包括覆蓋磁體的被添加極靴的轉子和旋轉電機的製作方法

2023-10-10 03:19:39 2

專利名稱：包括覆蓋磁體的被添加極靴的轉子和旋轉電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於旋轉電機的轉子和包括這種轉子的旋轉電機。
背景技術：
專利申請JP-10-336929披露了一種帶有永磁體的轉子，其中所述磁體放置在形成座部的多個部件上，其自身附裝到轉子體上，所述磁體由裝配的極靴覆蓋。附裝螺釘接合在形成所述座部的所述部件中以及接合在所述極靴中。同樣已知一種包括插入在一疊片材的外殼中的埋入式磁體的轉子。因為磁通量的某一部分在繞所述外殼延伸的片材的部分中在所述磁體的磁極之間行進，所以發生磁損耗。

發明內容
本發明的目標是通過根據本發明的一方面提出一種轉子來進一步增強旋轉電機的轉子，所述轉子包括:-轂，所述轂包括一疊片材，-磁體，所述磁體布置在所述疊片材的表面上，-裝配的極靴，所述裝配的極靴覆蓋所述磁體，以及-附裝裝置，所述附裝裝置用於將所述極靴保持在所述轂上。所述附裝裝置在示例性實施例中可以是非磁性的。所述磁體受所述裝配的極靴保護，但沒有磁漏的缺點。減少磁漏使得可以減輕必需的磁體的重量，並因此獲得更便宜製造的轉子。可以例如減少磁體的數量。此外，在本發明中，所述磁體在不使用形成座部的多個部件的情況下直接放置在所述轂的表面上，這顯著簡化了裝配。本發明使得可以在相等的功率輸出的情況下減小所述電機的體積。裝配的極靴的存在使得可以防止由渦電流導致的某些損耗，特別是在帶有例如在IOrpm和5000rpm之間、例如在800rpm和2000rpm之間的相對高轉速的電機的情況下是這樣。此外，所述磁體附裝到所述疊片材上是特別穩定的。具體地，所述磁體不僅僅是通過粘合、套箍或自鎖而保持在大量片材內的。優選地不通過粘合也不通過套箍和自鎖來保持根據本發明的所述磁體。所述磁體優選地不被粘合。根據本發明的所述電機可以有利地生成約幾個MW量級的功率。所生成的功率可以特別地在IOkW和20麗之間。根據本發明的轉子可以是應用簡單並在裝配期間確保良好安全性的裝配方法的結果。因為所述磁體的存在，所以所述轉子可以沒有繞組。
所述附裝裝置可以通過所述磁體。可以在裝配期間刺穿所述磁體，或作為一種變型，製造有適當孔洞的所述磁體。所述附裝裝置可以包括非磁性的或磁性的螺釘。所述螺釘包括可以位於在所述極靴中布置的凹部中在所述極靴的徑向外表面上露出的螺釘頭部。所述螺釘頭部可以位於墊圈上。可以將所述螺釘頭部從所述極靴的徑向外表面回縮。作為一種變型，所述螺釘由螺杆和螺帽替代。所述附裝裝置可以以非磁性材料生產。例如在螺釘的情況下，頭部和主體可以是非磁性的。其可以例如以非磁性材料例如鋼(例如A480鉻-鎳鋼)製作。所述附裝裝置可以在所述轉子的裝配期間經所述轉子的徑向外側與所述極靴接合。如果所述轉子具有相對少數量的磁極，例如少於10個或12個磁極，則這可能是有利的。所述附裝裝置可以接合在插入到所述轂的所述疊片材中的磁棒上，在所述轂的整個長度上充分地延伸。杆棒可以是一體的，或作為一種變型包括多個元件。所述杆棒可以保持在布置在所述疊片材中的滑軌中。所述滑軌可以在所述轂的所述疊片材的徑向外表面上出現，或其可以不出現。在後面的情況下，所述轂的所述疊片材可以包括在所述滑軌中出現並在裝配期間允許所述附裝裝置通過的通孔。作為一種變型，所述疊片材包括在所述轂的外圍上在外側的縱向插槽，所述插槽允許所述附裝裝置通過。