永磁體轉子和包括這種轉子的旋轉式機器的製作方法

2023-09-12 19:41:45 2

專利名稱：永磁體轉子和包括這種轉子的旋轉式機器的製作方法
技術領域：
本發明涉及旋轉式電動機器，值得注意的是同步電動機，並且更具體地說，涉及包括通量集中式永磁體轉子的機器。
背景技術：
通量集中式轉子包括一個轉子框架，也被稱為轉子體，其中容納了多個磁體，後者被安裝到徑向指向的容納區之中。已知幾種類型的通量集中式轉子。值得注意的是，現有多種轉子，它們包括一個非磁性中樞件，磁極片連接到該中樞 件上,而永磁體插入這些磁極片之間,例如像申請書EP I 152 516中所述。專利申請DE 10 2009 026 524涉及一種電動機器，該電動機器具有一個轉子，該轉子包括由固定套環連接的多個磁極片和多個連接橋。這些橋限定了多個凹槽和容納區以容納多個磁性永磁體，這些容納區開放到轉子的外表面上。專利申請EP O 430 795的主題是一種具有多個磁體的電動機轉子，這些磁體是由磁性疊片以及磁體製成的，這些磁體被具有恆定厚度的一種型材所固定，這種型材由多個瓣和彎曲部組成。這些容納區旨在容納這些磁體並且開放到轉子的外部，並且因此這可能減低了轉子的機械強度。專利申請US 2003/137203涉及轉子疊片，其中容納了磁體，這些磁體通過多個彈性肋被保持在這些容納區中。專利申請US 2009/0096308涉及一種電動機，該電動機包括多個凹槽和多個永磁體，這些永磁體是通過這些磁極多個扇形展開的部分和轉子的多個凸肋來保持的。還已知包括轉子疊片集的多種轉子，每個轉子疊片都做成單一片、並且具有多個容納區,其中放置了這些永磁體。此外，例如在歐洲專利申請EP I 249 919中所說明的，存在著多種轉子，這些轉子具有設計成用於容納梯形截面的磁體的多個容納區。這些磁極片通過多個材料橋被連接到轉子的中樞件上，值得注意的是通過在每個磁體的每側的足部處的兩個材料橋，並且這些磁體通過一種離心作用在這些磁極片之間被鎖定在位。此外，還已經知道多種轉子，它們包括配備有凹槽以減少磁通量損失的多個轉子疊片，如在專利US 7 772 735中所說明的。現有技術中已知的這些解決方案具有某些缺點。使用非磁性鋼或者鋁來製作中樞件或軸是相對較昂貴的。使這些永磁體具有矩形的形狀使其難以定位，並使得實現在轉子疊片與這些磁體之間的適當的接觸成為一件複雜的事情。這些磁體的不正確的定位通常導致不想要的氣隙，這些氣隙降低了轉子的性能並迫使其進行非常精密的調整。最後，在這些永磁體的足部存在的材料橋對電動機的比功率具有一種負面效應，並且這些磁體在這些磁極片之間未必是最佳地呈楔形的。
存在一種需要來仍然進一步地改進通量集中式轉子，值得注意的是為了減少它們的製造成本而同時獲得令人滿意的電氣和機械性能。本發明尋求滿足這種需求，而與此同時克服所有或某些以上提及的缺點。

發明內容
因此，在其一個方面中，本發明的一個目的是一種用於旋轉式電動機器的轉子，該轉子是一個通量集中式永磁體轉子，該轉子包括一個轉子框架，該轉子框架具有多個徑向指向的容納區，其中放置了這些永磁體，每個容納區在其徑向內端部開放到一個凹槽上，該凹槽在該容納區的一個中平面的每一側上延伸，一個鎖定元件被插入該凹槽的封閉端與放置在該容納區中的永磁體之間。該旋轉框架可以是由多個轉子疊片的一個集合形成的，而每個轉子疊片是一個單一件。在此有可能使每個容納區不開放到轉子疊片的外部(它的意思是說到徑向外表面上)。 在其另一方面中，本發明的另一個目的是一種轉子，該轉子是一個通量集中式永磁體轉子，該轉子包括一個轉子框架，該轉子框架具有多個徑向指向的容納區，其中放置了這些永磁體，每個容納區在與磁體接觸的至少一個部分上具有一個寬度，該寬度隨著從該轉子的軸線上離開的距離的增加而減小，每個容納區在其徑向內端部開放到一個凹槽上，該凹槽在該容納區的一個中平面的每一側上延伸。這種轉子可以包括一個轉子支撐體(如一個軸)，它沿著轉子的旋轉軸延伸。這種轉子框架可以具有供軸穿過的一個中心開口。這種轉子可以安裝或者不安裝突出部分。這種轉子可以包括或者不包括至少一個用於將永磁體鎖定在其容納區中的鎖定元件。通過將鎖定元件插入磁體的徑向內端部與凹槽的封閉端之間，鎖定元件可以將永磁體在其各納區中保持在位。