CN104303395A - 高效电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机，特别是电动机，具有定子(2)和转子(1、1')，所述转子安装成绕转子轴线(3)可旋转并且具有转子本体(4)，其中组成磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)形式的至少两个永磁体被布置在容座(5a、6a)中，所述组成磁体中的第一组成磁体与第一组永磁体相关联，且所述组成磁体中的第二组成磁体与第二组永磁体相关联，并且其中所述第一组中的永磁体关于材料组分，特别是关于磁性不同于所述第二组中的永磁体，并且其中所述第一组或所述第二组中的至少一个永磁体或至少一个复合本体(47)具有如下的轮廓：所述轮廓的相对于纵向轴线(7)垂直地定位的横截面在相应的容座(5a、6a、35a、47a、55a、55'a)内朝向其径向更向外的端部(5b、6b)减小。

Description

高效电机
技术领域
本发明涉及电工技术的领域，且特别是涉及旋转电机，因此涉及例如电动机或发电机。
背景技术
特别地在汽车技术，即，机动车中，电动机越来越多地以致动元件的形式被使用以用于辅助驾驶员或乘客(窗升降器、玻璃天窗驱动、座椅调整)。此外，电动机还用在用于驱动装置的支持系统中，例如，作为用于齿轮组的致动器和作为风扇马达，且自身也用在实际的车辆驱动器中。那里使用的电动机必须满足更严格的需求，这是因为它们将是轻质的以减少交通工具重量且仍然具有高的功率密度。此外，需要长的使用寿命和高可靠性。最后，特别地在内燃发动机附近使用的马达的情形中，还需要在至少120℃或高达180℃的温度下足够的操作可靠性。
基本上，能够使用有刷电动机(换向器马达)或无刷电动机，其马达在定子的旋转场中操作，其中通常定子配备有合适地控制的绕组并且转子配备有永磁体。转子和定子两者通常通过使用叠片堆来构造，其中，各个叠片彼此绝缘以减少寄生式涡电流，例如，通过涂覆层来减少寄生式涡电流。在叠片堆内，在定子中设置了所谓的定子齿，定子狭槽位于定子齿之间，其中，定子齿支撑磁场绕组，磁场绕组设置在定子狭槽内。磁场绕组通常由电子电路控制，所述电子电路根据时间机制激励各个绕组部分并因此产生旋转场，由此，通常使用脉冲宽度调节技术来控制。
如果对这种马达强加效率和功率密度的高要求，则有必要将转子间隙，即转子和定子之间的间隙设计成尽可能小，转子和定子之间的间隙还决定一方面永磁体且另一方面磁极之间的距离。在该情形中，能够例如由于自感应而出现不期望的磁场，这能够导致永磁体的退磁，特别是在较高的操作温度下。这因此导致电机的性能和功率密度的减小。为了防止这一现象，通常使用具有尽可能高的矫顽磁场强度的磁性材料或合金。经常使用具有稀土元素的组分或分数的合金来实现尽可能高的矫顽磁场强度。特别地，所谓的重稀土元素，例如铽和镝具有高的矫顽磁场强度且因此帮助稳定永磁体。然而，这些材料是稀有且成本密集的。
发明内容
本发明具体地涉及一种电机，特别是具有定子和转子的电动机，转子绕转子轴线可旋转地安装，并且具有转子本体，其中以组成磁体为形式的至少两个永磁体布置在转子本体的容座中，容座沿其相应的纵向轴线从径向内端延伸到径向外端，组成磁体中的第一组成磁体属于第一组永磁体，并且第二组成磁体属于第二组永磁体，并且其中所述第一组永磁体中的永磁体关于材料组分，特别是关于磁性与第二组永磁体中的永磁体不同。
在该情形中还能够设置成，在每一种情形中，以组成磁体为形式的至少两个永磁体被布置在容座内，第一永磁体属于第一组永磁体，且第二永磁体属于第二组永磁体。
本发明的目的是提供前述类型的电机，该电机一方面制造便宜且制造得操作起来稳定且可靠。此外，该电机应具有在高的可实现的功率密度下高的抗退磁性。
该目的利用本发明的特征实现，其中第一组永磁体或第二组永磁体中的至少一个永磁体，或者具有第一组永磁体或第二组永磁体中的两个永磁体的至少一个复合本体，或者具有第一组永磁体中的永磁体和第二组永磁体中的永磁体的复合本体具有这样的轮廓，所述轮廓的垂直于所述纵向轴线的横截面区域在相应的容座中至少分段地朝所述容座的径向更向外的端部减小。
在本发明的电机中，可以使用具有不同组分的永磁体，例如，永磁体由具有不同的矫顽磁场强度的材料组成。结果是，可以在其中永磁体受到增加的干扰磁场强度的转子区域中使用具有较高的矫顽磁场强度的材料，而在转子的其它区域中使用具有较低矫顽磁场强度以及例如较高的剩磁的材料。本发明特别地提供了在转子的容座内使用不同组分的两个永磁体的可能性，其中于是优选地，可以在最靠近转子间隙且由此受到增加的干扰磁场的转子和容座的区域中使用具有较高的矫顽磁场强度的材料。
能够在容座内设置第一组永磁体中的两个或三个、四个或更多个永磁体以及还任选地设置第二组永磁体中的一个或多个永磁体。这些组成磁体能够通过典型的连接技术诸如胶结、软焊、焊接或形状配合连接而连接在一起或者还能够仅一起放置在容座中并夹紧或楔紧在那里。
