爪極磁電轉子及這種轉子的製造方法

2023-11-04 13:55:02

專利名稱：爪極磁電轉子及這種轉子的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種爪極磁電轉子及製造這種轉子的方法。更準確地說本發明涉及一種用在高速同步機中的磁電轉子及製造這種爪極磁電轉子的方法。
這些爪極轉子是由多個連在一起的非磁性和磁性部件構成的。在某些高速同步機中，速度可以等於或大於50000轉/分鐘，象上面所指出的，這些轉子都是用一些零部件裝配的，為此，爪極轉子的製造者力求得到具有儘可能高的抗離心破裂性能的轉子，同時還要保持最佳的空氣動力學外形。
要製造可在前面提到的速度下運行的實心的轉子，必須利用等靜壓縮一類的裝配技術，以便使轉子能夠抗離心破裂。事實上，旋轉狀態產生的離心力與運動的物體質量成比例。
人們已知道爪極磁電轉子的一些製造方法，該類型轉子包括形成轉子極化爪的磁性部分和隔離極性相反的爪的非磁性部分，它們都封在一個非磁性的圓柱形空心殼內，所述方法包括把磁性部分和非磁性部分裝填到非磁性的圓柱形空心殼內的步驟以及對磁性部分、非磁性部分和圓柱形空心殼的整個組件進行等靜壓的步驟。
該等靜壓步驟要求轉子構件精確地連接裝配。事實上，如果存在無材料的空隙，則當進行等靜壓時，這些空隙受到壓縮而引起構件移動，這對於磁的尺寸調整以及製成的轉子的靜態和動態機械平衡都是有害的。
由此造成的至少的問題是轉子不具備所希望的最佳磁特性，而最嚴重的問題是所引起的機械不平衡可使轉子無法使用。
另外，爪極的形狀還需要適合於最佳的機器效率。
例如，正對著定子的磁性爪極的縱向面最好有一個漸增的磁空氣隙，以優化爪極與旋轉電機定子之間的磁流通路。
根據另一個實例，必須在兩個極性相反的相鄰磁體(相鄰的爪極)之間安置一種非磁性材料。這種非磁性材料可限制直接在兩個極性相反的相鄰爪極之間通過的磁流洩漏，而不是由定子通過。
磁性或非磁性部件有複雜的形狀，而且它們的加工時間長且費用高，特別是為了達到等靜壓處理所要求的公差。
本發明的目的之一是提出一種實心的磁電轉子，該轉子的構件符合對所提出的轉速而要求的磁電及機械標準，並且可以採用等靜壓方式進行製造。
本發明的另一個目的是提出一種製造這類轉子的方法，它可使轉子構件的加工更加簡便。
為此，本發明首先涉及的是一種爪極磁電轉子，該轉子包括形成轉子極的磁性材料部件以及可隔離相反極性的極的非磁性材料部件，它們都封裝在一個非磁性材料作成的圓柱形旋轉空心殼內，根據本發明，轉子包括兩個極性相反的磁性材料單極部件，還包括一個非磁性材料部件，每個單極部件都包括一個旋轉轂，其半徑基本等於圓柱殼的內半徑並且還有一個自由端及一個斜面極，所述斜面極包括一個其半徑與旋轉轂相同的縱向面、一個與縱向面形成斜面的橫向傾斜面，以及兩個與斜面極的對稱面相對稱的側平面，都從縱向面向斜面相互收斂會合，所述側平面與轂形成一些橫向凸肩，兩個磁性材料部件斜面相對地安裝在同一個軸線上，非磁性部件安裝在相對的斜面之間而且其形狀與兩個磁性材料部件互補，以致磁性材料和非磁性材料部件的整體形成一個實心的旋轉圓柱體，其半徑基本等於非磁性材料旋轉圓柱形殼的內半徑，圓柱形殼有兩個橫穿窗孔，每個都對著一個磁性材料部件的縱向面，每個窗孔都由一個磁性材料的外側管的構件所佔用，後者的極性與它對應的磁性材料部件的極性相同。
