CN104704711A - 具有高效率的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机，尤其是具有定子(2)以及能绕转子轴线(3)转动地支承的具有转子体(4)转子(1、1’)的电动机，其中，永磁体(17、17’、18、18’、18”、24、24’、25、26、27、28、29、29’、30、32、33、34、35、48、49、57)布置在转子体的容纳部(5a、6a、35a、47a、55a、55’a)中，所述永磁体至少部分地由混合材料构成，其中，混合以如下方式来调整，即，混合材料具有0.6特斯拉到1特斯拉之间的剩磁场强Br以及1300KA/m到2500KA/m之间的矫顽场强Hcj。此外可以设置的是，永磁体(17、17’、18、18’、18”、24、24’、25、26、27、28、29、29’、30、32、33、34、35、48、49、57)或复合体(47)布置在容纳部(5a、6a、35a、47a、55a、55’a)中，并且所述永磁体具有如下轮廓，该轮廓的垂直于纵轴线(7)放置的横截面在相应的容纳部(5a、6a、35a、47a、55a、55’a)之内朝着所述永磁体的径向上更靠外放置的端部(5b、6b)减小。

Description

具有高效率的电机
技术领域
本发明涉及电气工程领域并且能具有优点地在转动的电机，例如电动机或发电机中使用。
本发明具体涉及一种电机，尤其是具有定子以及能绕转子轴线转动地支承的具有转子体的转子的电动机，其中，永磁体布置在转子体的容纳部中。
背景技术
这类机器一方面可以构造为具有内置的、由定子围绕的转子的内动子，并且另一方面同样可以构造为具有空心圆柱形的转子的外动子，定子布置在该外动子的内部。根据是否是无电刷机器或有电刷机器的情况，在转子中设置有永磁体(无电刷的变型方案)或在定子中设置有永磁体或在转子中设置有电磁体。原则上，这类机器可以在如下方面进行优化，即，在转子与定子之间的磁体间隙中可以产生特别高的磁场强度，由此能实现大的转矩和大的功率密度。然而，在机器的这类功率特征和相应的电功率的情况下允许高的运行温度也更加重要了，其中，必须考虑如下方面，即，在高运行温度和强作用磁场以及相应大的干扰场的情况下依然保持磁回路的磁特性，尤其是不会通过干扰场发生永磁体的去磁化。为了该目的，至少在永磁体的承受增加的干扰场的区域内，所使用的材料的特定的矫顽场强是必需的。另一方面，高的剩磁值也是值得期望的，因为其对于磁回路中能达到的磁通量大小起决定性作用。
最后，在设计转子和定子时应使相应的材料值与优化适配的几何形状相组合。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种具有永磁体的上述类型的电机，尤其即使在高温下该永磁体也针对机器的尽可能高的功率密度以及高稳定性进行优化。
该任务利用根据权利要求1的本发明的特征来解决。
在此，根据本发明设置的是，永磁体至少部分地由混合材料构成，其中，混合以如下方式来调整，即，混合材料在室温下具有0.6特斯拉到1特斯拉之间的剩磁场强Br以及1300KA/m到2500KA/m之间的矫顽场强Hcj。在此，室温假定为20摄氏度。尤其可以设置的是，混合材料在20摄氏度直至120摄氏度的温度下，优选也直至180摄氏度，连续地具有0.6特斯拉到1特斯拉之间的剩磁场强Br以及1300KA/m到2500KA/m之间的矫顽场强Hcj。
在此，本发明的特别有利的设计方案设置的是，至少若干，尤其所有的永磁体至少部分地由混合材料构成，该混合材料是由铁氧体材料或具有稀土的磁性材料组成的混合物。
上述的材料在矫顽场强和/或剩磁方面没有完全达到已知的稀土材料的水平，并且尤其就矫顽场强而言，没有达到具有重稀土重量份额的材料的水平，以及就剩磁而言没有达到主要包含轻稀土的材料的水平。另一方面，能以如下方式调整上述的量值，即，通过将永磁体适合几何结构地布置在转子体的凹部中可以实现必需的场强、磁通量以及在关键的区域中必需的矫顽场强和必需的剩磁，它们对于具有高功率能力和尤其是热稳定性和热耐久性的电机来说是不可缺少的。
