电机的转子制造技术

本发明专利技术涉及一种电机(1)的转子(7)，该转子具有钟形形状，其中转子(7)具有柱形部段(42)，其中转子(7)具有锥形部段(43)，其中，柱形部段(42)具有磁性活跃区域(45)和非磁性区域(46)。转子(7)至少部分借助增材制造方法制造。电机(1)尤其具有：外定子(2)；与外定子(2)同心地布置在外定子(2)内部的内定子(10)；以及与外定子(2)和内定子(10)同心地布置在外定子(2)与内定子(10)之间的转子(7)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电机的转子
本专利技术涉及一种电机的转子，一种电机及其制造方法。
技术介绍
电机例如是同步电机或异步电机。同步电机例如被设计为三相同步电机，尤其是永久激励的三相同步电机。这种三相同步电动机例如可以作为电动机或作为发电机来运行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有钟形形状的转子，该转子能够以尽可能简单的生产方式实现具有该转子的电机的高效率。在具有权利要求1的特征的转子中以及在具有权利要求7的特征的电机中实现了该目的的解决方案。另一种解决方案在根据权利要求18所述的用于制造转子的方法中给出。有利的改进方案分别是从属权利要求2至6、8至17和19以及20的内容。电机的转子可以形成为具有钟形的形状。这种类型的转子也可以被称为钟罩转子。转子具有柱形部段和锥形部段，其中，柱形部段具有磁性活跃区域和非磁性区域。通过分成非磁性区域和磁性活跃区域，转子可以在其在电机中的作用方式方面进行优化。磁性活跃区域是例如永久磁铁，又或者是具有软磁材料、如铁磁材料的区域，该区域可以很容易地在磁场中磁化。转子例如可以在双定子机器中作为钟罩转子使用。特别是，当转子具有复杂结构时，则为了制造转子使用增材制造方法。因此，为了构造钟形转子可以使用以下制造方法，在该制造方法中借助AM技术(增材制造)由小的单个颗粒制造三维体。在此可以使用至少2种不同材料。第一材料是铁磁性的而第二材料是非磁性的，其中非磁性材料具有例如μr<2的值。通过增材制造方法(AM技术)能够简化转子的利用传统制造手段(例如铣削和车削)复杂制造。在转子的一个设计方案中，转子具有径向孔。由此例如可以减小转子的重量及其惯性。这些孔也可以用于空气冷却。特别地，孔可以设计为空气叶片，这有助于转子或电机的通风。电机的高效空气冷却用于提高效率。在转子的一个设计方案中，转子具有空气叶片。空气叶片尤其由转子的非磁性区域构成，从而使得空气叶片集成在转子的非磁性区域中。空气叶片在电机内产生空气流并因此有助于减少变热。这使得组件上的负载更低(HRE减少的或无HRE的磁体，或者更高剩磁的磁体)和/或提高电机的功率。空气叶片可以集成在转子的非磁接片中或者在活跃部分之前或者之后的转子区域中。转子的活跃部分是具有磁活跃部件的部分。在转子的一个设计方案中，其具有锥形部段。借助锥形形状，柱形部段可以连接到轴。为了减小锥形部段的重量和/或增加其稳定性，其具有接片结构。在接片之间，锥形形状可以被中断，即具有孔。在转子的一个设计方案中，转子的磁性活跃区域具有叠层(Blechung)。叠层特别位于磁性活跃部分中。叠层例如借助AM过程通过液体或粉末状原料的交替固化来实现。通过“叠层”可以减少转子中的铁损。除了有意磁化的结构之外，还可以将用于减小涡流的结构集成到转子结构中。在转子的一个设计方案中，其具有增材生成的三维元件。该元件例如是转子的柱形部段的至少一部分和/或锥形部段的一部分。通过用增材制造方法构造转子，可以实现转子的降低的惯性。因此，可以优化转子的拓扑，使得转子在出现机械力的地方有意地形成接片和/或增强部。AM技术允许如下地构造组件，即材料尤其仅仅在负载区域被构造。因此可以在轴端区域中实施根状区域。该根状区域形成接片结构，其特别是在锥形部段区域中可以提供良好的力传递。活跃部分中的非磁性区域可以实施为空心的又或者配设桁架结构以增加稳定性。此外，还可以在不需要材料的区域中设计轴向间隙。永磁激励三相同步电机可以设计成具有所述类型的钟形转子。永磁体在其应用方面具有有限的温度范围。具有稀土的磁体通常在较高温度下也也能使用，但是相对昂贵。因此，设计目标可以是以下电机，其中所使用的永磁体不被不允许地加热。电机可以如下地设计，即其具有：外定子、相对于外定子同心地布置在外定子内部的内定子、以及相对于外定子和内定子同心地布置在外定子与内定子之间的转子，并且该转子能相对于外定子并相对于内定子移动。在此，外定子具有多个绕组。内定子具有多个永磁体。特别地，转子具有整体或部分地由非磁性材料形成的承载件，并且该承载件具有多个凹部，凹部中分别布置有软磁区段。电机特别设计为三相同步电机，并且可以用作电动机或发电机。电机包括具有多个绕组的外定子。为此目的，外定子可以具有相应的凹槽，在凹槽中布置有绕组。转子布置在外定子内部，转子例如能够与轴抗扭地连接。转子又包括由非磁性材料形成的承载件。非磁性材料通常不受磁场的影响。在承载件中嵌入有多个软磁区段。最后，电机包括具有多个永磁体的内定子。