.42047205.2205表I阅读该表使得可以确定，平均起来，性能的差异小于1%。根据所述实施例的转子因此具有等同于根据现有技术的转子的性能水平。根据转子的速度的被供应的电流的发展由图6中的图表示出。曲线60表示由根据现有技术的转子供应的电流的发展，曲线61表示由根据配置A、B和C的转子供应的电流的平均值的发展。根据本发明的一个方面，减少了转子的制造成本。
在提交本申请的时候，通常用作极间磁体的稀土磁体要花费约O. 40欧元，通常用作极间磁体的铁氧体磁体要花费约O. 09欧元。因此，根据现有技术的转子的极间磁体的原材料的成本为8 X O. 40=3. 60欧元，根据所述实施例的转子的原材料的成本为6 X O. 60+2 X 0.09=2. 58欧元。在该情况下，本发明使得可以节省28. 3%。本发明因此允许非常大的节省，特别是在转子的量产中。表I还使得可以确定磁体的布置的配置对转子的性能几乎没有影响。因此，可以选择磁体的规则分布，以便获得转子的良好的机械性能。但是，例如为了简化磁体插入方法，还可以选择非规则分布(譬如图5c中的分布)。在非规则分布的情况下，随后可以设置转子的再平衡装置，以便不减低它的机械 性能。 该类型的再平衡装置由图7和8示出。图7示出在包括例如八个爪部的轮12a的凸缘中孔70和70制造在支撑磁体15和16的爪部的位置处。因此，钻孔移出的材料补偿磁体的重量的存在。在不同实施例(未示出)中，当具有不同重量的磁体相对于转子的对称轴线对称地安置时，孔设置在支撑最重磁体的爪部的位置处。孔还可以设置在转子的其他部分中，譬如，例如爪部中或未示出的其他元件中。图8示出材料的添加，例如通过焊接添力口。两个兀件80和81 (例如用金属制成)在相对于磁体15和16基本上对称的位置中焊接到轮12a的凸缘上。在不同实施例中，材料可以添加在支撑具有一重量的磁体的爪部的位置处，所述重量小于相对于转子的对称轴线对称地布置的磁体的重量。材料可以被添加到转子的未示出的元件上，譬如，例如风扇，以便补偿磁体15和16的重量。在当前详细的说明书和图中已经描述和示出了本发明。本发明不限于所述实施例。通过阅读本说明书和附图，本领域技术人员可以推断和实施其他变化例、实施例和所述实施例的组合。在阅读本说明书时，本领域技术人员将理解本发明的许多实施例是可行的。可以组合之前描述的多个实施例。另外，在阅读本说明书时，本领域技术人员将能够推断磁性组件在极间空间中的分布的其他配置。在权利要求中，术语“包括”不排除其他元件或其他步骤。不定冠词“a”不排除多个。可以使用单个处理器或多个其他单元，以便实施本发明。可以有利地组合所描述和/或要求保护的不同特征。它们在说明书或在各从属权利要求中的出现不排除该可能性。附图标记不被理解为限制本发明的范围。
权利要求
1.一种旋转电机的转子(10)，具有ー轴线，所述转子可以绕该轴线旋转，并且定子可以绕所述转子设置，所述转子包括 两个磁轮(12a，12b)，每ー个磁轮具有一系列极性爪部(14)，所述爪部根据轴向方向延伸，并具有在垂直于轴线的平面上的基本上为梯形的横截面，这些极性爪部从所述磁轮(12a)的外径向端部沿另ー磁轮(12b)的方向延伸，所述磁轮布置为使得，一个磁轮的每ー个爪部(14)位于存在于另ー磁轮的两个相继的极性爪部之间的极间空间中，且其中 在至少部分极性空间中，设置有磁性组件(Al，. . .，12，B1，. . .，B 12，Cl，C2)，每ー个磁性组件包括至少ー个磁体， 其特征在于，至少两个磁性组件具有分别不同于彼此的磁体级别。
2.根据权利要求I所述的转子，其中，至少两个磁性组件由两个不同磁体级别构成，所述两个不同磁体级别至少选自铁氧体材料、稀土材料和铝镍钴合金材料。
3.根据前述权利要求中的任ー项所述的转子，其中，每ー个磁性组件包括单个磁体。
4.根据前述权利要求中的任ー项所述的转子，其中，包括相同级别的至少两个磁性组件的至少ー个第一组磁性组件(A5-A6，A7-A8, A9-A10, A11-A12)的磁性组件具有在极间空间中基本上均匀分布的角位置。
5.根据权利要求I至3中的任ー项所述的转子，其中，具有相同级别的磁体的至少两个磁性组件(A1-A3，A2, A4)在垂直于转子的旋转轴线的横向平面上布置在相对于转子的旋转轴线基本上対称的角位置中。
6.根据前述权利要求中的任ー项所述的转子，其中，包括具有相同级别的至少两个磁性组件的至少第二组磁性组件(B1-B2，B3-B4, B5-B6)具有在极间空间中基本上不均匀分布的位置，并包括用于转子相对于转子的旋转轴线机械平衡的装置(70，71，80，81)，所述装置设计为补偿由磁性组件的分布产生的转子的不平衡。
7.根据权利要求6所述的转子，其中，平衡装置包括转子中的孔或添加到转子上的材料中的至少ー种。
8.ー种交流发电机，包括根据前述权利要求中的任ー项所述的转子。
9.ー种交流发电机-起动器，包括根据前述权利要求中的任ー项所述的转子。
全文摘要
本发明涉及具有爪形极的旋转电机的转子，所述电机包括多个极间磁性组件，所述多个磁性组件具有包括不同磁体级别的至少两个磁性组件。
文档编号H02K1/27GK102859843SQ201180020413
公开日2013年1月2日 申请日期2011年3月18日 优先权日2010年4月23日
发明者M.卡迪里, S.德森克洛斯 申请人:法雷奥电机设备公司