转子以及用于制造转子的方法与流程

本发明涉及转子，特别地涉及磁阻马达的转子，及其制造方法。

背景技术：

凸极转子设计具有简单且刚性的结构，但具有导致性能较差的低凸极比。轴向层叠的转子设计具有良好的凸极比和性能，但是因轴向层叠导致的涡流损耗较大。然而，对于工业制造而言，至少对于四极电机的工业制造而言，机械设计极其复杂，其中，片材必须被弯曲并用螺栓连接。然而，轴向层叠的两极电机更容易制造，因为电气片材是直的。轴向层叠的两极结构也可以通过爆炸接合来产生。

在实践中，横向层叠的转子设计对于工业制造而言是最佳选择，因为与轴向层叠的结构相比，类似的片材可以被容易地冲压并且转子中的材料损耗可以减少。然而，横向层叠的转子设计因抵抗高离心力的耐久性低以及不同的转子方向上的磁导率问题而没有被用于高速应用。因此，存在改进的需求。

技术实现要素：

本发明试图提供一种改进。根据本发明的一个方面，提供了如权利要求1中所规定的转子。

根据本发明的另一方面，提供了权利要求19中的转子。

根据本发明的另一方面，提供了权利要求20中的制造方法。

从属于独立权利要求的实施方式在从属权利要求中公开。

本发明具有优势。转子具有简单的凸极设计以及刚性且简单的结构。转子还因转子的气隙形状而具有低凸极比和低摩擦损耗。

附图说明

下面参照附图仅通过示例来描述本发明的示例性实施方式，在附图中：

图1示出了四极转子的转子元件的示例；

图2A示出了四极转子的堆叠件的示例；

图2B示出了在转子的旋转轴线的方向上观察到的四极转子的堆叠件的示例；

图3示出了具有突出元件的转子元件的示例；

图4示出了包括具有突出元件的转子元件的转子的示例；

图5示出了在扇形元件部分中具有矩形拐角的转子元件的示例；

图6A示出了在第二扇形元件部分中具有波状外轮廓的转子元件的示例；

图6B示出了具有图6A的转子元件的转子的示例；

图7示出了在第二扇形元件部分中以弧线作为外轮廓的转子元件的示例；

图8示出了在扇形元件部分中具有矩形拐角的用于两极马达的转子元件的示例；

图9示出了具有大突出元件的转子元件的示例；

图10示出了气隙磁通根据转子元件的顺序而变化的示例；以及

图11示出了转子的制造方法的流程图的示例。

具体实施方式

下列实施方式仅为示例。尽管本说明书可能在若干处涉及“一个”实施方式，但这不必意味着每次提及都针对相同的实施方式，也不意味着该特征仅适用于单个实施方式。不同实施方式的单个特征也可以被组合以提供其他实施方式。此外，词语“包括”和“包含”应当被理解为不将所描述的实施方式限制为仅由已经被提到的 那些特征组成，并且这些实施方式还可以包含没有被具体提到的特征/结构。

应当指出的是，尽管附图示出了各种实施方式，但其为仅示出了一些结构形状的简图。对于本领域技术人员而言显而易见的是，除了附图和文本所描述的结构和形状之外，所描述的装置也可以包括其它结构和形状。应当理解的是，用于操作和/或控制的一些结构和形状的细节与实际发明无关。因此，它们在本文不需要被更详细地讨论。

图1示出了磁阻马达的四极转子100的转子元件102的示例，并且图2A和图2B示出了四极转子100的堆叠件1000的示例。图1、图2A和图2B在下列解释中使用，并且该解释作必要的修正后适用于任何极数的磁阻马达。在图2A中，转子扇区110中彼此间隔90°的实线表示转子100的极。图2B示出了在转子100的旋转轴线104的方向上观察的转子100的堆叠件1000。

磁阻马达为电动马达，而电动马达又为将电能转换成机械能的装置。磁阻马达的轴线104旋转并且其旋转基于由转子100中的磁阻引起的扭矩。在操作期间，磁阻马达感应由铁磁材料制成的转子100上的非永久性磁极。例如，铁磁材料可以包括铁、层叠硅钢或其可以由粉末金属制成。