由於本發明，這些容納區可以容納非矩形形狀的磁體，優選地在截面上為梯形，並且通過一種楔入效果實現磁體與框架之間的良好接觸。以此方式，這有可能減少磁損失以及包括根據本發明的轉子的機器在性能上的差異。由於在這些磁體和框架之間可以有相對大的間隙，這使得當插入磁體時安裝永磁體變得更加容易。值得注意的是，這種插入可以使用一個非磁性工具無需與轉子疊片接觸而完成，而該工具在這些磁體的最後定位之前被移除。這種框架優選地是由沿著旋轉軸線彼此組裝的一個轉子疊片集來形成。該框架可以包括至少一個沿著旋轉軸線繞在自身上的轉子疊片。值得注意的是，這些轉子疊片的每一個都可以是一個單一片。因此，這種轉子沒有後加的磁極片。本發明使之有可能避免採用非磁性部件(如非磁性的中樞件或軸)，它們帶來相對較高的成本。因此該轉子的旋轉支撐體(值得注意的是出於一根軸的形式)可以是由一種磁性材料製成的。例如，每個轉子疊片是從磁鋼片上切出來的。可以在這些疊片被組裝成片疊之前在其相反面上塗敷一種電絕緣漆。這種電絕緣也可以通過疊片的熱處理來獲得。
當轉子框架是由這種轉子疊片的重疊體來製成時，這些凹槽和容納區的分布有利地是均勻的並且表現出軸對稱性，這使得轉子疊片較容易切出並且使其在切出之後更加穩定。在本發明的優選實施例中，一個容納區的中平面對應於穿過該容納區的最大尺寸的軸線的平面。每個凹槽可以具有兩個分支，這兩個分支對應地在該容納區的每一側延伸，優選地隨著從該轉子的軸線離開的距離增加而發散。因此，這些凹槽是非徑向指向的。可替代地，每個凹槽可以沒有分支對應地在容納區的每一側延伸。例如，每個凹槽可以具有一個實質上梯形的形狀，值得注意的是具有兩個相反的邊緣，這兩個邊緣對應地各自在容納區的中平面的每一側上延伸，隨著從轉子的軸線離開的距離的增加而發散。從容納區的一個邊緣上的一點到轉子的軸線的距離可以大於或等於從每個凹槽的一個邊緣上的一點到轉子的軸線的距離。

兩個連續的容納區的相鄰的凹槽可以是由一個材料橋分離開的，該材料橋的寬度是取決於轉子的直徑，例如比轉子的直徑小50到60倍的寬度，例如在轉子的直徑是IOOmm和200mm的情況下小於或等於3mm，例如在轉子的直徑是140mm的情況下下為2. 5mm。值得注意的是，與在永磁體的足部處具有材料橋的轉子相比，將與兩個連續的容納區相關聯的相鄰凹槽分離開的疊片的窄寬度可能使之能夠在比功率上能夠獲得顯著改善。至少一個開口可以形成在與兩個連續的容納區相關聯的兩個相鄰的凹槽之間，值得注意的是，這裡可以有幾個圓開口，這些圓開口在徑向方向上分隔開並且各自位於兩個凹槽之間。該開口可以限定在相鄰的凹槽之間的至少兩個材料橋，這些材料橋各自位於該開口的每一側上。該開口可以徑向延伸，值得注意的是具有徑向狹長的形狀，或者是連續，或者是處於均勻間隔的鑽孔(例如多個圓鑽孔)的形式。這些容納區可以是這樣的，即使得容納區的最大徑向直徑大於容納區的最大外周尺寸(在兩點之間測量的，這兩點離沿著經過這些點的區段的中心的距離相等並且垂直於平分這些點的半徑)。這些凹槽可以建立限制在這些永磁體之間的通量的多個區域，因為疊片是處於磁飽和狀態，所以在此區域中磁通量不能容易地流向這個軸，因此限制了磁通量朝著轉子的徑向內零件的返迴環路。可以由實質上環形部分的疊片將這些凹槽從中心開口上分隔開。這種實質上圓環的部分有助於轉子的堅固性。將凹槽從中心開口分隔開的這種圓環部分的徑向尺寸可以大於或等於將這些容納區從框架的外周分隔開的疊片部分的徑向尺寸。本發明使之有可能分配加載在轉子框架的徑向內零件上的離心力。容納區和磁體的數目取決於轉子的極性。轉子框架可以具有任意任何數目的成對容納區，例如6個或8個容納區。有利的是，這些凹槽具有沿著容納區的中平面的徑向尺寸，該徑向尺寸小於或等於容納區的尺寸，以此減少這些磁體的磁通量的過度集中。例如，一個凹槽沿著容納區的中平面的徑向尺寸是大約容納區的一半。優選地，容納區具有的徑向尺寸大於或等於容納於其中的永磁體的尺寸。轉子框架可以具有一個圓形或多瓣行的外輪廓(例如)一種多瓣的形狀潛在地具有減少扭矩波動或電流諧波或電壓諧波的益處。這些容納區可以開放到也可以不開放到轉子框架的徑向外表面上。這些容納區可以開放到也可以不開放到轉子疊片的外部上。值得注意的是，用疊片形成的材料橋可以將這些容納區從轉子疊片的外圍分隔開，這種材料橋值得注意地具有在O. Imm與3_之間的寬度，從而給這些容納區足夠的機械強度。每個容納區以及它所進入的凹槽可以形成一個孔，這個孔關於轉子的軸線佔據