所述滑軌可以具有倒T形，或作為一種變型，可以具有例如梯形。可以通過用於所述轂的單個類型的片材來獲得所述滑軌。作為一種變型，使用兩種不同類型的片材，這可能是更昂貴的，但使得可以獲得除了在用於所述附裝裝置的通路的位置之外不在所述轂的外圍上出現的滑軌。作為另一變型，可以使用接合在T形或倒梯形滑軌中的T形或倒梯形磁棒，以便改進在所述磁體下磁通的傳導。至少一個極靴可以包括多個元件，所述元件沿所述轉子的旋轉軸線堆疊並優選地由至少一根系杆，更優地由至少兩根縱向系杆或由至少一個縱向焊接部保持在一起。可以根據所述磁極的寬度挑選系杆的數量。可以將至少一個極靴層疊。其可以由通過衝壓或通過雷射切割獲得的絕緣或不絕緣的例如塗漆或陽極氧化的磁性片材疊構成。這使得可以減小由渦電流導致的表面損耗，顯著減小相對於可能是實心的極靴的損耗，這改進了所述轉子和包括所述轉子的電機的效率。作為一種變型，至少一個極靴和/或所述極靴的至少一個元件可以是實心的，例如通過磁粉的燒結來製作。在一個實施例中，裝配多個片材以便生產片材包形式的多個元件，然後裝配所述元件以便生產一個極靴，然後刺穿所述極靴以便允許所述附裝裝置通過。可以用機械加工多個凹部以便容納所述附裝裝置的一部分例如螺釘頭部。形成所述極靴的所述元件可以裝配在包括例如支架的裝配臺上，可以將所述元件放置在所述支架上。所述轉子可以在每個磁極包括放置在所述轂的所述疊片材和每個極靴之間的用於保護所述磁體的非磁性側向板。所述側向板例如平行於經過旋轉軸線的中位半徑而定向，並且由導電非磁性材料例如鋁製作。每個磁極可以包括在所述磁體的任一側面上端對端放置的至少兩個側向板或一系列的側向板。每個磁極還可以包括放置在並排延伸的兩個磁體或兩行磁體之間的板或一系列中間板。「一系列板」意思是沿所述轉子的縱軸線端對端連續放置的多個板。一系列板可以由其長度基本等於所述系列板的總長度的單個板替代，所述長度是沿所述轉子的縱軸線測量的。所述側向和/或中間板優選地接合在所述轂的所述疊片材和所述極靴之間形成的滑軌中。因此，所述轂的所述疊片材可以包括使得可以引導所述板的第一縱向邊緣的多個缺口。所述極靴可以包括使得可以引導與所述第一縱向邊緣相反的所述板的第二縱向邊緣的多個縱向缺口。所述轂的所述疊片材可以包括布置在所述磁極之間的縱向通道，例如具有朝向外圍變窄的輪廓。所述通道可以允許用來在所述磁體插入到所述極靴和所述轂之間時保持所述極靴離開所述轂，並在所述磁體已放置在適當位置之後將所述極靴降低到所述磁體上的工具例如起重器的定位。作為一種變型，所述轂可以沒有這種通道，所述磁體的插入以另一方式執行。所述極靴可以包括沿所述轉子的縱軸線延伸的側向缺口，例如側向凹槽。所述缺口可以用來將所述極靴保持在所述前述裝配臺上。後者可以包括可以插入到所述側向凹槽中的固定用凸緣。在所述極靴上側向地存在的所述缺口還可以用於在所述極靴裝配到所述轉子轂期間藉助於所述前述起重器保持所述極靴。作為一種變型，所述極靴可以沒有側向缺口(特別是側向凹槽)。在所述轂上的所述裝配可以然後以另一方式執行。本發明的另一主題是一種用於製造轉子的方法，其中，在裝配臺上製造極靴，然後將因此製造的所述極靴放置在所述轉子的一個轂上，同時布置被設計成接納磁體的縫隙。磁體的插入可以通過將其放置在與所述轂在一條線上的插入臺上，然後通過將其從所述插入臺推入到在所述極靴和所述轂之間布置的所述縫隙來執行。然後，可以藉助於前述起重器將所述極靴逐漸降低到所述磁體上。