本发明涉及一种用于电机的转子。本发明还涉及一种具有这样的转子的电机。此外，本发明涉及一种制造这样的转子或具有这样的转子的电机的方法。
背景技术：
从文献de102005030797a1中已知一种感应电机的鼠笼式转子，为了提高感应电机的圆周速度，鼠笼式转子被构造为具有位于鼠笼式转子的槽中的成型条，成型条被实施为空心的，并且在端面侧轴向地突出。每个槽可以具有互相插入的多个成型条。成型条至少在其轴向突出的端部或者两个成型条之间的空腔可以以压铸法填充铜或者铝，同时在成型条的轴向突出的端部上铸造短路环。由于空心的成型条，鼠笼式转子的质量和惯性减小，由此在其中出现的离心力减小。槽可以被构造为具有径向向外的槽缝隙，也就是说，可以是半开放的。成型条可以设有轴向延伸的缝隙，其使得能够在铸造过程中一起对槽缝隙进行浇铸。但是成型条也可以构造为封闭的，从而在浇铸成型条时槽缝隙保持不被浇铸。
从文献de102010043384a1中已知一种包括具有叠片铁心的柱形短路式转子(或鼠笼式转子，
由此，特别是当转子要被构造为包括具有径向向外开放的槽的叠片铁心，并且这些开放的槽、即在转子的圆周表面和槽之间贯穿地延伸的漏磁缝隙应在叠片铁心中保持不含导体材料时，用于前面描述的类型的短路式转子的短路式鼠笼的制造根据前面提到的文献总是需要两步法，其中，在第一步骤中，必须将导体材料的一部分作为成型条安装到槽中，并且在第二步骤中才可以进行铸造。在此，在插入成型条、特别是铜条时，必须对密封特别仔细，因为压铸材料、这里为铝，是以高压浇铸的并且在此也可以灌入小的间隙中。虽然通过用不影响其磁导率的导体材料如铜或者铝填充漏磁缝隙，但是在漏磁缝隙的区域中存在电导体的情况下，在电机运行时电流由于集肤效应而特别地集中在那里，并且导致短路式转子的短路式鼠笼中的电功率损耗增大。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，进一步改进电机的转子，使得其能够以简单并且低成本的方式制造，并且在此具有小的集肤效应损耗，并且由于齿顶漏磁小而具有高的失步转矩。
上述技术问题通过一种电机的转子来解决，该转子被构造为具有基本上柱形的叠片铁心，叠片铁心具有沿轴向分层的叠片，其中，在叠片铁心中沿着叠片铁心的圆周表面开设出基本上沿轴向延伸的槽，所述槽中的至少一些通过分别沿径向从所述槽开始向外延伸至圆周表面的漏磁缝隙朝向该圆周表面开放地构造，以及其中，在漏磁缝隙中以在其轴向方向上延伸并且至少部分地形状配合地使所述槽朝向圆周表面封闭的方式容纳有不导电并且不导磁的封闭元件。
在此，柱形设计优选理解为圆柱形设计、即圆柱体类型和形状的设计。基本上柱形的设计在此表示具有与精确的柱体形状没有或者仅有微小的偏差的轮廓的设计。将如下偏差称为是微小的，该偏差在数学概念的意义上相对于转子的径向和/或轴向尺寸小，例如尺寸比转子的径向和/或轴向尺寸小至少5倍、优选小至少10倍的空隙。此外，这里，当截顶圆锥形状在其最大半径和最小半径之间出现大于半径之一的十分之一的差时，具有截顶圆锥形状的叠片铁心也落入术语“基本上柱形的叠片铁心”的范围内。半径在此总是从转子的旋转轴开始测量。
旋转轴的延伸方向在此预先给定转子的轴向方向。在转子具有精确的圆柱形设计的情况下，该圆柱体也以其侧表面一方面在轴向方向上延伸，另一方面在与其垂直的、沿着与侧表面相切的转子的圆周方向上延伸。这里，当轴向方向沿着截顶圆锥的侧表面延伸时，也简化地使用术语“轴向方向”。在这个意义上，进一步将在前面定义的术语的意义上基本上在轴向方向上或者旋转地在电机的圆周方向上取向的槽，称为沿轴向延伸的槽、即轴向的槽。转子的叠片铁心中的槽优选正好在轴向方向上延伸，即与转子的旋转轴平行地延伸。在一个变形中，围绕该旋转轴旋转的槽优选以恒定的与旋转轴的径向距离延伸。然而，就转子的轴向尺寸而言，槽沿着转子的圆周方向在转子的整个长度上的旋转、即扭转较小，优选小至少5倍，特别是优选小一个数量级、即小至少10倍。在另一个变形中，槽沿着截顶圆锥的侧表面延伸。为了简单起见，下面在构造为具有这种旋转的或者沿着截顶圆锥的侧表面延伸的槽的情况下，也总是将其纵向取向称为在轴向方向上延伸。因此，将转子或者叠片铁心的在轴向方向上、即在旋转轴的方向上的端部称为其轴向端部。
