专利名称：具有凸极的多极同步电机的转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有高电气性能的同步旋转电机领域，所述同步旋转电机包括定子组件和转子组件，该转子组件绕着旋转轴相对于定子组件枢轴旋转。更特别地，本发明涉及异极型多极同步电机的转子，包括多个凸极和极靴。
背景技术：
一般地，凸极转子具有位于磁路环周界上的场磁极(field pole)。这些转子一般地被用于具有层压极的达到1200r/min和具有实心极的达到1800r/min的低速应用中。
以已知方式，具有凸极的同步电机的转子包括-由磁路环和中心轴形成的中心部分；对于具有小直径的转子而言，磁路的中心轴和环仅形成一个单块；-由中心部分、指定极体或另外极性体以及由周界部分(指定为极靴)形成的凸极或极；每个极在其中心部分处被恒定磁通量通过；另一方面，在处于极靴的水平处的极的表面处，由于在定子狭槽前面的旋转,产生脉冲感应；-围绕每个极体的感应线圈，由一堆绕组形成。同步电机是电机，其输出轴的旋转速度等同于磁场的旋转速度。具有凸极的旋转电机的磁化是通过由围绕极体的感应线圈形成的电感器获得的。旋转电机的总场通量Φ,按照惯例由被电枢(即定子)包围的有用分量(有用通量Ou)和被指定为漏通量Of的分散分量组成。存在于旋转电机中的这些漏磁与电机的几何结构(特别是与极间空间和转子的极数)高度相关。为了减少转子的磁极之间的这些漏磁通量，已知的是-增加两个极之间的空间；在这种情况下，增加旋转电机的体积和重量，这在某些使用领域中(诸如例如在海洋领域中或另外在风能领域中)引起总尺寸的问题；-或者减小安培匝数，转子水平处的泄漏与之成比例，这意味着机器的报废(decommissioning)和因此的相当大的成本增加。旨在限制转子水平处的磁极之间的磁泄露的现有解决方案并不完全令人满意且相对于当前要求(诸如关于旋转电机的总尺寸、成本降低和输出增加的要求)而言不是可行的解决方案。
发明内容
在此背景下，本发明旨在提供一种用于具有凸极的旋转电机的转子，适合于在满足对紧凑性和输出的当前要求的同时通过减少转子的凸极之间的漏磁的通量的影响来改善旋转电机的性能。为此，本发明提出一种多级同步电机的转子，包括多个凸极和磁动势源，所述磁动势源分布在所述凸极的每个上，适合于产生适合于包围定子的电枢的磁通量Φ，由所述磁动势产生的所述磁通量的一部分Φ (指定为漏通量)被分散在所述转子的所述凸极之间；所述转子的特征在于其包括适合于补偿分散在所述凸极之间的所述磁通量Of的泄漏的磁补偿源，所述补偿源尺寸被确定为以便补偿所述漏通量的至少一部分。“适合于补偿磁通量的泄漏”被理解成意指通过产生与磁通量的泄漏方向相反的互补磁通量建立磁平衡(无论是全部的还是部分的)，该互补磁通量(被指定用于补偿)旨在弥补旋转电机的漏磁的至少一部分。磁补偿源的使用允许在给定操作条件下通过利用主磁通量抑制参与极体的基底水平处的转子饱和的漏通量的至少一部分来 有利地限制极体的基底处的磁饱和现象。因此，根据本发明的补偿源的使用通过增加主磁通量达到可允许磁饱和而允许在不修改转子的尺寸的情况下使功率最优化。本发明因此允许通过本征地存在于旋转电机中的磁通量泄漏的全部或部分补偿实现输出(即由旋转电机提供的功率)的最优化。由于本发明，可以在不增加旋转电机总尺寸的情况下产生具有更高性能的旋转电机，其满足对紧凑性和输出增加的当前趋势。应将本发明与单极或伪单极同步电机区别开，其架构和使用需求与具有凸极的同步电机十分不同。事实上，此类机器包括围绕两个盘的整体轴芯的单个励磁线圈，所述盘在其外部周界之上包括一连串齿和狭槽。单独地或根据所有技术上可能的组合来考虑，根据本发明的具有凸极的多级同步电机的转子还可以呈现以下特性中的一个或多个-所述磁补偿源包括永磁体；-所述多个凸极中的每个凸极包括位于所述凸极的任一侧上的一对极尖(破了tip)，所述磁补偿源在极间空间水平处被可拆卸地安装在两个极尖之间；-所述极尖包括凹槽，其形状适合于通过滑动来接收补偿源；-所述凹槽沿着所述极尖是连续的；-凹槽的所述形状和所述补偿源的所述互补形状适合于将所述补偿源径向地保持在离心力的作用下；-所述磁补偿源是由包括至少一个永磁体的补偿块形成的，所述补偿块位于两个凸极之间；-所述补偿块是由布置在所述至少一个永磁体的任一侧上的两个非磁性板形成的；-所述补偿块包括毗邻所述至少一个磁体的软钢的两个垫片，所述垫片的形状适合于与所述极尖的凹槽协作；-所述磁补偿源包括电磁体；-所述磁补偿源包括感应线圈；-所述磁补偿源包括适合于允许冷却液循环的至少一个管道；-所述磁动势源是由围绕每个凸极的感应线圈实现的；-所述磁动势源是由永磁体实现的；-所述转子包括由感应线圈实现的第一磁动势源和由永磁体实现的第二磁动势源。
