專利名稱：其轉子特別適宜高速旋轉的電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及其轉子具有永久磁鐵的旋轉電機。更具體地說，本發(fā)明涉及其磁鐵放在轉子凹槽中的電機。上述電機通常叫做預埋磁鐵的電機。轉子這種構造原來廣泛應用于磁通集中的無刷同步電機。
背景技術：
旋轉電機的尺寸取決于它的額定轉矩，馬達所能提供的轉矩形越大，在其它條件相同時電機的體積越大。但有的場合希望馬達的功率高，同時結構又緊湊。為了給出一個恰好的實例，本發(fā)明準備將牽引電機裝入汽車輪子內，希望每臺電機能發(fā)出10KW的功率，大部分時間甚至在25或30KW以上，同時重量盡量小，以便使彈簧下質量不太重。還希望體積很小，行駛時盡量不伸出車輪內體積以外，因而在懸架撓曲時及輪子與車身作其它形式的相對運動時，不會與車輛的構件相碰。
這兩個要求(功率大、重量和體積小)很難使得將牽引電機裝入私用車輛又不對目前市場上可買到的電機在重量功率比上作重大改進。在電機的設計階段，選擇高速轉的一條途徑是，對于給定功率而言，使扭矩和體積減小。換言之，對給定馬達的額定功率而言，額定轉速越高，其體積就越小。但提高旋轉電機的轉速會帶來許多機械行為的問題，如果本發(fā)明試圖將旋轉電機的重量和體積盡量保持小些則這些問題特別嚴重。
專利申請EP1001507E提出擬達到高速的特殊結構。該項專利申請期待達到的轉速約為12,000rpm，為此提出的具體結構，其整個裝置包括一根非磁性的多邊形整體轉軸，和合理地布置在此轉軸周圍的極片。
如果轉速有進一步的增大，磁鐵的機械行為就要出問題。其徑向外緣有破裂的危險。磁鐵片甩出去的危險，這似乎意味著在上述轉速下內轉子電機達到了轉速頂峰。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種旋轉電機的結構，它有內轉子和外定子，能在高轉速下不會發(fā)生轉子磁鐵甩出去的問題。
本發(fā)明提出的旋轉電機包括外定子和內轉子，轉子和定子之間有氣隙，其中轉子包括轉軸，由軸承安裝在定子上，至少轉軸的外套笈是用非磁性材料制造的，該軸承確定了轉軸的旋轉軸線的位置；很多片極片，用磁性材料制造且環(huán)繞該轉軸，極片的徑向內緣與轉軸表面接觸且其徑向外緣與氣隙為鄰，極片之間是受槽；側部法蘭，沿軸向位于極片的兩側，轉軸穿過側部法蘭的中心孔；每個極片的至少一根拉桿，該拉桿將各極片夾緊在兩側部法蘭之間；楔形閂條，與相鄰兩極片上的側角配合，從而阻擋磁鐵的徑向向外運動；永久磁鐵，裝配在上述的受槽中。
因此，磁鐵受槽在徑向外側處被阻塞，使轉速可以高得多而不會損壞磁鐵。應當注意，極片通常由許多切成要求形狀的鐵磁性底板沿徑向疊合而成。這些底板的安放位置基本上與轉軸的軸線垂直。


本發(fā)明可參照下圖從下面的說明書中獲得較好的理解，附圖中圖1是一透視圖，示出根據本發(fā)明所述電機的轉子；圖2是一剖視圖，示出根據本發(fā)明所述電機的轉子和定子，本剖面通過電機的旋轉軸，并通過磁鐵受槽；圖3是一剖視圖，示出根據本發(fā)明所述電機的轉子，本剖面垂直于旋轉軸，圖中省略了磁鐵；圖4示出根據本發(fā)明所述電機的楔形閂條的詳圖；圖5示出楔形閂條的第一變體；
圖6示出楔形閂條的第二變體；及圖7示出楔形閂條的第三變體。
具體實施例方式