基本上，在电机的情形中能够提供内转子的设计，使得中心转子在旋转期间承受径向向外朝向磁间隙作用的离心力。然而，还能够提供外转子，其中相应的离心力向外远离转子指向且由此还远离内定子指向。
基本上，当在转子的横截面中观察时，转子中的容座或容座中的至少一些，特别是其中设置有多个永磁体的那些容座，能够以其相应的纵向轴线以辐条状的方式向外远离转子轴线而延伸。然而，容座在转子本体中的其它布置也是可设想的，例如，用于每一永磁体对的容座的纵向轴线的V形布置。在该情形中，特定的V布置的各个腿不关于转子轴线径向延伸而是倾斜于径向方向，其中，然而，提供了特定容座的径向更向内的区域和容座的径向更向外的区域。
此外，本发明设置成，该永磁体或多个永磁体具有这样的轮廓，该轮廓允许在特定的容座内的至少部分形状配合固定(在这方面“部分”指的是，例如：仅针对径向作用的离心力)。
现有技术特征的立方形永磁体被接纳在转子本体的合适地形成的容座中，其中在转子本体上凸出的突起形成在磁间隙的径向外区域中以便将特定的永磁体保持在容座中。转子本体的容座从而优选地朝磁间隙敞开，使得至少当存在内转子时，永磁体在高的旋转速度和因此大的作用离心力下向外压靠转子本体的突起。因为为了增加电机的效率磁，间隙通常保持小的，所以保持永磁体的转子本体的突起的厚度也受限制且这些能够在操作期间断裂。
用于永磁体的本发明实施例允许在容座的边缘表面处更好的离心力分布，且转子本体上的用于保持永磁体的相应的突起可以特别地被完全省略。这导致电机的较高的操作可靠性，其中而且功率密度能够得到增加，因为永磁体还直接地延伸到达转子的圆柱形外表面，且例如能够与其对准。
本发明的有利实施例被实现是因为永磁体和/或复合本体，一起与各自的容座形状配合地配合，所述复合本体由两个或更多个永磁体构成且其横截面至少分段地，至少在容座的径向外端处，特别地以其整个外轮廓朝向容座的径向更向外的端部减小。
因为永磁体和/或复合本体至少在其径向外端的区域中靠着容座的边缘放置，即，在由于作用的径向离心力而使转子本体的合适的保持力是必要的情况下，在那里提供了大范围的接触，这导致压力分布且从而仅合理程度地对转子本体中的容座的径向外边缘表面施加应力。当在径向方向上特定的本体至少在部分区域上靠着容座的边缘区域中对应的互补形成的接触表面放置时，总是实现永磁体/复合本体与相应的容座以形状配合方式配合在一起。可以理解地，力分布越好，接触表面越大，即永磁体与容座的边缘形状配合的区域延伸得越远。
特别地，永磁体/复合本体可以完全地形状配合地配合到转子本体的对应容座中。
例如，这能够完全地或部分地实现，因为永磁体/复合本体由转子本体的容座内的多个组成本体组成或通过深注射或铸造而在容座内生产。
本发明可以尤其有利地用在电机中，即转子或发电机，如果转子形成为内转子且被定子包围的话。
在该情形中，转子形成巨大的圆柱形本体，其中存在合适的空间来以最佳方式布置和定向用于永磁体的容座。
独立于该最佳设计，本发明还能够用在具有外转子/外部转子的电机中。
本发明的另外有利的实施例设置成，第一组永磁体或第二组永磁体中的一个或多个永磁体或者一个或多个复合本体在转子的横截面中具有桶形轮廓或径向向外渐缩的轮廓。
总之，当在垂直于转子轴线的横截面中观察时，永磁体/复合本体的径向向外渐缩的轮廓能够以不同的方式实现。例如，这种形式可以通过永磁体或复合本体的圆形或椭圆形横截面或者通过桶形结构或者也通过实质上三角形的或梯形的结构的轮廓来实现，其中径向向外渐缩的区域至少分段地设置。在由两个或更多个单独的本体组成的复合本体中，这些本体中的一个，或者多个本体或者所有本体，能够对应地径向向外分段地渐缩。例如，具有圆形或椭圆形横截面的两个或更多个永磁体能够在径向方向上一个在另一后面排列且连接在一起或仅彼此邻接。在整个本体可由连接在一起或直接相互相邻地布置且彼此接触的多个单独的本体组成的意义上理解术语复合本体。复合本体还可以被理解为由多个不同的本体构成或者分段地由多种不同材料混合的本体。在该情形中，不同的本体的部分能够具有不同的材料组分，以及例如不同的矫顽磁场强度和/或不同的剩磁。
本发明有利地被实现是因为一个或多个永磁体或复合本体具有朝向特定的容座的径向内端的阶梯状横截面的加大部。
合适的接触表面也能够与容座的相应的边缘表面形状配合地产生，通过台阶邻接，通过设置在一个本体处或在其过渡区域在两个本体之间设置的这种台阶来产生。
本发明的另一个有利实施例提供了，复合本体具有径向更向外的和径向更向内的永磁体，并且径向更向内的永磁体在两个永磁体之间的连结部位处具有比径向更向外的永磁体在相同的区域大的横截面积。
在该情形中，径向更向内的永磁体和径向更向外的永磁体有利地连接在一起，使得当离心力发生时，形状配合地保持的径向内永磁体通过其与更向外的永磁体的连接而保持更向外的永磁体。