30。與50。之間的角度間隙。這些永磁體在截面上可以是梯形的。凹槽可以具有多個分支，這些分支具有在一個修圓部分處相遇的邊緣，值得注意 的是，配備有圓凹口，該圓凹口具有較小曲率半徑。圓凹口可以允許將鎖定元件定位。凹槽可以具有適於定位該鎖定元件的形狀的任何凹口，例如平底凹口。中心開口可以具有一個防轉動裝置，值得注意的是接合在軸的一個相應的槽縫中的一個防轉動凸起。作為一個替代方案，可以使用其他形式的防轉裝置，例如環箍類型。種鎖定元件當存在時其整體形式可以是一個圓柱銷，值得注意的是在一端具有一個插入錐度。這種鎖定元件可以是中空的或實心的。鎖定元件可以是單一件，或者是通過組裝至少兩個部件而形成的，每個值得注意的是處於一個錐體的形式，它們是是頭尾定位的並且在其接觸面上配備有多個抓卡凸凹部，值得注意的是多個齒，這樣使得一個部件相對於其他部件的運動是在增大加緊效果的方向上的單向運動。鎖定元件可以是彈性可變形的，優選地是由熱塑性材料製成的，其所經受的溫度和彈性是與其用途可兼容的。磁體與鎖定元件之間的負間隙就絕對值而言可以是大於或等於O。值得注意的是，負間隙的這個值可以取決於轉子的直徑、加熱的程度、速度或施加於轉子的任何其他壓力的程度。鎖定元件可以具有的長度取決於磁體的長度，並且例如等於磁體的長度上下浮動20%。鎖定元件可以具有一種直徑(或停止時的最大橫向寬度)，它取決於轉子的直徑，例如對於直徑大於或等於IOOmm的轉子而言,是在15mm與25mm之間。鎖定元件可以相對於容納區的中平面對稱地定位在凹槽的這些分支之間。鎖定元件可以具有實質上沙漏形截面。鎖定元件可以在截面上具有兩個較薄的壁和兩個較厚的壁，較薄的壁連接較厚的壁並且相向彎曲以限定一個腰部。鎖定元件可以具有一個或多個優選變形的區域，例如處於一個或多個縱向延伸的摺疊線的形式。轉子可以具有一個單一的鎖定元件，或幾個鎖定元件，或可替代地可以具有與容納區一樣多的鎖定元件。具體地講，轉子可以根據其極性具有至少6個或8個鎖定元件。同一個鎖定元件可以穿過多個轉子疊片，值得注意的是，穿過轉子的所有轉子疊片。鎖定元件可以是也可以不是分裂的，優選地不是分裂的。鎖定元件可以位於永磁體與轉子的中樞件之間，從而允許永磁體被放置進入並且保持在相應的容納區中，而不需要使用離心力。鎖定元件可以是也可以不是非磁性的，優選地是非磁性的。鎖定元件可以由任何熱塑性材料製成的(例如)除其他之外，聚烯烴、聚醯胺。
這種轉子可以包括一個旋轉支撐體，值得注意的是沿著轉子的旋轉軸延伸的一個軸，該轉子的轉子框架被固定在例如具有一個突出部分的旋轉支撐體上。具體地講，該轉子框架可以具有一個中心開口，並且該旋轉支撐體可以是一個軸。這種轉子框架可以被固定在軸上，而不使後者穿過中心開口。使用夾緊螺絲可以將轉子的轉子框架固定在旋轉支撐體上，這些夾緊螺絲被固定在旋轉支撐體的端部處的一個套環上。這種旋轉支撐體可以被夾持在多個凸緣之間。這些螺絲可以按壓在這些凸緣之一的一端上。後者可以具有圓環的形狀並且由一種非磁性材料製成。這些夾緊螺絲可以通過接合在鎖定元件中而穿過轉子框架。在本發明的另一方面中，本發明的另一個主題是一種用於旋轉式電動機器的轉子，該轉子是一個通量集中式永磁體轉子，該轉子包括一個轉子框架，該轉子框架具有多個徑向指向的容納區，其中放置了這些永磁體，每個容納區在其徑向內端部開放到一個凹槽上，該凹槽在該容納區的一個中平面的每一側上延伸，一個鎖定元件被插入該凹槽的封閉端與放置在該容納區中的永磁體之間。每個容納區在與磁體接觸的至少一個部分上可以具有一個寬度，該寬度隨著從轉 子的軸線上遠離的距離增加而減小。本發明的另一主題是一種旋轉式電動機器,如一種同步電動機或發電機，它包括如以上定義的一個轉子。這種機器可以具有一個帶有任何類型的繞組的定子，例如帶有一個集中繞組式或分布繞組式定子。根據本發明的另一方面，本發明的又一主題是一種製造如上定義的轉子的方法，這些磁體以帶間隙的方式安裝到相應的容納區內，並且將鎖定元件強行插入凹槽中，從而變成內插在永磁體於凹槽的邊緣之間，以便在容納區中無間隙地夾持這些永磁體。在安裝了這些鎖定元件之後，至少一個凸緣可以被加到該轉子框架上。多個夾緊螺絲可以通過這些鎖緊元件進行接合。