本發明也涉及另一種類型的爪極磁電轉子，該轉子包括形成轉子極的一些磁性材料部件和一些隔離極性相反的極的非磁性材料部件，它們都封裝在一個非磁性材料的圓柱形旋轉空心殼內。根據本發明，轉子包括兩個磁性材料的極性相反的單極末端部件、至少一個磁性材料的中間部件以及一些非磁性材料部件，每個單極部件都包括一個旋轉轂，其半徑基本等於圓柱殼的內半徑並且還有一個自由端和一個斜面極，所述斜面極包括一個其半徑與轂半徑相同的縱向面，一個傾斜的橫向面，與所述縱向面形成斜面，還包括兩個側平面，這兩個側平面相對斜面極的對稱面是對稱的，都從縱向面向傾斜面相互會合收斂，所述側平面與轂形成一些橫向凸肩，單個或多個中間部件都包括兩個極性相反的極，形狀與末端部件極相同，每個都有一個傾斜面，對著一個磁性端極的傾斜面或者另一個中間部件極的傾斜面，每個極都與相對的極分隔開，隔離藉助一個與兩個極形狀互補的非磁性部件，以使單個或多個中間部件的末端部件和非磁性材料部件的整體構成一個實心的旋轉圓柱體，其半徑基本等於圓柱形非磁性旋轉殼的內半徑，圓柱殼的橫穿窗孔的數目與其極數相同，每個窗孔都對著一個磁性材料極的縱向面，每個窗孔又都由一個磁性材料的外側管的構件所佔據，該構件的極性與它對應的極相同。
橫穿窗孔從橫剖面上看，有利地具有從圓柱形殼的內部向外部收斂的大致形狀，所述外側管的構件的半徑和徑向厚度基本等於圓柱形殼的半徑和徑向厚度，並且具有與窗孔收斂形狀互補的側邊緣。
本發明轉子的橫向凸肩與垂直轉子軸的面形成一定的角度。
每個磁性或非磁性材料部件都由多個彼此連在一起的同軸調裝好的管構件所構成。
按照一種實施方式，每個磁性或非磁性材料部件都包含一個中間的實心管構件，它與對稱的側平面相切，還包括一個空心的管構件，其內半徑基本等於實心的管構件的半徑，而其外半徑基本等於圓柱形殼的內半徑。本發明還涉及製造上述爪極磁電轉子的方法。根據該方法，把調整裝配好的同軸管構件都裝填到空心圓柱體中並對管構件及圓柱形空心殼的整體進行等靜壓。
所謂的外側管構件就是那些在進行裝填步驟時最先安裝定位在所述圓柱形殼中的管的構件。
本發明方法可有利地包括一個最後的加工步驟，它在於例如對轉子進行軸向挖空或者使轉子外表面具有一種特殊的形狀。
本發明的優點之一來自轉子的構件形狀，這種構件形狀允許進行等靜壓，同時還減少影響產品質量的危險。本發明的另一優點是可以擺脫轉子構件的複雜形狀，製作多個容易加工的管構件並把這些構件組合起來而製成複雜的部件。
本發明的另一個優點來自管的套裝原理，這可保證轉子具有最佳的抗離心破裂性能。
本發明的另外一些優點和特徵可從後面參照附圖所作的說明中體現出來，附圖中

圖1A是本發明轉子的一個磁性末端部件的示意圖。
圖1B、1C分別是圖1A的俯視和側視示意圖。
圖2A是本發明轉子的一個磁性中間部件的示意圖。
圖2B、2C分別是圖2A的俯視和側視示意圖。
圖3A是本發明轉子的一個非磁性部件的示意圖。
圖3B、3C分別是圖3A的俯視和側視示意圖。
圖4是本發明轉子的分解示意圖。
圖5A是本發明轉子組裝後的示意圖。
圖5B、5C、5D分別是圖5A的B、C、D處的剖視示意圖。
圖6是本發明轉子在最後加工工序之後的示意圖。
在下面的說明中，「縱向的」和「側面的」這些詞涉及的是與所考慮的部件或轉子的軸沒有交叉的那些表面元素。
本發明涉及這樣一種類型的爪極磁電轉子，它包括一些形成轉子極3的磁性材料部件1、9和隔離極性相反的極3的非磁性材料部件12，它們都封裝在按照上述方法製成的圓柱形非磁性材料的旋轉空心殼13中。
