本發(fā)明涉及用于電機的轉(zhuǎn)子。

背景技術(shù)：

已知的用于感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子芯，該轉(zhuǎn)子芯具有外部部分以及比外部部分更靠近轉(zhuǎn)子芯的旋轉(zhuǎn)軸線定位的內(nèi)部部分。外部部分通過多個輻條連接至內(nèi)部部分，所述多個輻條中的每個輻條均沿徑向方向延伸。這些輻條在周向方向上彼此間隔開，使得每兩個相鄰的輻條之間存在軸向冷卻通道。所述已知轉(zhuǎn)子還包括通過冷縮配合聯(lián)接至轉(zhuǎn)子芯的轉(zhuǎn)子軸。

與以上轉(zhuǎn)子相關(guān)的缺點中的一個缺點在于，當在使用期間轉(zhuǎn)子變熱時，轉(zhuǎn)子芯與轉(zhuǎn)子軸之間的冷縮配合非常地松。例如，在工作狀態(tài)下，感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子的外表面比永磁電機的轉(zhuǎn)子的外表面加熱得更甚。根據(jù)設(shè)計，相比轉(zhuǎn)子較冷的情況，在工作溫度下感應(yīng)式電機的轉(zhuǎn)子芯與轉(zhuǎn)子軸之間的冷縮配合僅能夠傳遞30％的扭矩。增大冷縮配合的緊密度可能導致轉(zhuǎn)子軸的彎曲。因此，難以提供轉(zhuǎn)子芯與轉(zhuǎn)子軸之間的實用的冷縮配合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于電機的轉(zhuǎn)子以及包括該轉(zhuǎn)子的電機以減輕以上缺點。本發(fā)明的目的通過下述轉(zhuǎn)子和電機來實現(xiàn)。

本發(fā)明基于以下想法：將連接轉(zhuǎn)子芯的外部部分與內(nèi)部部分的輻條重新設(shè)計成使得減小轉(zhuǎn)子芯的外部部分與內(nèi)部部分之間的力的徑向傳遞。重新設(shè)計的輻條中的每個輻條均為包括沿非徑向方向延伸的偏斜部的撓性輻條。輻條的偏斜部使得轉(zhuǎn)子芯的幾何形狀更加靈活，從而減小了在轉(zhuǎn)子芯的外部部分與內(nèi)部部分之間在徑向方向 上傳遞的力。偏斜部在轉(zhuǎn)子的表面比轉(zhuǎn)子的內(nèi)部加熱得更甚時允許每個輻條部變形。

在通過為轉(zhuǎn)子芯的外部部分設(shè)置多個小冷卻通道以使得改善對轉(zhuǎn)子芯的外部部分的冷卻來進一步改善轉(zhuǎn)子芯與轉(zhuǎn)子軸之間的冷縮配合的扭矩傳遞能力的實施方式中，相比更少的大冷卻通道，所述多個小冷卻通道增大了冷卻通道的總冷卻面積。這減小了轉(zhuǎn)子芯的外部部分與內(nèi)部部分之間的溫度差，從而提高了在工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)子芯與轉(zhuǎn)子軸之間的冷縮配合的緊密度。此外，為轉(zhuǎn)子芯的外部部分設(shè)置多個小冷卻通道提高了轉(zhuǎn)子芯的旋轉(zhuǎn)對稱性，并且使得即使當冷卻通道靠近轉(zhuǎn)子條定位時也能夠?qū)崿F(xiàn)磁通量的對稱分布。

本發(fā)明的優(yōu)勢在于：與具有徑向輻條的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的情況相比，轉(zhuǎn)子芯與轉(zhuǎn)子軸之間的冷縮配合處的接觸壓力更少地受到轉(zhuǎn)子芯的外表面變熱的影響。在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子中，在工作狀態(tài)下通過轉(zhuǎn)子芯的外部部分施加在轉(zhuǎn)子芯的內(nèi)部部分上的徑向指向外側(cè)的力比在已知的轉(zhuǎn)子中更小。因此，在工作狀態(tài)下這種冷縮配合比具有徑向輻條的已知轉(zhuǎn)子的冷縮配合更好地保持其扭矩傳遞能力。這意味著可以制造較不緊密的冷縮配合而不用擔心這種冷縮配合在工作狀態(tài)下分離。

附圖說明

以下將參照附圖借助于優(yōu)選實施方式更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1示出了從轉(zhuǎn)子芯的軸向方向觀察時根據(jù)本發(fā)明的實施方式的轉(zhuǎn)子芯，

圖2示出了圖1的轉(zhuǎn)子芯的一部分的放大圖；

圖3至圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的替代性實施方式的轉(zhuǎn)子芯；

圖10示出了包括沿軸向方向堆疊的多個轉(zhuǎn)子片的轉(zhuǎn)子芯；以及

圖11示出了轉(zhuǎn)子，其包括圖10的轉(zhuǎn)子芯以及通過冷縮配合聯(lián)接至轉(zhuǎn)子芯的轉(zhuǎn)子軸。

具體實施方式

圖1示出了轉(zhuǎn)子芯2a，該轉(zhuǎn)子芯2a具有外部部分21a以及比該外部部分21a更靠近轉(zhuǎn)子芯2a的旋轉(zhuǎn)軸線定位的內(nèi)部部分22a。外部部分21a通過多個輻條6a聯(lián)接至內(nèi)部部分22a。外部部分21a包括多個冷卻通道4a，每個冷卻通道均沿軸向方向延伸貫穿轉(zhuǎn)子芯2a并且適于諸如空氣之類的冷卻介質(zhì)的流動。內(nèi)部部分22a包括中央孔口25a，中央孔口25a適于接納轉(zhuǎn)子軸以通過冷縮配合將轉(zhuǎn)子芯2a連接至轉(zhuǎn)子軸。

冷縮配合是一種周知的技術(shù)，在這種技術(shù)中，通過組裝之后的相對尺寸變化實現(xiàn)干涉配合?？梢酝ㄟ^在組裝之前對轉(zhuǎn)子芯進行加熱并且在組裝之后讓轉(zhuǎn)子芯恢復至環(huán)境溫度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子芯與轉(zhuǎn)子軸之間的冷縮配合。這種冷縮配合利用了熱膨脹。

輻條6a中的每個輻條均包括偏斜部61a，偏斜部61a相對于轉(zhuǎn)子芯2a的徑向方向以輻條角度α_a延伸。輻條角度α_a相對于輻條6a的中心線進行測量。取決于測量輻條角度的位置，輻條角度α_a為大約80°。在輻條6a的內(nèi)端部處，輻條角度α_a處于其最大值。輻條6a的內(nèi)端部為與轉(zhuǎn)子芯2a的內(nèi)部部分22a相鄰地定位的端部。輻條6a的外端部為與轉(zhuǎn)子芯2a的外部部分21a相鄰地定位的端部。

偏斜部的長度影響對應(yīng)輻條的撓性。在圖1中，偏斜部61a的長度為轉(zhuǎn)子芯2a的直徑的大約0.07倍。在替代性實施方式中，偏斜部的長度介于轉(zhuǎn)子芯的直徑的0.04倍至0.15倍的范圍內(nèi)。在某些實施方式中，輻條包括多于一個偏斜部，使得輻條的撓性部的總長度為所述多于一個偏斜部的長度的總和。圖6中描繪了這種實施方式的示例。

在包括轉(zhuǎn)子芯2a的電機的工作期間，轉(zhuǎn)子芯2a的外部部分21a變熱并膨脹。然而，僅較小的指向外側(cè)的力通過所述多個輻條6a被施加在轉(zhuǎn)子芯2a的內(nèi)部部分22a上。由于輻條6a的構(gòu)型，因此，輻條6a具有在轉(zhuǎn)子芯2a的外部部分21a與轉(zhuǎn)子芯2a的內(nèi)部部分22a之間的良好的扭矩傳遞能力，同時輻條6a在徑向方向上僅傳遞較小的力。輻條6a提供了轉(zhuǎn)子芯2a的外部部分21a與轉(zhuǎn)子芯2a 的內(nèi)部部分22a之間在徑向方向上的非常撓性的連接。由于撓性輻條6a，因此，轉(zhuǎn)子芯2a的外部部分21a的熱膨脹對轉(zhuǎn)子芯2a與轉(zhuǎn)子軸之間的冷縮配合的扭矩傳遞能力的影響很小。

輻條的寬度被選擇成使得輻條具有所需的撓性，從而使得轉(zhuǎn)子芯的外部部分的熱膨脹不會過多地影響轉(zhuǎn)子芯與轉(zhuǎn)子軸之間的冷縮配合的扭矩傳遞能力。輻條的數(shù)目被選擇成使得所述多個輻條能夠在轉(zhuǎn)子芯的外部部分與轉(zhuǎn)子芯的內(nèi)部部分之間傳遞足夠的扭矩。

所述多個冷卻通道包括距轉(zhuǎn)子芯2a的旋轉(zhuǎn)軸線第一距離的第一組冷卻通道41a、距轉(zhuǎn)子芯2a的旋轉(zhuǎn)軸線第二距離的第二組冷卻通道42a、以及距轉(zhuǎn)子芯2a的旋轉(zhuǎn)軸線第三距離的第三組冷卻通道43a。每組冷卻通道均定位成與其余冷卻通道組距轉(zhuǎn)子芯的旋轉(zhuǎn)軸線的距離不同。第一組冷卻通道41a為最外側(cè)的組，第三組冷卻通道43a為最內(nèi)側(cè)的組，并且第二組冷卻通道42a在徑向方向上位于第一組41a與第三組43a之間。

所述多個冷卻通道4a中的每個冷卻通道的橫截面均為大致圓形，并且所述多個冷卻通道4a中的每個冷卻通道的直徑小于轉(zhuǎn)子芯2a的直徑的0.03倍。在替代性實施方式中，所述多個冷卻通道中的每個冷卻通道的直徑為轉(zhuǎn)子芯的直徑的0.06倍或更小。此外，在替代性實施方式中，冷卻通道的橫截面可以具有不同于圓形的形狀，例如橢圓形或多邊形形狀。另外，在某些實施方式中，單獨的冷卻通道被省去，并且通過冷卻介質(zhì)流動穿過輻條之間的間隙來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子芯的冷卻。在包括單獨的冷卻通道的實施方式中，冷卻通道的數(shù)目和冷卻通道組的數(shù)目可以改變。另外，一組冷卻通道可以具有與另一組冷卻通道不同尺寸的冷卻通道。

圖2示出了轉(zhuǎn)子芯2a的一部分的放大圖。圖2設(shè)有箭頭5a1至5a3，箭頭5a1至5a3描繪了因轉(zhuǎn)子芯2a的外部部分21a與內(nèi)部部分22a之間的溫度差而引起的力的方向。圖2示出了偏斜部61a中存在的力沿與偏斜部61a平行的方向延伸。該力基本上是切向的，并且因此該力使外部部分21a略微相對于內(nèi)部部分22a旋轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)子芯2a在其外周上包括多個轉(zhuǎn)子槽23a。每個轉(zhuǎn)子槽23a適于接納對應(yīng)的轉(zhuǎn)子條(未被描繪)。

圖3至圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的替代性實施方式的轉(zhuǎn)子芯。圖3至圖9的附圖標記與圖1的附圖標記對應(yīng)，使得在這些圖中特定的特征用在開頭具有共同的數(shù)字部分的附圖標記來表示。每個附圖標記還包括用以標識所涉及的實施方式的字母，圖1的附圖標記包括字母“a”，并且圖3至圖9的附圖標記分別包括字母“b”至字母“h”。