通過閱讀本發明的一些非限制性實施例的詳細說明並通過研究附圖將會更好地理解本發明，在附圖中圖I為根據本發明生產的轉子的一個實例的示意性截面圖，圖2為轉子疊片的分離的正面圖，圖3和4描繪了轉子疊片的實施方案細節，圖5為圖I的轉子的透視圖，圖6為圖2的軸向截面的視圖，圖7描繪了在縱向截面中的一個鎖定元件，圖8為圖7的鎖定元件的透視圖，圖9和10以及圖11和12對應地描繪了圖I和圖6的實施方案的多種替代形式。圖13為圖11和圖12的實施方案的鎖定元件的透視圖，圖14和15為圖2的轉子疊片的實施方案的多種替代形式，圖16為截面視圖，圖17為一個透視圖，示出了可能使軸不穿過轉子框架而將轉子框架固定於軸，圖18為圖17的XVIII-XVI11上的截面，圖19為本發明的實施方案的替代形式的示意性截面，圖20為用於製造圖19的轉子所使用的機器的示意性和部分的透視圖，圖21為圖19的機器的縱截面，圖22和23對應地為圖20和21的細節XXII和XXIII的縱截面，
圖24為本發明的實施方案的替代形式的示意性截面圖，圖25為用於製造圖24中的轉子的機器的縱截面，圖26a和26b為圖24的鎖定元件的截面圖，圖27a和圖27b分別為鎖定元件的透視圖，圖28為圖27a中的細節XXVIII的視圖，圖29a和圖29b對應地為鎖定元件在箭頭A和B的方向上的視圖，圖30為鎖定元件在XXX-XXX上的縱截面，圖31為本發明的實施方案的替代形式的示意性截面圖，圖32為用於製造圖31中的轉子所使用的機器的縱截面，圖33為圖31的鎖定元件的截面，圖34為鎖定元件的透視圖，圖35為鎖定元件的縱截面，圖36為圖35中的細節XXXVI的視圖，圖37為鎖定元件的透視圖，圖38a和38b對應地為鎖定元件在箭頭A和B的方向上的視圖，圖39為圖38中的細節XXXIX的視圖，圖40為本發明的實施方案的替代形式的示意性截面，圖41為用於製造圖40中的轉子所使用的機器的縱截面，圖42為圖40的鎖定元件的截面，圖43為鎖定元件的透視圖，圖44為鎖定元件的縱截面，圖45為圖44中的細節XXXXV的視圖，圖46為圖40的鎖定元件一部分的透視圖，圖47a和47b對應地為鎖定元件在箭頭A和B的方向上的視圖，圖48為圖47b中的細節XXXXVIII的視圖，圖49為圖40的鎖定元件的部分透視圖，圖50a和50b對應地為鎖定元件在箭頭A和B的方向上的視圖，以及圖51為圖50中細節XXXXXI的視圖。
具體實施例方式圖I中描繪的裝置I包括一個沿著轉子的旋轉軸線X徑向地延伸的磁體框架3，該框架優選地是由沿著軸線X堆疊的片疊形成的，本實例中的這些疊片考慮為完全相同的並且精確地重疊的。
轉子I包括多個永磁體7，這些永磁體被置於磁性轉子框架3的相應的容納區5內，所以兩個連續的磁體7在彼此相對的面上具有相同的極性。轉子框架3被安裝在支撐體2上，在所考慮的實例中，這是由例如鋼的磁性材料製成的軸。轉子框架3具有一個將其安裝在軸2上的中心開口 4。D中心開口 4具有(例如)在40mm與50mm之間的直徑D。此外，該中心開口 4具有接合在軸中的一個相應的槽縫內的防轉動突起11。轉子I被放置在一個定子內，圖未示出，該定子具有一個可以是任何類型的繞組，例如一個同心繞組式定子或分布繞組式定子。在同步電動機的情況下，這個定子使之有可能產生一個驅動轉子的旋轉磁場，而在交流發電機的情況中，該轉子的旋轉在定子的繞組內產生一個電動勢。轉子框架3的形狀在其外圍可以是如圖I所描繪的多瓣形，每個瓣10在兩個連續 的磁體7之間延伸並且外凸。一個與疊片形成在一起的材料橋可以將這些容納區5以在O. Imm與3mm之間的一個寬度與轉子疊片的外圍分隔開，從而給予這些容納區5足夠的機械強度。根據本發明，每個容納區5開放到在該容納區5的中央平面M的每側上延伸的一個凹槽6上，以限制磁通量經過轉子的中樞件通過返迴環路的損失。如圖4所示，每個容納區5具有一個徑向尺寸1，它大於相應的磁體的徑向尺寸。根據本發明，磁體7的截面為梯形。容納區5具有多個相反的縱向邊緣30，值得注意的是多個直線的邊緣，它們隨著從軸2遠離的距離增加而彼此相向收斂。