在现有技术中，转子具有横向层叠的结构，该结构具有在整个转子中在相同位置挤压在一起的类似的转子元件。本申请中的转子100包括堆叠件1000，堆叠件1000的接续的转子元件102相对于彼此在空间上移位。还可以认为多个转子元件102的堆叠件1000类似于横向转子元件的堆叠件。转子元件102的堆叠件1000并非完全突出的或轴向层叠的，但仍具有类似于它们的一些特征。多个转子元件102中的每个转子元件可以是平坦的。在实施方式中，转子元件102可以具有恒定的厚度。在实施方式中，转子元件102的平坦表面的法向平行于转子元件102的旋转轴线，转子元件102的旋转轴线也是转子100的旋转轴线104。

在实施方式中，转子元件102可以是在一端处具有一个厚度而在另一端中具有另一厚度的楔形件。在实施方式中，转子元件102 可以是弯曲的。弯曲的角度可以小于极角的一半并且弯曲的角度可以根据角度方向——即，自旋转轴线104的扇形元件部分——而改变。在任何情况下，转子元件102的面向彼此并彼此压靠的表面具有匹配在一起的形状。

转子元件102中的每个转子元件均包括多个第一扇形元件部分106和多个第二扇形元件部分108。第二扇形部分108可以是气隙或填充有非铁磁性材料。通常，转子元件包括至少两个第一扇形元件部分106和至少两个第二扇形元件部分108。即，不同的扇形元件部分106、108确定转子元件100中的不同的元件扇区1060、1080，并且因此扇形元件部分106、108中的每个扇形元件部分均处于从位于转子100的旋转轴线104中的中心点1040开始展开的其自身的元件扇区1060、1080中。扇形元件部分106、108两者均围绕转子100的旋转轴线104交替地分布。即，每隔一个的元件扇区1060具有扇形元件部分106，并且剩余的每隔一个的元件扇区1080具有扇形元件108。第二扇形元件部分108都不与转子100的旋转轴线104接触。

第一扇形元件部分106部分地或完全地为实体的(参见图3和图4)。第二扇形元件部分108可以是非实体的或由非铁磁性材料制成。例如，非铁磁性材料可以是树脂或塑料，但不限于这些示例。

对于第一扇形元件部分106而言，任何转子元件102的外轮廓距转子100的旋转轴线104的中心点1040的距离是恒定的。相应地，距轴孔103的中心点1040的距离也是恒定的。换言之，第一扇形元件部分106的外轮廓距转子100的旋转轴线104的距离是恒定的。

第一扇形元件部分106的外轮廓与转子100的外轮廓是一样的。第一扇形元件部分106的外轮廓为转子100的外周。该外周在沿旋转轴线104的方向观察时为转子100的突出部的周向边界线。

对于第二扇形元件部分108而言，外轮廓距转子100的旋转轴线104中的中心点1040的距离比第一扇形元件部分106的外轮廓距中心点1040的距离短。换言之，第二扇形元件部分108的外轮廓距旋转轴线104的距离比第一扇形元件部分106的外轮廓距旋转轴线104的距离短。

在图1和图2的示例中，第一扇形部分106与第二扇形部分108之间的外轮廓至少近似沿半径方向定向。通常，外轮廓可以不同地定向。在第二元件扇区1080中的径向方向之间，外轮廓可以具有不同的形式。例如，外轮廓在第二元件扇区1080中可以类似图1中那样为弧形的，或为直线。

沿旋转轴线104的方向观察，转子元件102中的每个转子元件的第二扇形元件部分108中的每个第二扇形元件部分均与第一扇形元件部分106中的一个或更多个第一扇形元件部分完全交叠。一个第二扇形元件部分108可以被一个第一元件部分106叠盖，该第二扇形元件部分108的转子元件与该第一扇形元件部分106的转子元件不同。

替代性地，可以要求不止一个第一扇形元件部分106来完全地叠盖一个第二扇形元件部分108。一个第二扇形元件部分108因此可以被不止一个第一元件部分106叠盖，该第二扇形元件部分108的转子元件与该不止一个第一扇形元件部分106的转子元件不同，并且不止一个第一扇形元件部分106彼此不同。

以此方式，转子100的突出部具有圆形的周缘。即，转子元件102中的每个转子元件的第二扇形元件部分108中的每个第二扇形元件部分均与转子元件102中的至少一个其他转子元件的第一扇形元件部分106中的一个或更多个第一扇形元件沿旋转轴线104的方向观察时部分交叠，以使转子100的突出部具有圆形的周缘。