能够进一步有利地设置成，径向更向外的永磁体比永磁体/复合本体的径向内部分具有更高的矫顽磁场强度。这造成的结果是，趋向于在电机的磁间隙的区域中受到较高的干扰磁场的径向外永磁体比径向内部分具有更高的针对由于这种干扰磁场而导致退磁的稳定性。这还应特别地应用于较高的温度下，例如，超过120℃。
在这方面，此外，能够有利地提供的是，至少一个复合本体的至少两个连结的永磁体具有相互平行的磁化方向。
在这方面，磁通量的不同图案形式在整个转子本体中是可设想的，其中当不同永磁体的磁化方向相互平行时，正性能能够容易与容座内的不同永磁体组合。
总之，能够在转子本体中提供成对永磁体和/或复合本体的V形布置。通常，多个这样的V形布置沿转子的圆周分布。在该情形中，V形布置由转子本体内的两个容座组成，容座形成在转子的横截面中的V的单独的腿且在每一种情形中接受一个或多个永磁体和/或复合本体。在该情形中，V形布置的单独的腿不需要形成为由直线限定的狭槽，而是它们能够在每一种情形中形状配合地接受一个在另一个后面排列的桶形永磁体或者永磁体的组/复合本体，永磁体的组/复合本体对于其部分而言可以单独地制成桶形的、圆形的或梯形的横截面等。
能够通过这种V形设计实现转子本体中的最佳的磁通量性能，其中通过V的各个腿的凸形设计或者通过特定的V的腿的部分的凸形设计，对于电机而言，能够总体上实现较高的总体磁通量和从而较高的能量密度。
各个永磁体和/或复合本体能够有利地作为磁路的部件以海尔贝克阵列成组地设置在转子内。
利用磁体的已知的海尔贝克阵列，能够在磁体的行的一侧上和磁体的相应的相对侧上实现更高的磁场强度。本情形中的海尔贝克阵列在转子的周向方向上布置，使得较高磁场强度的一侧朝向电机的磁间隙转向。为了产生海尔贝克阵列，不同类型的磁体，特别是来自第一组磁体、第二组磁体和第三组磁体不同的磁体能够相互组合。
本发明的另外有利的实施例提供了，第一组永磁体具有比第二组低的稀土质量分数，特别是没有稀土含量。
在该情形中，能够有利地利用这种情况，与不包含稀土的材料相比，具有稀土含量的这种材料通常能够具有增加的矫顽磁场强度且另一方面还具有或替代地具有尤其高的剩磁。
在该情形中，特别是在所谓的重稀土的质量分数的情形中，可以实现高的矫顽磁场强度，即，通过使用元素：钇、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和/或镥。轻稀土比如钪、镧、铈、镨、钕、钷、钐和/或铕更可能趋向于增加剩磁。基本上，然而，运用尽可能少的或甚至没有重稀土质量分数，尤其是低于1％的质量分数能够是有利的。轻稀土的质量分数有利地能够在5％和25％之间的范围内，且更有利地，在10％和20％之间的范围内。
此外，可以有利地设置成，第一组永磁体不含有稀土，且第二组永磁体至少部分地具有轻稀土。在该情形中，能够有利地提供的是，来自第二组永磁体的永磁体优选地比来自第一组永磁体的永磁体更远离电机的磁间隙地使用，或者第二组永磁体中的所有永磁体比第一组永磁体中的永磁体更径向地远离磁间隙。
所描述的措施实现了，一方面，与离磁间隙较大距离的永磁体相比，较靠近磁间隙的永磁体由具有较高的矫顽磁场强度和较低的剩磁的材料生产。
本发明的另外有利的改进是，转子本体另外具有带有第三组中的永磁体的凹口，其中第三组中的永磁体关于材料组分，特别是磁性与第一组永磁体和第二组永磁体中的永磁体不同，且特别地在每一种情形中对称地布置在接纳第一组永磁体和第二组永磁体中的永磁体的容座之间。
例如，在第一组永磁体和第二组永磁体中的永磁体的(绕转子的转子轴线对称地构造的)辐条状布置中的第三组中的永磁体有利地对称地布置在辐条之间，或者在成对永磁体或永磁体组的V形设计中，第三组中的永磁体能够在每一种情形中居中地布置在V形式的腿之间。第三组中的永磁体的材料组分不同于第一组永磁体和第二组永磁体中的永磁体/复合本体的组分，其中第一组永磁体和第二组永磁体的组分也能够是相互之间相同的。第三组中的永磁体的磁化方向有利地相对于第一组永磁体和第二组永磁体中的永磁体的磁化方向在转子的横截面平面内旋转通过在60°和120°之间的角度范围，有利地垂直于第一组永磁体和第二组永磁体中的永磁体的磁化方向和/或在转子本体的径向方向上定向。这样，第三组中的永磁体能够优化转子本体中的磁流动图案的设计且从而进一步增加电机的功率密度和/或有助于海尔贝克阵列的形成。
特别地，在每一种情形中，第三组中的永磁体布置在转子本体的封闭的凹部/凹口中。
附图说明
下面将利用附图更详细地描述本发明的示例性实施例，其中：
图1以横截面示出了电动机的转子以及定子的一部分；
图2以横截面示出了电动机的另外的转子；
图3以横截面示出了永磁体构造；
图4-11以横截面示出了另外的永磁体构造；
图12以横截面示出了电动机的另外的转子；
图13以另一横截面示出了带有横截面为桶形的永磁体的电动机的另外的转子；
图14示出了带有磁性材料的参数的图；
图15以横截面示出了外部转子电动机的内定子和外转子；
图16以横截面示出了电动机的另一转子的细节；
图17以局部横截面图示示出了电动机的转子和定子的部分，其中两个永磁体被示出处于V构造；