作为一个目的，本发明还具有包括具有根据本发明的凸极转子的同步电机。
根据下文参考附图以指示方式而非以限制性方式给出的说明，本发明的其它特性和优点将更加显而易见，在所述附图中-图I是根据本发明的同步电机的具有凸极的转子的部分透视图；-图2是根据本发明的具有凸极的转子的通过垂直于转子的旋转轴的平面的部分剖面图；-图3是图I所示的同步电机的具有凸极的转子的磁补偿源的示例的透视图；-图4是图3所示的磁补偿源的顶视图；
-图5是根据图4所示的剖面AA的图3和4所示的磁补偿源的剖面视图；在所有图中，除非另外规定，公用元件带有相同的附图标记。
具体实施例方式图I以透视形式表示同步电机的具有凸极的转子100的部分视图。图I更特别地表示呈现位于两个凸极10之间的空间11 (指定为极间空间)的转子100的一部分，图I仅表示凸极10的一部分。转子100的每个凸极10由被感应线圈3(图2)围绕的也指定为极性体的极体I形成；为了更好地理解图1，在图I中未表示围绕每个极体I的感应线圈3。根据所示实施例，极体I是形成组成同步电机的磁路的极轮的边缘4的整体部分的一块。边缘4优选地是由热安装在轴或轮毂(未示出)上的一堆磁钢片实现的。根据另一实施例，极体I是形成轴的整体部分的实心整体块。根据本发明的另一实施例，极体是实心件或层压件，被用常规固定装置(诸如螺接装置、键或燕尾榫接头)添加并集成在边缘4上或在轴上。感应线圈3是由以一定数目的绕组围绕极体I的圆形或矩形截面的铜导线实现的。转子100的感应线圈3形成转子的电感器并构成适合于产生磁通量φ的磁动势源。极尖2成对地位于极体I的任一侧上并在其整个长度上延伸，在每个极体I上表示了所述对的单个极尖2。成对的极尖2将感应线圈3保持在极体的任一侧上的适当位置。极尖还是极靴组成部分并因此允铁心间隙水平处的磁通量的传播，并且其轮廓被设计为获得接近于正弦波的铁心间隙以便使空间谐波最小化。按照惯例还实现在转子旋转时保持感应线圈3相切以便键入位于极间空间11中的楔形物32。根据本发明的第一有利实施例，极尖2包括适合于与布置在极体I的任一侧上的狭槽6a协作并在极体I的长度上延伸的紧固件6b，因此在极体I的任一侧上形成管道。紧固件6b允许在没有其它固定装置的情况下通过装配和/或通过在极体I的狭槽6a中的滑动来放置极尖2。从极体I的每个末端执行该装配，并且该滑动遵循所述极体I的纵向方向。紧固件6b具有例如钩子的形状。因此，紧固件6b的特定形状允许极尖2的径向保持，并允许封闭在转子旋转时由感应线圈3的离心力引起的应力以及特别地径向分量。根据本发明的另一实施例，极尖形成通过常规集成装置(诸如螺接装置)被添加并集成在极体上的极靴的集成部分。当感应线圈在极体周围被放置就位时，极靴位于极体上。根据本发明的另一实施例,极尖被集成到极靴中，极靴本身被集成到极体,感应线圈被在极体周围放置就位并被径向地夹在极尖的内部面与被拧紧在极体的内部面的周界上形成的外壳中的夹具之间。通过在边缘上拧紧或键入来安装盘绕极组件。根据本发明的转子100还包括适合于产生互补磁动势(fmm)的磁补偿源400，该互补磁动势(fmm)意图至少部分地补偿在感应线圈3产生磁通量Φ时在旋转电机中本征地产生的漏磁通量Of。根据本发明的第一实施例，此磁补偿源包括至少一个电磁体。根据本发明的第二实施例，此磁补偿源包括至少一个互补磁场绕组，该互补磁场绕组不同于由围绕极体的感应线圈形成的磁场绕组。根据本发明的第三特别有利实施例，此磁补偿源包括至少一个永磁体26。根据图中所示的此第三实施例，此补偿源400是由集成了多个永磁体26的多个补偿块20形成的，该补偿块位于转子100的极间空间11的水平处。为此，在其面朝极间空间11的末端水平处，极尖2包括适合于与补偿块20协作的凹槽31。凹槽31的形状是根据补偿块20的形状确定的。例如，可以将凹槽31的形状确定为以便能够在转子已被组装时通过滑动来在两个极尖2之间接收补偿块20。凹槽31的形状被还确定为以便在转子100的旋转期间确保保持补偿块20。图2的细节特别地图示包括此类凹槽31的极尖2之间的补偿块20的组装。根据图I所示的实施例，补偿源400是由三个补偿块20形成的，在图3、图4和图5中特别详细地图示了此类块20。根据本发明的另一实施例，补偿源400是由在转子的整个长度上延伸的单个补偿块形成的。