專利名稱：用于同步磁阻電機的模塊化轉(zhuǎn)子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及用于同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子。
背景技術：
GB 2378323公開了一種用于同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括磁芯鋼層板，其具有軸孔和以軸孔為中心形成的多個隔磁磁橋組；非磁性固定元件，其通過隔磁磁橋組穿過端板和層板堆。在每個層板上繞軸孔或在隔磁磁橋組之間可以形成疊置穩(wěn)定件。US 7，489，062公開了一種同步磁阻電機，該同步磁阻電機具有如下轉(zhuǎn)子，S卩該轉(zhuǎn)子具有在軸向方向上疊置以形成船形段的層板。多個選定的船形段繞轉(zhuǎn)子軸形成選定數(shù)量的轉(zhuǎn)子極，并且斷續(xù)地設置在船形段之間的多個支承條使層板在徑向方向上保持在適當?shù)奈恢谩?br>
發(fā)明內(nèi)容
對于上述的兩個轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，機械性弱點會限制同步磁阻電機的尺寸或耐用性。特別是，對于兆瓦范圍內(nèi)的大型同步磁阻電機而言，上面的限制將很重要。此外，對于使得能夠使用簡單的制造技術而言，現(xiàn)有技術轉(zhuǎn)子的設計不是最佳的。因此，本發(fā)明的目的是提供用于同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子以及制造用于同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子的方法，本發(fā)明解決了上述問題。特別是，本發(fā)明的目的是提供如下轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子在仍保持高度電性能的同時在機械上堅固且耐用。同時，制造方法應是簡單且靈活的。本發(fā)明的另一目的是提供如下布置和方法，該布置和方法是快速的、精確的、準確的、可靠的并且具有較低成本。根據(jù)本發(fā)明，通過如在所附權(quán)利要求中所述的轉(zhuǎn)子和制造方法尤其實現(xiàn)了這些目的。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供用于同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子包括沿共同軸線以軸向順序設置的多個轉(zhuǎn)子模塊。每個轉(zhuǎn)子模塊包括多個極，所述多個極繞共同軸線設置在相鄰區(qū)段中，每個極包括在徑向方向上彼此間隔開的多個磁段；支承板，該支承板設置在所述多個極的至少一個軸向側(cè)上；以及緊固裝置，該緊固裝置用于將所述多個極緊固于支承板。緊固裝置將所述多個極結(jié)合于支承板。當在轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子中離心力徑向向外地作用在極上時，極與支承板之間的結(jié)合使極保持在適當?shù)奈恢?。實際上，該結(jié)合可以以例如經(jīng)由粘合劑、焊接或緊固件的多種不同的方式來實施。該結(jié)合還可以通過利用諸如環(huán)氧樹脂、玻璃纖維或碳纖維的非導電性且非磁性的填充物鑄造或模制磁段之間的空間來實施。通過確保足夠的結(jié)合強度以將所述極穩(wěn)固地緊固于支承板，獲得了易處理且耐用的轉(zhuǎn)子模塊。所生成的轉(zhuǎn)子是耐用的，并且可以僅通過選擇適當數(shù)量的轉(zhuǎn)子模塊來設計用于不同的額定功率。在一個實施方式中，緊固裝置將所述多個極的軸向表面結(jié)合于支承板。非常有利地使用軸向表面用于結(jié)合，因為由離心力引起的剪切應力由此分配在較大的面積上。該類型的結(jié)合可以經(jīng)由粘合劑或經(jīng)由在所述多個極與支承板之間施加軸向力的任何機械裝置——諸如，螺釘、螺栓、釘子或鉚釘——來實施。在一個實施方式中，緊固裝置包括多個沿軸向布置的螺栓。軸向螺栓是使所述多個極和支承板拉緊在一起的簡單的方式。在一個實施方式中，每個轉(zhuǎn)子模塊包括兩個支承板，兩個支承板設置在所述多個極的軸向相對側(cè)上。