图18以示意性横截面示出了电动机的转子，其中永磁体以V构造布置；
图19局部地示出了带有以V构造的永磁体的电动机的转子和定子的横截面；
图20示出了图19中示意的带有横截面成形为双梯形的永磁体的布置；
图21示出了在辐条布置中的带有横截面形成为桶形的永磁体的转子的横截面；
图22示出了带有横截面为桶形的永磁体的转子的“铺开”图示；以及
图23示出了与图22类似的电动机的转子的横截面的“铺开”图示，其中横截面为桶形的永磁体作为两部分形成为桶形。
具体实施方式
图1示出了电动机的转子1，转子1绕转子轴线3可旋转地安装在定子2内。在图1的横截面中能够看到，在转子本体4内的容座5a、6a中保持了六个永磁体5、6，其中容座的纵向轴线7关于转子轴线3径向地定向。这种类型的构造是永磁体的所谓的辐条形布置。图1中过大地示意磁间隙8。磁间隙形成在定子和转子1的圆柱形外表面之间。
为了实现相应的电动机的尤其高的效率，尝试将磁间隙8/转子间隙设计成尽可能地小。
永磁体5、6没有完全到达转子1的圆柱形外表面，这是因为它们通过在容座5a、6a的径向外部的区域中的转子本体的突起9、10而保持在容座中。特别地，在快速旋转期间，离心力径向向外作用在永磁体5、6上，使得突起9、10受到相当大的力，所述突起9、10保持各个永磁体中的每一个。
图2示出了转子1'和定子2'的阵列，其中在定子2'中，在横截面中示出所谓的定子齿11、12，在每种情形中，定子齿11、12在位于它们之间的定子狭槽13、14中支撑电绕组15、16。能够通过控制电子器件(未示出)向绕组15、16供应随时间变化的电流，用以产生旋转电场。
转子1'在容座中支撑永磁体5'、6'，所述永磁体5'、6'关于转子轴线3成辐条状定向，且在每一种情形中在径向方向上分成两个，且在每一种情形中由第一组成磁体17和第二组成磁体18形成为复合本体。永磁体5'、6'能够被保持在容座中，例如借助于图1中示出且此处用9、10表示的突起而保持在容座中，或者通过已知的连接技术比如例如胶合、软焊、焊接、夹紧或形状配合连接而保持在容座中。永磁体5'、6'径向地延伸直到转子的圆柱形外表面并与其齐平。
能够设置成，在特定的容座中径向地更向外设置的组成磁体17由第一组永磁体形成，所述第一组永磁体在每一种情形中作为铁素体部分或具有铁素体材料的成分，而属于第二组永磁体的径向地更向内的组成磁体18由含有稀土的材料组成。有利地，该组成磁体主要地含有轻稀土，特别地比重稀土更高比例的轻稀土，并且更有利地没有重稀土。
利用所描述的合成体实现了在最大磁场强度作用的区域中，即在磁间隙附近，永磁体合成体作为整体由铁素体材料组成，这是成本有效的且具有足够的矫顽磁场强度，而稀土材料的高剩磁被使用在径向地更向内的组成磁体18中，且更远地从干扰磁场移除。这样防止了在磁间隙的区域中发生退磁，由此整体上采用最小比例的稀土材料。
为了在转子/转子本体内的磁场的进一步有利的设计，根据图2设置成，第三组永磁体的另外的永磁体19、20在每一种情形中插入在两个辐条状的相邻永磁体阵列之间。将在下面更详细地论述由此实现的可能的磁场或磁通阵列，例如，海尔贝克阵列。
图3至图11以横截面描述了每个具有2个永磁体的永磁体阵列，其具有在图例的相应顶部区域中的第一组成磁体和在图例的相应底部区域中的第二组成磁体。基本上，图被安排成使得图例的底部区域比顶部区域更远离电磁体的转子的转子轴线。在该情形中，对应的永磁体阵列能够按关于转子轴线的辐条状布置来使用，但是永磁体的所谓的V形阵列也是可设想的，这将在下面更详细地论述。该特定的永磁体阵列有利地放置在转子本体的容座中，所述容座有利地关于永磁体阵列形状配合地形成；即，永磁体阵列在没有间隙的情况下被包围。然而，还可以设置成，容座仅部分地，例如，在当在径向地向外的方向上观察时，在永磁体阵列的横截面减小的区域中形状配合地包围特定的磁体阵列。
在图3中，转子轴线3作为示例被绘制在永磁体阵列上方。两个组成磁体17、18的横截面均是矩形的且具有相同的尺寸，使得整体磁体阵列形成为具有不变的横截面的矩形。两个组成磁体17、18的磁化方向由箭头表示，图3至图11中的所有其他永磁体阵列都是这样。
在图4中，在径向内组成磁体17'的情形中，在径向内区域中设置了矩形延伸部23，在径向地作用的离心力的情形中，磁体阵列通过该矩形延伸部23保持在容座中。原则上应注意，根据图3、4、5、6、7和11，磁体阵列的径向内组成磁体被形成为在径向方向比径向外组成磁体更长。根据图8、9和10，分布是颠倒的，其中径向内组成磁体被形成为在径向方向上比径向外组成磁体更短。
图5示出了径向内组成磁体24的梯形横截面，其中，梯形地径向向外渐缩。径向外组成磁体18"被制成矩形。
图6示出了具有矩形延伸部23'的径向内组成磁体25，其中径向外组成磁体26形成为具有梯形横截面且径向向外加宽。
图7示出了带有梯形形状的横截面的径向内组成磁体24'，其径向向外渐缩，其中径向外组成磁体26'形成为梯形，如图6所示，径向向内渐缩。
