转子和磁阻马达的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于同步机械尤其磁阻机械的转子，包括建造成柱状的软磁元件，其中，软磁元件具有凹处以用于构造磁通量屏障，其形成偶数数量的凸的磁极，其中，至少一个凹处至少部分地填充有抗磁的或顺磁的介质。此外，本发明涉及用于制造此类转子的方法以及转子的使用。此外，本发明的对象为磁阻马达，尤其同步磁阻马达，其使用根据本发明的转子。
【专利说明】转子和磁阻马达
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于同步机械(Synchronmaschine)尤其磁阻机械(Reluktanzmaschine)的转子,包括建造成柱状的软磁元件，其中，软磁元件具有凹处以用于形成磁的通量屏障(Flusssperre),其形成偶数数量的凸的(ausgeprjigt)磁极。
【背景技术】
[0002]通常，用于同步磁阻机械的转子配备有柱状的软磁元件，其布置成同轴于转子轴线。为了构造至少一个极对或空隙对(LUckenpaar)，软磁元件包括通量传导以及通量屏蔽区段，其相互的不同之处在于不同强度地显示出的磁的渗透性(Permeability)。已知将带有大的导磁性的区段称为转子的d轴，而将带有相对更小的传导能力的区段称为转子的q轴。如果d轴具有尽可能大的导磁性且q轴具有尽可能低的导磁性，则出现最佳的转矩利用。
[0003]该前提通常通过在软磁元件中沿着q轴构造利用空气来填充的多个凹处来实现，由此在q轴的方向上阻挡磁通量，且因此降低渗透性。紧接着将如此建造的软磁元件安装到转子轴上且沿轴向以及沿切向进行固定。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于如此继续改进用于同步机械尤其用于磁阻机械的这种凸的转子，以便沿着d轴和q轴优化不同强度地显示出的磁的渗透性的情况。此外，本发明的目的在于继续改进此类转子的构造，以便尤其简化其制造。
[0005]为了实现该目的，提出带有权利要求1的特征的转子。根据本发明的转子的其他的有利的实施方案为从属权利要求2至10的对象。
[0006]为了实现该目的，现在设置成，代替空气，在建造成柱状的软磁元件中的至少一个凹处至少部分地利用抗磁的或顺磁的介质来填充。尤其通过代替空气选择抗磁的介质可放大在q轴和d轴之间的渗透性的差。
[0007]优选地，凹处完全利用抗磁的介质来充填。尤其软磁元件的所有的凹处可完全利用抗磁的或顺磁的介质来充填。此处，如果所有的抗磁的或顺磁的介质为仅仅唯一的构件，这是尤其有利的。
[0008]此外，根据本发明的抗磁的或顺磁的介质还可用作用于建造转子的结构元件。在这种情况下，抗磁的或顺磁的介质为用于容纳软磁元件的承载介质，其中，介质作为载体的功能尤其在单件地实施抗磁的或顺磁的介质的情况下是有利的。优选地，软磁元件可借助抗磁的或顺磁的承载介质非常简单地在轴向方向上固定在转子轴上。
[0009]由现有技术已知的用于将此类软磁元件固定在转子轴上的金属的端盘是多余的且可完全通过所使用的抗磁的或顺磁的介质来代替。端盘尤其可在柱状的软磁元件的端面处由抗磁的或顺磁的介质形成，其用于将软磁元件在轴向方向上固定在转子轴上。
[0010]根据本发明的转子的优选的实施方案使得能够实现软磁元件的磁的屏障作用以及轴向的固定通过唯一的构件(抗磁的或顺磁的承载介质)来实施。因此，抗磁的或顺磁的承载介质与软磁元件一起形成根据本发明的复合转子(Verbundrotor)的两个仅有的零件。
[0011]在根据本发明的转子的一优选的实施方式中，软磁元件为成叠板(Blechpaket)，其如由现有技术已知的那样由在转子的轴向方向上彼此堆叠的多个板来建造。这种结构类型防止在软磁元件中出现涡流。备选地，根据粉末冶金方法提供所使用的软磁元件的制造方案。
