CN103872822A - 用于电机的、具有在磁体接纳结构中的凹部的转子 - Google Patents

Abstract

用于电机、尤其永久磁体励磁激励的同步电机的转子。转子在横截面中包括多个沿圆周方向布置的且分别具有相同几何形状的扇区。每个扇区构造为关于中线对称。每个扇区具有至少一个用于接纳至少一个永久磁体的接纳室。在接纳室中以下述方式接纳在横截面中为长形的永久磁体：永久磁体利用径向地指向外部的纵侧表面抵靠在接纳室的外壁上，且磁力线横向地从永久磁体的纵侧表面朝向转子的外周延伸。在接纳室的外壁上构造了至少一个凹部，该凹部形成了与永久磁体的纵侧表面邻接的、不能磁化的空间。由于这一点，尤其能在电机运行时在场弱范围内降低了定子齿中的铁损耗，这对于电机来说可以引起直至3%的效率提升。

Description

用于电机的、具有在磁体接纳结构中的凹部的转子

技术领域

本发明涉及一种用于电机的转子以及配备有这种转子的电机。

背景技术

电机可以为了极为不同的用途而用作马达或者用作发电机。例如具有永久磁体励磁激励机构的同步电机可以用在机动车中，用于驱动机动车或者用于在制动时将动能再生为电能。电机为此一般具有转子和定子，其中转子可以相对于定子旋转。

对于永久磁体励磁激励的电机来说，永久磁体大多布置在转子上。在定子上设置电磁体，借助于电磁体可以产生变化的磁场，所述磁场与由永久磁体产生的磁场相互作用，从而在定子与转子之间产生转矩。

因为在转子旋转期间，显著的离心力可能会作用于布置在转子上的永久磁体，所以这些永久磁体必须通过适合的结构特征而可靠地固定在转子之上或之中。

对于经常使用的转子类型来说，在转子体的内部设置了多个接纳室，在组装转子时可以首先将永久磁体插入到所述接纳室中，并且而后例如通过粘接或者压接将其固定在其中。接纳室也被称为磁体接纳结构并且处于转子体的外周的附近。

转子体优选由软磁材料、例如铁制成。例如转子可以构造为叠片组，其中多个磁板作为叠片沿轴向方向连续布置。所述磁板为此可以适当地冲裁为一种形状，从而在其中例如冲裁出相应的凹部，所述凹部在组装叠片组时形成转子的接纳室。

用于电机的转子的一种示例性的设计方案在US 7,151,335 B2中进行描述。

发明内容

按本发明的实施方式的转子能够实现一种电机，所述电机在优选提高效率的同时具有与此前的电机相比具有提高的功率潜能（Leistungspotenzial）。

按照本发明的一个方面，提供一种用于电机的转子。该转子在横截面中具有多个扇区，所述扇区沿圆周方向布置，并且所述扇区分别具有相同的几何形状。所述扇区中的每一个在此构造为关于中线对称。每个扇区具有至少一个构造在转子体中的、用于接纳至少一个永久磁体的接纳室。在这种接纳室中接纳了至少一个永久磁体，所述永久磁体在横截面中具有长形的形状。在此，永久磁体如此容置在接纳室中并且具有如此的磁化结构，使得所述永久磁体利用径向地指向外部的纵侧表面抵靠在所述接纳室的外壁上，并且磁力线横向地、优选垂直地从永久磁体的表面朝向转子的外周延伸。所述转子的特征在于，在所述接纳室的外壁上构造了至少一个凹部，所述凹部形成了与所述永久磁体的纵侧表面邻接的、不能磁化的空间。“不能磁化的空间”在此应该理解成一种体积，该体积利用一种材料、例如空气、胶粘剂或者树脂来填充，所述材料与此外用于转子的软磁材料、例如铁相比不能或者说几乎不能进行磁化。

关于对此所提出的转子或者说其实施方式的构思尤其可以被视为建立在下面所描述的知识的基础之上。

在对此所提出的转子中，如此调整转子体中的用作磁体接纳结构的接纳室的几何形状，使得在所接纳的永久磁体之一的指向外部的纵侧表面与接纳室的对置的外壁之间形成窄小的缝隙。