特别有利地通过具有稀土重量份额，尤其是轻稀土重量份额和铁氧体材料份额的混合材料可以实现关于矫顽场强和剩磁的所述的量值。尤其有利的是，可以完全略去重稀土材料，即，其重量份额可以等于零或至少小于百分之一。因此，需要的材料是可利用且相对可承受得起的。
尤其也可以有利地设置的是，布置在转子中的全部的永磁体具有由混合材料，尤其由同样的混合材料构成的上述的成分。然而也可以设置的是，除了由同样的混合材料构成的永磁体的上述组之外还使用永磁体的第二组，其也具有所有的同样的物质成分并且其相对永磁体的第一组尤其具有更高的铁氧体份额，有利地是，仅由铁氧体构成。
更有利的是，关于混合比例可以以如下方式调整永磁体的第一组的混合材料，即，剩磁Br的温度系数在-50摄氏度到180摄氏度之间的温度范围内为-0.11％/K至0％/K之间。
可以更有利地设置的是，关于混合比例可以以如下方式调整永磁体的第一组的混合材料，即，矫顽场强Hcj(Beta)的温度系数在-50摄氏度到180摄氏度之间的温度范围内为-0.5％/K至+0.4％/K之间。
因此确保的是，在永磁体的第一组中的磁特性在直至180℃的温度的情况下在通常的运行区域中位于优化的范围中并且很少依赖温度，尤其相比具有更高稀土份额的材料更少地依赖温度。
结果是，即使在提升运行温度直至180℃的情况下相对于永磁体的去磁化也可以确保电机的稳定性。
有利的是，构成永磁体或至少其中若干永磁体的混合材料包含铁氧体粉末和稀土粉末。混合材料可以制造为通过烧结或其它已知的成形技术由铁氧体粉末和稀土粉末的均质混合而构成的固体。代替不同粉末的均质的混合，也可以存在如下混合，尤其是整个混合材料中的稀土份额的或整个混合材料中的铁氧体粉末的浓度梯度的混合，其中，梯度可以是其中一种物质的浓度的阶跃式或持续线性或非线性的提升。稀土粉末的份额例如可以沿着永磁体的纵轴线或永磁体从永磁体的径向上靠外放置的区域向永磁体的径向上靠内放置的区域增加或减少。
本发明的另一有利的设计方案可以设置的是，混合材料通过聚合物来结合，例如通过模铸树脂。在这种情况下，具有聚合物的各个粉末起初混合成液体或胶并且其可以浇铸成形并硬化。以转子体中的容纳部形式的凹部例如可以用作铸模，永磁体在硬化之后保留在该凹部中。浇铸也可以以压铸工艺或注塑工艺来进行。聚合材料的硬化可以通过物理作用，如伦琴射线照射、阿尔法射线照射、贝塔射线照射或伽马射线照射或热作用来加速。
在混合材料的制造或硬化期间可以施加定向磁场，以便制造各向异性的(anisotrop)材料。
形成混合材料的组分的各个粉末可以在通过粉碎，尤其是研磨事先磁定向的材料来制造。
就这点而言有利的是，铁氧体粉末和/或稀土粉末，尤其是NdFeB可以磁各向异性地设计。
本发明的另一有利的设计方案设置的是，垂直于相应的容纳部的纵轴线地观察，一个或多个永磁体的横截面朝着转子体中相应的容纳部的径向上靠外放置的端部至少区段式地减小并且永磁体至少在其径向上靠外放置的端部上，尤其是利用其整个的外轮廓形状锁合地与相应的容纳部相匹配。
通过永磁体的这种形状，所述永磁体可以有利地安装并保持在转子体中相应的容纳部之内。作用在永磁体上的尤其在高转速下作用的强烈的径向离心力在转子体中的容纳部的边缘面上被吸收。永磁体在容纳部的边缘面上的形状锁合的抵靠允许了在出现离心力时均匀的力分布。永磁体的横截面径向向外地至少区段式地减小的事实允许的是，通过容纳部的相应逐渐变窄的形状实现了永磁体的形状锁合的固定，而无须在磁体间隙附近的容纳部处径向上靠外地设置阻挡特殊的止挡凸出部。这样的凸出部通常特别容易损坏，因为其以尽可能小的材料厚度来制造，以便能使永磁体尽可能紧密地靠向磁体间隙。这通常自身带来在容纳部的边缘上的凸出部的机械上的易损坏性。通过所述的结构避免了这样的问题。