为了完整起见，再一次强调，转子的径向方向以垂直地远离旋转轴的方式延伸。圆周方向是假设在转子上固定的点在转子转动时围绕旋转轴移动的方向。将准确地或者基本上由柱体、特别是圆柱体或者截顶圆锥的侧表面描述的转子或叠片铁心的表面称为圆周表面。
在根据本发明构造的转子中，漏磁缝隙中的一个漏磁缝隙将两个在每两个槽之间在轴向和径向方向上延伸的、在叠片铁心中形成的转子齿彼此分离，转子齿具有在径向端部侧、即沿着转子的圆周表面定位的并且使转子齿在端部侧封闭的、即形成边界的极靴。
术语“封闭元件的形状配合的封闭”这里解释为其以密封的方式邻接漏磁缝隙的边界、即壁。在此优选地，但不是必须地，封闭元件沿着漏磁缝隙的壁的整个延伸邻接在这些壁上，即覆盖整个壁。封闭元件具有将槽在径向方向上封闭的任务，并且当这些壁中的一部分不被覆盖时，特别是当在正确安装时漏磁缝隙的壁具有比封闭元件大的径向尺寸或延伸时，也根据构造完成该任务。
与优选利用非常好地导磁的材料制造的转子的叠片相反，封闭元件利用不导磁的材料构成。由此，在转子或配备有转子的电机运行时，避免了磁通集中在漏磁缝隙中，相反，磁通从漏磁缝隙转走并且直接从转子齿转向到电机的相对置的定子齿中，由此增大了可由电机施加的力和进而增大了其失步转矩。具有根据本发明的转子的电机由此被配置为用于输出更大的转矩和功率。
但是封闭元件还构造为不导电的，从而其在运行中不能从布置在槽中的转子的导体接收电流。封闭元件布置在转子的在其圆周表面附近的空间区域中，在该区域中在那里延伸的导体由于集肤效应特别地聚集电流。于是在那里出现特别高的功率损耗。这通过电绝缘的封闭元件来防止。
本发明由此使得能够以简单并且低成本的方式建造电机的转子，并且在此实现小的集肤效应损耗以及由于齿顶漏磁小而实现大的失步转矩。如下面将描述的，特别是也借助本发明的优选构造进一步详细示出的，本发明使得能够以特别有利的方式制造具有这些特性的转子，所述转子被构造为具有铸造的、特别是直接在槽中压铸的导体。
在说明书中指出本发明的有利构造。
按照根据本发明的转子的一个优选扩展，封闭元件以力锁合(kraftschlüssig)的方式与漏磁缝隙的边界、也称为壁连接。封闭元件特别是以力锁合的方式容纳在漏磁缝隙中；特别优选封闭元件在此至少几乎完全填满漏磁缝隙。为了形成力锁合，封闭元件有利地配备有隆起、褶皱或者角类型或者形状的固持元件，其在正确安装的状态下插入(特别是嵌合、推入等)到与这些固持元件至少几乎互补的接收元件中。特别是，这些固持元件和设计为互补的接收元件被构造为用于将封闭元件引入漏磁缝隙中，并且用于在此待实施的至少基本上在轴向方向上的推入、使其嵌合等。例如，优选以在至少几乎轴向方向上延伸的方式，封闭元件配备有至少一个固持隆起和/或固持褶皱等并且漏磁缝隙的壁配备有与其互补地匹配的凹陷。除了力锁合式连接之外，该至少一个固持隆起和/或固持褶皱等还形成对槽的密封，因此有利地将形状配合和力锁合彼此组合。力锁合的程度特别是考虑到如下面还要说明的通过金属铸造法、特别是金属压铸对槽中的导体的优选制造来确定，以便尤其是承受在制造转子期间起作用的压力，但是也承受在转子运行时起作用的离心力。