m此外，如從圖3可以看出，每個容納區5至少在一個與磁體7接觸的部分上具有一個寬度m，該部分隨著從轉子I的軸線X遠離的距離增加而減少。縱向邊緣30可以連接到一個末端邊緣32上，該末端邊緣(例如)指向垂直於容納區5的中平面M，從而穿過旋轉軸線X，並且徑向地指向。優選地，這些磁體7不徑向地對接在末端邊緣32上,如圖所示。容納區5的徑向內端開放到凹槽6上，該凹槽具有兩個分支6a和6b，對應地在容納區5的中平面M的每一側上延伸。從圖3可以看出，包含一個開放到凹槽6上容納區5的一個扇區40的角度範圍被限定為在兩個相鄰的凹槽6之間這些角平分線半徑之間的角度β。在本實例中，一個凹槽的最大的角度分離的這些邊緣56與這些角平分線半徑平行延伸。例如，這個角度β可以等於約45°。這些邊緣56在一個修圓的部分相遇，該修圓的部分設有一個圓凹口 58，該圓凹口具有一個較小的曲率半徑。 轉子框架3具有一個連續延伸的中樞件，或者，作為一個替代，在扇區中繞著旋轉軸線X延伸。該中樞件emin的最小徑向尺寸對於直徑測量超過150mm的轉子而言是例如至少2_，例如5_，但可以遠為更大、或更小、或甚至為0，取決於所要承受的離心力並且取決於轉子的尺寸。在兩個相鄰的凹槽6之間延伸的材料橋80的寬度j是(例如)在O. 5mm與15mm之間，例如在所考慮的實例中是約I. 5_。材料橋80處在磁通量飽和狀態，這限制了通過其中的磁通量。轉子I包括多個有助於將這些磁體7保持在這些容納區5中的鎖定元件12。從圖7中可以看出，每個鎖定元件12採取一種銷釘的形式，該銷釘具有一個本體12a和一個插入錐度12b，該本體是一個迴轉圓柱體，該插入錐度具有一個例如在一端的15°的頂角。鎖定元件12是(例如)由彈性的可變形熱塑性材料製成的。磁體7與相應的鎖定元件12之間的負徑向間隙R是(例如，就絕對值而言)大於或等於0，並取決於轉子的直徑、加熱程度、速度或任何其他施加於轉子的應力。凹口 58跟隨者鎖定元件12的本體12a的曲率。
當然，本發明並不局限於剛說明的實施方案。圖9和圖10示出了鎖定元件12是(例如)具有圓形截面的實心的可能性。圖11-13示出了鎖定元件12的實施方案的一個替代形式。鎖定元件12可以(例如)具有實質上沙漏形截面(或蝴蝶結)。如圖所示，鎖定元件12可以是中空的或實心的。如圖12所示，鎖定元件12在一端可以也可以不配備一個插入腰部12b。如圖11所示，鎖定元件12在截面上可以具有兩個較厚的壁12d和兩個連接這些壁12d的較薄的壁12c，並且它們相向彎曲以限定一個大約在中部的較窄的腰部12e。因為其形狀，鎖定元件12可以通過多個壁12d靠近彼此移動而發生彈性變形，這些薄壁12d限定多條優選的摺疊線。凹槽6的封閉端可以具有用於定位鎖定元件12的一個定位凹口 58』。圖14和15示出了圖2的轉子疊片3的實施方案的多種替代形式。如圖14所示，凹槽6可以具有實質上梯形的形狀，值得注意的是，具有多個修圓的拐角，以及在合適的地方的一個凸起部分6c，該凸起部分朝著在容納區5的相反邊緣的凹槽，使其較易於將鎖定元件12定位。另外，如圖14所示，轉子疊片3可以具有在與兩個連續的容納區5相關聯的兩個相鄰凹槽6之間的至少一個開口 81。具體地講，轉子疊片3可以在兩個相鄰的凹槽6之間具有在徑向對齊安排的三個開口 81。這個或這些開口 81可以是圓形的。此外，這個或這些開口 81可以是彼此為等距的，並且可以沿兩個相鄰的凹槽6的對稱平面定位。此外，如圖15所示，在兩個相鄰的凹槽6之間延伸的材料橋80可以被多個平行材料橋代替。具體地講，轉子疊片3在兩個相鄰的凹槽6之間可以具有至少兩個材料橋80a和80b，這些材料橋80a和80b各自位於開口 81的一側。開口 81在兩個相鄰的凹槽6之間縱向地並且徑向地延伸，值得注意的是在二者間的中部。開口 81可以具有實質上等於凹槽6的徑向尺寸的徑向尺寸，值得注意的是，等於如圖所示的凹槽6的分支6a或分支6b的徑向尺寸。圖14的實施方案中的這些相鄰的凹槽6之間存在的多個開口 81使之有可能實現較高的機械強度，與此同時維持低水平的磁洩漏。圖16-18示出了以下可能性，即具有一個轉子1，它配備了一個不從中穿過的軸2。具體地講，轉子框架被固定在具有一個懸掛件的軸2上，該軸無需穿過中心開口 4。