尤其当一个或多个永磁体在转子的横截面上具有桶形的轮廓或径向上向外逐渐呈锐角的轮廓时，通过容纳部的相应容纳形状可以使离心力良好地分布。
尤其当一个或多个永磁体朝着径向上靠内的端部具有阶梯形的横截面扩展部且该横截面扩展部抵靠在容纳部的相应的横截面扩展部的边缘上时，有效地防止了永磁体从容纳部中径向地滑出。
本发明的另一有利的设计方案设置的是，复合体形式的永磁体具有径向上靠外和径向上靠内放置的永磁体，并且径向上靠内放置的永磁体在两个永磁体之间的接合部位处与径向上靠外放置的永磁体相比具有较大的横截面。
这种特殊的设计允许的是，相应的永磁体设计为分别由至少两个永磁体组成的复合体，其中，部分永磁体之间的接合部位形成用于转子体中的容纳部的相应互补构造的边缘区域的抵靠面。永磁体在旋转时通过产生的离心力止挡在该边缘区域上。有利的是，分别径向更靠外放置的永磁体与内部的永磁体机械连接。可以通过粘接、卡夹或通过形状锁合的连接或其它的接合技术确保连接。共同形成复合体的永磁体中的一个或多个，尤其是两个由混合材料构成，所述混合材料具有根据本发明的磁特性。复合体的其中两个永磁体或所有的永磁体可以由相应的混合材料，尤其由相同的混合材料构成。
被证实特别有利的是，至少一个复合体的两个接合在一起的永磁体具有彼此平行的磁化方向。
通过这种结构上的设计可以特别有利地设置转子体中的磁通量。
此外可以有利地设置的是，永磁体和/或复合体是磁回路组件的V形布置的部件。
转子中的永磁体的这种V型布置允许了具有相应高的场强和高的电机能量密度的磁通量的特别有效的设计，其中，V形的腿不是恰好径向上朝着转子轴线延伸，而是于在径向上远离转子轴线的点上交会。
特别有利的磁设计方案设置的是，永磁体和/或复合体是磁回路组件的哈巴系统(Halbach-Anordnung)的部件。哈巴系统的永磁体可以沿着转子的圆周分布。
附图说明
以下结合附图对本发明的实施例进行详细阐述。其中：
图1以横截面示出电动机的转子和定子的一部分；
图2以横截面示出电动机的另一转子；
图3以横截面示出永磁体构型；
图4至图11以横截面示出其它的永磁体构型；
图12以横截面示出电动机的另一转子；
图13以另一横截面示出具有在横截面上为桶形的永磁体的电动机的另一转子；
图14示出具有磁性材料的参数的图表；
图15以横截面示出外动子式马达的放置在外部的转子以及放置在内部的定子；
图16以横截面示出电动机的另一转子的截段；
图17以局部的横截面图示出电动机的转子的一部分和定子的一部分，其中，两个永磁体呈V构型地示出；
图18以示意性的横截面示出电动机的转子，其中，永磁体呈V构型地布置；
图19局部地示出具有呈V构型的永磁体的电动机的转子和定子；
图20示出如图19中所示的具有在横街面上双梯形成形的永磁体的布置；
图21示出具有以轮辐布置的、在横截面上桶形构造的永磁体的转子的横截面；
图22示出具有在横截面上为桶形的永磁体的转子的展开的视图以及
图23示出类似图22的电动机的转子的横截面的展开的视图，其中，在横截面上为桶形的永磁体两件式桶形地构造。
具体实施方式
图1示出电动机的转子1，该转子能在定子2之内绕转子轴线3转动地支承。在图1的横截面中能看到的是，在转子体4之内六个永磁体5、6保持在容纳部5a、6a中，其中，容纳部的纵轴线7在径向上关于转子轴线3地指向。这种类型的设计是永磁体的所谓的轮辐形的布置。在图1中夸大地示出了磁体间隙8。该磁体间隙形成于定子与转子1的圆柱形的外表面之间。
为了实现相应的电动机特别高的效率而致力于尽可能小地设计磁体间隙8/转子间隙。
永磁体5、6没有完全到达转子1的圆柱形外表面，因为这些永磁体通过转子体在容纳部5a、6a的径向上靠外的部分中的凸出部9、10止挡在所述容纳部中。尤其在快速旋转时，离心力径向向外地作用在永磁体5、6上，从而保持每个单独的永磁体的凸出部9、10承受很大的力。
图2示出转子1’和定子2’的布局，其中，在定子2’中以横截面示出所谓的定子齿11、12，所述定子齿分别在其之间放置的定子槽13、14中承载电线圈15、16。线圈15、16能通过未示出的用于产生旋转的电场的驱控电子机构加载以时间上变化的电流。
