用于同步电机的转子的制作方法

本公开总体上涉及同步电机的转子、同步电机以及包括由负载换流逆变器（lci）驱动的同步电机的电机系统。

背景技术：

1、中压实心凸极同步电机的lci操作引起转子表面上的大量损耗，这些损耗难以有效冷却。这造成了所谓热点的局部温度升高。转子表面的热点温度通常是当今这类机器的极限设计温度。这适用于为安全区域设计的马达，但是在危险区域尤其是1区危险区域中则更为关键。如果未在马达的设计阶段热点得到控制，最坏的情况可能是气体点燃。对于安全区域机器，通常关注的不是热点本身，而是从该热点到场绕组绝缘的热传递。场绕组绝缘的高温会缩短马达的预期寿命。总体结果是，给定的lci驱动马达的输出功率目前受到转子极靴表面上出现的损耗的限制。

技术实现思路

1、可以注意到，与lci驱动的实心凸极同步电机相比，叠压转子机器，即具有由叠压金属片形成的转子的机器，可以具有装配在转子外周的阻尼绕组。在这种情况下，高频损耗最终进入该绕组中。在由lci驱动的实心金属极靴机器中，阻尼效应经由允许涡流在转子中自由流动而“内置”在转子结构中。不幸的是，高频电流在转子表面非常薄的集肤层中流动，使得有效电阻非常高，从而导致损耗很大。

2、鉴于上述情况，本公开的目的是提供一种用于同步电机的转子，该转子解决或至少减轻了现有技术的问题。

3、因此，根据本公开的第一方面，提供了一种用于同步电机的转子，该转子包括：转子芯，该具有纵向中心轴线；以及多个凸极，每个凸极包括极靴，该极靴被安装到转子芯并且形成相应凸极的径向最外部分，其中每个极靴具有极靴本体，该极靴本体被设置有纵向狭缝，该纵向狭缝主要在平行于纵向中心轴线的方向上延伸，每个极靴包括金属条，该金属条被布置在狭缝中，其中每个金属条包括导电非铁磁材料或者由该导电非铁磁材料组成，该导电非铁磁材料部分地形成极靴的径向最外表面，并且其中导电非铁磁材料具有比极靴本体更低的dc电阻率。

4、原本将在径向最外表面产生的损耗因此可以大大减少。结果，包括转子并且由lci驱动的同步电机的输出功率可以增加。

5、导电非铁磁材料在150℃处的dc电阻率低于极靴本体的dc电阻率。

6、根据一个实施例，对于每个凸极，狭缝被布置为在转子芯的圆周方向上偏离对称平面，该对称平面包含纵向中心轴线和相应凸极的纵向中心线。

7、热点被布置为在圆周方向上偏离对称平面。热点的位置取决于lci驱动的同步电机是作为马达还是发电机操作。

8、在包括第一方面的转子的lci驱动的同步电机要作为马达操作的情况下，每个极靴的金属条被布置为使得在转子芯的旋转期间其位于极靴的滞后侧上。这是有利的，因为当lci驱动的同步电机要作为马达操作时，热点总是出现在极靴的滞后侧上。

9、在包括第一方面的转子的lci驱动的同步电机要作为发电机操作的情况下，每个极靴的金属条被布置为使得在转子芯的旋转期间其位于极靴的领先侧上。这是有利的，因为当lci驱动的同步电机要作为发电机操作时，热点总是出现在极靴的领先侧上。

10、根据一个实施例，导电非铁磁材料具有比铁更低的dc电阻率。

11、根据一个实施例，导电非铁磁材料是铜或铜合金。

12、根据一个实施例，每个极靴本体由单件钢制成。

13、根据一个实施例，每个金属条包括基部，导电非铁磁材料被布置在该基部上，该基部被布置在导电非铁磁材料的径向内侧。

14、根据一个实施例，导电非铁磁材料被结合到基部。

15、该结合例如可以是使用例如螺栓的机械结合，它可以是化学的，通过热熔合诸如焊接、钎焊或软钎焊，或者热固态结合诸如摩擦搅拌焊接，或者通过压接。

16、在一个示例中，金属条可以由导电非铁磁材料组成，该非铁磁材料可以被铸造或烧结在狭缝中。在另一个示例中，导电非铁磁材料可以被铸造或烧结在基部上。

17、根据一个实施例，每个基部由与极靴本体相同的材料制成。这最小化了所需的导电非铁磁材料的量，并且降低了对导电非铁磁材料的机械强度的要求。它还允许更好地控制制造，以最小化不希望的加热或与异种材料的热连接相关联的其他问题。此外，它减少了关于金属条与极靴本体之间热膨胀失配的问题。