為了做到這一點，轉子I包括(例如)多個中空的鎖定元件12。多個夾緊螺絲21 (也稱作貫穿螺栓)被插入至少某些鎖定元件12中，並且被固定在軸端部的一個套環22上，例如直接擰在該套環11上，如圖16和17所示。轉子I可以(例如)包括四個對稱地分布在轉子框架上的夾緊螺絲21。轉子框架因此被固定在軸2上，而不用將軸2穿過中心開口 4。如圖所示，轉子I可以具有兩個凸緣23。這些夾緊螺絲21通過其頭部擠壓在這兩個凸緣23之一上。另一個凸緣插設在軸2與片疊之間。軸上的臺階24使凸緣23對中心。在放置鎖定元件12的過程中，附件的彈性可通過其形狀和/或材料來提供。圖19中所述的裝置19包括一個沿著轉子的旋轉軸線X徑向地延伸的磁體框架3，該框架優選地是由沿著軸線X堆疊的片疊形成的，本實例中的疊片被考慮是完全相同的並且精確地重疊。每個疊片都是一個單片式疊片。轉子I包括多個永磁體7，這些永磁體安排在磁性轉子框架3的相應的容納區5內，這樣使得兩個連續的磁體7在彼此相對的面上具有相同的極性。本實例中說明的永 磁體7在截面上具有矩形的整體形狀，並且與連個連續的磁體之間的間隔相比是相對較寬的。因此,轉子在兩個連續的磁體的兩個連續的容納區之間的磁性疊片中包括多個相當窄的材料橋。因此，存在一個磁體的體積，它與疊片的體積相比是較大的，這在磁體的比功率相對較低的情況下是特別有利的，(例如)若這些磁體是由鐵氧體製成的。轉子框架3安裝在支撐體2上，該支撐體可以是由一種磁性材料(例如)鋼製成的軸。在所考慮的實例中，支撐體2屬於一個用於製造該轉子的機器30，如圖20和21所示。轉子框架3包括一個用於安裝在支撐體2上的中心開口 4。中心開口 4包括接合在該支撐體中的相應的槽縫內的一個防轉動突起U。轉子I可以被放置在一個定子內(未示出)，該定子具有一個可以是任何類型的繞組，例如一個同心繞組式定子或分布繞組式定子。在同步電動機的情況下，這種定子使之有可能產生一個驅動轉子的旋轉磁場，在交流發電機的情況中，是轉子的旋轉在定子的繞組內產生了一個電動力。—個用疊片形成的寬度在O. Imm與3mm之間的材料橋可以將容納區5從轉子疊片的外圍分隔開，從而給予這些容納區5足夠的機械強度。如圖4所示,每個容納區5具有比相應的磁體的徑向尺寸大的徑向尺寸I。根據本發明，每個容納區5開放到在容納區5的中平面M的每側上延伸的一個凹槽6上以限制磁通量經過轉子的中樞件通過返迴環路的損失。在所述實施方案中，與先前說明的實施方案中不同，這些容納區5並不周向地延伸超過永磁體7的寬度。在兩個相鄰的凹槽6之間延伸的材料橋80的寬度j是(例如)在O. 5mm與15mm之間，例如在所考慮的實例中是約I. 4_。材料橋80處在磁通量飽和狀態，這限制了通過其中的磁通量。轉子I包括多個鎖定元件12，它們有助於將這些磁體7保持在這些容納區5之中。在所述實施方案中，這些鎖定元件12為實心的，具有圓形截面。作為一個替代形式，它們可以具有中空的管狀形狀，但不是分裂的。在將這些鎖定元件12插入這些凹槽6的過程中，機器30通過使用如圖22和23所示的這些貫穿螺栓31和螺釘32而允許使這些轉子框架和磁體被固定住。 鑑於製成這些永磁體的材料例如鐵氧體可以是易碎的並且對振動敏感，可以對這些永磁體進行浸潰或者塗敷。
這些鎖定元件12是由(例如)彈性的可變形熱塑性材料製成的。鎖定元件允許永磁體7保持為擠壓在臺階55上，這些臺階形成在最靠近氣隙的磁體7的端部的容納區5中。磁體7與相應的鎖定元件12之間的負徑向間隙R是(例如，就絕對值而言)大於或等於0，這取決於轉子的直徑、加熱程度、速度或任何其他施加於轉子的應力定。當然，本發明並不局限於剛說明的實施方案。每個鎖定元件12都可以具有某種其他形狀。鎖定元件12可以(例如)在截面上具有實質上沙漏形截面(蝴蝶結)。如圖所示，鎖定元件12可以是中空的或實心的。鎖定元件12的一端可以或者可以不配備一個插入腰部12b，如圖28所示。該較窄的腰部可以在長度I上延伸鎖定元件12的總長度L的大約 10%。 如圖26b所示，鎖定元件12在截面上可以具有兩個較厚的壁12d和兩個連接這些壁12d的較薄的壁12c，並且它們相向彎曲以限定一個大約在中部的較窄的腰部12e。