按第一種實施方式，轉子是一種雙極轉子，它包含兩個極性相反的單極磁性材料末端部件1，還包含一個非磁性材料部件12。
每個單極部件1(圖1A、1B、1C)都包括一個旋轉轂2，其半徑基本等於圓柱形殼13的內半徑，並且轂還有一個自由端4及一個斜面極3。斜面極3含有其半徑與轂2相同的縱向面8、與縱向面8形成斜面的橫向傾斜面5、以及兩個側平面6，這兩個面相對斜面極3的對稱面是對稱的，它們從縱向面8向傾斜面5一個向另一個相互會合側平面6與轂形成一些橫向凸肩7。
兩個磁性材料部件1傾斜面5相對地安裝在同一軸線上。
非磁性部件12(圖2A、2B、2C)安裝在相對的傾斜面5之間，而且其形狀與兩個磁性材料部件1互補，以致使磁性材料部件1和非磁性材料部件12的整體構成一個實心的旋轉圓柱體，其半徑基本等於非磁性旋轉圓柱殼13的內半徑。
圓柱形殼13有兩個橫穿窗孔15，每個都對著一個磁性材料部件1的縱向面8，每個窗孔15都被一個磁性材料外側管構件14佔用，該構件的極性與它所對應的磁性材料部件1相同。
按第二種實施方式(如圖4至6所示)，轉子包括一系列軸向的雙極轉子。
它包括兩個磁性材料的單極末端部件1、至少一個磁性材料的中間部件9和一些非磁性材料部件12。單極末端部件1總是極性相反的。
末端部件1的形狀與第一種實施方式(圖1A、1B、1C)中所描述的形狀相同。
單個(或多個)中間部件9(圖3A、3B、3C)包括兩個極性相反的極30，其形狀與末端部件1的極3的形狀相同。
中間部件9的每個極30都有一個傾斜面50，它對著一個末端磁性部件1的極3傾斜面5或者對著另一個中間部件9的極30的傾斜面50。
每個極3、30都用一個非磁性部件12(圖2A、2B、2C)與相對的極30、3隔離開，該非磁性部件的形狀與兩個極3、30的形狀互補，以致單個(或多個)中間部件9、末端部件1及非磁性材料部件12的整體構成了一個實心的旋轉圓柱體，其半徑基本等於非磁性旋轉圓柱形殼13的內半徑。
正如在第一種實施方式中所描述的那樣，圓柱形殼13的橫穿窗孔15的數目與極3的數目相同。
每個窗孔15都對著一個磁性材料極3的縱向面8，每個窗孔都由磁性材料的外側管構件14、140所佔用，其極性與它所對應的極3相同(圖4)。
在兩種實施方式中，橫穿窗孔15的橫截面具有大體從圓柱形殼13的內部向外部收斂的形狀，而且外側管構件14、140所具有的半徑和徑向厚度基本等於圓柱殼13的半徑和徑向厚度，它們的側面邊緣16與窗孔15的收斂形狀互補。
有利地是，橫向凸肩7與垂直轉子軸的面形成一定的角度，該角度最好為45 °。
在所介紹的實施方式中，磁性材料部件1、9或非磁性材料部件12都包含一個中間的實心管構件10、100、101，它與對稱的側平面6相切，還有一個空心管構件11、110、111，其內半徑基本等於實心管構件10的半徑而其外半徑基本等於圓柱形殼13的內半徑。而且正如前面所提到的那樣，磁性材料部件都包括一個分別對應於極3、30的外側管構件14、140，其內徑和外徑基本等於圓柱形殼13的內徑和外徑。在圖5B、5C、5D上，每個部件都以不同的方式加剖面線地畫出了構成該部件的管狀構件。
外側管構件14、140藉助其側面邊緣16的形狀可以構成對每個轉子極3、30的漸增空氣隙。
本發明也涉及一種製造上述爪極磁電轉子的方法。