在圖1-3中，示出的六極電機具有定子S(只在圖2中示出)和轉子1，轉軸2支承在軸承20上?？梢钥吹胶芏嗥F磁薄片了，組成六個極片30。各薄片3均與轉軸的軸線基本垂直。附帶應當指出，本發(fā)明也適用于整體極片(非多層極片)的情況。在轉軸2的軸向兩側可看見在極片30兩側均有一側面法蘭5(最好用非磁性材料制造)。還可看到可選用的中間平板7(最好用非磁性材料制造)。各側面法蘭5及中間平板7(如果有的話)都有中心孔。在此所述的非限制性實例中，中心孔是多邊形的。此孔形狀與轉軸2配合。對各極片30而言，拉桿6穿過薄片3的疊層及中間平板(如果有的話)，將整個部件夾緊在兩個側面法蘭5之間。
永久磁鐵4放在各極片30間的受槽40中。圖3較清楚地顯示一條受槽40，因而將其中的一條磁鐵刪除。同理，圖2剖面中受槽40內也沒有磁鐵。極片30的縱向平面300與轉子旋轉軸平行?？v向平面300是接納磁鐵4的受槽的邊界。各極片3的徑向外緣32畫出一條中心在轉子軸線的弧。轉軸2的與旋轉軸垂直的截面形狀是凸多邊形。該凸多邊形平面以邊21交界。磁鐵4與轉軸各平面直接接觸。欲知詳情讀者可參看上面提及的專利申請EP1001507，該文所述的全部特點也可適用于本發(fā)明，雖然本發(fā)明的用途不局限于這種場合。
每條磁鐵受槽被楔形閂條51封閉(見圖1、2、3)。圖2也示出二條楔形閂條51。圖1清楚示出，楔形閂條51穿過在裝磁鐵受槽對面的兩側面法蘭5周邊的孔50。配置的中間平板7中也如此。
此外，極片30的各縱向平面300上都有一條凹槽31，它與轉子軸線平行且從各極片30的外緣32附近的縱向平面中凹陷下去，同時，極片徑向高度能大于磁鐵4的高度。因此將每條楔形閂條51支撐到相鄰極片上形成的二條凹槽31中。于是磁鐵4在結構上與極片30成一體。凹槽31的基本功能是形成側角，以防楔形閂條及磁鐵被離心力甩出去。由于拉桿、側面法蘭及中間平板(如有的話)，極片本身與轉軸2形成一整體。轉子可遠高于10,000rpm，即約在20,000rpm以上轉動而不發(fā)生損壞。
這種組合件耐甩出去的能力已經證明如此有效，以致可構想不再需要將磁鐵粘結在受槽中，這使轉子制造更簡單。因此在本發(fā)明的特殊但有利的實施例中，在各磁鐵與相鄰部件之間，轉子上并沒有粘合劑。
凹槽31與側向法蘭5中孔50的四周側面500結合。同樣，凹槽31與中間平板7上類似孔的四周側面(圖上未畫出)結合。
裝配時首先由極片，側向法蘭、中間平板及拉桿組成的整個組合件安裝在轉軸2的四周。然后將磁鐵插入受槽中，沿徑向滑進各受槽的外側端口直到與轉軸2接觸。最后，用楔形閂條51的尾部510插進側向法蘭5的一個孔50中，然后平行于軸線滑動直到該尾部插進相對的側向法蘭的對應孔中。
不言而喻，上述實施例的細節(jié)不是限制性的。顯然，孔50并非是使楔形閂條51與極片結構上成一體所必不可少的，作為又一變體，可以只提供盲孔來接納楔形閂條并將其在徑向夾住。同樣十分明顯，楔形閂條與其他部件的組裝方式可以不同例如，楔形閂條可在裝配側向法蘭之前先置于磁鐵中。將楔形閂條裝在側向法蘭上便于組裝，但此結構對磁鐵正常工作并非絕對必要的。所做的一切全是為了楔形閂條與極片的結合。
