CN108292869B - 设置有至少一个在爪的后缘上形成的倒角的旋转电机的爪极转子 - Google Patents
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Abstract
本发明特别地涉及一种机动车辆的旋转电机的转子，包括：至少一个极轮，该极轮包括多个爪(29)；每个爪(29)包括在相应的爪(29)的基部(53)和自由端(54)之间延伸的前缘(51)和后缘(52)；所述转子(12)的特征在于，至少一个爪(29)包括在至少一个后缘(52)中形成的倒角(57)，并且在操作速度的范围内，所述倒角(57)的最大宽度(chb_max)与极间距的比率在0.16至0.37的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转电机的转子，该转子设置有在爪的后缘上形成的至少一个倒角。本发明在用于机动车辆的交流发电机和可逆电机领域具有特别有利的但并非专门的应用。交流发电机将机械能转化为电能。可逆机还可以将电能转化为机械能，特别是为了启动车辆的热机。
背景技术
以已知的方式，文献EP0762617中描述的交流发电机包括壳体，在壳体内部，与轴直接或间接一体旋转的爪转子，以及定子，该定子以存在气隙地围绕转子。滑轮固定在轴的前端。
定子包括为一组板的形式的主体，该板设置有凹口，该凹口配备有用于装配定子的绕组的凹口绝缘体。绕组包括多个通过主体中的凹口的相绕组，并且与所有的相绕组一起，形成定子主体的两侧上的前发髻状部和后发髻状部。所述绕组例如由覆盖有搪瓷的连续导线或者由条形式的导电元件(例如“U”形式的销)获得，其端部例如通过焊接彼此连接。
这些相绕组例如是以星形或三角形形式连接的三相绕组，其输出端连接至包括整流器元件(例如二极管或晶体管)的至少一个电子整流器模块。
另外，转子包括两个磁轮。每个磁轮具有带横向取向的凸缘，该凸缘在其外周上设置有爪，该爪例如具有梯形形状和轴向取向。一个轮的爪轴向朝向另一个轮的凸缘。磁轮的每个爪穿入存在于另一个磁轮的两个相邻爪之间的空间中，使得磁轮的爪相对于彼此叠置。在轮的凸缘之间轴向地插入圆柱形芯体。该芯体在其外周上支撑一励磁绕组，该励磁绕组缠绕在径向插入芯体和该绕组之间的绝缘体中。
已知这种类型的电机发出由存在的磁力形成的振动引起的噪音。该噪音在低转速范围内是特别有害的，特别是在1800至4000rpm的范围内。事实上，除此之外，风扇的气动噪音覆盖了磁噪声，因此后者不再需要减小。
发明内容
本发明的目的是要通过提出一种机动车辆的旋转电机的转子来有效地使磁噪声最小化，所述转子包括：
-至少一个包括多个爪的磁轮；
-每个爪包括在相应的爪的基部和自由端之间延伸的前缘和后缘；
-所述转子的特征在于，至少一个爪包括在后缘上形成的倒角，并且在操作速度范围内，所述倒角的最大宽度与极间距的比率在0.16至0.37的范围内。
因此，通过在后缘上形成这种类型的倒角构造，气隙的尺寸局部增大，从而显著减小磁力和因此形成的噪音。在不降低电机的磁性能的情况下获得噪声的降低。
根据一个实施例，仅在爪的后缘上形成倒角。
根据一个实施例，所述转子包括第一磁轮和第二磁轮，并且第一磁轮的爪各自包括与用于所述操作速度范围的低速度的第一比率相关联的第一倒角，以及所述第二磁轮的爪各自包括与用于所述操作速度范围的高速度的第二比率相关联的第二倒角。最佳倒角取决于转子的旋转速度，这种类型的构造使得可以在转子的整个工作范围内以最佳方式最小化磁噪声。
根据一个实施例，所述倒角与等于操作速度范围的低速度的第一比率和用于操作速度范围的高速度的第二比率之间的平均值的最佳比率相关联。因此，这限定了一种替代的爪构造，其可以在转子的整个操作范围内以最佳方式使磁噪声最小化。
根据一个实施例，操作速度范围在1800至4000rpm的范围内。
根据一个实施例，倒角的表面面积朝向相应的爪的自由端减小。
根据一个实施例，所述倒角的表面在爪的自由端处基本为零。
根据一个实施例，爪具有外部径向表面，并且在所述外部径向表面上形成倒角。
根据一个实施例，倒角在相应爪的基部和自由端之间轴向地延伸。