在圖3至圖9中，每個轉(zhuǎn)子芯的外表面均被描繪成光滑的圓形表面。然而，圖3至圖9的每個轉(zhuǎn)子芯的設(shè)計都可以設(shè)置有與圖1至圖2中描繪的轉(zhuǎn)子槽類似的轉(zhuǎn)子槽。此外，圖1至圖9的所有轉(zhuǎn)子芯設(shè)計可以用于許多類型的電機中，而非僅用于感應(yīng)式電機中。轉(zhuǎn)子芯的外表面的形狀根據(jù)所涉及的電機類型的要求來確定，但轉(zhuǎn)子芯的輻條和內(nèi)部部分的設(shè)計可以保持不變。

圖1至圖9示出了在不同的實施方式中輻條的構(gòu)型和尺寸發(fā)生變化，并且輻條角度α亦是如此。在通常情況下，輻條角度α大于30°。

輻條可以是直的或彎的元件。另外，輻條可以既具有直部又具有彎部。在圖1的實施方式中，每個偏斜部61a呈直線形延伸。在圖7的實施方式中，整個輻條6f呈直線形延伸。在圖6的實施方式中，每個輻條6e均為曲線形構(gòu)件，其具有連接轉(zhuǎn)子芯2e的外部部分21e與內(nèi)部部分22e的寬U狀構(gòu)型。因此，偏斜部61e1和61e2也是曲線形構(gòu)件，并且輻條角度α_a1和α_a2在偏斜部的整個范圍內(nèi)不恒定。

在通常情況下，連接轉(zhuǎn)子芯的內(nèi)部部分與外部部分的輻條中的每個輻條均包括相對于轉(zhuǎn)子芯的徑向方向以輻條角度延伸的至少一個偏斜部。在圖5的實施方式中，每個輻條6d均具有與轉(zhuǎn)子芯2d的內(nèi)部部分相鄰的兩個分支部6d1和6d2。分支部6d1與6d2關(guān)于轉(zhuǎn)子芯2d的徑向方向彼此鏡像。分支部6d1包括相對于轉(zhuǎn)子芯2d的徑向方向以輻條角度α_d1延伸的偏斜部6d1。輻條角度α_d1在分支部6d1的側(cè)向外部部分處為大約90°。此處，側(cè)向外部部分為分支部6d1的定位得距輻條6d的徑向中心線最遠的部分。由于分支部的對稱性，分支部6d2包括相對于轉(zhuǎn)子芯2d的徑向方向以輻條角度α_d2延伸的偏斜部6d2。輻條角度α_d2在分支部6d2的側(cè)向外部部分中為大約90°。

在圖5中，分支部6d1和6d2形成了位于轉(zhuǎn)子芯2d的內(nèi)部部分22d與輻條6d之間的腔7d。腔7d關(guān)于轉(zhuǎn)子芯2d的徑向方向?qū)ΨQ。腔7d的徑向尺寸在腔7d的對稱軸線處具有其最大值，并且腔7d的徑向尺寸從對稱軸線向外減小。此處，徑向尺寸指的是與轉(zhuǎn)子芯的徑向方向平行的尺寸。

腔7d在轉(zhuǎn)子芯2d的內(nèi)部部分22d與輻條6d之間提供了柔性。腔7d適于響應(yīng)于轉(zhuǎn)子芯2d的外部部分21d與內(nèi)部部分22d之間的徑向力而改變其尺寸和形狀。因此，輻條6d也適于響應(yīng)于轉(zhuǎn)子芯2d的外部部分21d與內(nèi)部部分22d之間的徑向力而改變其形狀。這使得輻條6d成為撓性構(gòu)件——該撓性構(gòu)件沿徑向方向傳遞力的能力較弱。因此，轉(zhuǎn)子芯2d的外部部分21d與內(nèi)部部分22d之間的溫度差不會顯著影響轉(zhuǎn)子芯2d的中央孔口25d的尺寸。