因為其形狀，鎖定元件12可以通過多個壁12d靠近彼此移動而發生彈性變形，這些薄壁12d限定多條優選地摺疊線。在剛剛說明的這些實例中，這些鎖定元件做成單件的。如果是另外的情況，並且如果這些鎖定元件(例如)被做成兩個零件，如對應地在圖31-39和圖40-48中所示，這將不構成對本發明的範圍的偏離。在圖31-39的實施方案中，鎖定元件12是由兩個零件12』和12」形成的，這兩個零件形狀相同並且被放置為首尾相連以形成鎖定元件12。在相對較大的機器的情況下，雙零件結構是特別有利的，並且對此有利的是具有相當大的間隙用於安裝鎖定元件。每個零件12』、12」具有一個面40，它相對於機器的縱向軸線傾斜的大約2。的角度並且是鋸齒狀的，從而形成多個接片41，在所述實例中是21個。如圖36所示，這些接片41是旨在互相配合以便用以下方式將兩個零件12』和12」保持在位，即鎖定元件具有最小的總長度T和最大的高度H，以便執行器其功能並且將相應的磁體鎖定在位。這些接片41相對於機器的縱向軸線傾斜一個大約20°的角度Y。在圖40至圖48的實施方案中，鎖定元件12是由零件12』和零件12」形成的，前者與先前的零件相同，後者為不同的形狀。該零件12」不同於前一個零件，這不是就包括這些接片41的傾斜的面40而言，它們保持類似並且以按照先前說明的同樣方式與相應的零件12』配合，而是就其相反面42的形狀而言。這個相反面42在此替代形式中具有平面的形狀。零件12」就其長度L而言與前一個零件不同，它比零件12』的長度短。在一個替代形式中，這甚至可以具有一個不同的形狀，例如部分為圓柱形，如圖49至圖51中以舉例的方式所說明的一樣。本實施方案就Y的角度值而言與前一個零件也不同，這在此實例中是大約10°。表述「包括一個/種」應被理解為與「包括至少一個/種」是同義的。
權利要求
1.一種用於旋轉式電動機器的轉子(I)，所述轉子是一種通量集中式永磁體(7)轉子，所述轉子包括轉子框架(3)，所述轉子框架由轉子疊片集形成，每個疊片都是單件式的、並且具有徑向指向的容納區(5)，其中放置了所述永磁體(7)，每個容納區(5)不向所述轉子疊片的外部開放，並且每個容納區(5)在其徑向內端部開放到凹槽(6)上，所述凹槽在所述容納區(5)的中平面(M)的每一側上延伸，鎖定元件(12)被插入所述凹槽￠)的封閉端與放置在所述容納區(5)中的所述永磁體(7)之間。
2.如權利要求I所述的轉子(I)，包括旋轉支撐體(2)，值得注意地是軸(2)，所述旋轉支撐體沿著所述轉子(I)的旋轉軸線(X)延伸並且優選地由磁性材料製成。
3.如前述權利要求中的一項所述的轉子(I)，每個凹槽(6)均具有兩個分支(6a,6b),所述兩個分支對應地各自在所述容納區(5)的一側延伸，值得注意地是隨著從所述轉子(I)的軸線(X)離開的增加的距離而發散。
4.如前述權利要求中任意一項所述的轉子(I)，與兩個連續的容納區(5)相關聯的相鄰的凹槽(6)是由至少一個材料橋(80，80a，80b)分離開的。
5.如前述權利要求中任意一項所述的轉子(I)，所述凹槽(6)具有沿著所述容納區(5)的中平面(M)的徑向尺寸，所述徑向尺寸小於或者等於所述容納區(5)的徑向尺寸。
6.如前述權利要求中任意一項所述的轉子(I)，所述鎖定元件(12)是可彈性變形的，優選是由熱塑性材料製成的。
7.如前述權利要求中任意一項所述的轉子(I)，在所述磁體(7)與所述鎖定元件(12)之間的負間隙就絕對值而言是大於或者等於O。
8.如前述權利要求中任意一項所述的轉子(I)，所述鎖定元件(12)是中空的，並且值得注意地是能夠具有貫穿其中的夾緊螺絲(21)，所述夾緊螺絲能夠用於將所述轉子框架固定於旋轉支撐體上，如軸(2)上。
9.如權利要求I至7中任意一項所述的轉子(I)，所述鎖定元件(12)是實心的。
10.如前述權利要求中任意一項所述的轉子(I)，所述凹槽(6)具有多個分支(6a,6b),所述多個分支具有在修圓部分處相交的邊緣(56)，優選地配備有用於定位所述鎖定元件(12)的凹口(58)，值得注意地是圓形凹口。
11.如前述權利要求中任意一項所述的轉子(I)，所述永磁體(7)在截面上是梯形的。
12.如權利要求I至10中任意一項所述的轉子(I)，所述鎖定元件(12)是處於圓柱銷(12a)的形式，所述圓柱銷的一端設有插入錐度(12b)。
13.如權利要求I至11中任意一項所述的轉子(I)，所述鎖定元件(12)各自具有砂漏形截面。
14.如前一權利要求所述的轉子(I)，所述鎖定元件(12)在截面上具有兩個較厚的壁(12d)和兩個較薄的壁(12c)，所述較薄的壁(12c)連接了所述較厚的壁(12d)並且是彼此相向彎曲的，以限定腰部(12e)。
15.如權利要求I至10中任意一項所述的轉子，所述鎖定元件是通過組裝至少兩個部件而形成的，值得注意的是，每個部件是處於圓錐的形式，放置為首尾相連並且在它們的接觸面上配備有多個抓卡凸凹部，值得注意的是多個齒，使得一個部件相對於另一個部件在增加夾緊效果的方向上的運動是單向運動。
16.如前述權利要求中除權利要求4以外的任意一項所述的轉子(I)，每個凹槽(6)都具有大體上梯形的形狀。
17.如前述權利要求中任意一項所述的轉子(I)，至少一個開口(81)是形成在與兩個連續的容納區(5)相關聯的兩個相鄰的凹槽(6)之間，這裡值得注意地有幾個圓形開口(81)，所述圓形開口在徑向方向上間隔開的並且每個都位於所述兩個凹槽(6)之間。
18.如權利要求I至16中任意一項所述的轉子(I)，至少一個開口是形成在與兩個連續的容納區相關聯的兩個相鄰的凹槽(6)之間，所述開口(81)限定了所述相鄰的凹槽(6)之間的至少兩個材料橋(80a，80b)，所述兩個材料橋(80a，80b)各自位於所述開口(81)每一側上，所述開口(81)優選地具有徑向狹長的形狀。
19.如前述權利要求中任意一項所述的轉子(I)，所述轉子(I)包括旋轉支撐體(2)，值得注意地是沿著所述轉子(I)的所述旋轉軸線(X)延伸的軸(2)，所述轉子(I)的轉子框架優選被固定在具有突出部分的所述旋轉支撐體(2)上。
20.如前一權利要求所述的轉子(I)，所述轉子(I)的轉子框架使用多個夾緊螺絲(21)固定到所述旋轉支撐體(2)上，所述夾緊螺絲(21)固定於所述旋轉支撐體(2)端部的套環(22)上。
21.一種製造根據前述權利要求中任意一項所述的轉子(I)的方法，將所述永磁體(7)帶有間隙地安裝到所述相應的容納區(5)中，並且將所述鎖定元件(12)強行插入所述凹槽(6)中，使其變成內插在所述永磁體(7)與所述凹槽(6)的邊緣(56)之間，以便將所述永磁體(7)不留間隙地夾持在所述容納區(5)中。
22.如權利要求21所述的方法，在安裝了所述鎖定元件(12)之後，將至少一個凸緣(23)加到所述轉子框架上。
23.如權利要求21或22所述的方法，夾緊螺絲(21)通過所述鎖定元件(12)被接合。
24.一種旋轉式電動機器，包括如權利要求1-20中任意一項所述的轉子(I)。
25.一種用於旋轉式電動機器的轉子(I)，所述轉子是通量集中式永磁體(7)轉子，所述轉子包括轉子框架(3)，所述轉子框架具有徑向指向的容納區(5)，其中放置了所述永磁體(7)，每個容納區(5)在與磁體(7)接觸的至少一個部分上具有寬度，所述寬度隨著從所述轉子⑴的軸線上離開的距離增加而減小，每個容納區(5)在其徑向內端部開放到凹槽(6)上，所述凹槽在所述容納區(5)的中平面(M)的每一側上延伸。
26.如前一權利要求所述的轉子(I)，包括用於鎖定永磁體(7)的鎖定元件(12)，所述鎖定元件被插入所述永磁體(7)與所述凹槽￠)的封閉端之間。
全文摘要
本發明涉及一種用於旋轉式電動機器的轉子(1)，該轉子是一種通量集中式永磁體(7)轉子，該轉子包括一個轉子框架(3)，該轉子框架具有多個徑向指向的容納區(5)，其中放置了這些永磁體(7)，每個容納區(5)在與磁體(7)接觸的至少一個部分上具有一個寬度，該寬度隨著到轉子(1)的軸線的距離增加而減小，每個容納區(5)在其徑向內端部開放到一個凹槽(6)上，這個凹槽在該容納區(5)的一個中平面(M)的每一側上延伸。
文檔編號H02K15/03GK102810919SQ20121017787
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月31日 優先權日2011年5月31日
發明者帕斯卡爾·貝諾, 帕斯卡爾·戈捷, 克裡斯託夫·吉勒斯, 雅克·聖-米歇爾, 奧利維耶·薩維努瓦 申請人:利萊森瑪電機公司