图4至图7中示出的所有阵列都具有底切，所述底切可靠地防止径向向外地径向滑出转子本体中的合适地形成的容座。
图8示出了矩形磁体阵列的横截面，其中径向内组成磁体27具有在径向方向上比径向外组成磁体28小的尺寸。
图9中的磁体阵列示出了矩形的径向内组成磁体27'的横截面，其中径向外组成磁体29形成为具有梯形的横截面且关于转子轴线3径向地向外渐缩。
根据图10，两个组成磁体29'和30形成为具有梯形的横截面，其中在每一种情形中，梯形关于转子径向向外渐缩。此外，在组成磁体29'和组成磁体30之间，突出31形成在连结表面处，因为组成磁体30的梯形形式的较小表面面积大于组成磁体29'的梯形横截面形式的较大表面面积。
因此，在径向内组成磁体30和径向外组成磁体29'之间的过渡部处或连结部位提供了横截面区域的突然减小。
图11示出了其中径向内组成磁体32被制成矩形且径向外组成磁体33被制成梯形的横截面阵列，其中径向外组成磁体33的梯形横截面径向向外渐缩。
图9、10和11中示出的阵列，与图4、5、6和7中示出的阵列相似，具有其横截面从径向向内到径向向外的减小，这在每一种情形中导致在转子本体的合适地形成的容座中的保持。
除图3至11中示出的阵列之外，其它横截面阵列是可设想的，其中，例如，具体示出的矩形和梯形的边界表面也能够由凸形的或凹形的边界线取代，例如，也由局部地球形的和桶形的边界线取代。
例如，图12示出了带有以辐条形状布置的永磁体阵列/复合本体的电动机的转子的横截面，其中，每一个单独的永磁体阵列由横截面为圆形的两个组成磁体34、35组成，其中每一个径向外组成磁体35具有比径向内组成磁体34小的横截面直径。然而，还能够设置成，在每一种情形中在横截面上看，每一个向外设置的组成磁体具有比径向内组成磁体大的直径。磁体阵列在合适地形成的容座中的保持已经由于横截面为圆形的形式而实现。
而且此处，优选地，径向外组成磁体35能够由铁素体或含有铁素体的材料组成，且径向内组成磁体34也由铁素体材料或含有稀土的材料或者该两种材料的混合物组成。同样地，径向内组34的组成磁体能够由与径向外组成磁体35不同的材料组成。
图13以横截面示出了带有每一个的横截面均为桶形的永磁体36、37的转子的永磁体布置。此处示出的是，在布置在相邻容座中的两个永磁体36、37中，由方位定向的箭头38表示的磁化指向相反方向。
永磁体36、37的桶形横截面形式通过其在径向方向上的底切还导致在转子本体的合适地形成的容座中的保持。因此，图1中示出的突起9、10可以完全省略，且永磁体和复合本体34、35、36、37可以一直延伸转子的圆柱形外表面。结果是，实现了或能够实现永磁体到定子的更小距离且由此电机的高效率或高功率密度。
为了完成本发明，图15示出了带有内定子39和中空圆柱形转子40形式的外转子的阵列。转子轴线由3表示且转子40可旋转地绕转子轴线3安装。
以辐条形布置关于转子轴线3定向且横截面径向向外渐缩的永磁体41、42被示出处于转子本体内。永磁体41、42容纳在其中的容座因此被形状配合地设计。
图14示出了特别地在使用永磁体的特定几何阵列期间，如本申请的附图中示意，除对于单个转子的组成磁体使用不同的材料之外，特别地还除对复合本体的不同组成磁体使用不同的材料之外，用于转子的所使用的永磁体的所采用的不同材料的数目还能够通过合适的材料选择而减少。特别地，由混合材料组成的材料在此被特别地考虑，其中混合物被调整为使得混合材料具有在0.6特斯拉和1特斯拉之间的剩磁场强度Br。可替代地或另外，混合材料能够具有矫顽磁场强度Hcj在1300和2500kA/m之间的属性。当使用这种材料时，特别是如果使用复合本体形式的永磁体，有利地，复合本体的两个或更多个组成磁体能够由所指示的材料组成。在转子的径向内区域中的该材料与在复合本体的径向外部分中的材料具有相同的组分且具有相同的物理属性，且因此还在靠近磁间隙的区域中具有与远离磁间隙的区域中相同的组分。这种材料能够例如从铁素体物质和类似铁素体的物质生产，特别地添加有稀土金属，其中这些混合材料有利地可以没有重稀土材料。总的来说，因此，能够减少在转子的永磁体中稀土的使用。可以利用这样的材料实现剩余磁场强度和矫顽磁场强度的必要的或有利的值。在图14中，由第一交叉阴影区域43相对于温度绘制出由其矫顽磁场强度值表示的Nd/Dy/Th/Fe/B类的物质。显而易见的是，矫顽磁场强度在马达的180℃至200℃的较高操作温度范围中显著下降。第三交叉阴影线区域45示出了常规的铁素体的对应参数范围。第二交叉阴影线区域44示出了根据本发明使用的物质，其例如能够作为铁素体和稀土之间的混合物生产，其中，矫顽磁场强度位于稀土材料和铁素体的矫顽磁场强度之间，其中矫顽磁场强度的温度依赖性明显低于含有更多的或仅仅稀土的磁性材料的矫顽磁场强度的温度依赖性。有利地，在合适的混合材料的情形中，实现了关于剩余磁场强度Br在每开氏温度-0.11％和0％之间的温度依赖性。这些值应维持在-50℃和+180℃之间。