在根据本发明的转子的另一个优选实施方式中，封闭元件利用耐温和/或导热、优选至少几乎与金属等同地导热的材料构造。必须选择封闭元件的材料的耐温性，使得封闭元件至少能够承受在转子制造和转子运行期间起作用的温度。特别是考虑到如下面还要说明的通过金属铸造法对槽中的导体的优选制造来选择耐温性，即，封闭元件的材料的使用温度至少对应于压铸温度。优选与金属相当的导热能力、特别优选至少几乎等于叠片铁心的导热能力的导热能力，使得能够在通过金属铸造法制造槽中的导体时，在周围至少几乎均匀地消散来自铸造的导体的过程热和进而对其均匀地进行冷却，由此减小热应力并且避免形成裂缝。由此，在转子运行时，也改善了在转子中出现的功率损耗特别是经由气隙到定子的消散。
在根据本发明的转子的一个有利扩展中，封闭元件利用陶瓷材料构造。这种材料以特别有利的方式将突出的电气和磁绝缘性能与机械和热强度及形状稳定性以及良好的导热能力相结合，能够以简单并且低成本的方式制造，并且能够非常好地大批量处理。在根据本发明的转子的一个特别优选的扩展中，封闭元件利用作为陶瓷材料的含氧化铝的材料构造，其中，通过能够以简单并且低成本的方式得到和处理的材料获得了特别的成本优势。
按照根据本发明的转子的一个有利实施方式，在槽中容纳有由铸造的导体材料构成的电导体；特别是电导体以至少几乎形状配合的方式容纳在槽中；优选电导体通过铸造过程、特别优选通过压铸过程在槽中成型。通过铸造能够形成能够与不同的槽横截面匹配的多种导体设计，从而能够实现高的槽填充因数。优选将导体通过金属铸造法、特别优选金属压铸法直接铸造到叠片铁心的槽中，其中，槽和封闭元件一起形成铸造形状、特别优选压铸形状。为此，叠片铁心和封闭元件的高机械和热强度以及其相互连接和相对于彼此的密封非常重要。特别是，封闭元件和其所配备的隆起、褶皱或者有角度的类型或者形状的固持元件以及叠片铁心中的与这些固持元件至少几乎互补的接收元件(所述固持元件插入到所述接收元件中)是针对这种高机械和热强度进行设计的。也特别有利的是，封闭元件具有与叠片铁心类似的导热能力，因为这使得能够在铸造过程中或之后在周围尽可能均匀地消散与针对铸造而被加热的导体材料一起引入的过程热，即，在周围尽可能均匀地使铸造的导体冷却，如已经说明的那样。由此，防止热应力和由其造成的裂缝形成，并且提高工件、即这里为导体的品质。
在根据本发明的转子的一个优选扩展中，在槽中容纳有电导体，电导体被确定和设计用于形成被确定和设计用于在异步电机中使用的导体鼠笼。能够特别有利地以前面描述的根据本发明的方式构造异步电机的这种导体鼠笼的简单的设计。在此，特别是针对在槽中通过铸造或者压铸制成的导体，也可以简单地一起制造短路环，优选利用用于制造导体的同一铸造或压铸过程，也就是说，在一个共同的制造步骤中一起一件式地制造导体和短路环。
上面提及的技术问题还通过一种电机、特别是异步电机来解决，该电机的特征在于前面描述的根据本发明的类型的转子，特别是在于被构造为短路式转子的转子。由此能够简化并且以成本更低的方式进行电机的建造和制造，同时改善电气性能和磁性能，即提高功率，减小功率损耗，并且特别是在异步电机的情况下，增大其失步转矩。
上面提到的技术问题还通过一种用于制造特别是用于前面描述的类型的电机的根据前面描述的方式构造的转子的方法来解决，所述方法包括以下方法步骤：
·制造基本上柱形的叠片铁心，叠片铁心具有沿轴向分层的叠片，其中，在叠片铁心中沿着叠片铁心的圆周表面开设出基本上沿轴向延伸的槽，所述槽中的至少一些通过分别沿径向从所述槽开始向外延伸至圆周表面的漏磁缝隙朝向该圆周表面开放地构造，
·特别是在至少几乎轴向方向上，将至少一个封闭元件插入至少一个所述槽的至少一个所述漏磁缝隙中，
·特别是借助金属压铸法，对通过将至少一个封闭元件插入至少一个漏磁缝隙中而封闭的至少一个槽浇铸导电材料，特别是金属导电材料，优选含铝和/或铜的材料。