[0012]成叠板包含单独的板片(Blechschnitte),其中，每个个体沿着q轴具有利用抗磁的或顺磁的介质填充的多个通量屏障。尤其根据文献U.S.5 818 140提供成叠板的建造方案，关于这点，明确参考该文献。于是，根据本发明的教导，代替空气，相应的凹处(即，形成的通量屏障)利用抗磁的或顺磁的介质来填充。
[0013]优选地，成叠板的至少两个相邻的板可在轴向方向上布置成彼此间隔开。在这种情况下，在相邻的板片之间的形成的间隙可至少部分地通过抗磁的或顺磁的介质来填充。转子的该优选的结构类型提高转子在运行中的稳定性。作用到马达上的出现的径向力由抗磁的或顺磁的承载介质吸收。不必需在单独的板中的通常所使用的径向的支承肋，迄今在确定的实施方案中需要该支承肋以用于沿径向加固成叠板。
[0014]优选地，抗磁的或顺磁的承载介质以连续的方式填充在单独的板之间的形成的所有柱状间隙。
[0015]可实现以有规律的间隔在成叠板的轴向方向上相应彼此间隔开地布置两个板，以便提供用于抗磁的或顺磁的介质的附加的空间。
[0016]同样可考虑两个相邻的板的间隔开的布置通过插入间隔元件来实现。优选地，使用环状的间隔元件，其中，在径向方向上处在间隔元件之上的间隙通过抗磁的或顺磁的承载介质来填充。
[0017]还可考虑软磁元件的经修改的板片，其中，软磁元件的在q轴的区域中在外围处缺乏的切向的部分通过抗磁的或顺磁的介质来变完整。因此，软磁元件的成为实心柱体所缺乏的空间部分同样通过抗磁的或顺磁的载体材料形成。
[0018]在相应两个相邻的凹处之间沿着软磁元件的q轴存在软磁元件部件，其通常导磁地彼此连接。在本发明的一种特别优选的实施方案中，形成在相应两个通量屏障之间的起传导作用的软磁元件部件并未导磁地彼此连接。由此进一步放大沿着d轴和q轴的渗透性的差别。在这种情况下，磁的元件的径向的和轴向的固定完全通过抗磁的或顺磁的载体材料来承担。
[0019]优选地，所使用的抗磁的或顺磁的介质包括聚合物和/或热固性塑料和/或陶瓷和/或玻璃和/或木料。
[0020]此外，本发明涉及用于制造根据上述描述的实施方式的转子的方法。根据本发明，在第一方法步骤中，建造柱状的软磁元件，且在第二方法步骤中，借助于成型加工方法在所建造的软磁元件中或围绕所建造的软磁元件引入或安装抗磁的或顺磁的介质。
[0021]例如，在软磁元件实施为成叠板的情况下，在第一方法步骤中，使多个相同的板在轴向方向上彼此堆叠。在第二方法步骤中，将抗磁的或顺磁的介质借助于成型加工方法尤其注射成型引入到单独的板的凹处中，其中，必要时同样用于将成叠板固定在转子轴上的端盘由抗磁的或顺磁的介质形成。如果所必需的抗磁的或顺磁的介质完全在浇注中放入到成叠板中且因此仅呈现出唯一的构件，这是适宜的。延伸通过成叠板的抗磁的或顺磁的介质不仅承担磁的屏障作用，而且承担成叠板的轴向的固定。在与成叠板相互作用时，所产生的复合转子仅由两个单独的零件来建造。
[0022]类似地，根据本发明的转子的制造基于根据粉末冶金方法制成的材料。事先通过该材料复制柱状的软磁元件的所期望的形状，其中，在此同样设置有相应的凹处。在第二方法步骤中，利用抗磁的或顺磁的介质来填充凹处。
[0023]此外，本发明涉及尤其根据上述有利的实施方式中的一种的根据本发明的转子在磁阻机械尤其同步磁阻机械中的使用。
[0024]此外，本发明涉及磁阻马达，尤其同步磁阻马达，其配备有尤其根据上述有利的实施方式中的一种的根据本发明的转子。磁阻马达明显具有同根据有利的实施方式中的一种的根据本发明的转子一样的特性和优点，因此在此取消再一次的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面借助多个图解的图示阐述本发明的其他的特征和细节。其中:
图1至4相应以不同的实施方式显示了根据本发明的转子的所使用的成叠板的板片的不同的部段，
图5和6根据在图1至3中示出的实施方式显示了根据本发明的转子的侧视图，以及图7显示了根据本发明的转子的另一实施方式的部段。