可以然後將所述附裝裝置緊固。所述插入臺從所述轂分離。與所述轂在一條線上的所述插入臺的附裝可以藉助於先前附裝到所述轂的鉚釘來執行。一旦所述插入臺從所述轂分離，那麼所述鉚釘可以或可以不保留在所述轂內。本發明的另一主題是一種包括如以上所描述的定子和轉子的旋轉電機。所述定子可以具有任意類型，例如帶有集中式或分布式或其它繞組。所述轉子可以包括在2個和300個之間的磁極。本發明對具有大量磁極的轉子特別地有利。作為一種變型，所述轉子可以包括數量少的磁極，例如少於12個磁極,或甚至少於10個磁極,例如8個或6個磁極,或僅4個磁極。所述旋轉電機可以是同步電機。其可以例如是電動機，例如泵的推進電動機、壓縮機電動機，或是發電機，例如風輪機、水輪機或發電單元的發電機。所述電機可以包括至少一個端板，所述端板支撐用於引導轉子軸的至少一個軸承，包括至少一個孔洞或多孔洞、允許導軌被接合和移除以便當所述轉子安裝在所述定子中時引導支撐所述磁體的所述轉子。
所述一個或多個孔洞可以由活板門，例如矩形的活板門封閉。所述一個或多個孔洞可以具有多邊形的特別是矩形或正方形的剖面。所述孔洞的優選數量為四，但其數量範圍例如從一到六。所述孔洞可以優選地繞旋轉軸線角度平均地分布，並且放置在距所述軸線相同的距離，例如相對於旋轉軸線相互對稱。所述導軌接合在磁極間空間中的所述轉子的所述轂上。每個孔洞的中心優選地位於直徑等於從氣隙到旋轉軸線的距離的圓上，因此每個孔洞位於面向所述氣隙處。每個孔洞的剖面例如在IOcm2和600cm2之間。所述孔洞可以與所述轉子的多個通路一致。作為一種變型，特別是對於小型電機，可以將所述導軌固定在兩個磁極之間。如必需則可以由在所述定子的通道中的氣態或液態冷卻劑的循環系統來冷卻所述定子，特別是如國際申請W02009/103924中所描述的，其內容通過弓I用結合於此。本發明的另一主題是一種包括定子和轉子的旋轉電機，所述轉子包括:-轂，所述轂包括一疊片材，-磁體，所述磁體布置在所述疊片材上，-裝配的極靴，所述裝配的極靴覆蓋所述磁體，以及-附裝裝置，所述附裝裝置用於將所述極靴保持在所述轂上，所述電機還包括至少一個端板或，所述端板具有至少一個孔洞或甚至多個孔洞，所述端板允許導軌的接合與移除以便當所述轉子安裝在所述定子，特別是如在以上所定義的孔洞中時引導所述轉子。這種電機可以具有在以上關於本發明的第一方面所提到的特徵中的一些或全部。本發明的另一方面是一種用於製造包括如在以上所描述的轉子和定子的旋轉電機的方法，其中:-將導軌放置在所述定子中，所述導軌優選地比所述轉子更長，所述導軌能夠包括使得更容易滑動的PTFE製成的墊塊、在所述導軌上接合至少一個、優選兩個的端板，以及-使得所述轉子沿所述導軌滑動。所述一個或多個端板包括允許所述導軌通過並移除的至少一個孔洞或甚至多個孔洞。一旦在所述定子上裝配了所述端板，則藉助於由所述端板支撐的所述軸承沿旋轉軸線保持所述轉子，並然後可以通過一個或多個相關的端板的所述一個或多個孔洞移除所述導軌。所述端板之一在所述轉子由所述端板支撐之前接合在所述導軌上。由於將用於製造所述電機的方法優選地完全機械化，因此更容易控制各種部件的定位並確保所述磁極的更好的機械穩定性。因此可以更好地控制所述電機的噪聲和振動以及所述製造方法的可重複性，後者的應用更簡單且更安全。作為一種變型，可以以另一方式製造所述電機。