此处，交叠表示当沿旋转轴线104的方向从转子100的任一侧观察时，非实体的任何第二扇形元件部分108由第一扇形元件部分106中的至少一个第一扇形元件部分的材料(也参见图3和图4)覆盖。

第二扇形元件部分108与第一扇形元件部分106中的一个或更多个第一扇形元件部分沿转子100的旋转轴线104的方向观察时完全交叠。更详细地，转子元件102中的每个转子元件的第二扇形元件部分108中的每个第二扇形元件部分均与转子元件102中的至少一个其他转子元件的第一扇形元件部分106中的一个或更多个第一扇形元件部分沿旋转轴线104的方向观察时完全交叠，以使转子100 的突出部具有圆形的周缘。

当第二扇形元件部分108以此方式与第一扇形元件部分106中的一个或更多个第一扇形元件部分完全交叠时，转子100的突出部具有圆形的周缘。

在实施方式中，第二扇形元件部分108与第一扇形元件部分106中的一个或更多个第一扇形元件部分的实体部312沿旋转轴线104的方向观察时完全交叠，以使转子100的突出部具有圆形的周缘(参见图3和图4)。实体部312可以包括金属或由金属制成。由于第二扇形元件部分108与转子100的外周相关联，因此该交叠也发生在转子100的外周上或转子100的外周处。

应当指出的是，旋转轴线104与旋转轴104’平行，旋转轴104’可以是用于实现转子100的旋转的杆状机械结构。

在实施方式中，转子100可以具有多个转子扇区110、112。转子扇区110受限于自转子100的旋转轴线104起的半径以及作为转子元件102的外轮廓的弧线。

每隔一个的转子扇区110至少部分地包括第一扇形元件部分106，而根本不包括第二扇形元件部分108。即，这些每隔一个的转子扇区110中不具有完整的或部分的第二扇形元件部分108。以此方式，沿着转子100的旋转轴线在所述每隔一个的转子扇区110中形成连续表面。

剩余的转子扇区112包括第二扇形元件部分108并且还部分地包括第一扇形元件部分106。所述剩余的转子扇区112包括与不具有第二扇形元件部分108的每隔一个的转子扇区110不同的剩余的每隔一个的转子扇区。

在实施方式中，第二扇形元件部分108的张角α可以比360°除以马达的极数所得的值小以实现全金属转子扇区110的形成。在数学理论上，α≤A/P，其中，A为小于360°但大于0°的值，P为极数。类似的原理也适用于弧度的张角。不同的第二扇形元件部分108可以具有不同的张角α。不同的第二扇形元件部分108的张角α在一个转子元件100中相对于彼此可以是任意的或确定的。不同转子元件100的第二扇形元件部分108的张角α在转子元件100不相同时相对 于彼此可以是任意的。否则不同转子元件100的第二扇形元件部分108的张角α可以是确定的。

以类似的方式，第一扇形元件部分106的张角可以比360°除以马达的极数所得的值小。不同的第一扇形元件部分106也可以具有不同的张角。

在实施方式中，第一扇形元件部分106和第二扇形元件部分108可以相对于转子100的旋转轴线104以旋转非对称的方式绕转子100的旋转轴线104交替地分布。

在实施方式中，第一扇形元件部分106中的至少一个第一扇形元件部分的周向长度可以与至少一个第二扇形元件部分108的周向长度不同。在实施方式中，第一扇形元件部分106中的至少两个第一扇形元件部分的周向长度可以彼此不同。在实施方式中，第二扇形元件部分108中的至少两个第二扇形元件部分的周向长度可以彼此不同。以这些方式，可以实现旋转非对称性。

在实施方式中，转子元件102是相同的。即，转子元件102在该实施方式中具有相同的形状和尺寸。

在除图1、图2A和图2B之外还利用图3示出的实施方式中，堆叠件1000可以包括至少一个子堆叠件200、202，并且子堆叠件200、202中的每个子堆叠件均可以以类似的方式堆叠。

在实施方式中，在每个子堆叠件200、202中，转子元件102中的每个转子元件的第二扇形元件部分108中的每个第二扇形元件部分均可以与转子元件102中的至少一个其他转子元件的第一扇形元件部分106中的一个或更多个第一扇形元件部分完全交叠。