根据一个实施例，倒角的径向横截面沿着直线延伸。
根据一个实施例，倒角的径向横截面沿着圆弧延伸。
根据一个实施例，所述磁轮的所述爪是对称的。
根据一个实施例，所述磁轮的所述爪是不对称的。
根据一个实施例，所述转子包括极间磁体，该极间磁体各自定位在分隔两个连续爪的空间内。
本发明还涉及交流发电机类型的旋转电机或可逆电机，其特征在于，其包括如前所限定的转子。
附图说明
通过阅读以下描述并检查伴随的附图可以更好地理解本发明。这些图纯粹是通过说明的方式提供的，绝不限制本发明。
图1是根据本发明的交流发电机的纵向截面示意图；
图2a和2b分别是根据本发明的设置有倒角的磁轮的爪的侧面和上方的示意图；
图3是示出根据最大倒角宽度和极间距之间的比率表示三相交流发电机的噪声水平的两条曲线的曲线图，其中每条曲线对应于交流发电机的特定旋转速度；
图4是根据本发明的磁轮的爪的横截面的局部示意图；
图5示出了根据本发明的转子的示意性变型实施例，其中爪的倒角具有从一个磁轮到另一个的两种不同构造；
图6示出了根据本发明的具有不对称爪的转子的示意性变型实施例。
相同、相似或类似的元件保留从一个图到另一个图的相同附图标记。以下在说明书中，认为“前”元件位于机器的滑轮侧，并且“后”元件位于相反侧。
具体实施方式
图1表示特别是用于机动车辆的紧凑的多相交流发电机10。该交流发电机10将机械能转换为电能，并且可以是可逆的。这种类型的可逆交流发电机10，被称为交流发电机起动器，可以将电能转化为机械能，特别是为了起动车辆的热机。
该交流发电机10包括壳体11，并且在壳体11内部，装配在轴13上的爪转子12，以及定子16，定子16存在气隙17地围绕转子12。滑轮14固定在轴上。该滑轮属于用于通过交流发电机10与机动车辆的热机之间的皮带传递运动的装置。轴13的轴线X形成转子12的旋转轴线。
定子16包括一组板形式的主体19，所述板设置有凹口，例如半封闭类型，配备有用于装配定子16的相的凹口绝缘体。每个相包括至少一个绕组，其穿过定子16的主体19中的凹口，并且与所有相一起，在定子主体19的两侧上形成前发髻状部20和后发髻状部21。
绕组例如由覆盖有搪瓷的连续导线或者由例如通过焊接彼此连接的例如为销的条形式的导电元件获得。这些绕组例如是以星形或三角形形式连接的三相绕组，其输出端连接到至少一个整流桥，该整流桥包括诸如二极管或MOSFET型晶体管的整流器元件，特别是当涉及例如文献FR2745445中所描述的交流发电机起动器时。
转子12包括两个磁轮24，25，每个磁轮具有带横向取向的凸缘28，该凸缘28在其外周上设置有爪29，爪29例如具有梯形形式和轴向取向。一个轮24，25的爪29轴向朝向另一个轮的凸缘28。磁轮24，25的每个爪29穿入存在于另一个磁轮的两个相邻爪29之间的空间中，使得磁轮24，25的爪29相对于彼此叠置。
爪29的外周与定子16的主体19的内周一起限定在定子16和转子12之间的气隙17。爪29的内周是倾斜的，使得爪29是在其自由端54侧更薄，如图2a所示。
在轮24，25的凸缘28之间轴向地插入圆柱形芯体30。在此情况下，芯体30由分别属于凸缘28中的一个的两个半芯体组成。该芯体30在其外周上支撑励磁线圈31，该励磁线圈缠绕在径向插入芯体30和线圈31之间的绝缘体中。
另外，壳体11包括组装在一起的前轴承35和后轴承36。轴承35，36具有中空形式，并且每个轴承中央地支撑用于与转子的轴13旋转配合的滚珠轴承37，38。后轴承36支撑设置有电刷41的电刷保持器40，所述电刷设计成摩擦集电器45的环44，所述环通过有线连接连接到励磁绕组31。电刷41电连接到装配在电机的外侧上的电压调节器。
前轴承35和后轴承36包括基本上侧向的前开口60和后开口61，用于通过由定位在转子的前面上的一个风扇62和位于转子的后面上的另一个风扇63的旋转形成的空气的循环来冷却交流发电机10。每个风扇62，63设置有多个叶片64。前侧向开口60和后侧向开口61分别与前发髻状部20和后发髻状部21是相反的。