根據(jù)該實施方式的轉(zhuǎn)子模塊是自保持的并且易于處理，而無需來自相鄰模塊的支承。在一個實施方式中，支承板包括第一孔和第二孔，該第一孔接收多個螺栓，該第二孔接收相鄰轉(zhuǎn)子模塊的多個螺栓的端部部分。通過該設置，轉(zhuǎn)子模塊可以抵靠彼此安裝。在一個實施方式中，第一孔與位于磁段之間的空間對準。通過該設置，螺栓不橫穿磁段并且不使它們的磁特性劣化。在一個實施方式中，第一孔與磁段對準，并且螺栓包括與支承板電絕緣的磁性材料。通過該設置，使橫穿磁段的螺栓的負面影響最小化。在一個實施方式中，沿軸向布置的螺栓中的至少一個在多個轉(zhuǎn)子模塊上施加軸向力。通過利用一個長螺栓來緊固多個轉(zhuǎn)子模塊，實現(xiàn)了具有較少部件的簡化構(gòu)造。在一個實施方式中，緊固裝置包括粘合劑。粘合劑提供對由離心力引起的剪切應力的較強阻力。在一個實施方式中，支承板直接地鑄造或模制成與所述多個極結(jié)合接觸，并且緊固裝置包括在支承板材料與極材料之間的附著力。通過該設置，不需要特別的緊固裝置。必須適當?shù)剡x擇支承板材料使其適于鑄造。在一個實施方式中，每個支承板包括至少一個用于接收冷卻流體的孔。通過允許冷卻流體軸向流過轉(zhuǎn)子來確保轉(zhuǎn)子的適當冷卻。在一個實施方式中，轉(zhuǎn)子還包括轉(zhuǎn)子軸，利用包括在徑向方向上延伸的螺栓的徑向緊固裝置將轉(zhuǎn)子模塊相對于轉(zhuǎn)子軸緊固。通過該設置，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進一步加強。在一個實施方式中，支承板包括非磁性材料。當使用非磁性材料時，磁場不會在支承板內(nèi)部達到較高強度，由此增大了電機的功率因數(shù)。在一個實施方式中，磁段由具有最高磁導率的選定方向的晶粒取向磁性材料制成。通過使用晶粒取向材料，轉(zhuǎn)子的凸極比以及還有電機的功率因數(shù)增大。在一個實施方式中，轉(zhuǎn)子模塊相對于彼此偏斜?？梢酝ㄟ^使轉(zhuǎn)子模塊偏斜來減小電機的轉(zhuǎn)矩波動。在一個實施方式中，多個轉(zhuǎn)子模塊彼此結(jié)合。通過該設置，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進一步加強， 并且轉(zhuǎn)子最終不需要橫穿轉(zhuǎn)子模塊的任何轉(zhuǎn)子軸。在一個實施方式中，轉(zhuǎn)子包括在同步磁阻電機或開關磁阻電機中。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子能夠直接地應用于這兩種磁阻電機類型。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供制造用于同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子的方法。根據(jù)該方法， 提供多個轉(zhuǎn)子模塊，其中，根據(jù)如下方式制造每個轉(zhuǎn)子模塊。提供磁段，使多個磁段在徑向方向上彼此間隔開以形成極，將多個極設置在圓的相鄰區(qū)段中，在所述多個極的至少一個軸向側(cè)上設置支承板，以及利用將所述多個極結(jié)合于支承板的緊固裝置將所述多個極緊固
5于支承板。最后，通過沿共同軸線以軸向順序設置多個轉(zhuǎn)子模塊來形成轉(zhuǎn)子。本發(fā)明的另外的特征和其優(yōu)點將從下文中給出的本發(fā)明優(yōu)選實施方式的下列詳細描述以及附圖1至5中變得顯而易見，附圖1至5僅為了說明而給出并且因此不限制本發(fā)明。


將參照附圖更加詳細地說明本發(fā)明，其中，圖1以分解圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的轉(zhuǎn)子模塊，圖2以立體圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的轉(zhuǎn)子的模塊化結(jié)構(gòu)，以及圖3以橫截面圖示意性地示出了包括徑向緊固裝置的根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的轉(zhuǎn)子的一部分。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)子12由多個轉(zhuǎn)子模塊21形成，在圖1的分解圖中示意性地示出了多個轉(zhuǎn)子模塊21中的一個。