然而，多个补偿块20的使用允许促进补偿源的处理以及安装/拆卸。可以紧密地或以清晰视界的方式对被设置在极尖之间并根据转子的轴向方向被引入的块进行定位，以便实现径向通风。多个补偿块的使用还允许在电机已被安装时(即当转子被组装在定子中时)促进补偿源400的安装/拆卸。如图3、图4和图5所示，补偿块20由以下各项形成-下非磁性板22;-上非磁性板21;-软钢的两个横向垫片23和24；-以及被夹在两个非磁性板21和22之间定位的永磁体26。非磁性板21和22及横向垫片23、24通过螺接装置25集成。根据另一实施例，非磁性板21和22及横向垫片23、24通过铆接或另外通过胶合集成。有利地，永磁体26是当前尺寸的标准化基本块。此类基本块的使用因此允许降低补偿源400的生产成本。永磁体26鉴于转子的极性位于两个非磁性板21和22之间。在图2的详图中表示了根据转子的极性的永磁体26的定位示例。永磁体26有利地被胶合在非磁性板21、22上。永磁铁26的尺寸和更特别地磁体26的厚度被根据期望的磁通量的泄漏的补偿程度而修改。因此，根据期望和需要，可以完全地或仅部分地补偿转子水平处的磁通量的泄漏。横向地毗邻补偿块20的软钢的垫片23、24分别呈现外部面23e、24e，其几何结构适合于通过在被布置在极尖2的周界部分中的凹槽31中的滑动来装配。外部面23e、24e相对于转子100的径向轴呈现斜剖面并因此形成开角α。有利地，由两个垫片的外部面形成的开角α被确定为以便确保在转子100旋转时的补偿块20在极尖2之间的位置的保持。开角α还取决于转子上的凸极10的数目。 举例来说，用于包括12个凸极的转子的图中所示的开角α约为30°。软钢的垫片23、24的使用还允许扩展极尖2，垫片23、24随后参与极尖(其为极靴的集成部分)的功能，即改善铁心间隙中的感应波形以便使感应谐波比最小化。已经描述的实施例有利地允许通过在极间空间11的水平处在极尖2之间进行滑动进行补偿源400的快速安装和/或拆卸。因此在已安装转子上或另外在已安装电机上(即被引入定子中的转子)可以进行补偿源400的安装和拆卸操作。后一种可能性还允许克服将装配有永磁体的转子安装在定子内部的问题。根据本发明的另一简化实施例(未示出)，补偿源是由被集成在非磁性支撑板上的永磁体26形成的。如前所述，可以通过在为此目而提供在极尖中的凹槽中滑动而将如此构成的组件插入。通过滑动安装补偿源400的方式还具有改善就地维护的优点。实际上，如果需要拆卸转子以进行维护，则补偿源将被首先拆卸，从而促进转子的去除以及当然的其重新安装。补偿源400尺寸被确定为使得在没有在转子上就位的此补偿源存在的情况下，旋转电机仍能够以或多或少地劣化的方式运行。根据本发明的另一实施例，补偿源400可以包括适合于允许冷却液循环的孔口或管道。因此，在转子100旋转时，环境空气或周围的冷却液体进入极间空间11，以在布置于补偿源水平处的孔口或管道的水平处重新出现。还可以在此空间11的进口处布置风扇，以便产生冷却液的循环通量或增加由转子100的旋转产生的自然循环通量。根据第一示例性实施例，补偿块可以包括有利地分布在转子的长度上的横穿孔口。这些孔口因此允许冷却液以径向方式循环，从极间空间11朝着转子100的外部(即朝着极间空间和旋转电机的定子)，因此改善了感应线圈和定子绕组的冷却。根据第二示例性实施例，例如通过在两个补偿块之间产生空间或另外通过在补偿块的纵向末端的水平处实现狭槽，可以将管道或孔口布置在不同补偿块的接合处的水平处。因此，作为一个目的，本发明实现具有凸极的同步电机的多极转子，其允许例如在不修改旋转电机的体积的情况下改善其输出，或另外相对于常规旋转电机(具有相同的转子电流密度和通量密度)而言改善所供应的功率。最后，根据本发明的具有凸极的转子允许在没有特殊工具情况下简单且快速地安装互补补偿源。极尖和补偿源的精巧形式允许快速且容易的安装，并且同时允许停机期间和转子旋转期间的感应线圈的维护。另外，根据本发明的具有凸极的转子还可以在没有补偿源的情况下在劣化的条件下运行。已经实质上描述了包括作为磁动势源的感应线圈的同步 电机的具有凸极的多极转子；然而，本发明还适用于包括由永磁体形成的磁动势源的同步电机的具有凸极的多极转子或另外包括由永磁体和由感应线圈形成的两个磁激励源的同步电机。
权利要求
1.一种包括多个凸极(10)和分布在所述凸极的每个上的磁动势源(3)的多极同步电机的转子，所述磁动势源(3)适合于产生适合于包围定子的电枢的磁通量(Φ)，由所述磁动势源产生的所述磁通量(Φ)的一部分(Φ^，即漏通量，被分散在所述转子(100)的所述凸极(10)之间； 所述转子的特征在于其包括适合于补偿被分散在所述凸极(10)之间的磁通量(Of)的泄漏的磁补偿源(400)，所述补偿源尺寸被确定以便补偿所述漏通量的至少一部分。