此外，必須避免磁短路，因為這樣將阻止部分或全部由轉子的磁鐵產生的磁通環(huán)流列定子并與定子電流產生的磁通配合。一個辦法是楔形閂條用非磁性材料制造。非磁性材料可選自復合材料、鋁合金、非磁性鋼、陶瓷及鈦。此外，必須預防有渦流，或限制其大小，使電機效率不下降。一個辦法是楔形閂條用非導電材料制造。例如采用強度好，能承受高速旋轉時產生的大應力的復合材料。這種楔形閂條的一例示于圖4。圖7示出這種楔形閂條的另一例，其截面形狀是梯形，本發(fā)明說明圖1、3、4中呈現的楔形閂條斷面形狀不是限制性的。
在圖5和6所示的楔形閂條的變體中，所提出的其他結構可用于導電的非磁性材料制造楔形閂條。圖5中的楔形閂條51B，其薄底510B的形狀在與軸線平行方向加長，而其上面有許多塊體511B，這些塊體在縱向互相接近并由縫512B隔開。各塊體511B互相不接觸。雖然材料是導體的，但由于底薄，因此渦流極少，其對電極效率的影響可忽略不計。塊體511B縱向尺寸盡量短是有利的。
圖6示出的實施例是楔形閂條51C，它有許多相鄰單元511C。這些單元沿縱向對齊，其制造材料是導電的且用不導電的材料512C互相粘結。單元511C的縱向尺寸盡量短是有利的。因此，渦流極小。
權利要求
1.旋轉電機包括外面的定子(S)和里面的轉子(1)，在定子和轉子之間有氣隙，其特征在于轉子包括轉軸(2)，它利用軸承(20)裝配到定子上且其外套管用非磁性材料制造，所述軸承確定轉軸的旋轉軸線的位置；多片極片(30)，它用磁性材料制造并環(huán)繞轉軸，極片的徑向內緣與轉軸表面接觸而徑向外緣與氣隙為鄰，極片確定了它們中間的受槽的位置；側向法蘭(5)，其軸向位置在極片兩側，同時轉軸穿過側向法蘭(5)的中心孔；各極片的至少一根拉桿(6)，該拉桿把各極片夾緊在兩側向法蘭之間；楔形閂條(51、51B、51C)，它與相鄰極片上的側角配合，因此能阻止磁鐵作徑向向外運動；永久磁鐵(4)，裝在上述受槽中。
2.根據權利要求1所述的電機，其特征在于各側角由凹槽(31)構成，該凹槽(31)與轉子線軸平行且從各極片外緣附近處極片的縱向平面上凹陷形成。
3.根據權利要求1或2所述的電機，其特征在于楔形閂條用非磁性材料制造。
4.根據權利要求3所述的電機，其特征在于非磁性材料可選用復合材料、鋁合金、非磁性鋼、陶瓷或鈦。
5.根據權利要求1或2所述的電機，其特征在于楔形閂條用導電材料制造且由沿與軸線平行的方向伸長的薄底(510B)并加上許多塊體(511B)構成，這些塊體(511B)在軸向互相靠近但不接觸。
6.根據權利要求1或2所述的電機，其特征在于楔形閂條由許多相鄰塊體構成，這些塊體在軸向對齊，用導電材料制造且用非導電材料互相粘結。
7.據權利要求1-6之一所述的電機，其特征在于轉子的各塊磁鐵與相鄰部件之間無粘合劑。
8.根據權利要求1-7之一所述的電機，其特征在于從垂直于旋轉軸線的截面上看，轉軸形狀是凸多邊形，各平面用邊(21)隔開。
9.根據權利要求1-8之一所述的電機，其特征在于各極片是許多鐵磁性薄片(3)疊合而成，每張薄片基本上垂直于轉軸的軸線。
10.根據權利要求1-9之一所述的電機，其特征在于永久磁鐵直接與轉軸(2)接觸。
全文摘要
旋轉電機的轉子(1)包括用非磁性材料制作的轉軸(2)，和用磁性材料制作且環(huán)繞該轉軸的許多片幾片相結合的楔形閂條(51)將永久磁鐵(4)固定在受槽(40)中。
文檔編號H02K1/27GK1455493SQ0312246
公開日2003年11月12日 申請日期2003年4月28日 優(yōu)先權日2002年4月29日
發(fā)明者D·勞倫, G·佩格拉羅 申請人:米其林創(chuàng)意開發(fā)股份有限公司