CN103779990A - 用于旋转电机的转子装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于旋转电机的转子装置。用于旋转电机(1)的转子装置(4)包括至少两个尤其柱筒节段形的极靴(42)以用于构造围绕磁回导区的柱筒形转子装置(4)，其中在极靴(42)之间设置槽(6)以用于容纳永久磁体(7)，其中至少一个极靴(42)通过至少一个斜向于径向延伸的连接片(43)保持在磁导区(44)上，其中至少一个连接片从极靴的中轴线出发朝向磁回导区延伸。

Description

用于旋转电机的转子装置

技术领域

本发明涉及电机，尤其涉及旋转的永磁激励的电机，其具有转子装置，所述转子装置具有用于永久磁体的以轮辐设置方式设置的槽。

背景技术

从现有技术知晓永磁激励的电机作为同步电机或者直流电机。尤其为内转子电机经常为转子使用这样的结构，其中永久磁体成轮辐状在转子的极靴之间设置并且以其磁极方向沿着切线方向定向。永久磁体的轮辐设置方式的主要的优点在于，能够实现这样的气隙磁通密度，其大于永久磁体的剩磁。这尤其在如下的情况下实现，即，提供大量的具有在其间设置的永久磁体的极靴，使得永久磁体的径向宽度大于永久磁体之间的极靴的切向宽度。该设置方式把磁通集中在气隙内。

上述转子装置经常与没有稀土结合物的低成本的永久磁体组合使用，其与稀土磁体比较具有相对小的剩磁。低成本的磁体可以用第六代的经烧结的铁氧体材料(gesmterte Femtmaterialien der sechsten Generation)制造，使得与轮辐设置方式结合尽管它的剩磁很小也能够实现高的气隙磁通密度，否则其仅能够通过表面安装的具有高剩磁的稀土磁体实现。

但是该转子装置的缺点在于，由永久磁体引起的磁通的相对大的部分作为漏磁通通过磁导区(Rückschlussbereich)在转子装置的内部丢失。该漏磁通不通过气隙流动并因此对产生转矩没有贡献。在轮辐设置方式的情况下该漏磁通能够达到由永久磁体引起的磁通的乃至20％。该漏磁通通过磁导区短接，所述磁导区通过薄的径向延伸的连接片与极靴连接。磁导区和极靴之间的连接基本上具有这样的优点：用于构造转子的金属薄片可以单块制造。径向延伸的连接片的横截面面积则应该尽可能小，以便减小通过磁导区流动的短接的磁通的部分并且同时在高转速和高转矩的情况下仍然提供足够的机械强度。

由烧结的铁氧体材料形成的永久磁体具有相对小的矫顽磁场强度，其通常通过在它的材料各向异性和磁化的方向上提高厚度来补偿，以便抵抗通过定子磁场效用的不可逆转的去磁。另外在永久磁体的轮辐设置方式的情况下对于每个永久磁体在磁通路径中存在两个气隙。为仍然能够得到高的气隙磁通，因此如此设置的永久磁体经常如用铁氧体材料形成的、其磁极方向平行于气隙磁场的永久磁体那样构造得较厚(在极化方向上)，后者由于结构条件限制在它们的磁通路径中仅有一个气隙。

在轮辐设置方式的情况下永久磁体的厚度在切向延伸，从而永久磁体的厚度的每一次增大都使永久磁体在径向的长度在预定的转子直径和预定的极数的情况下减小。然而永久磁体的径向长度的减小提高了永久磁体和磁导区之间的不可利用的体积，这同样放大了用于保持极靴的连接片的径向长度并且减小了它们的机械的承载能力。

从文献DE102009 026 524A1中获知一种用于电机的转子装置，其中极靴通过从极靴侧面出发的连接片得以保持，连接片斜向于转子装置的径向延伸。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种改进的转子装置供使用，通过它能够改善机械的承载能力，不提高漏磁通，并且其中维持或者放大永久磁体的有效的径向长度而不必减小永久磁体的厚度。

该任务通过根据权利要求1的用于电机的转子装置并通过根据并列权利要求的电机解决。

本发明的另外有利的设计方案在从属权利要求中说明。

根据第一方面，提供一种用于旋转电机的转子装置，其中该转子装置具有至少两个柱筒节段形

的极靴，用以构造围绕磁导区或者说磁回导区(Rücksch1ussbereich)的柱筒形的转子装置，其中在极靴之间设置槽用于容纳永久磁体，其中至少一个极靴通过斜向于径向方向延伸的连接片保持在磁导区上，其中至少一个连接片从极靴的中轴线出发朝磁回导区延伸。