【具体实施方式】
[0026]图1显示了用于磁阻马达的根据本发明的转子的板片的一个象限。为了简化图示，未绘出定子。转子片I具有多个凹处2，凹处承担通量屏障的功能且通过其的布置形成四极的转子，其磁通量在带有通量屏障2的区域中被阻挡。通常，带有高的导磁性的区域表示为d轴，而低的导磁性的区域表示为q轴。为了澄清，应说明板片的其余的象限构造成与示出的象限相同。
[0027]带有所显示的板片的多个转子片I在转动轴线5的方向上堆叠成成叠板，其固定在转子轴3上。
[0028]根据本发明，代替空气，在单独的凹处2中放入抗磁的或顺磁的介质11，其例如包括聚合物和/或热固性塑料和/或陶瓷和/或玻璃和/或木料。通过选择抗磁的介质可提高沿着两个轴线d、q的渗透性的差。此外，所放入的抗磁的或顺磁的介质用作承载介质，其容纳单独的堆叠的成叠板且固定在转子轴3上。
[0029]介质11还可发泡，以便降低其惯性且因此改善转子的运转性能。同时，通量屏障的金属涂层可实现更好的通量弓I导。
[0030]在图5中显示了根据本发明的转子的侧视图，其中，成叠板4由根据图1的多个单独的板片I组成。成叠板4总地呈现出柱状形状，其中，在成叠板4的轴向方向上在端侧相应布置有端盘6,其同样由抗磁的或顺磁的介质11制成。端盘6用于在转子轴线5的方向上将成叠板4固定在转子轴3上。
[0031]如果抗磁的或顺磁的介质11为唯一的统一的构件，其延伸通过单独的堆叠的板片I的所有的凹处2且附加地形成两个端盘6，这尤其有利。因此，根据本发明的转子仅包括两个零件，即抗磁的或顺磁的承载介质11以及成叠板4，其中，承载介质11不仅承担磁的阻挡作用，而且承担成叠板4沿着转子轴线5的轴向的固定。
[0032]如可由图1得悉的那样，在其中示出的板片具有径向的支承肋7，其以转子轴3为起点在径向方向上分割第一凹处2a。在确定的实施方式中需要此类径向的支承肋7以用于沿径向加固成叠板4。
[0033]在根据图2的实施方式中，取消此类径向的支承肋7。对此的前提是，代替支承肋，作用到成叠板4上的径向力可通过抗磁或顺磁的承载介质11来吸收，以便引起转子的足够的稳定性。为此，板I的轴向的堆叠部以有规律的间距通过带有可限定的外径的环状的间隔元件9(参见图6a)打断。因此，在径向方向上在间隔元件9之上提供有用于抗磁的或顺磁的承载介质11的附加的空间。
[0034]图6a显示了成叠板4的子区段的侧视图，其中，阐述了根据图2的实施方式的单独的板片I。此外，可识别出两个单独的间隔环9，相应两个相邻的板片I’、1""彼此间隔开地布置在转子轴线5上。
[0035]在径向方向上形成在间隔元件9之上直至成叠板4的外围的柱状空间完全通过抗磁的或顺磁的介质11来填充，直到该介质以相邻的板片I’、1""的外径结束。
[0036]图6b以侧视图显示了由根据图2的板片I形成的转子。抗磁的或顺磁的介质11使转子的柱状形状变完整。
[0037]图3显示了带有修改的板片I的根据本发明的转子的另一可能的实施方式。在这种情况下，在q轴附近的外围处的切向的片部分12完全空出。对于实心柱体缺乏的空间部分在此通过抗磁的或顺磁的载体材料11来补充。组合成的复合转子的侧视图相应于图6b中的图象。
[0038]在图4中可看出板片I的另一修改方案。除了根据图3的切向的片部分12的凹处之外，还在沿着q轴的单独的可导磁的转子元件14之间的外围处空出片部分13。因此，转子沿着q轴包括多个单独的磁元件14，其彼此不导磁地相连接，但仍然由单个板组成。由此进一步减少沿着q轴的渗透性且有利地提高相对于d轴的差。板片I或成叠板4的软磁材料的径向的和轴向的固定完全由抗磁的或顺磁的载体材料承担。
[0039]由图7可得悉图4的实施例的修改方案。与图4的不同之处在于单独的可导磁的转子元件14都成排地具有榫状部20、21，其接合到载体材料11中的相应的凹处中以用于形成形状配合。