圖8的轉(zhuǎn)子芯2g具有兩種輻條，使得每個第一種輻條6g1相對于轉(zhuǎn)子芯2g的徑向方向以輻條角度α_g1延伸，并且每個第二種輻條6g2相對于轉(zhuǎn)子芯2g的徑向方向以輻條角度α_g2伸。輻條角度α_g1和α_g2的絕對值相同但符號相反，使得第一種輻條6g1和第二種輻條6g2關(guān)于轉(zhuǎn)子芯2g的徑向方向彼此鏡像。

圖9示出了轉(zhuǎn)子芯2h，該轉(zhuǎn)子芯2h的外部部分21h通過多個輻條6h1和6h2連接至內(nèi)部部分22h。每個輻條6h1均包括外偏斜部61h11和內(nèi)偏斜部61h12。外偏斜部61h11與轉(zhuǎn)子芯2h的外部部分21h相鄰地定位，并且內(nèi)偏斜部61h12與轉(zhuǎn)子芯2h的內(nèi)部部分22h相鄰地定位。

外偏斜部61h11相對于轉(zhuǎn)子芯2h的徑向方向以輻條角度α_h11延伸。輻條角度α_h11為大約60°。內(nèi)偏斜部61h12相對于轉(zhuǎn)子芯2h的徑向方向以輻條角度α_h12延伸。輻條角度α_h12為大約90°。輻條角度α_h11和α_h12具有相反的符號。

輻條6h1和6h2關(guān)于轉(zhuǎn)子芯2h的徑向方向彼此鏡像。每個輻條6h1均通過其位于外偏斜部61h11與內(nèi)偏斜部61h12之間的中間部分而連接至相鄰的輻條6h2。此外，每個輻條6h1均通過其與轉(zhuǎn)子芯2h的外部部分21h相鄰地定位的外部部分而連接至另一相鄰的輻條6h2。

在轉(zhuǎn)子芯2h的內(nèi)部部分22h與相連接的內(nèi)偏斜部61h12和61h22之間設(shè)置有腔7h。腔7h關(guān)于轉(zhuǎn)子芯2h的徑向方向?qū)ΨQ。腔7h沿大致切向方向延伸。此處，切向方向指的是轉(zhuǎn)子芯的切向方向。腔7h的徑向尺寸在整個腔7h內(nèi)基本上恒定。腔7h適于響應(yīng)于轉(zhuǎn)子芯2h的外部部分21h與內(nèi)部部分22h之間的徑向力而改變其尺寸和形狀。

圖1至圖9的轉(zhuǎn)子芯中的每個轉(zhuǎn)子芯均可以用于船舶的方位推進器的電機中。在一個實施方式中，包括根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的電機的額定功率大于或等于100kW。

在一個實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子芯包括沿軸向方向堆疊的多個轉(zhuǎn)子片。圖1至圖9的轉(zhuǎn)子芯中的任一轉(zhuǎn)子芯都可以被構(gòu)造成這種轉(zhuǎn)子芯。

圖10中描繪了包括沿軸向方向堆疊的多個轉(zhuǎn)子片的轉(zhuǎn)子芯的大體結(jié)構(gòu)。圖11示出了轉(zhuǎn)子，其包括圖10的轉(zhuǎn)子芯2i以及通過冷縮配合連接至轉(zhuǎn)子芯2i的轉(zhuǎn)子軸3i。轉(zhuǎn)子芯2i包括沿軸向方向堆疊的轉(zhuǎn)子片RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6。轉(zhuǎn)子片RS1至RS6中的每一者均由金屬板通過沖壓過程制成。轉(zhuǎn)子片RS1至RS6中的每一者均與其余的轉(zhuǎn)子片相同。

對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言明顯的是，可以以各種方式實施本發(fā)明的思想。本發(fā)明及其實施方式不限于上述示例，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)進行改變。