根据本发明的方法使得能够以简单、低成本的方式制造具有前面描述的有利运行特性的电机的转子。此外，通过根据本发明的方法有利地制造具有高的槽填充因数的、一件式的、完全形状配合地填满槽横截面的轮廓的导体。一件式的特性也使得能够特别简单地进行制造。特别是，可以取消将成型条等事先插入到槽中。通过封闭元件，不仅简化了制造过程，而且还得到转子和进而电机的有利的电气和磁性能。制造的简化还有利于制造过程的自动化，特别是由此还能够在轴向安装方向上执行前面描述的所有制造步骤，其中依次进行叠片的分层、封闭元件的插入以及铸造材料的引入。优选地，所有制造步骤均可以例如在单个工件容纳部中执行，在该工件容纳部中首先将叠片分层并且进行调整，然后安装封闭元件，最后进行导体的铸造；特别优选地，该工件容纳部可以由铸造或压铸工具或其一部分形成。
附图说明
在附图中，对在所有图中一致的元素设置相同的附图标记，并且省略对这些元素的重复描述。
图1示出了针对在开放的槽中具有导体的异步电机的转子的示例再现的、沿着与旋转轴垂直地延伸的剖切平面通过电机的转子的横截面中的一个片段(ausbruch)的大致示意图，
图2示出了针对在封闭的槽中具有导体的异步电机的转子的示例再现的、沿着与旋转轴垂直地延伸的剖切平面通过具有转子和定子的电机的横截面中的一个片段的大致示意图，以及
图3示出了针对在开放的、通过封闭元件封闭的槽中具有导体的异步电机的转子的示例再现的、沿着与旋转轴垂直地延伸的剖切平面通过电机的根据本发明的转子的实施例的横截面中的一个片段的大致示意图。
下面详细描述在附图中再现的图示和本发明的实施例。
具体实施方式
在图1中，用附图标记52表示电机50、特别是异步电机的转子51的叠片铁心，该叠片铁心以沿着与转子51的未示出的旋转轴垂直地延伸的剖切平面通过转子51的横截面中的一个片段的大致示意图再现，转子51的旋转轴位于该再现的片段外部。转子51的叠片铁心52由在旋转轴的方向a上、即由在垂直地进入绘图平面的轴向方向上分层的叠片组成。叠片铁心52的叠片与前面提到的剖切平面平行地延伸，即，在转子51的、垂直地远离转子51的旋转轴的径向方向r上全面地延伸。在叠片铁心52中开设出在轴向方向a上、由此与绘图平面、即剖切平面基本垂直地延伸的、在转子51的径向方向r上开放的槽53，槽53沿着转子51的圆周坐标u以均匀分布的方式在转子51中布置在圆周表面54下方，即布置在叠片铁心52的边界(berandung)的内部，所述边界由该圆周表面、围绕旋转轴旋转对称地并且至少几乎圆柱形地以沿着转子51的圆周坐标u至少几乎恒定的半径形成。在槽53之间由叠片铁心52形成具有极靴56的转子齿55，其极面57沿着转子51的圆周表面54延伸并且张成圆周表面54。在每两个彼此直接相邻的极靴56之间具有一个漏磁缝隙58(streuschlitz)，在相关转子齿55之间延伸的槽53通到漏磁缝隙58中。用导体59、这里特别地是异步电机的转子鼠笼
图2示出了沿着与未描绘的旋转轴垂直地延伸的剖切平面通过具有转子71和定子81的电机70、特别是异步电机的横截面中的一个片段的大致示意图，也就是说，旋转轴和进而轴向方向a又与绘图平面垂直。转子71又具有由在轴向方向a上分层的叠片组成的叠片铁心72，其中，叠片铁心72的叠片与剖切平面平行地延伸，也就是说，在转子71的、垂直地远离转子71的旋转轴的径向方向r上全面地延伸。在转子71的叠片铁心72中开设出在轴向方向a上并进而与绘图平面或剖切平面基本垂直地延伸的、然而此时在转子71的径向方向r上全面封闭的槽73。槽73沿着转子71的圆周坐标u以均匀分布的方式在转子71中布置在圆周表面74下方，即布置在叠片铁心72的边界的内部，所述边界由该圆周表面、围绕旋转轴旋转对称地并且至少几乎圆柱形地以沿着转子71的圆周坐标u至少几乎恒定的半径形成。在槽73之间由叠片铁心72形成具有极靴76的转子齿75，其极面77沿着转子71的圆周表面74延伸并且张成圆周表面74。