通過閱讀後面的本發明的非限制性的多個示例性實施方案的以下詳細說明並且通過查看附圖將會更好地理解本發明，在附圖中:-圖1是根據本發明的旋轉電機的剖面的立體圖，-圖2是圖1的轉子的立體圖，
-圖3是圖1和圖2的轉子的一部分的立體示意和局部圖，-圖4a和圖4b是形成極靴的元件的前視圖，-圖5是示出極靴裝配到轉子上的立體圖，以及-圖6是極靴的安裝的立體示意和局部圖。
具體實施例方式在圖1中所示的是包括同心的轉子2和定子3的根據本發明的旋轉電機1，定子3在外部並且轉子2在內部，安裝在帶有其軸線X的軸4上。定子3在所描述示例中包括通道6，冷卻劑，特別是水在所述通道6中流動。電機I還包括包圍定子和轉子的殼體8。殼體8包括支撐轉子軸的軸承的端板8a，所述端板8a包括由活板門9封閉的多個孔洞，所述端板8a的作用將在以下進一步解釋。作為一種變型，所述電機可以是開放的，由空氣流冷卻，然後沒有端板。現在將參照圖2至圖4更詳細描述電機I的轉子2。在所討論的示例中，轉子2包括放置在包括一疊片材的轂12上的八個磁極11。每個磁極11包括安裝在轂12的表面上的永磁體14，以及覆蓋所述磁體14的裝配的極靴15。非磁性附裝裝置16確保轂12中的所述極靴附裝在多個保持杆31上。在所討論的示例中，每個磁極11包括並排放置的兩行磁體14。每行磁體包括沿旋轉軸線X連續的十個磁體14,因此在所描述的示例中每個磁極11包括總共二十個磁體14。磁體的NS軸線是基本上徑向的，N和S磁極沿周向交替。自然地，即使狀況是其他方式並且即使每個磁極11都包括不同數量的磁體14，仍不背離本發明的範圍。使用相對高數量的磁體14是有利的，因為這使得更容易製造磁極並操作磁體，後者相對更強效。磁極11的極靴15包括沿軸線X的一系列元件15a,在所描述的示例中數量是十，所述數量能夠是不同的。在所描述的示例中，將所述極靴15層疊。每個元件15a可以由被夾具或其他裝置保持在一起的片材組來形成。由在所討論的示例中數量為每極靴三根的多個系杆18來保持所述元件15a堆疊，但所述數量可以是不同的。在圖4a中示出了元件15a。所述圖示出了在片材中布置的用於所述系杆18通過的穿孔19。所述極靴15可以包括如在以下所解釋的當其被安裝時有用的側向凹槽20，或相反地沒有這種凹槽，如在圖4b中所示出。每個極靴15包括用於附裝裝置16的多個通路。在所討論的示例中，附裝裝置16是包括頭部21和螺釘杆130的非磁性螺釘，所述頭部21和螺釘杆130都是非磁性的。極靴15包括用於接收所述螺釘頭部的凹部21和用於所述螺釘杆通過的穿孔22。所述螺釘頭部21 —旦在適當位置則從裝配的極靴15的徑向外表面回退，如在圖3中所示出的。所述極靴15還包括與轂12的對應的縱向凹槽26—起形成滑軌的縱向肋部25，所述滑軌被設計成接收在轂12和所述極靴15之間延伸的多個導電側向板27以便側向地保護所述磁體14。
每個極靴15包括平行於軸線X延伸的一個中間凹槽125，並且轂12包括面向後者的對應凹槽126，因此形成滑軌以用於接收沒有在圖中出現地放置在磁極的兩行磁體14之間的一個或更多個中間板127。附裝裝置16與在轂12的滑軌32中插入的杆棒31接合。所述滑軌32在所描述示例中是倒T形，其中，縱向插槽141出現在形成於轂12中的放大腔室142上。所述杆棒31具有正方形或矩形的剖面。所述螺釘21的螺釘杆130通過插槽141，並被擰入到所述杆棒31的螺紋中。放置在所述螺釘頭部下方的墊圈33改進了力的分布。優選地在不使用形成座部的中間件的情況下，將所述磁體14直接放置在轂12的徑向外表面上。