从图2b中可以看出，具有梯形形式的每个爪29包括前缘51，该前缘51首先根据由箭头SR指示的转子12的旋转方向与空气接触，以及位于相对于前缘51的相反侧上的后缘52。这些缘51，52在爪29的基部53(其与相应的凸缘28的外周局部重合)与爪29的自由端54之间延伸。
在此情况下，在磁轮24，25的每个爪29的后缘52上形成倒角57。作为变型，倒角57仅形成在磁轮24，25的某些爪29上。在所有情况下，在相应的爪29的外径向表面56上形成倒角57。倒角57优选地在相应的爪29的基部53和自由端54之间轴向延伸，即沿着爪29的整个轴向长度。
该倒角57特别地由两个侧向侧58，59限定，该两个侧向侧58，59在爪29的自由端54处连接。因此，具有整体三角形形状的倒角57的表面面积朝向爪的自由端54减小。在爪29的自由端54处倒角57的表面面积基本为零。
倒角57的最大宽度Chb_max和极间距Tp之间的比率R被限定，即R＝Chb_max/Tp。极间距Tp等于定子内圆周与机器极数之比，即Tp＝πD/2p，其中D是定子的内径，p是机器的成对的极数。
最大宽度Chb_max在圆周方向上测量，即在与相应磁轮24，25的凸缘28所延伸的方向平行的方向上测量。每个倒角57可以具有平坦形式，即，倒角57的径向横截面沿着直线延伸。
替代地，倒角57具有沿着圆弧延伸的径向横截面，即倒角57具有根据曲率半径L1倒圆角的角部，如图4中可见的。在此情况下，最大宽度Chb_max是在平行于爪29的中间平面PM且相切于倒圆角部的直线D1与倒角57的平坦部分和转子12的加工半径L2之间的交点之间测量的。倒角57的平坦部分与爪29的中间平面PM之间的角度K例如在60°至78°的范围内。
如图3中的曲线所示的，对于操作速度在1800和4000rpm之间的范围P，就噪声减少而言，最佳比率R在0.16至0.37的范围内。应该注意的是，前述操作范围并不对应于交流发电机的最小和最大操作速度，而是对应于具有显著水平并且未被风扇的气动噪声所覆盖的磁噪声必须衰减的速度范围。
优选地，仅在爪29的后缘52上形成倒角57。事实上，已经示出在每个爪29的前缘51和后缘52上形成倒角57具有减小电机的磁性能的效果。
由于最佳倒角57取决于转子12的旋转速度，所以磁轮24中的一个的爪29可以各自具有第一倒角57，第一倒角57具有与第一比率R1相关联的最大宽度chb_max1，其就噪声降低而言对于操作速度范围的低速是最佳的。比率R1对于1800rpm为例如0.17。另一个磁轮25的爪29可以各自具有第二倒角57'，该第二倒角具有与第二比率R2相关联的宽度chb_max2，其就噪声降低而言对操作速度范围的高速度是最佳的。对于4000rpm，所述比率R2是例如0.36。在图5中示出了具有倒角57，57'的相应的转子12，所述倒角从一个磁轮24到另一个磁轮25是不同的。
如下表所示，该类型的构造使得可以在转子12的整个操作范围P上以最佳方式最小化磁噪声。实际上，看起来，与对应于操作速度范围P的低速度的最佳倒角构造相比，获得约1.5dB的平均声功率降低，并且与对应于操作速度范围P的高速度的最佳倒角构造相比，获得了约2.6dB的平均声功率降低。
替代地，在每个爪29上形成的倒角57与比率Rmoy相关联，该比率Rmoy等于用于操作速度范围P的低速度的第一比率R1和用于操作速度范围P的高速度的第二比率R2之间的平均值。因此，在前面的示例中，Rmoy＝(0.15+0.27)/2＝0.26。
在一实施例的示例中，磁轮24，25的爪29是对称的，即中线M经由基部53的中心穿过也经由爪29的自由端54穿过(参见图2b)。
作为变型，如图6所示，磁轮24，25的爪29是不对称的，即经由爪29的基部53的中心穿过的中线M相对于经由相应的爪29的自由端54穿过的平行的直线偏移。不对称的爪29可以沿旋转方向SR(参见箭头F1)或沿与旋转方向SR相反的方向(参见箭头F2)倾斜。如图6所示，两个磁轮24，25的爪29可以以相同的方向或相反的方向倾斜。
