用于磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子和制造這種轉(zhuǎn)子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于磁阻電機(jī)、特別是同步磁 阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子、一種根據(jù)權(quán)利要求17的前序部分所述的制造這種轉(zhuǎn)子的方法以及一種根據(jù) 權(quán)利要求19的具有這種轉(zhuǎn)子的磁阻電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置的功能性的提高，對(duì)于出于成本原因目前為止主要以與 電網(wǎng)頻率相關(guān)的固定轉(zhuǎn)速工作的應(yīng)用領(lǐng)域，轉(zhuǎn)速可變的驅(qū)動(dòng)裝置越來(lái)越得到關(guān)注。例如用 于冷卻領(lǐng)域的通風(fēng)機(jī)針對(duì)所要求的峰值負(fù)荷設(shè)計(jì)，但主要在部分負(fù)荷區(qū)域中工作。這里根 據(jù)用于通風(fēng)機(jī)的電機(jī)的類(lèi)型，能實(shí)現(xiàn)的效率小于設(shè)計(jì)點(diǎn)。
[0003] 近幾年，對(duì)于轉(zhuǎn)速可變的應(yīng)用場(chǎng)合，永磁激勵(lì)的同步電機(jī)已經(jīng)得到驗(yàn)證(特別是無(wú) 刷電子整流電機(jī)）。這種同步電機(jī)在用作最高具有約IOkW功率的通風(fēng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)裝備 有控制電子裝置。這種永磁激勵(lì)的電機(jī)的效率在低的或中等的功率范圍內(nèi)明顯高于A(yíng)C-鼠 籠式轉(zhuǎn)子電機(jī)的效率，并且在結(jié)構(gòu)尺寸較小時(shí)還具有達(dá)到未來(lái)的IE4效率級(jí)別的潛力。
[0004] 但不利的是，必要的永磁材料僅能在有限的溫度范圍內(nèi)使用。此外，特別是對(duì)于高 功率材料、如釹鐵硼，價(jià)格狀態(tài)非常不穩(wěn)定并且由于世界范圍的高需求有升高的趨勢(shì)。此外 不利的是，安裝過(guò)程、如磁體的粘結(jié)和磁化要求特別細(xì)心并且因此會(huì)導(dǎo)致明顯提高成本。
[0005] 對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的能量需求越來(lái)越多地不僅是在最佳的條件下考察，而且是在實(shí)際的 或中等的載荷條件下確定。特別是在通風(fēng)技術(shù)中，所述的驅(qū)動(dòng)功率是針對(duì)峰值負(fù)荷設(shè)計(jì)的； 但最常見(jiàn)的運(yùn)行狀態(tài)明顯低于這個(gè)值。根據(jù)具體設(shè)計(jì)方案，永磁激勵(lì)的同步電機(jī)的效率在 部分負(fù)荷范圍內(nèi)明顯更小。在考察生命周期成本時(shí)這可能是不利的。
[0006] 完全不需要磁體工作的磁阻電機(jī)區(qū)分為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和同步磁阻電機(jī)。開(kāi)關(guān)磁阻 電機(jī)具有高的、由原理引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。所述轉(zhuǎn)矩波動(dòng)可以通過(guò)同步磁阻電機(jī)降低到與永 磁激勵(lì)電機(jī)類(lèi)似的程度。
[0007] 由于永磁體材料的價(jià)格持續(xù)升高，在最高數(shù)十千瓦的功率范圍內(nèi)越來(lái)越多地使用 同步磁阻電機(jī)作為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)。對(duì)此有貢獻(xiàn)的還有，改進(jìn)了并且能夠較為簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)無(wú)傳 感器的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)系統(tǒng)。
[0008] 原則上磁阻電機(jī)以多相分布的繞組和多相齒形線(xiàn)圈繞組工作。由定子繞組產(chǎn)生的 多極磁場(chǎng)向轉(zhuǎn)子施加磁吸力，轉(zhuǎn)子根據(jù)定子的極數(shù)而僅具有整數(shù)個(gè)的磁特性 (AusprSgimg )。由此，轉(zhuǎn)子的磁特性對(duì)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)的方向，從而轉(zhuǎn)子與定子磁 場(chǎng)的極同步地運(yùn)行。通過(guò)磁阻（導(dǎo)磁性），在通過(guò)磁特性預(yù)先規(guī)定的優(yōu)選方向上由每個(gè)極對(duì) 產(chǎn)生力，所述力使得在定子的激勵(lì)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子的特性之間實(shí)現(xiàn)同步。