因此，可以提供一种永磁激励的三相同步电机，其中永磁体布置在内定子处并且因此在电机运行时不移动。因此，与在转子中设置永磁体的电机相比，在电机运行时产生的热量可以更容易地从永磁体排出。在优选实施方式中，电机具有用于冷却内定子的第一冷却装置。因此，在电机运行时产生的热量可以由内定子的永磁体可靠地排出。以这种方式可以防止永磁体被消磁。因此，可以使用具有较低矫顽场强的磁体。这又意味着可以使用具有较低稀土含量的永磁体。以这种方式可以增加剩磁并降低成本。优选地，电机具有用于冷却外定子的第二冷却装置。通过第二冷却装置可以防止在电机运行时外定子的绕组过热并因此可能损坏。以这种方式，能够实现电机的可靠运行。此外有利的是，第一冷却装置和/或第二冷却装置具有多个冷却管，冷却管由冷却液穿流。作为冷却液，例如可以使用水或水-乙二醇混合物。相应的冷却管可以简单且便宜地制造。在一个设计方案中，冷却管布置在内定子的和/或外定子的铁心中。例如，第一冷却装置的和/或第二冷却装置的冷却管可以由引入到相应的铁心中的相应的孔提供。这种类型的冷却管易于制造且成本低廉。此外证实为有利的是，冷却管沿电机的轴向方向在周向上均匀地分布。通过冷却管的这种布置，在电机运行时产生的热量可以在内定子和外定子中均匀地排出。在一个设计方案中，内定子的永磁体由铁氧体形成。因此，铁氧体的使用具有可以为内定子提供成本低廉的永磁体的优点。在一个替代实施方式中，内定子的永磁体包含铁钕硼。内定子的这种具有铁、钕和/或硼的永磁体的特征在于耐高温。在另一个设计方案中，转子是罐形的。转子的这种设计具有以下优点，即可以提供具有低质量惯性的转子。以这种方式，可以为电机或电动机提供高动态。在另一个实施方式中，转子与设计为空心轴的轴相连。特别是在电机用于机床的情况下，通过使用空心轴可以实现机床的灵活设计。在用于制造电机转子的方法中，使用增材制造方法。转子具有钟形形式，其中为了制造转子，至少部分地使用增材制造方法。增材制造方法使得能够以简单的方式产生复杂的几何结构。增材制造方法的实例是粉末床方法，自由空间方法和液体材料方法。粉末床方法包括选择性激光熔化(SLM)，选择性激光烧结(SLS)，选择性头烧结(SHS)，粘结剂喷射(利用粘结剂的粉末材料的3D打印)，电子束熔化(EBM)等。自由空间方法包括以下方法：熔融沉积建模(FDM或者熔丝成型FFF)，叠层实体建模(LOM)，堆焊或包层，蜡沉积建模(WDM)，轮廓工艺(ContourCrafting)，冷气体喷涂和电子束焊接(EBW))。液体材料方法的实例是立体光刻(SLA)+微型SLA，数字光处理(DLP)和液体复合成型(LCM)。在制造转子的方法的一个设计方案中，制造所述类型的转子。在此，例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机(1)的转子(7)，所述转子具有钟形形状，其中，所述转子(7)具有柱形部段(42)，其中，所述转子(7)具有锥形部段(43)，其中，所述柱形部段(42)具有磁性活跃区域(45)和非磁性区域(46)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.12 EP 15180674.21.一种电机(1)的转子(7)，所述转子具有钟形形状，其中，所述转子(7)具有柱形部段(42)，其中，所述转子(7)具有锥形部段(43)，其中，所述柱形部段(42)具有磁性活跃区域(45)和非磁性区域(46)。2.根据权利要求1所述的转子(7)，其中，所述转子具有径向孔(40)。3.根据权利要求1或2所述的转子(7)，其中，所述非磁性区域(46)形成空气叶片(47)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子(7)，其中，所述锥形部段(43)具有接片结构(44)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的转子(7)，其中，所述磁性活跃区域(45)具有叠层(48)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的转子(7)，具有增材式生成的三维元件(42、43)。7.一种电机(1)，具有-外定子(2)，-内定子(10)，所述内定子与所述外定子(2)同心地布置在所述外定子(2)内部，以及-转子(7)，所述转子与所述外定子(2)和所述内定子(10)同心地布置在所述外定子(2)与所述内定子(10)之间并且能相对于所述外定子(2)移动并能相对于所述内定子(10)移动，其中，-所述外定子(2)具有多个绕组(3)，-所述内定子(10)具有多个永磁体(12)，并且-所述转子(7)包括承载件(8)，所述承载件由非磁性材料形成并具有多个凹部，在所述凹部中分别布置有软磁区段(9)。8.根据权利要求7所述的电机(1)，具有根据权利要求1至6中任一项所述的转子(7)。9.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫·福尔默，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE