专利名称：电动机的转子的利记博彩app
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本发明涉及一种电动机转子、尤其是直接起动电动机的转子，它具有在轴向方向上布置的用于导体棒的接收腔和在轴向方向上布置的用于永久磁铁的接收腔，接收腔的设计和布置应保证产生一个永久磁场，该磁场具有一个磁轴和一个中性轴。
混合三相交流电动机被称为直接起动电动机，它们是一种三相交流异步电动机和一种三相交流同步电动机的组合。一个这样的直接起动电动机包括一个具有多个定子绕组或者定片绕组的定子，所述定子也称为定片。定子绕组产生旋转磁场，它在一个转子或者电枢里产生一个电压，通过此电压使转子旋转。一个直接起动电动机的转子既有一种三相交流异步电动机的转子的特征也有一种三相交流同步电动机的转子的特性。也可设计直接起动电动机用于单相供电，其可能使用工作电容器。
在一个也称作为感应电动机的三相交流异步电动机的转子里基本在轴向方向上布置有例如由铝或铜制成的导体棒。在转子的端面上导体棒可以通过短路环相连接。导体棒与短路环一起构成了转子绕组并可以具有笼形，因此一种这样的转子也可以称为笼型转子。在工作时定子绕组的旋转磁场引起了首先是静止转子的线匝里的磁通变化。磁通变化速度与磁场转速成比例。感应的电压使电流流入该通过短路环连接起来的转子导体棒。通过转子电流所产生的磁场引起一个转矩，它使转子在定子旋转磁场的转动方向上旋转。当转子达到了转子磁场的转速时，那么在所考察的线匝里的磁通量变化就是零，而且因此这引起转动的转矩也是零。因此在三相交流异步电动机中转子转速总是小于磁场转速。转子与磁场转速并不是机械同步地运转。
在一个三相交流同步电动机的转子中例如可以设有永久磁铁，它们在工作时产生一种磁性的转子旋转磁场。若对定子绕组供给三相电流，那么转子极通过定子旋转磁场的反向极而吸引并随即被其同性的极排斥。转子由于其惯性不可能立即跟随定子转速。但若转子已经近似地达到了定子旋转磁场的转速的话，那么转子就所谓被拉入至定子磁场转速里并随之继续旋转。也就是说，在转子起动之后它就与定子磁场转速同步地旋转。
直接起动电动机的转子既包括有永久磁铁也有导体棒。导体棒构成了转子的一种起动辅动装置。若已经近似地达到定子旋转磁场的转速，那么永久磁场就发挥其作用。直接起动电动机就是使一种异步电动机的良好起动性能，也就是大的起动转矩与同步电动机的高效率结合起来。当电动机起动时导线棒发挥其作用，相反永久磁铁则在电动机起动时实际上只起一种干扰作用。在同步运行时，例如在50Hz或3000U/min(转/分)时则相反的永久磁铁发挥其作用，而导体棒则不再有助于产生转矩了，因为同步运行在导体棒里并不感应出电压。
在直接起动电动机运行时存在于转子和定子之间的空气间隙里的磁场包括两个分量。所产生的磁场的第一个分量由定子绕组所引起。它也称为旋转磁场。所产生的磁场的第二个分量由永久磁铁引起。在通常的直接起动电动机工作时，正如它们从WO 01/06624A1中所已知的那样，可能产生转矩的波动，这是不希望的。
因而本发明的任务是设计提出一种按照权利要求1的前序部分所述的转子，尤其是用于一种按照权利要求8的前序部分所述的电动机的转子，所述转子在同步运行时近似产生正弦形的磁场。
对于一种用于电动机，尤其是用于一种直接起动电动机的转子来说，它具有布置在轴向方向上的导体棒用的接收腔和布置在轴向方向上的永久磁铁用的接收腔，所述接收腔的结构设计和布置应该保证使它们产生一个具有一个磁轴和一个中性轴的永久磁场，该任务这样解决即转子沿磁轴的直径大于沿中性轴的直径。也就是说转子具有一个圆形横截面，其厚度沿着磁轴略大于沿着中性轴。不同大小的转子直径或者说转子厚度造成了在转子的外圆周和一个围住转子的定子之间的距离不再如在通常电动机时那样保持不变，所述定子具有一个用于横截面为圆形的转子的接收腔。通过转子的按照本发明的设计方案位于转子外圆周和定子之间的间距与转子的转角相关地变化。因此转子和定子之间的空气间隙沿着中性轴为最大，而沿着磁轴为最小。通过改变转子和定子之间空气间隙的大小，在电动机同步运行时，关于转子的转角实现了由永久磁铁所产生的磁场的电场强度的一种差不多为正弦形的变化曲线。因而减小了在转子中的表面损失。起动转矩和最大转矩在按照本发明的转子或者电动机时要大于在通常的直接起动电动机时。
在一种传统的直接起动电动机和本发明的直接起动电动机之间进一步的比较业已表明，一种非圆形转子在转子里得到一个比传统的转子更大的磁通密度。具体来说具有以下结果即磁性基音(Grundton)的振幅提高了并因此有利于产生一个较大的转矩。这又意味着可以节省所耗用磁性材料的量。
转子的一种优选实施例的特征在于，转子的直径沿着磁轴比沿着中性轴大，最多大出2mm。这意味着，转子厚度沿着磁轴略大于沿着中性轴。转子的横截面不再是圆形的，而略呈椭圆。给出的极限值2mm是指转子直径大约为60mm时的情况。在本发明范围里所进行的试验中已经发现当直径差较大或者厚度差较大时就使转子或者说电动机的功能受到影响。
转子的另一种优选实施例的特征在于，转子的直径沿着磁轴比沿着中性轴要大0.5至1mm。在本发明范围里所进行的试验中已经用这些值实现了最好的结果。
转子的另一种优选的实施例的特征在于，转子具有一种椭圆形横截面，其光轴与磁轴重合并且其副轴与中性轴重合。
另一个优选实施例的特征在于，永久磁铁的接收腔是弯曲的并围绕转子的转动轴线布置，使得永久磁铁的接收腔和导体棒的接收腔之间的间距，在转子横截面里来看，在磁轴范围内要大于在中性轴范围内。因而为由定子所产生的磁场的磁力线提供了足够的空间。
转子的另一个优选的实施例的特征在于，永久磁铁的接收腔，在转子横截面上来看，具有多个弧形段的结构，它们按一种椭圆形状布置，椭圆的主轴与中性轴以及其副轴与磁轴相重合。这种结构相对于在按照本发明的装置运行时磁力线的分布来说业已证实为特别有利的。
转子的另一种优选实施例的特征在于，永久磁铁是棒形的并在转子里围绕一个通孔基本上形成两个半圆。这样可使制造成本比较经济，因为棒状磁铁比弯曲磁铁更便宜些。
对一种电动机，尤其是一种直接起动电动机来说，它具有一个定子，该定子具有绕组和一个横截面尤其为圆形的转子接收腔，上述任务如此解决，即前面所描述的转子可转动地装入在转子接收腔里。按照本发明的转子由于永久磁场的磁场强度关于转子转角近似地呈正弦形变化，因而按照本发明的电动机具有较大的效率。
本发明的其它优点、特征和细节由以下说明得出，在此说明中根据附图对不同的实施例进行了详细的描述。附图示出
图1按照本发明的一个第一种实施形式的、具有弯曲的永久磁铁的一个电动机的横截面图；图2按照本发明的另一种实施形式的、具有直线形永久磁铁的转子横截面图；图3与转子转角有关的磁场强度B的变化曲线的图表；图4按照本发明的另一种实施形式的、具有直线形永久磁铁的一个转子的横截面图；图5按照本发明的另一种实施形式的、具有弯曲的永久磁铁的一个转子横截面图；图6与转子转速有关的转矩变化曲线的图表。
图1用一个圆示意表示了一个定子的转子接收腔1的横截面。在该转子接收腔1里可转动地装了一个转子2。转子2具有一种椭圆形横截面。在转子2的外圆周附近在转子2圆周上均匀分布地布置有接收腔4，5，6。导体棒的接收腔4，5和6分别具有一种圆形横截面。径向在导体棒的接收腔4至6以内设有两个用于永久磁铁的接收腔10和11。永久磁铁的接收腔10和11，同样如同导体棒的接收腔4至6，都布置在基本为圆柱形转子2的轴向方向上。永久磁铁的接收腔10和11围绕在转子的旋转轴线周围布置和设计成弯曲的。接收腔10和11具有弧形的结构，它们呈椭圆形状布置。
转子在中心具有一个中央通孔17，它用来装一个轴，该轴可与转子2连接。通过该轴(未示出)可将由电动机所产生的转矩输出。
在接收腔10和11里装有永久磁铁14和15，它们产生一个永久磁场。该由永久磁铁14和15所产生的磁场在图1中用磁力线20，21来表示。该由永久磁铁14和15所产生的永久磁场具有一个磁轴22和一个中性轴23。磁场强度沿着磁轴22为最大。永久磁场的场强沿着中性轴等于零。