在传统的转子中，接纳室和永久磁体一般在其几何形状方面如此相互互补地构成，使得永久磁体的指向外部的纵侧表面在其整个面上抵靠在对置的外壁上。通过这种方式，特别是在运行中出现的显著的离心力时，能可靠地将永久磁体保持在接纳室内。

但是现在已经发现，一方面为了获得可靠的保持，磁体外侧面并非强制必要地、这样全面地抵靠在接纳室的对置的壁上，并且另一方面在永久磁体与外部空间的壁之间设置较小的气隙，可以有利地对转子的特性产生影响。

尤其已经发现，在电机运行时在场弱范围内、也就是说在高转速时电机的定子中的铁损耗构成整个电机损耗。这种铁损耗尤其通过形成定子的薄板中的磁通量密度的高频变化而引起。损耗功率在此大致与频率的平方成比例。定子板中的通量密度的光谱组成显著地受到旋转的转子的、从定子的视角来看变换的磁传导能力的影响。形成转子的薄板的几何形状中的轻微变化由此可能在定子中的损耗方面引起显著的影响。

通过设置在接纳室的外壁上的凹部，或者换句话说，通过转子中的磁体接纳结构的上边缘上的、如为此所提出的额外的凹部，可以在所接纳的永久磁体与转子板的邻接的区域之间产生较小的、例如构造为空气空间的不能磁化的空间。由此可以改变电机的气隙磁场，从而降低了定子齿中的铁损耗。在此，磁体接纳结构上的凹部可以在对电机的平均转矩和效率仅产生较小的影响时而降低定子中的通量密度波动。在正确的位置上进行使用的情况下，这种凹部引起了场弱范围内的铁损耗的降低，这对电机来说可以实现直至3%的效率提升。

在接纳室中，至少一个要设置在其中的凹部优选相对于所属的扇区的中线可以布置得更加靠近所述扇区的边缘。已经确定，通过这种凹部构成的不能磁化的空间在下述情况下特别有利地对电机中的铁损耗产生影响：所述空间布置在转子的扇区之一的侧向边缘的附近，特别是布置在相应的位置中，在那里布置在接纳室中的永久磁体特别靠近转子的外周。

在转子的扇区中的每一个内应该构造一个或者多个接纳室的同时，可能有利的是，在每个扇区中构造了偶数个凹部，也就是说例如两个、四个、六个等。对于在一个扇区中仅构造了一个唯一的接纳室的情况来说，可以在这个接纳室上构造两个或者多个凹部，其中可以在接纳室的侧向边缘上相应地构造一个或者多个凹部。如果在一个扇区中构造一个以上的接纳室，则例如可以在扇区中构造的接纳室中的每个接纳室上构造所属的凹部。

特别是发现有利的是，多个构造在一个扇区中的凹部关于该扇区的中线对称地布置。

为了接下来能够描述要设置在接纳室中的凹部的被发现特别有利的几何形状和结构，要定义以下参量或者说角度：转子在横截面中被划分为多个扇区。每个扇区在此延伸过角度2*α₄。换句话说，在一个扇区的中线与其外部的限界线之间的角度是值α₄。设置在接纳室中的凹部的沿圆周方向位于外部的边缘与转子的中点之间的线条相对于扇区的中心线以角度α₃来布置。凹部的沿圆周方向处于内部的边缘与转子的中点之间的线条相对于扇区的中线以角度α₁来布置。凹部的中点与转子的中点之间的线条相对于转子的中线以角度α₂布置。

在一种有利的设计方案中，转子具有一种几何形状，使得α₂与α₄之比、也就是商α₂/α₄在0.3到0.9的范围内。

此外，可以有利地以下述方式选择转子的几何形状：α₃和α₁的差与α₄之比、也就是说商（α₃-α₁）/α₄在0.05到0.5的范围内。

此外已经发现，在下述情况下可以获得一种有利的作用：设置在接纳室中的凹部与转子的外周之间的最小桥接高度在0.4 mm到2.5 mm的范围内。

在此要指出，本发明的实施方式的可能的优点和特征为此部分地参照按本发明的转子并且部分地参照按本发明的电机来描述。本领域技术人员发现，所描述的特征能以适合的方式彼此组合或者交换，以便能够通过这种方式实现其它的实施方式并且必要时实现协同效应。