形成轂12的磁性片材可以被衝壓或由雷射切割。這可以在轂的所述疊片材的表面上生成某些不規則性。為矯正所述不規則性，可以打磨形成轂的所述疊片材的表面。作為一種變型，可以在所述疊片材和所述磁體之間放置由可以可選地電氣絕緣的機械性保護材料，例如NomexTM製成的片材。轂12包括被設計成接收起重器腳部的縱向通道35和用於插入臺40的附裝的鉚釘37，如將在以下所描述的。形成轂12的所述疊片材由鉚釘39保持在一起。作為一種變型，可以將其直接套箍到電機的軸上。現在將詳細描述用於製造轉子2的方法。製造轂12。在製造轂12的第一步中，將已塗漆磁性片材堆疊以便產生形成轂的所述疊片材。在由鉚釘39附裝之前將所述片材擠壓在一起。將所述疊片材安裝在電機的軸4上。獨立於用於製造轂12的所述步驟，製造所述極靴15。為完成所述製造，在安裝臺40上裝配所述元件15a，如在圖6中所示出。每個元件15a由一疊已塗漆磁性片材構成。極靴15可以例如包括在I個和20個之間、特別是在2個和15個之間的元件15a。在所述元件15的裝配之後，藉助於系杆18或縱向焊接部將其附裝。使用系杆18的價值是其提供片材組件的壓力的更好的控制。在下一步驟中，被設計成接收附裝裝置16例如對於被設計成藉助於二十個螺釘附裝到轂的極靴數量為二十的凹部21和穿孔22在剛好被裝配的極靴15中產生。通過作用於接合在所述凹槽20中的緊固夾212上的緊固螺釘211將每個元件15a壓靠裝配臺40的支架210。最終，將每個極靴15放置於在轂12上的適當位置，同時藉助於所述起重器41保持所述極靴，所述起重器的腳部接合在所述縱向通道35中，並且所述起重器的頭部接合在所述側向凹槽20中，如在圖5中所示出的，並且通過用所述鉚釘37將插入臺340附裝到轂12而將所述其安裝在轂12上。所述起重器41在所示出的示例中是由手柄操作的螺釘起重器。在將所述磁體放在適當位置之前並在將每個極靴15降低到所述磁體14上之前，將板27和127放置在轂12和所述極靴15之間。所述板使得可以在每個磁極包括兩行鄰接磁體(其中並排放置的磁體相互排斥)時減弱循環電流，保護並改進磁體的引導。
最終，板27和127引導所述極靴15的安裝。可以或可以不在裝配結束時移除所述一個或多個中間板127。如果將其移除，則其釋放空間，這使得可以改進轉子中空氣的循環。通過藉助於推動器43引導所述磁體14而將其逐個插入在轂12和所述極靴15之間，以及插入在所述側向板27之間，所述推動器藉助於相關聯手柄44可動。在所示出的示例中，插入臺340包括兩個推動器43和兩個相關聯的手柄44以便將兩行鄰接磁體放置在適當位置。將所述磁體14放置在適當位置可能是笨拙的。特別是對於I米長的轉子而言，由所述磁體引起的背向力可能是約3噸的量級。插入臺340使得可以以簡單、容易且可靠的方式將所述磁體14插入並將其帶入到適當位置。將轉子的所述疊片材和所述極靴15正確地對齊中能夠是有用的。因此，可以將插入臺340的底部放置在轂12上的支座中。將所述磁體14放置在包括支座以便防止所述磁體脫離的插入臺340的外殼中。然後磁體進入轂和極靴之間的縫隙，並通過磁引力擠壓轂。插入臺340可以包括小於接收磁體的縫隙的窗口以便允許所述磁體在其外殼中更容易定心。可以在沒有潤滑劑或有潤滑劑的情況下將所述磁體放置在適當位置。最終，使用附裝裝置16，將極靴15和所述磁體14預裝配到轂。然後通過操作所述起重器41將所述極靴15降低到所述磁體14上，並且將附裝裝置16緊固。