转子1’在容纳部中分别轮辐式地承载指向转子轴线3的永磁体5’、6’，所述永磁体分别沿径向方向分成两半地构造并且分别构造为具有第一部分磁体17和第二部分磁体18的复合体。永磁体5’、6’例如可以借助如图1中所示的并且在其中以9、10标记的凸出部止挡在容纳部中或通过已知的接合技术，例如粘接、钎焊、熔焊、卡夹或形状锁合的连接保持在所述容纳部中。永磁体5’、6’在径向上直至转子的圆柱形外表面并且以该圆柱形外表面齐平地封闭。
可以设置的是，由永磁体的第一组构成的径向靠外放置在相应的容纳部中的部分磁体17分别构造为铁氧体构件或以铁氧体材料的组分构造，而属于永磁体的第二组的径向上靠内放置的部分磁体18由含有稀土的材料构成。有利的是，该部分磁体主要含有轻稀土，尤其是与重稀土相比含有较多的轻稀土，更有利的是，其不含有重稀土。根据本发明，两个部分磁体可以分别由材料，尤其是由同样的混合材料构成，其中，有利的是，径向上靠内放置的部分磁体与径向上靠外放置的磁体相比含有较少组分的稀土元素。
通过描述的布局可以实现的是，永磁体布局整体上在最大磁场强度进行作用的区域中也就是在磁体间隙附近，至少主要地或全部由铁氧体材料构成，该铁氧体材料成本低廉且具有足够的矫顽场强，而在这样的部分磁体18的情况下充分利用了稀土材料的高剩磁，所述部分磁体18径向上靠内且更远离干扰磁场地放置。以这种方式防止了在磁体间隙的区域内发生去磁化，其中，整体上使用最小组分的稀土材料。
根据图2，为了更有利地设计转子/转子体之内的磁场而设置的是，属于永磁体的第三组的另外的永磁体19、20分别置入到两个轮辐式相邻的永磁体布局之间。永磁体的第三组例如可以由铁氧体材料构成，尤其是无稀土材料组分。下面对可能的由此实现的磁场布局或磁通量布局，例如哈巴系统，作进一步详细探讨。
图3至图11分别以横截面的方式利用2个永磁体来示出永磁体布局，所述2个永磁体分别在视图的相应的上部区域中具有第一部分磁体并且在视图的相应的下部区域中具有第二部分磁体。原则上如下安放附图，即，视图的下部区域与上部区域相比更远离电磁体转子的转子轴线。其中一个或两个相应示出的磁体可以由混合材料构成，其混合以如下方式来调整，即，混合材料在室温下具有0.6特斯拉与1特斯拉之间的剩磁场强Br以及1300KA/m与2500KA/m之间的矫顽场强Hcj。在此，相应的永磁体布局可以关于转子转轴以轮辐式的布置来使用，然而也能想到永磁体的所谓的V形布局，下面对其作进一步更详细探讨。有利的是，相应的永磁体布局安置在转子体的容纳部中，所述容纳部关于永磁体布局有利地形状锁合地构造，即，所述容纳部无间隙地围绕永磁体布局。然而也可以设置的是，容纳部仅在部分区域中形状锁合地围绕相应的磁体布局，例如分别在如下区域中，即，在所述区域中永磁体布局的横截面沿径向向外的方向可见地减小。
图3中，在永磁体布局之上示意性地示出了转子轴线3。两个部分磁体17、18的横截面是矩形的且大小相同，从而整个磁体布局以不变的横截面矩形地构造。两个部分磁体17、18的磁化方向21、22如在图3至图11的所有余下的永磁体布局那样通过箭头来表示。
图4中，在径向上靠内的部分磁体17’的情况下在径向上靠内的区域中设置有矩形的扩展部23，通过该扩展部磁体布局在径向作用的离心力下保持在容纳部中。原则上要注意的是，根据图3、4、5、6、7和11，磁体布局的径向上靠内放置的部分磁体沿径向方向比径向上靠外放置的磁体更长地构造。根据图8、9和10则这种划分正相反，从而在所述图中径向上靠内放置的部分磁体沿径向方向比径向上靠外放置的磁体更短地构造。
图5示出径向上靠内放置的部分磁体24的梯形的横截面，其中，梯形径向向外地逐渐变细。径向上靠外放置的部分磁体18”矩形地构造。
图6示出具有矩形的扩展部23’的径向上靠内放置的部分磁体25，其中，径向上靠外放置的部分磁体26横截面上梯形地、径向向外扩展地构造。