此外，关于矫顽磁场强度Hcj，能够实现每开氏温度-0.5％至+0.4％的温度系数，这在-50℃和+180℃的温度之间是可适用的。
合适的混合材料能够生产为聚合物粘结的混合物，其中NdFeB能够以粉末形式与铁素体粉末混合。特别地，因为NdFeB的矫顽磁场强度的温度依赖性是负的，而铁素体粉末的矫顽磁场强度的温度依赖性是正的，所以能够通过合适的混合物来设定较低的温度系数。各粉末能够通过合适的已知工艺诸如预磁化材料的研磨而磁各向异性地来生产和使用。结果是，聚合物粘结剂的磁衰减效果能够得到补偿。相应的磁本体的生产和粘结能够在强的磁DC场中发生以便实现各向异性的粉末材料的合适取向。此外，通过注射成型、高压注射成型和其它技术来将磁本体模制在特定的转子本体的容座中是可能的。
对于所描述的电机的合适效率所需的磁场强度能够通过提到的材料来实现，特别是当使用了永磁体的合适几何阵列时，可选地，利用各个磁体的最佳模制。在这方面，例如，图16在横截面中示出了带有两个永磁体的电机的转子的细节，所述永磁体中的每个均形成为复合本体46、47，其中每个复合本体46、47由两个组成磁体48、49组成。磁化方向50、51对于每一个复合本体46、47是一致的，而在复合本体46、47之间是相反的。径向外组成磁体49通常形成第一组的永磁体，而径向内部地布置的组成磁体48形成第二组的永磁体。第一组和第二组的永磁体的材料组分能够相同或者也能够不同。此外，在图16中，能够看到第三组永磁体中的永磁体52，其中，该最后提到的永磁体52具有梯形形式的横截面，其朝向转子的径向内区域渐缩。永磁体52的磁化方向53径向向外指向。
图16中示出的永磁体形成永磁体的海尔贝克阵列的典型截面，其在磁体阵列的一侧，因此典型地在磁间隙的区域中，产生特别强的通量集中。在合适的凹口52a中的永磁体52总是设置在两个复合本体46、47之间，所述复合本体46、47按辐条状布置且由借助两个磁体48、49构成的永磁体形成。
图17在横截面中示出了带有在V布置中的两个永磁体54、55的永磁体阵列，所述两个永磁体54、55布置在相应地以V形状布置的匹配凹部55a中。永磁体54、55各自形成假想V的腿，其中永磁体54、55及其纵向轴线没有接近转子轴线。更确切地说，永磁体的纵向轴线在特定点相交，所述点在距转子轴线一定距离处径向地位于转子轴线外侧。这种所谓的永磁体的V形布置的阵列在图18中的总体视图中示意性地示出。此处示意了以V形布置的四对永磁体54、55和相应的磁化方向56。为了阐明磁通量的构造，图17中绘制了永磁体54、55之间的磁场线。永磁体54、55的V形布置导致在转子和定子之间的磁间隙的区域中的最佳磁场密度。
单独的永磁体54、55还能够在其纵向方向上被分割且分别由两个组成磁体组成，如在永磁体55中通过虚线和带有参考数字57的径向内组成磁体的标记表示。然而，所有永磁体也能够均匀地由单一材料组成。以V形状布置且可选地由多个永磁体组成的永磁体/复合本体54、55也能够类似于图3-11中示出的阵列进行装配。在其它方面，永磁体的磁化方向由图17中的箭头58、59表示。
在图19中，在横截面中示出了与图17中的阵列类似的阵列，然而，其中各个永磁体54'、55'的横截面形成为桶形或椭圆形。这导致在转子本体的合适地成形的容座55'a中的良好保持和进一步优化的磁场设计，如下面通过图22和图23更详细地描述。图19中示出的永磁体还能够由第一组永磁体和第二组永磁体中的多个永磁体组成。
图20示出了根据图17和图19的图示，其中永磁体54'、55'的横截面由两个梯形四边形组成，该两个梯形四边形的底边相互邻接，其中各梯形本体被连接为单件或也能够表示被组合以形成复合本体的永磁体。
磁化方向类似于图17和图19以箭头形式表示。
代替所示出的两个梯形本体，各自具有桶形横截面的两个组成磁体，即，径向内部分本体和径向外部分本体，能够形成为连接在一起或至少彼此相邻的复合本体。
图21举例示出了磁体的所谓的海尔贝克阵列，其中海尔贝克阵列的各个组成磁体60、61、62、63、64、65、66在周向方向上排列。基本上，提供了布置成辐条状的永磁体60、61、62、63，其中第一对60、61具有相互指向的磁化方向(由图21中的箭头表示)。相邻的一对永磁体62、63也具有相互指向的磁化方向，其中永磁体61、62的磁化方向形成在彼此相反的方向上且远离彼此指向。
另外的永磁体64、65、66各自布置在相邻的永磁体之间，且具有在周向方向上交替的径向向外和径向向内指向的磁化方向。通过该总的阵列，磁通量关于永磁体60、61、62、63径向向内最小化，且磁通量在磁体外侧径向向外最大化。在定子和转子之间的磁间隙的区域导致最佳磁场强度。
除永磁体的最佳布置和定向之外，磁场强度或磁通量还能够通过各个永磁体的外部成形而优化。为了清楚，图22示出了在圆柱形转子中彼此紧靠的两个永磁体60、61的线性铺开阵列。磁性和物理关系的较靠近检查表明这种布置的剩余磁场强度随着永磁体在(如箭头67表示的)方位方向上的减小的距离以及各个永磁体在方位方向上的扩展而增加。此外，通量密度能够增加，因为磁通线能够在方位方向上从特定的永磁体出现或进入它们的表面被加大。因此，由于永磁体60'、61'的双桶形设计，在图23中示出的变型中比根据图22的阵列中产生更高的通量密度。