上述转子装置的思想在于，通过一个或者多个连接片代替通常在径向延伸的用于保持单个极靴的连接片，所述一个或者多个连接片斜向于径向方向倾斜地定向并且将极靴与磁导区或者说回导区连接。由此能够由连接片更好地吸收在极靴的设置方向上亦即在切向上作用的力。尤其在旋转电机的情况下通过这样的连接片设置方式既能够吸收通过离心力施加的拉力，也能够吸收沿切向作用的、作用在在电机的转子上的加速力或者制动力。总之能够使在连接片上的负荷变得均匀并尤其能够排除在连接片上出现应力梯度(压缩并且同时又是拉伸负荷)。通过至少一个连接片在极靴的中轴线上的该设置方式，形成了一种三角形连接片结构，它具有特别的机械稳定性。

此外至少一个极靴可以通过两个连接片得到保持，这两个连接片关于径向方向以相同的角度在彼此相反的切向方向上朝磁导区或者说回导区延伸。

可以规定，两个极靴通过互相相向而行地构造的并且在磁导区相遇的连接片得到保持。

此外至少一个极靴可以通过另一个在径向朝向磁导区延伸的连接片保持。

通过彼此相遇的连接片构成的内缘可以被倒圆，以便改善在高机械负荷的区域内的力的吸收。

在槽内可以容纳永久磁体，该永久磁体的磁化方向基本上沿着极靴的设置方向定向。

可以规定，永久磁体仅在第一槽区内设置，在这种情况下第一槽区在径向上从与连接片连接的极靴末端延伸几近直到该极靴的在径向上相对的末端。

根据一种实施方式，永久磁体在第一槽区内且在第二槽区内设置，在这种情况下第二槽区位于第一槽区和连接片之间，所述连接片从与第一槽区邻接的极靴出发并且彼此相向指向。通过该设置方式，当在连接片之间构成的槽段用相应成形的永久磁体填充时，能够进一步提高电机的气隙磁通密度并从而提高转矩密度。

根据另一个方面，提供一种电机，其具有定子装置和上述的转子装置。

附图说明

下面借助附图详细说明本发明的优选的实施例。附图中：

图1是通过具有根据本发明的一种实施方式的转子装置的电机的横截面图；

图2是图1所示电机的详细的横截面图，具有所示的磁场线；

图3是用于电机的另一个转子装置的横截面图；

图4是图3所示转子装置的截取部分的详细视图，具有所示的磁场线；并且

图5是用于电机的另一个转子装置的横截面图。

具体实施方式

图1示出了传统的旋转的、永磁激励的内转子电机1的示意性横截面图。

电机1具有柱筒形的定子2。定子2包括柱筒形的定子磁导区(Statorrücksch1ussbereich)21，从它出发等距地在周向上设置的定子齿22沿径向向内指向地突起并且以其向内指向的末端定义出一个同样柱筒形的内部凹槽3。定子齿22在其沿径向靠内的末端上设有齿顶23，齿顶具有近似圆弧形的、凹形的外轮廓。定子齿22设有(未图示)定子线圈，通过定子线圈在通电时能够产生定子磁场。

在内部凹槽3中作为转子装置在轴5上可转动地设置了一个同样柱筒形的转子4(电机1的转动件)。转子4具有转子本体41，转子本体设有极靴42，极靴通过连接片43与在轴5上设置的磁导区44连接。

在极靴42之间设置槽6，其内容纳永久磁体7。槽6基本上长形地在径向上从转子4的外周附近向转子4的磁导区44延伸。

为在径向上向外限制槽6，极靴42具有突起45，所述突起将设置在槽6内的永久磁体7搭接并且将其可靠地也抵抗在转子4转动时的离心力作用地保持在槽6内。

这种电机1例如以电动马达方式运行，方式是，给定子线圈如此通电，使得产生环绕的定子磁场，该定子磁场与由永久磁体7通过极靴42引起的励磁场变换作用并由此将转矩施加在转子4上。

永久磁体7通常通过对铁素体粉末材料压力加工进行制造并且接着得到烧结，其中铁素体材料在压力加工期间通过施加磁场而被授予磁化各向异性并且接着在各向异性的方向上对得到烧结的材料进行磁化。永久磁体7优选以方块状提供，其磁极方向在切向上亦即垂直于极靴42和槽6之间的边界面。

用以把极靴42保持在设于轴5上的磁导区44上的连接片43斜向于转子4的径向方向延伸。在此所有连接片43从相应极靴42的一个最接近磁导区44的末端E出发。极靴42的最接近磁导区44的末端E位于极靴42的在径向上延伸的中轴线M上。

尤其可以为保持每一个极靴42提供两个连接片43，它们从相关的极靴42的朝向磁导区44末端出发斜向于转子4的径向方向地朝向在轴5上设置的磁导区44在互相相反的切向方向(极靴的相反的设置方向)延伸。尤其保持极靴的连接片43以之延伸的角度关于径向是相同的。通过倾斜延伸的连接片43，其内容纳永久磁体7的槽6得到五角形的横截面形状，其由具有矩形横截面的第一槽区61和在连接片43的区域内具有三角形横截面的第二槽区62组成。

根据一种优选的设计方案，保持两个相邻的极靴42的连接片43如此在磁导区44的方向上延伸，使得它们在其与磁导区44连接的末端上相遇。由此构成一个机械上非常强的三角形网格结构，它在径向上像在切向上那样具有提高的机械强度。