图7示出横截面上梯形地构造、径向向外逐渐变细的径向上靠内放置的部分磁体24’，其中，径向上靠外放置的部分磁体26’如图6中所示的那样构造为径向向内逐渐变细的梯形。
所有的图4至图7中所示的布局具有底切部，所述底切部可靠地防止了从转子体中相应成形的容纳部中径向向外的径向的滑出。
图8示出矩形的磁体布局的横截面，其中，径向上靠内放置的部分磁体27沿径向方向与径向上靠外放置的部分磁体28相比具有更少的延展。
图9的磁体布局以横截面示出矩形的、径向上靠内放置的部分磁体27’，其中，径向上靠外放置的部分磁体29在横截面上梯形地构造并且径向向外地关于转子轴线3逐渐变细。
根据图10，两个部分磁体29’和30在横截面上梯形地构造，其中，梯形分别径向向外地关于转子逐渐变细。此外，在部分磁体29’与部分磁体30之间在接合面处通过如下方式形成了凸出部31，即，部分磁体30的梯形形状的较小的顶面大于部分磁体29’的梯形横截面形状的较大的顶面。
因此，在过渡处或在径向上靠内放置的部分磁体30与径向上靠外放置的部分磁体29’之间的接合部位上设置有横截面面积的阶跃形的减小。
图11示出横截面布局，在该横截面布局中，径向上靠内放置的部分磁体32矩形地构造并且径向上靠外放置的部分磁体33梯形地构造，其中，径向上靠外的部分磁体33的梯形的横截面径向向外地逐渐变细。
图9、图10和图11中示出的布局如在图4、图5、图6和图7中示出的布局那样从径向上靠内到径向上靠外地具有横截面减小，该减小促使这些布局分别止挡在转子体的相应成形的容纳部中。
显而易见地，除了图3至图11中示出的布局之外还能想到其它的横截面布局，在这些横截面布局中，例如各示出的矩形和梯形的限定面可以通过凸的或凹的，例如也可部分球形且桶形构造的边界线来替代。
图12以横截面示例性地示出具有轮辐形布置的永磁体布局/复合体的电动机的转子，其中，其中每个单独的永磁体布局分别由两个横截面为圆形的部分磁体34、35组成，其中，径向上靠外布置的部分磁体35与径向上靠内放置的部分磁体34相比分别具有在横截面上更小的直径。然而也可以设置的是，靠外布置的部分磁体与径向上靠内放置的部分磁体相比分别具有从横截面上看更大的直径。磁体布局止挡在相应成形的容纳部中已经通过横截面为圆形的模压得出。
在这里，径向上靠外放置的部分磁体35也可以由铁氧体或含铁氧体的材料构成，并且径向上靠内放置的部分磁体34要么同样由铁氧体材料构成要么由含稀土的材料构成要么由两种材料的混合物构成。径向上靠内放置的组34的部分磁体与径向上靠外放置的部分磁体35相比同样可以由不同的材料构成。
图13以横截面示出具有在横截面上分别为桶形的永磁体36、37的转子的永磁体布置。在此示出的是，通过方位指向的箭头38表示的磁化分别在两个布置在彼此相邻的容纳部中的永磁体36、37的情况中相反地取向。
永磁体36、37的桶形的横截面形状通过它的底切部沿径向方向同样促使在转子体的相应成形的容纳部中的止挡。因此，可以如图1中所示的那样完全略去凸出部9、10，并且永磁体和复合体34、35、36、37可以直至转子的圆柱形外表面。因此，实现或能实现永磁体与转子之间更小的间距并因此实现或能实现电机的高效率或高功率密度。
为了改进本发明，图15示出具有放置在内部的定子39和呈空心圆柱形转子的形状的外动子的布局。转子轴线以3来标记并且转子40能绕转子轴线3转动地支承。
在转子体之内示出了永磁体41、42，所述永磁体以轮辐形的布置指向转子轴线3，并且在横截面上径向向外地逐渐变窄。容纳部相应形状锁合地设计，永磁体41、42包含在所述容纳部中。