[0009]已知的磁阻電機(jī)具有由導(dǎo)磁材料組成轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片保持在由導(dǎo)磁性較 差的材料組成的轉(zhuǎn)子外殼的基體中。同步運(yùn)行由于激勵(lì)磁通量的高頻諧波或由于交變載荷 引起的交變力矩受到不利影響，它們導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片中的通量變化。由此對(duì)這種磁阻電機(jī)的 同步運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是，這樣構(gòu)成所述類(lèi)型的轉(zhuǎn)子、所述類(lèi)型的方法和所述類(lèi)型的磁阻 電機(jī)，使得能夠簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)地制造和加工轉(zhuǎn)子，并且利用所述轉(zhuǎn)子能確保磁阻電機(jī)良好的 同步。
[0011] 所述目的對(duì)于所述類(lèi)型的轉(zhuǎn)子根據(jù)本發(fā)明利用權(quán)利要求1特征部分的特征、對(duì)于 所述類(lèi)型的方法根據(jù)本發(fā)明利用權(quán)利要求17的特征部分的特征并且對(duì)于所述類(lèi)型的磁阻 電機(jī)根據(jù)本發(fā)明利用權(quán)利要求19的特征部分的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0012] 在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子中，轉(zhuǎn)子葉片埋入基體中，使得所述基體在內(nèi)部或外部完全 覆蓋轉(zhuǎn)子葉片。所述基體以這種方式在轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)或外側(cè)上構(gòu)成閉合的外殼。在內(nèi)側(cè)上具 有閉合環(huán)繞的外殼的轉(zhuǎn)子可以用于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，而在外側(cè)上具有閉合環(huán)繞的外殼的轉(zhuǎn)子可 以用于外轉(zhuǎn)子電機(jī)。這種基體使得轉(zhuǎn)子具有高強(qiáng)度和高穩(wěn)定性。
[0013] 基體可以由塑料組成。在這種情況下為了構(gòu)成分磁環(huán)(Kurzschlusswicklung)，要 求使用相應(yīng)導(dǎo)電的附加材料。
[0014] 在一個(gè)有利的實(shí)施形式中，基體也可以由金屬材料組成，特別是由鋁組成。此時(shí)， 轉(zhuǎn)子可以用得到驗(yàn)證的方式由鋁壓力鑄造法制成。在這種實(shí)施形式中，金屬材料不僅用于 構(gòu)成基體，而且同時(shí)還用于實(shí)現(xiàn)磁通穩(wěn)定化。
[0015] 轉(zhuǎn)子葉片可以由一體的金屬板組成。
[0016] 但轉(zhuǎn)子葉片也可以由層狀的金屬板片制成。這些金屬板片相互疊置并以適當(dāng)?shù)姆?式相互連接、例如粘結(jié)。
[0017] 在一個(gè)有利的實(shí)施形式中，橫向于轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)觀(guān)察，轉(zhuǎn)子葉片的縱向中平面與轉(zhuǎn)子 的軸向平面形成一個(gè)角度。這種構(gòu)型有助于實(shí)現(xiàn)裝備有所述轉(zhuǎn)子的磁阻電機(jī)良好的同步。
[0018] 轉(zhuǎn)子葉片這里有利地構(gòu)造成，使得橫向于轉(zhuǎn)子的軸線(xiàn)觀(guān)察，轉(zhuǎn)子葉片的縱向邊緣 平行于轉(zhuǎn)子葉片的縱向中平面延伸。
[0019] 在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子中，轉(zhuǎn)子葉片優(yōu)選位于兩個(gè)回轉(zhuǎn)環(huán)(Riickschlussring)之間。 磁力線(xiàn)從回轉(zhuǎn)環(huán)出發(fā)相互反向地分別延伸進(jìn)入轉(zhuǎn)子葉片并經(jīng)由在圓周方向上分別相鄰的 轉(zhuǎn)子葉片返回回轉(zhuǎn)環(huán)。以這種方式，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片配設(shè)兩個(gè)磁通回路，其中一個(gè)磁通回路延 伸經(jīng)過(guò)一個(gè)回轉(zhuǎn)環(huán)，而另一個(gè)磁通量回路延伸經(jīng)過(guò)另一個(gè)回轉(zhuǎn)環(huán)。通過(guò)這種構(gòu)成方式，實(shí)現(xiàn) 了裝備有這種轉(zhuǎn)子的磁阻電機(jī)特別好的同步。
[0020] 在磁通沿軸向方向的分布中，來(lái)自定子的磁通被分成兩個(gè)軸向分量。分隔線(xiàn)沿圓 周方向在轉(zhuǎn)子葉片的中心延伸。對(duì)于這兩個(gè)磁通分量通過(guò)回轉(zhuǎn)環(huán)的相應(yīng)回轉(zhuǎn)允許最佳地利 用轉(zhuǎn)子的引導(dǎo)磁通的鐵部件。由此還可以非常簡(jiǎn)單地補(bǔ)償軸向力。