在实施方式中，每个子堆叠件200、202中的转子元件102的顺序可以如下。首先，所有转子元件102位于相同位置，如同沿旋转轴线104的方向观察，图1、图3、图5、图6A、图7、图8和图9呈现出多个转子元件102的子堆叠件。然而，转子元件102还可以相对于彼此位于其他已知位置。第一转子元件102A接续有第二转子元件102B。第二转子元件102B绕第一轴线250转动，第一轴线250相对于转子100的旋转轴线104是垂直的。可以认为第二转子元件102B被翻转。如果第二转子元件102B具有镜像对称性，则第 一轴线250也与转子元件102B的镜像对称轴线252偏离并且与垂直于镜像对称轴线252的轴线254偏离。否则第一轴线250的方向可以是任意的。第一轴线250的方向在某一顺序优选的情况下还可以根据经验来选择。

第三转子元件102C绕转子100的旋转轴线104旋转90°，并且第三转子元件102C也绕第二轴线256转动，第二轴线256相对于第一轴线250和转子100的旋转轴线104是垂直的。

第四转子元件102D绕第一轴线250旋转并且绕转子100的旋转轴线104转动90°。

如果堆叠件1000具有多个子堆叠件202，下一个子堆叠件202的第一转子元件102A直接跟随前面的子堆叠件200的第四转子元件102D。所有堆叠件200、202可以以与第一堆叠件200相同的方式布置。这种堆叠例如可以应用于两极马达。

在转子元件102绕垂直于旋转轴线104的第一轴线转动的实施方式中，扇形转子部分110、112的数目相对于马达的极数可以是双倍的。

在转子元件102不围绕垂直于旋转轴线104的第一轴线转动的实施方式中，扇形转子部分110、112的数目可以与马达的极数相同。

在实施方式中，堆叠件1000可以包括转子元件102、102A、102B、102C、102D，转子元件102、102A、102B、102C、102D仅围绕转子100的旋转轴线104旋转，而不围绕相对于转子100的旋转轴线104垂直的例如第一轴线250的轴线转动。例如，这种堆叠可以应用于四极马达。

在实施方式中，每个转子元件102、102A、102B、102C、102D均可以具有与在第二元件扇区1080中切除至少两个周缘区域的圆对应的横截面形状。周缘区域对应于第二元件扇区1080中的第二扇形元件部分108。

在实施方式中，具有转子100的马达可以是同步电动马达。

图3示出了在第一扇形元件部分106中的每个第一扇形元件部分的相反的扇形侧部处具有突出元件300、302的转子元件的示例。

图4示出了具有四个转子元件的转子100的示例，其中，转子元件具有突出元件300、302。通常，转子100可以具有更多数目的转子元件或更少数目的转子元件。

在图3和图4中示出的实施方式中，第一扇形元件部分106中的每个第一扇形元件部分均包括两个突出部300、302，所述两个突出部300、302位于转子100的周缘处并且朝向第二扇形部分108远离彼此定向，第二扇形部分108之间定位有第一元件扇区106。

在实施方式中，每个突出部300、302的轮廓均由转子100的外周以及位于中心点1040与外周之间的外轮廓的弯折部304形成。弯折部304和外周可以在突出部300、302中的每个突出部的末端306处相接或邻近末端306相接。弯折部304远离第一扇区1060与邻近第一扇区1060的第二扇区1080之间的半径弯曲。半径与突出部300、302的末端306接触。

在实施方式中，第一扇形元件部分106包括由弯折部304限定的部分敞开的孔口结构310以及实体部312和非实体部310。孔口结构310为非实体的。孔口结构位于第一扇区1060与邻近第一扇区1060的第二扇区1080之间的半径与弯折部304之间。

在实施方式中，所有孔口结构310可以布置成在堆叠件1000中彼此交叠或接触。以此方式，在转子100中或贯穿转子100可以存在至少一个孔316，孔316由转子元件102的孔口结构310的组合形成。另外，当沿转子100的旋转轴线104的方向观察转子100时，转子100的突出部具有由第一扇形元件部分106形成的连续的圆形的周缘。这意味着可以通过至少一个孔316看穿转子。

在图4中示出的实施方式中，转子100包括转子元件102，转子元件102中的每个转子元件均包括突出部300、302，并且在周缘处贯穿转子100的线接触或穿过不同的转子元件102的至少两个突出部300、302。

在图4中，值小于10的数字示出了当沿转子100的旋转轴线104的方向观察时有多少个转子元件位于彼此之上。在自旋转轴线104起的某些角度方向上，所有转子元件在周缘附近交叠。在一些其他角度方向上，少量转子元件是交叠的。作为角度方向的离散函数， 交叠的转子元件的数目在0至转子100中的所有转子元件的数目的取值范围内逐个转子元件地改变。