附图说明

下面参照附图对本发明的实施方式进行描述，其中不仅说明书而且附图都不应该成为对本发明的限制。

图1以透视图示出了电机的转子的组件；

图2以横截面示出了电机的按本发明的转子的一个扇区以及定子的邻接的区域；并且

图3示出了按本发明的转子的一个扇区的一半，用于对所定义的角度范围进行说明。

附图仅是示意性的并且不按比例。

具体实施方式

图1示出了永久磁体励磁激励的同步电机的转子1。该转子1由多个叠片组9组成。每个叠片组9都包括多个薄板3，所述薄板沿着转子的轴向方向z连续布置。从薄板3中冲裁出局部区域4。例如在薄板3的中心冲裁出开口4，电机的轴可以布置成穿过所述开口。在薄板3的边缘区域中，冲裁出近似矩形的区域5，所述区域用于形成用来接纳同样矩形的永久磁体7的接纳室6。所述永久磁体7具有一在横截面中为长形的形状，其具有指向外部的纵侧的表面10、指向内部的纵侧的表面11以及较窄的端面13。磁体7利用其指向外部的纵侧的表面10全面地抵靠在接纳室6的外壁12上。在对置的纵侧的表面11上，可以在叠片组9中的另一个凹部8中设置合适的固定装置（未示出），以便将磁体7在径向上向外并且进而利用其指向外部的纵侧的表面10向所述外壁12预加应力。

如通过图1中的虚线14示出的那样，可以将转子1设想为在横截面中划分为多个扇区15。线条14在此相当于磁性的q轴线。所述扇区15在此不是通过物理特征而彼此分开，而是更确切地说为扇形的部分单元，整个转子1可以假想由所述扇形的部分单元组成，其中所述扇区15沿着所述转子的圆周沿着y方向错开地布置。所有扇区在此具有相同的几何形状。此外，所述扇区15分别构造为关于中线16（在图1中仅示出了一次）对称。所述一个或多个永久磁体7在此如此布置在扇区15中，使得所谓的磁性的d轴线与所述中线16重合。

在图2中以截面图示出了转子1的扇区15之一的局部区域以及定子2的邻接的区域。定子2沿着其圆周具有多个电磁体17，其具有位于其间的定子齿。在定子2的内周与转子1的外周27之间构造了狭长的气隙18。在所示出的实施例中，在转子1的扇区15中构造了两个并排地构成的接纳室6，所述接纳室出于稳定性原因通过薄壁19彼此分开。两个接纳室在横截面中基本上为矩形，从而可以在其中接纳同样为矩形的并且在横截面中为长形的永久磁体7。

永久磁体7的指向外部的纵侧的表面10在此在较大的区域上直接抵靠在所属的接纳室6的外壁12上。接纳在接纳室6中的永久磁体7在此关于其几何形状及磁化以下述方式构成：如此产生磁场，使得磁力线从指向外部的纵侧的表面10朝向转子的外周27延伸并且从那里朝向定子2延伸，但是其中基本上没有场力线从永久磁体7的端面13出发并且延伸穿过邻接的自由空间28中。

但是在接纳室6的边缘区域21中，在接纳室6之一的外壁12上分别构造了凹部20。在这个区域21中，所述磁体7的形状不再与接纳室6的形状互补，从而在凹部20上形成较小的不能磁化的空间29。横向地从指向外部的纵侧的表面10离开的场力线在此与如此产生的不能磁化的空间29交叉。

通过凹部20形成的不能磁化的空间29可以显著地降低在电机运行期间在转子1旋转时在定子2中出现的铁损耗，并且由此有助于提高电机效率，而电机的平均转矩和功率则不会显著变差。