如果适合的话，转子12可以包括图5和图6所示的极间磁体46，每个磁体位于将两个连续的爪29分隔开的空间66内。磁体46可以位于所有的极间空间66内，或者仅在其中的一些内部，并且围绕转子12的圆周规则地分布。磁体46可以由稀土NeFeB(钕铁硼)或SmCo(钐钴)制成。材料的选择和极间磁体46的数量使得可以使转子12的磁性容易地适应交流发电机的所需功率。
应该理解的是，前面的描述纯粹是通过说明提供的，并且不限制本发明的领域，通过用任何其他等同物替换不同的元件将不会构成背离本发明的领域。
Claims (14)
1.一种机动车辆的旋转电机的转子(12)，包括：
-包括多个爪(29)的至少一个磁轮(24，25)；
-每个爪(29)包括在相应的爪(29)的基部(53)和自由端(54)之间延伸的前缘(51)和后缘(52)；
-所述转子(12)的特征在于，至少一个爪(29)包括在后缘(52)上形成的倒角(57)，并且在操作速度范围(P)在1800至4000rpm的范围内，所述倒角(57)的最大宽度与极间距(Tp)的比率在0.16至0.37的范围内。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，仅在所述爪(29)的后缘(52)上形成倒角(57)。
3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述转子包括第一磁轮(24)和第二磁轮(25)，并且所述第一磁轮(24)的爪(29)各自包括与用于操作速度范围(P)的低速度的第一比率(R1)相关联的第一倒角(57)，以及所述第二磁轮(25)的爪(29)各自包括与用于操作速度范围(P)的高速度的第二比率(R2)相关联的第二倒角(57')。
4.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述倒角(57)与最佳比率相关联，所述最佳比率等于用于所述操作速度范围的低速度1800rpm的第一比率(R1)与用于所述操作速度范围的高速度4000rpm的第二比率(R2)之间的平均值。
5.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述倒角(57)的表面面积朝向相应的爪(29)的自由端(54)减小。
6.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，所述倒角(57)的表面面积在所述爪(29)的自由端(54)处基本为零。
7.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述爪(29)具有外部径向表面(56)，并且所述倒角(57)形成在所述外部径向表面(56)上。
8.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述倒角(57)在相应的爪(29)的基部(53)和自由端(54)之间轴向地延伸。
9.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述倒角(57)的径向横截面沿着直线延伸。
10.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述倒角(57)的径向横截面沿着圆弧延伸。
11.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述磁轮(24，25)的所述爪(29)是对称的。
12.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述磁轮(24，25)的所述爪(29)是不对称的。
13.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子包括极间磁体(46)，该极间磁体各自位于分隔两个连续的爪(29)的空间内。
14.一种交流发电机或可逆机类型的旋转电机，其特征在于，它包括如前述权利要求中任一项限定的转子(12)。
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