用于增加转子本体内的通量密度或用于设计整个磁通量的措施(在上面示例中单独地描述)被理解为能够针对设计适合于特定需求的最佳转子进行组合的措施。因此，能够根据本发明生产电机，其允许在稀土元素的最低可能使用的情况下实现电机的高功率密度和高转矩。
附图标记列表
1、1'        转子
2            定子
3            转子轴线
4            转子本体
5、6         永磁体
5a、6a       容座
5b、6b       5a、6a的径向外端
5c、6c       5a、6a的径向内端
7            5a的纵向轴线
8            磁间隙，转子间隙
9、10        突起
11、12       定子齿
13、14       定子狭槽
15、16       定子绕组
17、17'      由铁素体制成的组成磁体
18、18'、18" 带有稀土的组成磁体
19、20       第三组永磁体
21、22       磁化方向
23、23'     延伸部
24、24'、25、26、27、28、29、29'、30  组成磁体
31           突起
32、33      组成磁体
34、35      圆形组成磁体
35a         容座
36、37      桶形永磁体
38          磁化方向
39          内定子
40          中空圆柱形外转子
41、42      永磁体
43          第一区域
44          第二区域
45          第三区域
46、47      复合本体
47a         容座
48、49      组成磁体
50、51      磁化方向
52          第三组永磁体
52a         凹口
53          磁化方向
54、54'、54"、55、55'、55"  以V形布置的永磁体
55a         容座
55'a        容座
56          磁化方向
57          组成磁体
58、59      磁化方向/箭头
60、60'、61、61'、62、63  以辐条布置的永磁体
64、65、66  另外的永磁体
64a         凹口
67          方位角方向

Claims (12)

1.一种电机，特别是电动机，具有定子(2)和转子(1、1')，所述转子(1、1')绕转子轴线(3)能旋转地安装并且具有转子本体(4)，
其中，具有组成磁体形式的至少两个永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)被布置在所述转子本体(4)的容座(5a、6a、35a、47a、55a、55'a)中，所述容座沿着其相应的纵向轴线(7)从径向内端(5c、6c)延伸到径向更向外的端部(5b、6b)，所述永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)的第一组成磁体属于第一组永磁体，并且所述永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)的第二组成磁体属于第二组永磁体，
其中，所述第一组永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)关于材料组分，特别是关于磁性不同于所述第二组永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)，并且
其中，所述第一组永磁体或所述第二组永磁体中的至少一个永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)，或带有所述第一组永磁体或所述第二组永磁体中的两个永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)的至少一个复合本体(46、47)，或带有所述第一组永磁体中的永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)和所述第二组永磁体中的永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)的复合本体具有如下的轮廓：所述轮廓的与所述纵向轴线(7)相垂直的横截面面积在相应的容座(5a、6a、35a、47a、55a、55'a)内朝向所述容座的径向更向外的端部(5b、6b)至少分段地减小。