轉(zhuǎn)子模塊21包括繞共同軸線31設置在相鄰區(qū)段中的多個極 22，每個極22包括在徑向方向上彼此間隔開的多個磁段23。優(yōu)選地，磁段23包括在軸向 32或徑向方向上疊置的多個層板33。轉(zhuǎn)子模塊21還包括支承板對、25，所述多個極22結(jié)合于支承板對、25。該結(jié)合例如經(jīng)由粘合劑、焊接或緊固件實施?？梢允褂孟嗤慕Y(jié)合裝置用于將層板33彼此結(jié)合。根據(jù)圖1的實施方式，優(yōu)選地為非磁性材料的兩個支承板M、25設置在極22的軸向相對側(cè)上。支承板對、25可以由奧氏體鋼制成，但是優(yōu)選地由以高電阻率為特征的材料——例如，陶瓷、聚合物或諸如玻璃纖維或碳纖維的復合材料——制成。每個支承板M、 25包括第一孔27、第二孔四和第三孔30。由支承板M、25的第一孔27接收的多個沿軸向布置的螺栓沈?qū)蓚€支承板M、 25緊固于極22，由此產(chǎn)生易處理的且耐用的轉(zhuǎn)子模塊21。第一孔27可以與磁段23對準或者與位于磁段23之間的空間28對準。在第一孔27與磁段23對準時，螺栓沈優(yōu)選地包括與支承板對、25電絕緣的磁性材料，而在第一孔27與位于磁段23之間的空間28對準時， 螺栓沈還優(yōu)選地由非磁性且非導電性的材料制成。第二孔四設置成用以接收或容納相鄰轉(zhuǎn)子模塊21的螺栓沈的端部部分^a、 26b0為此，第二孔四大于第一孔27。所有其它的轉(zhuǎn)子模塊21包括如圖1所示的支承板對、25，然而因為第一孔27和第二孔四的位置互換，所以所有其它的轉(zhuǎn)子模塊21包括與圖 1所示不同的支承板。顯然，轉(zhuǎn)子12的兩個最外支承板24、25不需要具有任何第二孔四。如果轉(zhuǎn)子模塊21不抵靠彼此安裝或通過除了螺栓沈之外的其它的緊固裝置安裝，則轉(zhuǎn)子模塊21的支承板M、25可以不需要具有任何第二孔四。該布置的實施例為當利用粘合劑將多個極22緊固于支承板M、25時。不需要第二孔四的另一實施例為當利用橫穿多個轉(zhuǎn)子模塊21的一組長螺栓將多個轉(zhuǎn)子模塊21緊固在一起時。在該實施方式中，甚至無需使每個轉(zhuǎn)子模塊21包括兩個支承板對、25。每個轉(zhuǎn)子模塊21具有一個支承板M、25就足以，其中每個支承板M、25緊固于相鄰轉(zhuǎn)子模塊21的極22。顯然，對于該組轉(zhuǎn)子模塊21中的最外轉(zhuǎn)子模塊21而言，需要額外的支承板M、25。不需要第二孔四的又一實施例為當支承板M、25繞第一孔27設有凹部時，該凹部構(gòu)造成包圍螺栓沈的端部部分^aJ6b。此外，轉(zhuǎn)子模塊21的支承板M、25可以包括或設有使磁段23的位置沿徑向且沿周向固定的肋、銷、凹部等。支承板M、25的第三孔30設置用于接收冷卻流體。根據(jù)圖2，多個轉(zhuǎn)子模塊21沿軸向抵靠彼此安裝以形成轉(zhuǎn)子12。借助于每個轉(zhuǎn)子模塊21與轉(zhuǎn)子軸13之間的緊密配合使轉(zhuǎn)子模塊21固定于轉(zhuǎn)子軸13。例如，可以借助于軸向螺栓(未示出)使轉(zhuǎn)子模塊21進一步在軸向方向32上彼此固定。因為轉(zhuǎn)子模塊21可以設置成彼此相鄰并且彼此緊固，所以并不是絕對需要存在轉(zhuǎn)子軸13。該布置對于建立自保持轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)就已足以?？梢酝ㄟ^如下方式使轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進一步加強，即根據(jù)圖3借助于軸向條45和徑向螺栓41將轉(zhuǎn)子模塊21相對于轉(zhuǎn)子軸13緊固。軸向條45布置在徑向最外磁段23的頂部上并且可以在轉(zhuǎn)子12的整個軸向長度上延伸。徑向螺栓41布置在轉(zhuǎn)子模塊21之間以將軸向條45緊固于轉(zhuǎn)子軸13。此外，圖3的實施方式包括布置在磁段23之間的間隔件42，以使磁段23在徑向方向和周向方向上的位置進一步固定。優(yōu)選地，磁壘42由諸如復合材料、陶瓷或聚合物材料的非磁性且非導電性的材料制成。另外，圖3的轉(zhuǎn)子12包括固定地附接于轉(zhuǎn)子軸13的芯部43。