[0040]榫状部可构造为用于形成燕尾槽式连接的梯形榫状部20或具有用于形成形状配合的其他合适的形状，例如锯齿状或三角形的形状21。不言而喻，榫状部20、21和凹处的构造方案可交换地或交替地布置在载体材料11和转子元件14处。
[0041]可补充地添加的是，根据本发明的转子的图1至4的单独的实施方式变型方案可容易地通过使用根据粉末冶金的制造方法制成的材料实施为软磁元件。根据图1至6的单独的成叠板4的形状可完全通过相应的材料仿制。
【权利要求】
1.一种转子，其用于同步机械，尤其用于磁阻机械，包括建造成柱状的软磁元件(1，4)，其中，软磁元件(1，4)具有凹处(2)以用于构造磁通量屏障，其形成偶数数量的凸的磁极，其特征在于，代替空气，至少一个凹处(2)至少部分地利用抗磁的或顺磁的介质(11)来填充。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，抗磁的或顺磁的介质(11)形成单件体。
3.根据上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，抗磁的或顺磁的介质(11)用作软磁元件(1，4)的承载介质且将软磁元件在轴向方向上固定在转子轴(3)上。
4.根据上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，用于在转子轴线(5)的轴向方向上固定软磁元件(1，4)的至少一个端盘￠)由抗磁的或顺磁的介质(11)形成。
5.根据上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，软磁元件(1，4)为成叠板(4)或由粉末冶金制成的材料构成。
6.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，成叠板(4)的至少两个相邻的板在轴向方向上布置成彼此间隔开，且形成的间隙至少部分地通过抗磁的或顺磁的介质(11)来填充。
7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，间隔通过插入间隔元件(9)来保证。
8.根据上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，在软磁元件(1，4)的外围处在q轴的区域中空出的切向的部分(12)通过抗磁的或顺磁的介质(11)来变完整。
9.根据上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，彼此相邻地处在q轴上的至少两个软磁元件部件(14)不导磁地相连接。
10.根据上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，抗磁的或顺磁的介质(11)包括聚合物和/或热固性塑料和/或陶瓷和/或玻璃和/或木料。
11.一种用于制造根据上述权利要求中任一项所述的转子的方法，其特征在于，在第一方法步骤中建造柱状的软磁元件(I)，尤其成叠板(4)或粉末冶金制成的元件，且在第二方法步骤中借助于成型加工方法尤其注射成型在所建造的柱状的软磁元件(1，4)中或围绕所建造的柱状的软磁元件(1，4)引入或安装抗磁的或顺磁的介质(11)。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的转子在磁阻机械中的使用，尤其在同步磁阻机械中的使用。
13.磁阻马达，尤其同步磁阻马达，带有根据权利要求1至10中任一项所述的转子。
【文档编号】H02K15/02GK104205571SQ201380008777
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2012年2月10日
【发明者】D.贡特曼, J.沙布, J.舒勒雷尔 申请人:Ksb 股份公司