图5示出了具有用于螺栓的孔500的转子元件102的示例，螺栓用于将堆叠件1000挤压在一起。图5还示出了轴孔103，其中，转子100的旋转轴104’定位在轴孔103中以便将转子元件102附接至旋转轴104’。

图6A示出了第二扇形元件部分108的形状的示例。在该示例中，第二扇形元件部分108的外轮廓以不同于90°的角度接触转子100的外周。在图6A的示例中，第二扇形元件部分108的外轮廓在第二扇形元件部分108的中间部分中还具有微小的弧度。该转子元件用于两极马达。图6A还示出了轴线X和轴线Y，在制造转子100时，转子元件102可以围绕轴线X和轴线Y旋转(也参见关于图3的解释)。

图6B示出了转子100在以图6A的转子元件102制造时的结构的示例。图6B还包括结合图2A解释的子堆叠件200的参考数目的第一转子元件102A、第二转子元件102B、第三转子元件102C和第四转子元件102D。图6B还以虚线示出了其他转子元件的前面的最后的转子元件的一个第二扇形元件部分108。

图7示出了第二扇形元件部分108的形状的示例。在该示例中，第二扇形元件部分108的外轮廓为弧线。该转子元件用于两极马达。图7还示出了轴线X和轴线Y，在制造转子100时，转子元件102可以围绕轴线X和轴线Y旋转(也参见关于图3的解释)。另外，转子元件102可以围绕旋转轴线104旋转。

图8示出了第二扇形元件部分108的形状的示例。在该示例中，除第二扇形元件部分108的数目为两个之外，形状类似于图1的示例。该转子元件102用于两极马达。

图9示出了第二扇形元件部分108的形状的示例。该示例类似于图3和图4中的示例，所不同的是末端306处的曲线具有大的曲率半径，使得突出部300具有与第二扇形元件部分108相同或至少几乎相同的半径高度。

图10示出了在具有八个转子元件的转子中根据转子元件的顺序 而变化的气隙磁通的示例。空气-元件材料比(air-element material-ratio)相对于转子100的旋转角度正弦变化。这使磁导率在不同的旋转角度中变得不同。转子磁导率即磁阻以平滑的正弦曲线的方式从d轴变化至q轴。

对于四极转子而言，与两极转子相比，磁导率可以通过利用类似的转子元件以及围绕不同的轴线的不同的转子元件旋转组合而更平滑地调整。然而，在使磁导率更平滑时，气隙表面的硬度降低。极数越高，磁导率的调节可以越平滑。以类似的方式，气隙表面的硬度随着增加极数而降低。

总而言之，提出的解决方案给出了使转子更轻且更坚固的可能性。同时，转子元件中的切口(第二扇形部分)节约材料。

图11示出了用于形成具有多个平坦的转子元件102的磁阻马达的转子100的方法的示例，首先，所述多个平坦的转子元件102位于相同的位置，并且所述多个平坦的转子元件102中的每个转子元件均包括多个第一扇形元件部分106和多个第二扇形元件部分108，所述扇形元件部分106、108均围绕转子100的旋转轴线104交替地分布。第一扇形元件部分106的外轮廓距转子100的旋转轴线104的距离是恒定的。第二扇形元件部分108的外轮廓距旋转轴线104的距离比第一扇形元件部分106的外轮廓距旋转轴线104的距离短。

在步骤1100中，转子元件102中的每个转子元件的第二扇形元件部分108中的每个第二扇形元件部分沿旋转轴线104的方向观察时均与转子元件102中的至少一个其他转子元件的第一扇形元件部分106中的一个或更多个第一扇形元件部分完全交叠以使转子100的突出部具有圆形的周缘。

在实施方式的另一步骤1102中，至少部分地利用第一扇形元件部分106而不利用第二扇形元件部分108来填充相对于转子扇区的旋转轴线104形成的多个转子扇区110、112中的每隔一个的转子扇区110，以沿着转子100的旋转轴线在所述每隔一个的转子扇区110中具有连续表面。在实施方式的另一步骤1104中，利用第二扇形元件部分108并且部分地利用第一扇形元件部分106来填充剩余的转子扇区112。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，随着技术的进步，本发明的概念可以以各种方式实施。本发明及其实施方式不限于上述示例性实施方式，而是可以在权利要求的范围内改变。