在图2中示出的实施例中，两个永久磁体7以及特别是设置在所属的接纳室6中的凹部20关于扇区15的中线16对称地布置。在图3中，为了对接纳室6及凹部20在转子的一半示出的扇区15内部的优选几何设计方案及布置进行说明，示出了多个角度。在扇区15的中线16和与图1中的虚线14相应的侧向的限界线22之间的角度称为α₄。在中线16与线条21之间的角度被称为α₁，所述线条使凹部20的沿圆周方向y处于内部的边缘与转子的中点23相连接。在中线16与线条25之间的角度被称为α₃，所述线条使凹部20的沿圆周方向处于外部的边缘与转子的中点23相连接。在中线16与线条24之间的角度被称为α₂，所述线条使凹部20的中点26和转子23的中点相连接。在凹部20的边缘与转子的外周27之间的最小间距被称为桥接高度或者说接片高度（Steghöhe）h。

通过在接纳室6中设置凹部20获得的特别有利的作用在下述情况下已经被观察到：凹部的中点如此定位，使得α₂/α₄处于0.3到0.9的范围内。在此应该尽可能如此选择凹部20的最大宽度，使得（α₃-α₁）/α₄处于0.05到0.5的范围内。最小的桥接高度h在此应该优选处于0.4到2.5 mm的范围内。

最后要指出，凹部20在横截面中可以构造为极为不同的形状、例如矩形、圆形、椭圆形，以长孔形式或者以类似的方式构成。按照本发明在接纳室6中设置凹部20，这对于具有在定子中例如q=0.5、q=1、q=1.5、q=2或者q=3的不同的槽数（Lochzahl）q的电机来说是有利的。

Claims (9)

1. 用于电机的转子（1），其中所述转子（1）在横截面中包括多个沿圆周方向（y）布置的并且分别具有相同的几何形状的扇区（15），其中每个扇区（15）构造为关于中线（16）对称并且延伸过2*α₄的角度范围，并且其中每个扇区（15）具有至少一个构造在转子体中的、用于接纳至少一个永久磁体（7）的接纳室（6），其中在所述至少一个接纳室（6）中以下述方式接纳了至少一个在横截面中为长形的永久磁体（7）：所述永久磁体（7）利用径向地指向外部的纵侧的表面（10）抵靠在所述接纳室（6）的外壁（12）上，并且磁力线横向地从所述永久磁体（7）的指向外部的纵侧的表面（10）朝向所述转子（1）的外周（27）延伸，

其特征在于，

在所述接纳室（6）的外壁（12）上构造了至少一个凹部（20），所述凹部形成了与所述永久磁体（7）的指向外部的纵侧的表面（10）邻接的、不能磁化的空间（29），

其中在所述凹部（20）的沿圆周方向处于外部的边缘与所述转子（1）的中点（23）之间的线条（25）相对于所述扇区（15）的中线（16）以角度α₃来布置，其中在所述凹部（20）的沿圆周方向处于内部的边缘与所述转子（1）的中点（23）之间的线条（21）相对于所述扇区（15）的中线（16）以角度α₁来布置，并且其中在所述凹部（20）的中点（26）与所述转子（1）的中点（23）之间的线条（24）相对于所述扇区（15）的中线（16）以角度α₂来布置。

2. 按权利要求1所述的转子，其中所述至少一个凹部（20）与扇区（15）的中线（16）相比布置得更靠近其边缘（22）。

3. 按权利要求1或2所述的转子，其中在每个扇区（15）中构造了偶数个凹部（20）。

4. 按权利要求1到3中任一项所述的转子，其中在每个扇区（15）中构造了多个凹部（20），并且在一扇区（15）中的凹部（20）关于所述扇区（15）的中线（16）对称地布置。

5. 按权利要求1到4中任一项所述的转子，其中α₂与α₄之比处于0.3到0.9的范围内。

6. 按权利要求1到5中任一项所述的转子，其中α₃和α₁的差与α₄之比处于0.05到0.5的范围内。

7. 按权利要求1到6中任一项所述的转子，其中在所述凹部（20）与所述转子（1）的外周（27）之间的最小桥接高度h在0.4 mm到2.5 mm的范围内。

8. 按权利要求1到7中任一项所述的转子，其中所述转子（1）构造有由多个沿轴向方向（z）连续布置的叠片（3）构成的叠片组（9）。

9. 具有按权利要求1到8中任一项所述的转子（1）的电机。

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