本發明方法的一個特徵步驟主要在於每個磁性材料部件1、9或非磁性材料12都由一些單獨調整好而且同軸的套裝管構件10、11、14、100、110、140、101、111構成，每個管構件10、11、14、100、110、140、101、111都有側邊緣、橫向端及側面，側面徑向厚度的外形與所對應的磁性材料部件1、9或非磁性材料部件12的相對應。
在實施本發明方法的過程中，外側管構件14、140在進行裝填時是管構件10、11、14、100、110、140、101、111中最先調整定位到圓柱形殼13中的。
根據本發明方法，在等靜壓步驟後，所製得的轉子可進行最後的加工處理步驟。這一步驟比如可以是對轉子進行軸向挖空，以便使轉子變輕，或者使轉子外表面具有一種特殊的形狀(圖6)。
當然，本發明並不局限於上面描述和介紹的一些實施方式，本領域技術人員可進行多種實施變型而不脫離本發明的範圍。特別是，在不脫離發明範圍的情況下，可改變每個部件的管構件的數量。
權利要求
1.一種爪極型磁電轉子，它包括一些形成轉子極(3)的磁性材料部件(1、9)以及一些隔離極性相反的極(3)的非磁性材料部件(12)，它們都封裝在一個非磁性材料的圓柱形空心殼(13)中，其特徵在於該轉子包括兩個極性相反的磁性材料單極部件(1)和一個非磁性材料部件(12)，每個單極部件(1)包括一個其半徑基本等於圓柱殼(13)內半徑的旋轉轂(2)，一個自由端(4)及一個斜面極(3)，所述斜面極(3)包含一個半徑與轂(2)相同的縱向面(8)、一個與所述縱向面(8)形成斜面的橫向傾斜面(5)、及兩個側平面(6)，它們相對於斜面極(3)的對稱面對稱且從縱向面(8)向傾斜面(5)一個向另一個相互會合，所述側平面(6)與轂(2)形成一些橫向凸肩(7)，兩個磁性材料部件(1)以傾斜面(5)相對地安裝在同一個軸線上，非磁性部件(12)安裝在相對的傾斜面(5)之間，而且它的形狀與兩個磁性材料部件(1)的互補，以致使磁性材料和非磁性材料部件的整體構成一個實心的旋轉圓柱體，其半徑基本等於非磁性旋轉圓柱形殼(13)的內半徑，圓柱形殼有兩個橫穿窗孔(15)，每一個都對著一個磁性材料部件(1)的縱向面(8)，每個窗孔都由一個磁性材料的外側管構件(14)佔據，該構件的極性與其所對應的磁性材料部件相同。
2.一種爪極型磁電轉子，它包括形成轉子極(3)的磁性材料部件(1、9)和隔離極性相反的極(3、30)的非磁性材料部件(12)，它們都封裝在一個非磁性材料的圓柱形空心殼(13)中，其特徵在於它包括兩個極性相反的磁性材料末端單極部件(1)、至少一個磁性材料中間部件(9)和一些非磁性材料部件(12)，每個單極部件(1)包括一個其半徑基本等於圓柱形殼(13)內半徑的旋轉轂(2)，而且有一個自由端(4)和一個斜面極(3)，所述斜面極(3)包括其半徑與轂(2)相同的縱向面(8)、與所述縱向面(8)形成斜面的橫向傾斜面(5)以及兩個側平面(6)，後者相對於斜面極(3)的對稱面對稱且從縱向面(8)向傾斜面(5)一個向另一個相互收斂，所述側平面(6)與轂(2)形成橫向凸肩(7)，單個或多個中間部件(9)包括兩個極性相反的極(30)，其形狀與末端部件(1)的極(3)相同，每個極都有一個傾斜面(50)對著一個末端磁性部件極(3)的傾斜面(5)或者對著另一個中間部件(9)的一個極(30)的傾斜面(50)，每個極(3、30