按照图14应该说明的是，特别是在使用永磁体的特殊的几何布局的情况下，如所述永磁体在本发明的附图中所示的那样，除了针对唯一的转子的部分磁体使用不同的材料，尤其也针对复合体的不同的部分磁体使用不同的材料之外，也可以通过合适的材料选择针对转子所使用的永磁体减少使用的不同材料的数量。在此，可以特别地考虑这些由混合材料组成的材料，其中，混合以如下方式来调整，即，混合材料至少在室温下具有0.6特斯拉与1特斯拉之间的剩磁场强Br。备选于此或附加地，混合材料可以具有如下的特性，即，在室温下矫顽场强Hcj在1300kA/m与2500kA/m之间。在使用这种类型的材料的情况下，尤其当使用由混合材料构成的复合体形式的永磁体时，有利的是，复合体的两个或多个部分磁体可以由上述的材料构成。于是，该材料在转子的径向上靠内安放的区域中如在复合体的径向上靠外的部分中那样具有同样的成分和同样的物理特性，并且因此在磁场间隙附近的区域中如在远离磁场间隙的区域中那样也具有同样的成分。这样的材料例如可以由铁氧体和类似铁氧体的物质，尤其在添加稀土金属的情况下构成，其中，有利的是，所述混合材料可以不含有重稀土金属。因此，在转子的永磁体中可以整体上减少稀土的使用。利用这样的材料可以实现用于剩磁场强和矫顽场强所需要的或有利的值。图14中，以第一阴影区域43相对于温度描绘了通过以KJ每m3为单位的物质的值BH最大所表现的Nd/(Dy/Th)/Fe/B等级的该物质。示出的是，该值的大小在马达的相对高的运行温度180℃至200℃的范围内显著地下降。第三阴影区域45示出通常的铁氧体的相应的参数范围。第二阴影区域44示出根据本发明的使用的物质，所述物质例如可以制造为铁氧体与稀土之间的混合，其中，矫顽场强和剩磁位于稀土材料与铁氧体的两者之间，其中，温度依赖性比在含有更多或仅含有稀土的磁性材料的情况下显著更小。有利的是，在相应的混合材料的情况下实现了关于剩磁场强Br的每开尔文-0.11％至0％之间的温度依赖性。这些值应在-50℃至+180℃之间被维持。
此外，关于矫顽场强Hcj可以实现在温度为-50℃至+180℃之间适用的每开尔文-0.5％至+0.4％的温度系数。
相应的混合材料可以制造为以聚合结合的混合体，其中，NdFeB可以以粉末形式与铁氧体粉末混合。尤其因为NdFeB的矫顽场强的温度依赖性是负的且铁氧体粉末的温度依赖性是正的，所以通过合适的混合可以调整出很小的温度系数。单个的粉粒可以通过相应的已知的工艺，如预磁化材料的研磨，磁各向异性地来制备和使用。由此，聚合结合介质的磁稀释效应可以得到补偿。相应的磁性体的制造和结合可以在强的等磁场中发生，以便实现各向异性的粉末材料的相应的取向。此外可以实现的是，通过喷塑、高压注塑和其它的技术使磁性体成形在相应的转子体的容纳部中。
根据本发明的永磁体也可以通过粉末材料的烧结，尤其是混合铁氧体粉末和含有稀土的粉末来实现。
有利的是，在使用混合材料的情况中，稀土材料的重量份额，尤其是轻稀土材料的重量份额在总重量中处于10％至50％之间，更有利的是在20％至25％之间。混合材料的剩余部分例如可以由铁氧体构成或包含铁氧体。
当使用永磁体的合适的几何结构的布局，在必要情况下具有单个磁体的优化的成形时，对于所述电机的相应的功率能力必需的场强尤其可以通过上述的材料来实现。在此，图16例如以横截面示出具有两个分别构造为复合体46、47的永磁体的电机的转子的截段，其中，各个复合体46、47由两个部分磁体48、49组成。磁化方向50、51分别对于各个复合体46、47是统一的并且在复合体46、47之间是相反的。各径向上靠外的磁体49典型地形成永磁体的第一组，而径向上靠内布置的部分磁体48形成永磁体的第二组。永磁体的第一和第二组的物质成分可以相同或也可以不同。此外，在图16中可以看到为永磁体的第三组的永磁体52，其中，该最后提到的永磁体52在横截面上具有梯形形状，该梯形形状朝着转子的径向上靠内放置的区域逐渐变窄。永磁体52的磁化方向53径向向外地指向。
在图16中示出的永磁体形成了由永磁体的哈巴赫布局构成的典型的截段，其在磁体布局的侧上，也就是典型地在磁体间隙的范围内产生特别强的通量密度。在两个分别轮辐方式布置的复合体46、47之间，在相应的兜部52a中设置有永磁体52，所述复合体分别构造为由两个磁体48、49构成的永磁体。