芯部43包括支承部 44，支承部44構(gòu)造成、尺寸設計成并且定位成用以支承轉(zhuǎn)子的極22。在US 6，064，134中進一步描述該支承部，上述文獻的內(nèi)容以參引的方式納入本文。在其它的方面，圖3的實施方式與圖1-2的實施方式相似。在本發(fā)明的又一實施方式中，每個層板33由具有最高磁導率的選定方向的晶粒取向磁性材料制成。優(yōu)選地，最高磁導率的方向盡可能遵循每個層板33的縱向彎曲形狀。 雖然圖1的磁段23由在軸向方向32上疊置的層板33構(gòu)成，但是層板33還可以在徑向方向上疊置以便更大程度地利用材料的晶粒取向特性。在US 6，066，904中公開了包括由晶粒取向磁性材料制成的層板的轉(zhuǎn)子，上述文獻的內(nèi)容以參引的方式納入本文。然而，該轉(zhuǎn)子由橫向地疊置的層板盤構(gòu)成，并且因此，使用的極的數(shù)量限制于兩個。此外，為了減小轉(zhuǎn)矩波動，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子12可以包括沿軸向偏斜的轉(zhuǎn)子模塊21。 在US 2008/0296994中公開了沿軸向偏斜的層板盤，上述文獻的內(nèi)容以參引的方式納入本文。當兩個相鄰的轉(zhuǎn)子模塊21的極22繞共同軸線31成一角度時，轉(zhuǎn)子模塊21沿軸向偏斜。 本發(fā)明還包括制造上述轉(zhuǎn)子的方法，其中，在第一步驟中制造多個轉(zhuǎn)子模塊21。這可以在中間存儲之前的預制造階段中進行。轉(zhuǎn)子模塊21可以使用在不同額定功率的同步磁阻電機或開關磁阻電機中。 根據(jù)如下方式制造每個轉(zhuǎn)子模塊21。提供多個磁段23。通過使多個磁段23在徑向方向上彼此間隔開而形成極22。將多個極22設置在圓的相鄰區(qū)段中。在所述多個極22 的至少一個軸向側(cè)上布置支承板對、25。利用將所述多個極22結(jié)合于支承板M、25的緊固裝置將所述多個極22緊固于支承板對、25。在第二步驟中，通過沿共同軸線31以軸向順序設置多個轉(zhuǎn)子模塊21來形成轉(zhuǎn)子 12。本發(fā)明不限于上面示出的實施方式，而是，本領域技術人員可以在如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)以多種方式對實施方式進行改型。例如，盡管圖示的實施方式的支承板24、25是盤形的，但是根據(jù)本發(fā)明，它們可以具有諸如十字形、正方形或星形的任何適當?shù)男螤睢?br> 權(quán)利要求
1.一種用于同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子(12)，所述轉(zhuǎn)子(12)包括沿共同軸線(31)以軸向順序設置的多個轉(zhuǎn)子模塊(21)，每個轉(zhuǎn)子模塊包括多個極(22)，所述多個極0 繞所述共同軸線(31)設置在相鄰區(qū)段中，每個極02) 包括在徑向方向上彼此間隔開的多個磁段03)；支承板04、25)，所述支承板(對、2幻設置在所述多個極0 的至少一個軸向側(cè)上；以及緊固裝置，所述緊固裝置用于將所述多個極0 緊固于所述支承板04、25)，其特征在于，所述緊固裝置將所述多個極02)結(jié)合于所述支承板04、25)。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述緊固裝置將所述多個極0 的軸向表面結(jié)合于所述支承板04、25)。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述緊固裝置包括多個沿軸向布置的螺栓 (26)。
4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，每個轉(zhuǎn)子模塊包括兩個支承板04、25)， 所述兩個支承板(對、2幻設置在所述多個極(2 的軸向相對側(cè)上。
5.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述支承板(對、2幻包括第一孔(XT)和第二孔( )，所述第一孔(XT)接收所述多個螺栓( )，所述第二孔09)接收相鄰轉(zhuǎn)子模塊 (21)的所述多個螺栓06)的端部部分Q6a、26b)。
