转子和生产转子的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种转子，尤其涉及一种具有用于电动机的永久磁铁的转子。
【背景技术】
[0002]电动机用于很多应用。电动机的平稳运行对于需要高速转动的应用尤其重要，比如说驱动离心式压缩机的电动机。这意味着所述电动机即使是在高速旋转时也要尽可能平稳运行，以使该电动机不会向包含该发动机的总体系统传送任何振动。
[0003]通常，在用于这种电动机的转子中，永久磁铁安装在转轴上。在本文中，例如，使用一种金属转轴。之后，两个或多个永久磁铁应用于该转轴。这些永久磁铁可以，例如，吸附在所述金属转轴上，所述金属转轴由例如工具钢做成。尤其是在高速旋转时，永久磁铁足够紧密地安装在所述转轴上非常重要，这样，永久磁铁与转轴之间就不会发生滑动，并且，另一方面，永久磁铁不会与转子分离。尤其是在高速旋转时，作用于永久磁铁的离心力是极其大的。永久磁铁与转轴之间的剪切力也很大，尤其是当电动机负载时，即当想要“扭转”与转轴有关的永久磁铁的力量出现时。
[0004]在此之前，由于生成了一个旋转磁场，上述这样的永久磁铁同步电动机被具有至少三个定子线圈的定子驱动，该定子通过永久磁铁驱动转子。这是由于在电动机的旋转方向中，定子“跑”在转子的磁场朝向之前，以使转子被通过控制定子线圈产生的不断跑向前面的磁场“拉后”的“瞬时”磁场现象所导致的。
[0005]这样的永久磁铁同步电动机也可以如发电机那样操作。在本文中，转子被机械力驱动，并且转子的运动以及该转子的永久磁铁在至少三个定子线圈内产生感应电压。
[0006]这样一个示例性的转子在图6中示出。图6示出了转轴100，图示的四个永久磁铁101、102、103、104应用于转轴上。单独的永久磁铁应用在90°扇区上并且被磁化，以使交替的磁北极N和磁南极S被布置在外面和里面，如图6所不。如果图6横截图所不的转子在包括至少三个线圈的定子里转动，一种几乎成正弦的电磁感应电压可在每个线圈终端被感应到。
[0007]由于不同的原因，图6所示的转子并不理想。
[0008]一个原因是机械稳定性降低。由于转轴100的表面与邻近的永久磁铁的表面之间的剪切力，永久磁铁的圆环和转轴之间可能会出现滑动，或者将非常高的负载施加到，例如，使用过的胶接中。这可能会产生这样的影响，即永久磁铁变得与转轴部分或者完全分离，而这种情况可能又会产生这样的影响，尤其是转子高速旋转的情况下，即永久磁铁变得与邻近定子元件部分分离并且撞击邻近电子元件，造成电动机的毁坏。
[0009]另外一个原因是在发电机运行时三个定子线圈里的感应电压是正弦的，并且将被施加至三个定子线圈以用于操作电动机运行中的电动机的电压也将是正弦的。但是，通常且尤其是在数字环境中切换正弦电压是不利的。
[0010]本发明的目标是提供一种改善的转子概念。
[0011]通过权利要求1所述的转子或者权利要求15所述的电动机或发动机或者权利要求16所述的产生转子的方法实现该目标。
【发明内容】
[0012]本发明基于这样的认知，即没有横截面为圆环扇形的永久磁铁应用于具有圆形截面的转轴上，而且转轴包括相对于圆形截面半径减小的区域，以使在该区域中的永久磁铁的径向地测量的厚度大于在具有转轴的圆形截面的邻近区域中的永久磁铁的径向地测量的厚度。
[0013]该转轴半径减小的区域具有多个不同的优点。其中一个优点是，就切向剪切力(tangential shear force)而言，永久磁铁与转轴之间的机械连接提高了，这是由于转轴的材料与永久磁铁的材料“互锁”。因此，从转轴到永久磁铁的电力传输或者反之不仅通过粘接层或类似的其他方式，还通过两个组件材料实际“钩挂在一起(hook together)”而发生。另一个优点是，由于现在沿圆周变化的永久磁铁的有效厚度，概念上的单元磁铁的厚度沿其圆周变化，这导致定子线圈中的感应电压波形，这种波形不再是正弦曲线，而更像是方波。这使得用于处理发电机操作中的该电压或用于在电动机操作中的这些电压的电路的实施明显廉价。