2.根据前述权利要求所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述磁补偿源(400)包括永磁体(26)。
3.根据前述权利要求之一所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述多个凸极(10)中的每个凸极包括位于所述凸极(10)的任一侧上的一对极尖(2)，所述磁补偿源(400)在极间空间(11)的水平处被以可拆卸方式安装在两个极尖(2)之间。
4.根据前述权利要求所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述极尖(2)包 括凹槽(31)，其形状适合于通过滑动来接收所述补偿源(400)。
5.根据前述权利要求所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述凹槽(31)是沿着所述极尖(2)连续的。
6.根据权利要求5至6中之一所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述凹槽(31)的所述形状和所述补偿源(400)的互补形状适合于将所述补偿源(400)径向地保持在离心力的作用下。
7.根据前述权利要求之一所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述磁补偿源(400)是由包括至少一个永磁体的补偿块形成的，所述补偿块(20)位于两个凸极(10)之间。
8.根据权利要求7所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述补偿块是由被布置在所述至少一个永磁体(26)的任一侧上的两个非磁性板形成的。
9.根据权利要求7至8之一所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述补偿块包括毗邻所述至少一个磁铁(26)的软钢的两个垫片(23，24)，所述垫片(23，24)的形状适合于与所述极尖(2)的凹槽(31)协作。
10.根据权利要求I所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述磁补偿源包括电磁铁。
11.根据权利要求I所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述磁补偿源包括感应线圈。
12.根据前述权利要求之一所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述磁补偿源(400)包括适合于允许冷却液循环的至少一个管道。
13.根据前述权利要求之一所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述磁动势源是由围绕每个凸极(10)的感应线圈实现的。
14.根据权利要求I至12之一所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于所述磁动势源是由永磁体实现的。
15.根据权利要求I至12之一所述的多极同步电机的转子(100)，其特征在于其包括由感应线圈实现的第一磁动势源和由永磁体实现的第二磁动势源。
16.一种包括根据前述权利要求之一所述的具有凸极(10)的转子(100)的同步电机。
全文摘要
本发明涉及具有凸极的多极同步电机的转子。根据本发明的具有凸极的多极同步电机的转子包括多个凸极(10)和分布在所述凸极的每个上的磁动势源(3)，其适合于产生适合于包围定子的电枢的磁通量(Φ)，由所述磁动势源产生的所述磁通量(Φ)的一部分(Φf)，指定为漏通量，被分散在所述转子(100)的所述凸极(10)之间；所述转子的特征在于其包括适合于补偿被分散在所述凸极(10)之间的磁通量(Φf)的泄漏的磁补偿源(400)，所述补偿源尺寸被确定为以便补偿所述漏通量的至少一部分。
文档编号H02K1/27GK102856996SQ201210229658
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者B·阿马尔, P·勒图尔纳 申请人:热蒙电力公司