無需浸潰轉子，因為電機的操作溫度所以這可能是有利的。可以或可以不移除允許安裝插入臺的所述鉚釘37。如果將其留在原位，則其有助於保持轉子。最終，在最後的步驟中，將轉子2安裝在定子3中。為此，將導軌放置在定子中，所述導軌優選地比轉子更長，並且所述導軌能夠包括使得滑動更容易的PTFE墊塊。通過將轉子沿所述導軌滑動，以定心方式將所述轉子插入到所述定子中。支撐軸的軸承的所述端板8a接合在所述導軌中。將所述端板8a裝配到定子。每個端板8a包括允許所述導軌通過的孔洞。可以藉助於所述端板孔洞移除所述導軌，並然後用所述活板門9封閉所述孔洞。本發明不限於剛剛已經說明的所述實例。轉子可以特別地包括不同數量的磁極。表述「包括一個」與「包括至少一個」同義，除非有相反指定。
權利要求
1.一種用於旋轉電機(I)的轉子(2)，所述轉子(2)包括: -轂(12)，所述轂包括一疊片材， -永磁體(14),所述永磁體布置在所述疊片材的表面上， -極靴(15 )，所述極靴覆蓋所述磁體(14 )，以及 -附裝裝置(16)，所述附裝裝置(16)用於將所述裝配的極靴(15)保持在所述轂(12)上。
2.根據權利要求1所述的轉子，所述附裝裝置(16)穿過所述磁體(14)。
3.根據前述權利要求之一所述的轉子，所述附裝裝置(16)是非磁性的，特別包括非磁性螺釘(14)。
4.根據前項權利要求所述的轉子，所述螺釘包括從所述極靴(15)的徑向外表面回縮的頭部。
5.根據前述權利要求中任意一項所述的轉子，所述附裝裝置(16)經由所述轉子的徑向外側接合至所述極靴(15)中。
6.根據前述權利要求中任意一項所述的轉子，所述非磁性附裝裝置(16)接合在插入到所述轂(12)的所述疊片材中的杆棒(31)上。
7.根據前項權利要求所述的轉子，所述杆棒(31)保持在所述轂(12)的所述疊片材中布置的滑軌中。
8.根據前述權利要求中任意一項所述的轉子，至少一個極靴(15)包括多個元件(15a)，所述元件沿旋轉軸線(X)堆疊並特別地由系杆(18)保持在一起。
9.根據前述權利要求中任意一項所述的轉子，包括側向板(27)，所述側向板(27)用於保護所述磁體、放置在所述轂(12)的所述疊片材和所述極靴(15)之間，所述板優選地接合在所述轂的所述疊片材和所述極靴之間形成的滑軌中。
10.根據前述權利要求中任意一項所述的轉子，所述極靴(15)包括側向凹槽(20)。
11.根據前述權利要求中任意一項所述的轉子，所述疊片材包括布置在所述磁極(11)之間的縱向通道(35)。
12.—種旋轉電機(1)，包括定子(3)和根據前述權利要求中任意一項所述的轉子(2)。
13.根據前項權利要求所述的電機，包括至少一個端板(8a)，所述至少一個端板(8a)包括被活板門(9)封閉的至少一個孔洞或者甚至多個孔洞。
全文摘要
本發明涉及一種用於旋轉電機(1)的轉子(2)，所述轉子包括一個轂，所述轂包括一疊片材；永磁體，所述永磁體布置在所述疊片材的表面上；極靴，所述極靴覆蓋所述磁體；以及附裝裝置，所述附裝裝置用於將所述極靴保持在所述轂上。
文檔編號H02K1/27GK103155363SQ201180048567
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月4日 優先權日2010年10月7日
發明者科爾·福卡爾, 亞尼克·梅西納, 皮埃爾·裡歌德, 託馬斯·韋謝爾 申請人:利萊森瑪電機公司