图17以横截面示出具有两个呈V布置的永磁体的永磁体布局，所述永磁体布置在相应V形布置的、适配的凹部55a中。永磁体54、55分别形成想象的V的腿，其中，永磁体54、55的纵轴线不与转子轴线交会。更确切地说，永磁体的纵轴线相交在如下点处，即，该点在径向上位于转子轴线之外且远离该转子轴线。永磁体的这类所谓的V形布置的布局示意性地概览地在图18中示出。在这里示出了四对V型布置的永磁体54、55以及相应的磁化方向56。为了说明磁通量的设计方案，在图17中标出了永磁体54、55之间的场线。通过永磁体54、55的V形布置得到了在转子与定子之间的磁体间隙的区域中优化的场密度。该布局可以通过使用根据本发明的混合材料来优化。
各个永磁体54、55也可以沿它们的纵向方向进行划分并且也分别由两个部分磁体组成，如在永磁体55中通过虚线和以附图标记57来标示径向上靠内放置的部分磁体那样。然而，所有的永磁体也可以均质地由唯一的材料构成。V形布置的且必要时由多个部分磁体组成的永磁体/复合体54、55也可以根据在图3至图11中示出的布局的类型来构成。此外，图17中通过箭头58、59表示永磁体的磁化方向。
图19中以横截面示出如图17中那样的类似的布局，然而其中，各个永磁体54’、55’在横截面上桶形或椭圆形地构造。因此，得到了在转子体的相应成形的容纳部55’a中良好的止挡以及进一步优化的场设计方案，如在下面进一步结合图22、图23更详细阐述的那样。图19中示出的永磁体也可以分别由属于永磁体的第一和第二组的多个部分磁体构成。
图20示出相应于图17和图19的视图，其中，永磁体54”、55”在横截面上由两个梯形的四边形构成，它们的底部彼此邻接，其中，各个梯形体可以单件式地相接或也可以分别是构成复合体的部分磁体。
磁化方向相应于图17和图19以箭头形式来表示。
代替示出的两个梯形体，两个在横截面上分别为桶形的部分磁体，即，径向上靠内放置的和径向上靠外放置的部分体，也可以要么彼此连接要么至少彼此邻接地共同形成复合体。
图21示例性地示出磁体的所谓的哈巴系统，其中，哈巴系统的各个部分磁体60、61、62、63、64、65、66沿周向方向排列。原则上设置有轮辐形布置的永磁体60、61、62、63，其中，第一对60、61具有彼此相对指向的、在图21中通过箭头表现出的磁化方向。永磁体62、63组成的相邻的对同样具有彼此相对指向的磁化方向，其中，永磁体61和62的磁化方向彼此相反且相背离指向地设计。
分别在相邻的永磁体之间布置的另外的永磁体64、65、66沿周向方向交替地分别具有径向向外和径向向内指向的磁化方向。通过该整体布局使磁通量关于永磁体60、61、62、63在径向上于内部最小化并且磁通量在径向上于磁体之外最大化。由此，在定子与转子之间的磁体间隙的区域中得到优化的磁场强度。
除了优化的永磁体布置和取向，磁场强度或通量也可以通过各个永磁体的外部造型来优化。为清楚起见，图22示出两个在圆柱形转子中并排放置的永磁体60、61的沿直线展开的布局。在更精确地观察磁关系和物理关系的情况下得到的是，这样的布置的剩磁场强沿通过箭头67表示的方位方向随着永磁体的间距减少以及沿方位方向随着各个永磁体的延展而增加。此外，可以通过如下方式提升通量密度，即，增大如下的面，在该面上通量线沿方位方向从相应的永磁体中穿出或穿入到相应的永磁体中。因此，在图23中示出的变型方案中，通过永磁体60’、61’的双桶形的设计方案得到了比在根据图22的布局中更高的通量密度。
在上面的示例中分别单独描述的用于提高转子体之内的通量密度或用于设计整个磁通量的措施可以理解为如下措施，即，其可以与优化的、与相应的需求相适配的转子的设计方案彼此组合。因此，可以根据本发明提供如下电机，该电机在尽可能少地使用稀土元素的情况下允许实现高功率密度和电机的高转矩。
附图标记列表
1、1’                        转子
2                             定子
3                             转子轴线