分别用导体79、这里特别地是异步电机的转子鼠笼的条状导体79填充槽73中的每一个。因为槽73也朝向转子71的圆周表面74封闭，因此极靴76和其极面77直接无缝地过渡到彼此，从而在转子71的圆周表面74和槽73之间形成叠片铁心72的部分80，这些部分80不包含在导体79中，也就是说，不导电。由此，在这些部分80中在电机70运行时不会由于集肤效应产生电流，当然没有增大的电流密度。由此，在叠片铁心72的和进而转子71的这些部分80中不出现功率损耗，电机70的效率就这点而言不受损。
然而，由于极靴76和其极面77的直接无缝的相互过渡，在叠片铁心72的和进而转子71的在转子71的圆周表面74和槽73之间的部分80中形成导磁连接。由此，在电机70运行时，在这些部分80中可能出现漏磁通，也称为齿顶漏磁，由于所述齿顶漏磁而使得电机70、特别是异步电机的失步转矩减小。关于其图示，在图2中也描绘了沿着所提及的与未描绘的旋转轴垂直地延伸的剖切平面通过电机70、特别是异步电机的定子81的横截面中的一个片段。定子81具有叠片铁心82，其与转子71的叠片铁心72可比较地由在轴向方向a上分层的叠片组成，其中，定子81的叠片铁心82的叠片同样与剖切平面或绘图平面平行地、也就是说全面地在转子71的径向方向r上延伸，在就这点而言转子71的径向方向r也是定子81的径向方向。在转子81的叠片铁心82中开设出在轴向方向a上和进而与绘图平面或剖切平面基本垂直地延伸的、在径向方向r上面向转子71开放的槽83。槽83在定子81中与转子71的圆周表面74相对置地并且通过气隙84与其分离地、沿着圆周坐标u以均匀地分布在定子81的圆周上的方式布置。在槽83之间由叠片铁心82形成具有极靴86的定子齿85，极靴86的极面87以与转子71的圆周表面74相对置的方式沿着定子81的圆周延伸。在定子81的槽83中布置定子绕组的导体89。
在根据图2的图示中，大致示意性地绘制了在电机70运行时形成的磁通的磁力线90。磁力线90贯穿定子齿85，并且穿过其极靴86沿着其极面87经由气隙84到达转子71中，并且在那里沿着转子71的极靴76的极面77到达转子齿75中。在此，磁通或其磁力线90的一部分由于转子71的叠片铁心72在槽73和圆周表面74之间形成导磁连接的部分80而转向。用附图标记91表示的磁通或其磁力线的该部分形成了贯穿部分80的漏磁通，也称为齿顶漏磁，由于所述齿顶漏磁而减小了以所描绘的结构形式的电机70最大可实现的转矩、在异步电机中也称为失步转矩(kippmoment)。
现在，在图3中以大致示意性的图示再现本发明的实施例，其在沿着与又未绘出的旋转轴垂直地延伸的剖切平面通过电机101的根据本发明的转子100的横截面中的一个片段中描绘。特别是，图3示出了异步电机101的转子100的示例。转子100被构造为具有柱形的叠片铁心102，叠片铁心102被构造为具有沿轴向分层的叠片，即在轴向方向a上、即与绘图平面或剖切平面垂直地彼此分层的叠片，从而叠片在绘图平面中或者与其平行地延伸。在叠片铁心中，沿着圆周表面104，其在这里为与绘图平面垂直地取向的转子100或叠片铁心102的圆柱形侧表面，开设出基本上沿轴向延伸的槽103。槽103被构造为通过分别在径向方向r上从槽103开始向外、即远离旋转轴地延伸至圆周表面104的、朝向该圆周表面104开放的漏磁缝隙108。通过每两个沿着与轴向方向a垂直的并且沿着与圆周表面104相切的转子100的圆周方向u相邻的槽103，分别形成转子100或叠片铁心102的转子齿105的边界。在每个转子齿105上在每两个漏磁缝隙108之间形成极靴106。极靴106的极面107沿着转子100的圆周表面104延伸并且张成圆周表面104。