转子2沿着磁轴22比沿着中性轴23具有较大厚度。因此转子2在其外圆周上具有一种椭圆形结构，该椭圆形结构的主轴与磁轴2 2重合并且其副轴与中性轴23相重合。该由永久磁铁14和15的接收腔10和11所形成的椭圆垂直于形成转子2的外圆周的椭圆而布置。由接收腔10和11所形成的椭圆的主轴与中性轴23重合。由接收腔10和11所构成的椭圆的副轴与磁轴22重合。
一个转子，其在永久磁铁14和15的磁轴22方向上比在中性轴23方向上具有较大的直径，或者说较大的厚度，应用这种转子就造成转子2和定子的转子接收腔1之间的间距是变化的，也就是说在转子2和定子的转子接收腔1之间所形成的空气间隙是变化的。空气间隙沿着磁轴22为最小，而沿着中性轴23为最大。
在图1所示的实施形式中永久磁铁14和15并未装满接收腔10和11的整个横截面。接收腔10和11的空着的或者说充有空气的部分不产生磁场，这在磁力线20，21的变化曲线中可见。在转子2和定子的转子接收腔1之间的空气间隙里的磁力线之间的间距就是电场强度的一个尺度。由图1可见，在转子2完全靠近定子的转子接收腔1而布置的地方磁场强度最大。在磁轴22的右边和左边，由永久磁铁14和15所产生的磁场变弱了，这是所希望的。由此使转子2和定子的转子接收腔1之间的空气间隙里的磁场强度与转子的转角相关地接近于一种正弦形状。
图2表示一个转子25的横截面，它在永久磁场的中性轴26范围内的厚度为60.34mm，而在永久磁场的磁轴24范围内的厚度为61.3mm。
图2所示的转子包括有导体棒的接收腔，其横截面为非圆形。图2所示的导体棒的接收腔27和28的横截面在本发明范围内所进行的试验中已经证实为有利的。
径向在导体棒的接收腔27和28以内布置了永久磁铁的接收腔30，31和32。接收腔30至32并不是弯曲的，而是直线状的，并且分别为一种长矩形形状。接收腔30’，31’，32’和接收腔30，31，32关于中性轴对称布置。接收腔30，31，32和30’，31’，32’为成对平行布置，因此给出了用于一个轴的通孔34和接收腔31或31’之间的间距C。
图3表示与转角θ相关的磁场强度B的变化曲线。在通常的直接起动电动机中常常得到一种角形的变化曲线，它并不是理想的。理想的也许是一种正弦形变化曲线。通过按照本发明的设计方案，如同尤其是在部位50至53和60至68里所看到的那样，达到了对理想正弦曲线的一种近似。图3所示的正弦形变化曲线当然只是在直接起动电动机同步运行期间才有，但如果转子异步起动的话，那么在直接起动电动机起动阶段就不是这样。在起动时转子的非圆形结构使起动转矩升高，但效率降低很少。但由于起动阶段相对来说较短，因而此缺点可容忍。
图4表示了按照本发明的另一种实施形式的转子35横截面。转子35类似于图2所示的转子25。对相同的部件在图4中用增加10的附图标记来表示。当然在图4所示的转子35中通孔44和接收腔41之间的间距C小于在图2所示的实施形式中的间距。因而在接收腔41’和径向布置在外部的用于一个导体棒的接收腔45之间形成一个较大的间距，这在运行时已证实为有利的。
图5表示一个转子2’的横截面，它类似于图1所示的转子2。当然接收腔10’和11’完全用永久磁铁14’和15’装满。此外图5中还画出了由定子绕组(未示出)所产生的磁场的磁力线50，51。由定子绕组所产生的磁场的磁轴用54表示。由永久磁铁14’和15’所产生的永久磁场的磁轴52与之垂直。永久磁铁14’和15’的曲率半径在与磁轴52的交点部位明显大于在永久磁铁的端部。由此得出通孔17和永久磁铁14’，15’之间的距离F明显大于距离G。
图6表示了转矩(牛·米)随转速(转/分)的变化曲线。用61表示具有起动电容器和一个按照本发明的转子的一个直接起动电动机的转矩变化曲线。与之对比，用62表示具有起动电容器的一个传统直接起动电动机的转矩变化曲线。由图6可见，按照本发明的电动机61的起动转矩大于在传统的直接起动电动机62时的起动转矩。
图6中用63表示一种没有起动电容器但有一个非圆形转子的通常异步电动机的转矩变化曲线。与之对比用64表示一种没有起动电容器的通常的异步电动机的转矩图。如图6所示，对于一种非圆形转子，最大转矩K出现在比在传统的转子时更低的转速时。图6所示曲线具有与直接起动电动机大致相同的形状，但其波动性较大。