18、根据一个实施例，每个基部在径向方向上与相应的极靴本体互锁。

19、根据一个实施例，每个极靴具有位于极靴的第一轴向端与第二轴向端之间的中间的中心区段，并且其中狭缝中的导电非铁磁材料沿着中心区段延伸。

20、根据一个实施例，每个极靴本体包括单个狭缝。

21、根据本公开的第二方面，提供了一种同步电机，该同步电机包括第一方面的转子。

22、根据本公开的第三方面，提供了一种电机系统，该电机系统包括：第二方面的同步电机，以及lci，该lci被配置为驱动同步电机。

23、根据一个实施例，lci是n脉冲lci，其中n是6的正整数倍，并且其中导电非铁磁材料的径向厚度为n脉冲lci的最大损耗谐波的集肤深度的至少一半，该最大损耗谐波在lci和同步电机的正常操作中的最低出现频率处、在150℃的温度处引起转子上的最大损耗。

24、150℃是当lci驱动的同步电机在操作中时达到的典型操作温度。

25、在一个示例中，导电非铁磁材料的径向厚度为n脉冲lci的最大损耗谐波的集肤深度的至少2/3、3/4或一个集肤深度，该最大损耗谐波在lci和同步电机的正常操作中的最低出现频率处、在150℃的温度处引起转子上的最大损耗。

26、根据一个实施例，导电非铁磁材料比极靴本体为最大损耗谐波提供更大的集肤深度。

27、根据一个实施例，同步电机的额定功率至少为20 mw。同步电机可以例如被额定为至少30 mw。

28、同步电机可以是中压同步电机。因此，lci驱动的同步电机的额定电压可以在1 kv至30 kv的范围内，诸如1 kv至15 kv。

29、同步电机可以作为马达或发电机操作。

30、一般而言，权利要求中使用的所有术语应当根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非本文中另有明确定义。除非另有明确说明，否则所有对“一/一个/该元件、设备、部件、装置等的引用应当被公开解释为指代该元件、设备、部件、装置等的至少一个实例。

1. 一种用于同步电机（1）的转子（5），包括：

2.根据权利要求1所述的转子（5），其中对于每个凸极（9），所述狭缝（17）被布置为在所述转子芯（7）的圆周方向上偏离对称平面（p），所述对称平面包含所述纵向中心轴线（a）和所述相应凸极（9）的纵向中心线。

3.根据前述权利要求中任一项所述的转子（5），其中所述导电非铁磁材料（23）具有比铁更低的dc电阻率。

4.根据前述权利要求中任一项所述的转子（5），其中所述导电非铁磁材料（23）是铜或铜合金。

5.根据前述权利要求中任一项所述的转子（5），其中每个极靴本体（13）由单件钢制成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的转子（5），其中每个金属条（19’）包括基部（21），所述导电非铁磁材料（23）被布置在所述基部上，所述基部（21）被布置在所述导电非铁磁材料（23）的径向内侧。

7.根据权利要求6所述的转子（5），其中所述导电非铁磁材料（23）被结合到所述基部（21）。

8.根据权利要求6或7所述的转子（5），其中每个基部（21）由与所述极靴本体（13）相同的材料制成。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的转子（5），其中每个基部（21）在径向方向上与相应的极靴本体（13）互锁。

10.根据前述权利要求中任一项所述的转子（5），其中每个极靴（11）具有位于所述极靴（11）的第一轴向端（11a）与第二轴向端（11b）之间的中间的中心区段，并且其中所述狭缝（17）中的所述导电非铁磁材料（23）沿着所述中心区段延伸。

11.根据前述权利要求中任一项所述的转子（5），其中每个极靴本体（13）包括单个狭缝（17）。

12.一种同步电机（1），所述同步电机包括根据前述权利要求中任一项所述的转子。

13. 一种电机系统（2），包括：

14.根据权利要求13所述的电机系统（2），其中所述lci（4）是n脉冲lci，其中n是6的正整数倍，并且其中所述导电非铁磁材料（23）的径向厚度为所述n脉冲lci的最大损耗谐波的集肤深度的至少一半，所述最大损耗谐波在所述lci（4）和所述同步电机（1）的正常操作中的最低出现频率处、在150℃的温度处引起所述转子（5）上的最大损耗。

15.根据权利要求14所述的电机系统（2），其中所述导电非铁磁材料（23）比所述极靴本体（13）为所述最大损耗谐波提供更大的集肤深度。