在漏磁缝隙108中，以在其轴向方向a上延伸地并且与极靴106力锁合地以及这里特别是完全形状配合地使槽103朝向圆周表面104封闭的方式容纳有不导电并且不导磁的封闭元件110。封闭元件110和极靴106之间的力锁合以及形状配合均通过隆起状的固持元件111产生，固持元件111以在轴向方向上延伸的方式模制在封闭元件110上。固持元件111嵌合到凹槽状的、与固持元件111互补地形成的接收元件112中，在极靴106的面向漏磁缝隙108的边界中、即漏磁缝隙108的壁中开设出接收元件112。通过固持元件111和接收元件112的轴向取向、即这里为隆起和凹槽的轴向取向，为了进行安装，封闭元件110可以简单地沿轴向方向a推入到漏磁缝隙108中，将其封闭，以及由此使槽103在径向方向r上是完全形状配合并且力锁合的，并且以这种方式朝向圆周表面104形成槽103的稳定的封闭。也可以选择性地在固持元件111和接收元件112之间设置褶皱状的连接等，只要这种连接被构造为保证槽103朝向圆周表面104完全封闭并且吸收指向径向的力即可。
在每个槽103中均布置导体109，导体109以形状配合的方式填充该槽103。为此，通过金属铸造法、特别是压铸，优选由含铜和/或铝的材料直接在通过封闭元件110封闭的槽103中制造导体。考虑到导体109通过金属铸造法、特别是金属压铸在槽103中的这种优选制造，确定固持元件111和接收元件112彼此的组合式形状配合和力锁合的程度，以便能够承受在制造过程期间出现的压力。此外，利用耐温材料、特别是利用陶瓷材料、优选成本低、耐高温并且机械强度高的氧化铝形成封闭元件110。
由此，封闭元件110使得能够在槽103中铸造导体109，而在此不会将导体材料引入漏磁缝隙108中。在导体109的这种制造方法和这种构造中，漏磁缝隙108保持不导电并且不导磁，由此电机101在运行时具有小的损耗和大的失步转矩。特别是，由此能够非常良好地制造异步电机的转子的导体鼠笼。所述导体被非常简单地一件式地构成，然而也可以多件式地构成，例如通过在铸造之前向槽103中插入导体成型件。所述制造以及所使用的材料能够以简单并且低成本的方式进行处理。
附图标记列表
50电机
5150的转子
5251的叠片铁心
5352中的51的槽
5451,52的圆周表面
5551,52的转子齿
5655的极靴
5756的极面
5852中的漏磁缝隙
5953,58中的导体
6058中的59的部分
70电机
7170的转子
7271的叠片铁心
7372中的71的槽
7471,72的圆周表面
7571,72的转子齿
7675的极靴
7776的极面
7973中的导体
8073和74之间的72的部分
8170的定子
8281的叠片铁心
8382中的81的槽
8471的74和81的87之间的气隙
8581,82的定子齿
8685的极靴
8786的极面
8983中的导体
9071,81中的磁通的磁力线
9180中的齿顶漏磁
100101的转子
101电机
102100的叠片铁心
103102中的100的槽
104100,102的圆周表面
105100,102的转子齿
106105的极靴
107106的极面
108102中的漏磁缝隙
109103中的导体
110108中的封闭元件
111110的固持元件
112108的壁中的102中的接收元件
a51,71,100的轴向方向
r51,71,100的径向方向
u51,71,100的圆周方向