提高起动转矩或者最大转矩可以归结于按照本发明的加大在中性轴范围里的空气间隙。较大的空气间隙致使电动机的阻抗降低，因而电动机接收较大的电流并因此使转矩提高。电动机阻抗的降低可以归结于由定子所产生的磁场占据较大的空气体积，因而系统具有一个较大的欧姆成份并因此变得更快。电抗变得更小，而且欧姆成份R获得一个相对来看较大的权重。效率降低，但转矩上升，因为较小的电抗更少强烈地制动住电流升高。电流在按照本发明的直接起动电动机中升高更快，这导致比在传统的直接起动电动机时更大的转矩。
转子的板垛可由不同的薄板层(Blechlaminaten)组成，例如一个第一层和一个第二层。层序可以这样第一层、第二层、第一层，也就是说转子分成三个部分。第二层形成一个过渡区。过渡区用于实现一种所谓槽的斜度，也就是说在转子的一个第一个端部里的导体棒与在转子另一端部里的导体棒相比被偏置。所述偏置，例如在10和20机械度之间，在过渡区里被达到，其方法是使导体棒不与转子的转动轴线平行布置，而是侧向与之偏斜。通过槽的斜度使干扰旋转磁场的磁性谐波的振幅如希望的那样大幅降低。过渡区由例如10至20个薄板层组成，它们的接收腔相互偏置。
按照本发明的直接起动电动机的另一个优点在于转子表面上的损失小于通常的直接起动电动机。正常情况下磁场在空气间隙里包括有多个谐波频率，它们引起电动机中的损失。此时是指在转子表面上出现的所谓之字形损失。在转子和定子之间的一些位置上较大的空气间隙导致这种损失的减少。
权利要求
1.一种电动机转子，尤其是一种直接起动电动机的转子，它具有布置在轴向方向上的导体棒的接收腔(4至6；27，28)和布置在轴向方向上的永久磁铁(14，15)的接收腔(10，11；30至32)，所述接收腔的结构设计和布置使它们产生一个具有一个磁轴(22)和一个中性轴(23)的永久磁场，其特征在于，转子沿着磁轴(22)的直径大于沿中性轴(23)的直径。
2.按照权利要求1所述的转子，其特征在于，转子直径沿着磁轴(22)比沿着中性轴(23)最多要大2mm。
3..按照权利要求2所述的转子，其特征在于，转子直径沿着磁轴(22)比沿着中性轴(23)大0.5至1mm。
4.按上述权利要求之一所述的转子，其特征在于，转子横截面为椭圆形，其主轴与磁轴(22)重合并且其副轴与中性轴(23)重合。
5.按上述权利要求之一所述的转子，其特征在于，永久磁铁(14，15)的接收腔(10，11)是弯曲的并围绕转子的旋转轴线布置，使得在转子的横截面里来看，永久磁铁的接收腔和导体棒的接收腔之间的间距在磁轴(22)范围内大于在中性轴范围内。
6.按上述权利要求之一所述的转子，其特征在于，在转子横截面里来看，永久磁铁(14，15)的接收腔(10，11)具有多个弧形段的结构，它们布置成一个椭圆形，其主轴与中性轴(23)重合并且其副轴与磁轴(22)重合。
7.按照权利要求1至3中任意一项所述的转子，其特征在于，永久磁铁(30，31，32)是棒形的并且在转子里围绕一个通孔(34)基本上形成两个半圆。
8.电动机，尤其是直接起动电动机，它具有一个定子，该定子具有许多绕组和一个横截面尤其为圆形的转子接收腔(1)，其特征在于，一个按上述权利要求之一所述的转子(2)可旋转地装在转子接收腔(1)里。
全文摘要
本发明涉及一种电动机转子，尤其是直接起动电动机的转子，它具有布置在轴向方向上的导体棒的接收腔(4至6)和布置在轴向方向上的永久磁铁(14，15)的接收腔(10，11)，所述接收腔的结构设计和布置使它们产生一个具有一个磁轴(22)和一个中性轴(23)的永久磁场。为了保证在电动机工作时所述转子尽可能均匀的运转，转子沿着磁轴(22)的直径大于沿中性轴(23)的直径。
文档编号H02K1/27GK1729608SQ200380107140
公开日2006年2月1日 申请日期2003年12月12日 优先权日2002年12月19日
发明者N·C·魏劳赫 申请人:丹福斯压缩器有限公司