[0021] 磁通分布在同步磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子中沿圓周方向進(jìn)行，沿徑向離開(kāi)定子的磁通量(d 軸)分成兩個(gè)圓周分量，它們被引導(dǎo)彼此反向地穿過(guò)兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子葉片。
[0022] 當(dāng)回轉(zhuǎn)環(huán)能松開(kāi)地、優(yōu)選利用螺釘與轉(zhuǎn)子葉片連接時(shí)，則實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì) 的制造。
[0023] 螺釘有利地旋入轉(zhuǎn)子葉片的窄邊中，所述轉(zhuǎn)子葉片以所述窄邊面式地貼靠在回轉(zhuǎn) 環(huán)上。由此實(shí)現(xiàn)了磁力線(xiàn)從轉(zhuǎn)子葉片向回轉(zhuǎn)環(huán)良好的過(guò)渡。
[0024] 回轉(zhuǎn)環(huán)構(gòu)造成環(huán)形的并且分別位于轉(zhuǎn)子的一個(gè)徑向平面中。
[0025] 有利地在一個(gè)回轉(zhuǎn)環(huán)上連接罩蓋，所述罩蓋與回轉(zhuǎn)環(huán)構(gòu)造成一體的。利用罩蓋可 以在一個(gè)端部封閉轉(zhuǎn)子。
[0026] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，罩蓋在內(nèi)側(cè)設(shè)有覆蓋件，所述覆蓋件由導(dǎo)電的材料組 成。
[0027] 這里有利的是，覆蓋件與基體一體地構(gòu)成。
[0028] 有助于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的是，從罩蓋上伸出突起，轉(zhuǎn)子軸的一個(gè)端部固定在 所述突起中。
[0029] 在另一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形式中，轉(zhuǎn)子葉片與轉(zhuǎn)子底部一體地構(gòu)成。在這種情 況下，轉(zhuǎn)子葉片可以和轉(zhuǎn)子底部一起簡(jiǎn)單由一塊金屬板沖壓而成。在轉(zhuǎn)子底部到轉(zhuǎn)子葉片 的過(guò)渡區(qū)域中設(shè)置至少一個(gè)分磁環(huán)。
[0030] 這里可能涉及這樣的構(gòu)成方案，即，所有的轉(zhuǎn)子葉片具有一個(gè)共同的分磁環(huán)。所述 分磁環(huán)在這種情況下構(gòu)造成環(huán)形的。
[0031 ]但也可以是每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片在過(guò)渡區(qū)域中具有自己的分磁環(huán)。
[0032]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，作為用于制造轉(zhuǎn)子葉片的原材料采用金屬板，由所述金 屬板沖裁成星形的初級(jí)體。所述初級(jí)體的臂部接著相對(duì)于連接這些臂部的中間部分從初級(jí) 體的平面中彎出，以便形成轉(zhuǎn)子葉片。以這種方式可以簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)地通過(guò)沖壓過(guò)程制造轉(zhuǎn) 子葉片。接著通過(guò)基體的材料保持固定與轉(zhuǎn)子底部一體構(gòu)成的轉(zhuǎn)子葉片。為此，可以采用對(duì) 轉(zhuǎn)子葉片和轉(zhuǎn)子底部的塑料包圍注塑或者也可以采用鋁壓力鑄造法。
[0033]當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片應(yīng)由層狀的金屬板片組成時(shí)，由金屬板沖裁出多個(gè)星形的初級(jí)體，接 著將這些初級(jí)體相互疊置并以適當(dāng)?shù)姆绞较嗷ミB接。這樣形成的層狀初級(jí)體的臂部接著從 初級(jí)體的平面中彎出，以便形成轉(zhuǎn)子葉片。
[0034] 這里有利的是，各個(gè)初級(jí)體的輪廓形狀在尺寸上略微不同，由此在彎曲過(guò)程中轉(zhuǎn) 子葉片具有希望的相同的輪廓形狀。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的磁阻電機(jī)的特征在于非常好的同步。利用這種磁阻電機(jī)，特別是當(dāng) 所述磁阻電機(jī)構(gòu)造成同步磁阻電機(jī)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)與永磁激勵(lì)同步電機(jī)的電機(jī)效率相近的電 機(jī)效率。這種磁阻電機(jī)不需要永磁體。定子對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)異步電機(jī)的定子。堅(jiān)固性和溫度敏感 性與異步電機(jī)的情況相近。
[0036] 本申請(qǐng)的主題不僅有各權(quán)利要求得出，而且也通