[0014]在一个实施方式中，永久磁铁的有效厚度的变化被进一步改善，以使获得更加相当于方波的电压，这种改善是通过水平地或切线地而不是径向地磁化永久磁铁，而水平还是切线则取决于磁铁的位置。因此，有效磁铁厚度存在于永久磁铁的每一点，除了永久磁铁边缘的小块区域，有效磁铁厚度大于永久磁铁的径向厚度。进一步地，由于被磁性材料“填充”的横截面减小的区域即使在永久磁铁的中心也可以获得更厚的有效磁铁厚度，这是因为永久磁铁是被水平或切线磁化而不是径向磁化。
[0015]当使用四个永久磁铁时，半径减小区域不会延伸至整个象限，或者当仅使用两个永久磁铁时，该区域也不会延伸至半圆的有效区域(significant reg1n)，而是仅仅占据一块特定的区域，这样除了存在半径减小的区域，还存在半径正常的区域，这种减小和正常是就圆形截面而言的。这块半径正常的区域确保转轴在安装有永久磁铁的安装区域不会被过于削弱。如果永久磁铁被安装在仅仅是方形的安装区域，即，转子已经从圆形截面减小到方形的区域中，则在该安装区域中，转轴的稳定性就会显著降低。尤其是在高温和高速转动的情况下，会产生转子在这些区域失去刚度的影响，因而产生非圆形，这种非圆形情况会导致低于电动机或发电机的额定速度或者在该速度的范围内的机械共振频率，这是尤其不利的。在本发明的实施方式中，在安装区域中半径减小的区域被实施使得该区域占据不到由永久磁铁限定的圆形扇区的三分之二，并且，优选地，甚至不到圆形扇区的一半。
[0016]因此，根据本发明，提供一种转子，该转子一方面在机械方面稳定，另一方面，电气地有效地允许简单的定子线圈电压的产生或处理。
【附图说明】
[0017]本发明的优选实施方案将在下文结合附图讨论。【附图说明】如下:
[0018]图la具有横截面指示的转子的部分俯视图；
[0019]图lb在所指示的位置的图la的转子的横截面；
[0020]图2贯穿图lb的转子的横截面，但是具有具体的尺寸标注；
[0021]图3具有压缩机的径向轮的转子的俯视图，该压缩机可用在如热栗中；
[0022]图4具有磁化方向指示的永久磁铁的详细视图；
[0023]图5具有发明转子的电动机或发电机的横截面；以及
[0024]图6具有四个永久磁铁的转子的横截面，用于与本发明比较。
【具体实施方式】
[0025]图la示出了具有截面图的转子的俯视图。转子包括在图la中部分示出的转轴10和安装部分12。图lb示出了图la中位置14的转轴的横截面。图lb中的转子包括横截面中转子10以及四个永久磁铁21、22、23、24，这些磁铁通过转子的安装部分12安装在转子上。在安装部分12中，转子包括相对于圆形截面的半径减小的区域31、32、33、34，这样，区域31、32、33、34中的永久磁铁的径向地测量的厚度大于在具有转轴10圆形截面的邻近区域41a、41b、42a、42b、43a、43b、44a、44b中的永久磁铁的径向地测量的厚度。从图lb中可以看出，在区域31中任何地方的永久磁铁的径向厚度大于，例如，在区域41a中的永久磁铁的径向地测量的厚度。
[0026]图4详细示出了永久磁铁，其中，径向厚度在区域31中以D标记，并且与圆形截面相关的区域中的较小的径向厚度也被以d标记。图4中的底线50示出了关于圆形区域中的径向厚度d的径向厚度。由箭头52表示的沿着永久磁铁的垂直厚度有一个曲线，包括，按从左到右的顺序，长垂直厚度1，短垂直厚度k，又一个长垂直厚度1，又一个短垂直厚度k，以及又一个长垂直厚度1，正如线54中的字母“1”和“k”所示。永久磁铁的垂直厚度与径向厚度的比值分别是，当垂直厚度是长厚度时，接近1.12，当径向厚度是短厚度时，接近1.04。
[0027]在本发明的一个实施方式中，永久磁铁被磁化，以使永久磁铁中的单个“单元磁铁”的方向准确地沿着箭头52的方向。这意味着，与永久磁铁的垂直长度一样，永久磁铁中的单元磁铁的有效长度沿着永久磁铁的曲线变化。这种单元磁铁的有效长度的变化会使定子线圈的感应电压不再成正弦，而是更相当于方波形。当转子用于发电机时，这一点是尤其有利的。但是，如果转子用于电动机，当转子，例如，如图lb中的横截面所示，被更相当于方波的电压控制时，可达到最佳操作。与倾向正弦的电压相比，相当于方波的电压被，例如，开关晶体管，处理时可显著省力，尤其是在发电机或电动机的操作中。因此，图lb中的转轴的平坦部分31、32、33、34提供两个优点。一个优点是由于永久磁铁与转轴的材料“互锁”，转轴与永久磁铁之间的机械连接提高