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，其横截面朝向容座(5a、6a、35a、47a、55a、55'a)的径向更向外的端部(5b、6b)至少分段地减小的所述永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)和/或所述复合本体(47)至少在其径向外端部(5b、6b)处，特别是以其整个外轮廓与相应的容座(5a、6a、35a、47a、55a、55'a)形状配合地配合在一起。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述转子(1、1')形成为内转子并且被定子(2)包围。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的电机，其特征在于，所述第一组永磁体或所述第二组永磁体中的一个或多个永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)或者一个或多个复合本体(46、47)在所述转子(1、1')的横截面中具有桶形的轮廓或径向向外渐缩的轮廓。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的电机，其特征在于，一个或多个永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)或者复合本体(47)具有朝向特定容座(5a、6a、35a、47a、55a、55'a)的径向内端的、阶梯状横截面的加大部。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的电机，其特征在于，复合本体(47)具有径向更向外的永磁体和径向更向内的永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)，并且所述径向更向内的永磁体(17、17'、24、24'、25、27、27'30、32)与相同区域中的所述径向更向外的永磁体(18、18'、18"、26、26'、28、29、29'、33)相比在两个永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)之间的连结部位处具有较大的横截面面积。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的电机，其特征在于，在每一种情形中，至少一个复合本体的两个连结的永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)具有相互平行的磁化方向(21、22、38、50、51、53、56、58、59)。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的电机，其特征在于，所述永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)和/或所述复合本体(47)是磁路部件的V形布置的一部分。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的电机，其特征在于，所述永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)和/或所述复合本体(46、47)是磁路部件的海尔贝克阵列的一部分。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的电机，其特征在于，所述第一组永磁体与所述第二组永磁体相比具有较低质量分数的稀土，特别地没有稀土含量。
11.根据权利要求1至10中的一项所述的电机，其特征在于，所述第二组永磁体具有轻稀土元素的质量分数，并且重稀土元素的质量分数比所述轻稀土元素的质量分数低，特别地所述重稀土元素的质量分数为零。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的电机，其特征在于，所述转子本体(4)另外地具有带有第三组永磁体(19、20、52、64、65、66、68)的凹口(52a、64a)，其中，所述第三组永磁体(19、20、52、64、65、66、68)特别地关于材料组分与所述第一组永磁体和所述第二组永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)不同，且特别地对称地布置在接受所述第一组永磁体和所述第二组永磁体(17、17'、18、18'、18"、24、24'、25、26、27、28、29、29'、30、32、33、34、35、48、49、57)的所述容座(5a、6a、35a、47a、55a、55'a)之间。
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