)都由一個形狀與兩個極(3、30)互補的非磁性部件(12)與相對的極(30、3)隔開，以致使末端部件(1)、單個或多個中間部件(9)以及非磁性材料部件(12)的整體構成一個實心的旋轉圓柱體，其半徑基本等於非磁性旋轉圓柱形殼(13)的內半徑，圓柱形殼(13)有一些數量與極(3、30)相同的橫穿窗孔(15)，每個窗孔(15)都對著一個磁性材料極(3、30)的縱向面(8)，每個窗孔(15)都由一個磁性材料的外側管構件(14、140)所佔據，該元件的極性與其所對應的極(3、30)相同。
3.根據權利要求1或2所述的磁電轉子，其特徵在於橫穿窗孔(15)的剖面形狀大體是從圓柱形殼(13)的內部向外部收斂，所述外側管構件(14、140)的半徑和徑向厚度基本等於圓柱形殼(13)的半徑和徑向厚度，並且該構件的側邊緣(16)與窗孔(15)的收斂形狀互補。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的磁電轉子，其特徵在於橫向凸肩(7)與垂直轉子軸的面形成一定的角度。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的磁電轉子，其特徵在於每個磁性材料部件(1、9)或非磁性材料部件(12)都由多個調裝好而且同軸的管構件(14、10、11、110、100；140、111、101)相互連接構成。
6.根據權利要求5所述的磁電轉子，其特徵在於每個磁性材料部件(1、9)或非磁性材料部件(12)都包括一個中間的實心管構件(10、100、101)，與對稱的側平面(6)相切，還包括一個空心管構件(11、110、111)，其內半徑基本等於實心管構件(10、100、101)的半徑，而其外半徑基本等於圓柱形殼(13)的內半徑。
7.根據權利要求5或6所述的爪極磁電轉子的製造方法，其特徵在於把調裝好而且同軸的管構件(14、10、11、110、100、140、111、101)裝填到空心圓柱體(13)中，並對管構件(14、10、11、110、100、140、111、101)及圓柱形空心殼(13)的整體進行等靜壓處理。
8.根據權利要求7所述的製造方法，其特徵在於所述外側管構件(14、140)是裝填時管構件(14、10、11、110、100、140、111、101)中最先安裝定位在所述圓柱形殼(13)中的。
9.根據權利要求7或8所述的製造方法，其特徵在於該方法包括一個最後的加工步驟，它主要就是對轉子進行軸向挖空或者是使轉子外表面具有一種特殊的形狀。
全文摘要
本發明涉及一種爪極磁電轉子，它包括兩個極性相反的磁性單極末端部件(1)、至少一個磁性中間部件(9)及一些非磁性部件(12)，單極部件(1)有一個斜面極(3)和兩個側平面(6)，後者相對斜面極對稱面對稱，中間部件包括兩個極性相反的極(30)，其形狀與部件(1)的極(3)相同，極(3、30)由非磁性部件(12)與相對的極(30、3)隔開，圓柱殼(13)有數目與極(3、30)相同的窗孔(15)，窗孔由磁性材料的管構件(14、140)佔據，構件的極性與極(3、30)相同。
文檔編號H02K1/24GK1168017SQ97104839
公開日1997年12月17日 申請日期1997年3月21日 優先權日1996年3月22日
發明者阿蘭·蓋羅, 讓·夏爾·梅西耶 申請人:Gec阿爾斯託姆摩特沃斯公司