图2表示转子装置内通过永久磁体7引起的磁场，其中没有给定子线圈通电。可以看出，由永久磁体7引起的磁通的约80％通过气隙流动并且在那里为产生转矩作贡献。剩余的约20％在转子装置的连接片43和磁回导区44内短接。

为减小在连接片43到相关的极靴42或者说到磁回导区44的过渡处的机械应力，其可以设有倒圆的边缘。尤其也可以给连接片43的在两个极靴42之间彼此相遇的末端提供倒圆的内边缘。

连接片43的最大负荷能够通过上述的设置极大地减小，因为负荷在连接片43内均匀地在整个横截面上分布。由此转子装置非常坚固，使得能够吸收通过转子装置的转动引起的径向力和通过加速和减速引起的切向力。同时通过适宜选取连接片43的横截面的尺寸能够把通过磁导区44延伸的漏磁通保持在从现有技术中知道的水平。

图3示出一个转子装置，其中与图1的实施方式不同，永久磁体7不构造为方块形，而构造为具有相应于一个不规则的五角形的横截面，从而槽6的通过极靴42的侧面以及通过连接片43构成的区域通过要放入的永久磁体7的横截面完全填充。由此在永久磁体7和连接片3之间的先前不活性的区域用活性的磁体材料所填充。如此成形的永久磁体7可以多部分或者单部分地构造。

通过永久磁体7的段在第二槽区62内引起的磁通有助于把相邻的连接片43带入磁饱和中，从而为此需要永久磁体7的位于第一槽区61内的段的较小的部分。因此永久磁体7的位于第一槽区61内的段的较大的部分能够用于在气隙内提供磁通，从而能够实现电机1的更高的转矩密度。

图4借助磁场线表示通过连接片43延伸的漏磁通，磁场线通过在槽6中的永久磁体7引起。在图示的例子中由永久磁体7在第一槽区61内产生的通过气隙流动的磁通的部分与图1的实施方式相比提高10％以上。总之由此能够为相同有效功率的电机提供减小的轴向长度。

图5表示转子装置的一种替代性的实施方式，其中每个极靴42在它的朝向磁导区的末端处用三个连接片得到保持。作为图1和3所示实施方式的斜向于径向方向延伸的连接片43的附加方案，现在设置另外的连接片46，它在径向上在极靴42的最接近磁导区44的末端和磁导区44之间延伸。由此机械负荷能够在三个连接片43上分布并同时也能够吸收切向力。通过用三个连接片43保持引起的三角形结构同样如之前对图1和3的实施方式说明的那样可以具有倒圆的内边缘或者说开槽。

Claims (10)

1.用于旋转电机(1)的转子装置(4)，包括至少两个尤其柱筒节段形的极靴(42)以用于构造围绕磁回导区的、柱筒形的转子装置(4)，其中在极靴(42)之间设置了槽(6)以用于容纳永久磁体(7)，其中至少一个极靴(42)通过至少一个斜向于径向方向延伸的连接片(43)保持在所述回导区(44)上，其中至少一个连接片从极靴的沿径向的中轴线出发朝向所述磁回导区延伸。

2.根据权利要求1所述的转子装置(4)，其中，至少一个极靴(42)通过两个连接片(43)得到保持，所述两个连接片关于径向方向以相同的角度在彼此相反的切向上朝回导区(44)延伸。

3.根据权利要求1或2所述的转子装置(4)，其中，两个极靴(42)通过互相相向而行地构造并且在回导区相遇的连接片(43)得以保持。

4.根据权利要求1到3之一所述的转子装置(4)，其中，至少一个极靴(42)通过另外的从该极靴(42)的中轴线出发沿径向朝向回导区(44)延伸的连接片(43)得以保持。

5.根据权利要求1到4之一所述的转子装置(4)，其中，通过彼此相遇的连接片(43)构成的内缘被倒圆。

6.根据权利要求l到5之一所述的转子装置(4)，其中，在槽(6)内容纳永久磁体(7)，其磁化方向基本上沿着极靴(42)的设置方向定向。

7.根据权利要求6所述的转子装置(4)，其中，永久磁体(7)仅在第一槽段(61)内设置，其中第一槽段(61)沿径向方向从极靴(42)的与连接片(43)连接的末端延伸几近直到该极靴(42)的在径向上相对的末端。

8.根据权利要求6所述的转子装置(4)，其中，永久磁体(7)在第一槽段(61)内并且在第二槽段(62)内设置，其中第二槽段位于第一槽段(61)和从邻接在第—槽段(61)上的极靴出发并且彼此相向指向的连接片(43)之间。

9.根据权利要求1到8之一所述的转子装置(4)，其中，永久磁体(7)在径向上比在切向上更长地构造，并且永久磁体(7)尤其成轮辐状设置在转子内，优选在沿径向上向外敞开的槽内。

10.电机(1)，其具有定子装置(2)和根据权利要求1到8之一所述的转子装置(4)。

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