6.如權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述第一孔07)與位于所述磁段03)之間的空間08)對準。
7.如權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述第一孔07)與所述磁段03)對準，并且所述螺栓06)包括與所述支承板04、25)電絕緣的磁性材料。
8.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述沿軸向布置的螺栓中的至少一個在多個轉(zhuǎn)子模塊上施加軸向力。
9.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述緊固裝置包括粘合劑。
10.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述支承板(對、2幻直接地鑄造或模制成與所述多個極0 結(jié)合接觸，并且所述緊固裝置包括在支承板材料與極材料之間的附著力。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，每個所述支承板(M、25)包括至少一個用于接收冷卻流體的孔(30)。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述轉(zhuǎn)子(1 還包括轉(zhuǎn)子軸 (13)，利用徑向緊固裝置將所述轉(zhuǎn)子模塊相對于所述轉(zhuǎn)子軸(1 緊固，所述徑向緊固裝置包括在徑向方向上延伸的螺栓G1)。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述支承板(對、2幻包括非磁性材料。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述磁段由具有最高磁導率的選定方向的晶粒取向磁性材料制成。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述轉(zhuǎn)子模塊相對于彼此偏斜。
16.如權(quán)利要求1至15中任一項所述的轉(zhuǎn)子(12)，其中，所述多個轉(zhuǎn)子模塊彼此纟口口。
17.一種包括如權(quán)利要求1至16中任一項所述的轉(zhuǎn)子(12)的磁阻電機，其中，所述磁阻電機是同步磁阻電機或開關磁阻電機。
18.—種制造用于同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子(12)的方法，所述方法包括如下步驟提供多個轉(zhuǎn)子模塊(21)，其中，通過如下方式制造每個所述轉(zhuǎn)子模塊(i)提供磁段 (23) ； (ii)使多個磁段(23)在徑向方向上彼此間隔開以形成極(22) ； (iii)將多個極(22) 設置在圓的相鄰區(qū)段中；(iv)在所述多個極0 的至少一個軸向側(cè)上設置支承板04、 25) ； (ν)利用將所述多個極0 結(jié)合于所述支承板04、25)的緊固裝置將所述多個極 (22)緊固于所述支承板04、25)；以及沿共同軸線(31)以軸向順序設置所述多個轉(zhuǎn)子模塊以形成所述轉(zhuǎn)子(12)。
全文摘要
一種用于同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子(12)包括多個轉(zhuǎn)子模塊(21)，所述多個轉(zhuǎn)子模塊(21)沿共同軸線(31)以軸向順序設置。每個轉(zhuǎn)子模塊(21)包括多個極(22)，所述多個極(22)繞共同軸線(31)設置在相鄰區(qū)段中，每個極(22)包括在徑向方向上彼此間隔開的多個磁段(23)；支承板(24、25)，該支承板(24、25)設置在所述多個極(22)的軸向側(cè)上；以及緊固裝置，該緊固裝置用于將所述多個極(22)緊固于支承板(24、25)。緊固裝置——優(yōu)選地為多個沿軸向布置的螺栓(26)或粘合劑——將所述多個極(22)結(jié)合于支承板(24、25)。
文檔編號H02K1/24GK102474139SQ200980160861
公開日2012年5月23日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者列扎·穆加達姆拉賈比, 柳玉敬, 皮耶路易吉·滕卡, 錫德里克·蒙瑙伊 申請人:Abb研究有限公司