4                             转子体
5、6                          永磁体
5a、6a                        容纳部
5b、6b                        5a、6a的径向上靠外放置的端部
5c、6c                        5a、6a的径向上靠外放置的端部
7                             5a的纵轴线
8                             磁体间隙、转子间隙
9、10                         凸出部
11、12                        定子齿
13、14                        定子槽
15、16                        定子线圈
17、17’                      由铁氧体构成的部分磁体
18、18’、18”                由稀土构成的部分磁体
19、20                        永磁体的第三组
21、22                        磁化方向
23、23’                      扩展部
24、24’、25、26、27、28、29、部分磁体
29’、30
31                            凸出部
32、33                        部分磁体
34、35                        圆形的部分磁体
35a                           容纳部
36、37                        桶形永磁体
38                            磁化方向
39                            放置在内部的定子
40                            空心圆柱形的、放置在外部的转子
41、42                        永磁体
43                            第一区域
44                            第二区域
45                            第三区域
46、47                        复合体
47a                           容纳部
48、49                        部分磁体
50、51                        磁化方向
52                            永磁体的第三组
52a                           兜部
53                            磁化方向
54、54’、54”、55、55’、55”呈V布置的永磁体
55a                           容纳部
55’a                         容纳部
56                            磁化方向
57                            部分磁体
58、59                        磁化方向/箭头
60、60’、61、61’、62、63、  以轮辐布置的永磁体
64、65、66                    另外的永磁体
64a                           兜部
67                            方位方向

Claims (18)

1.一种电机，尤其是具有定子(2)以及能绕转子轴线(3)转动地支承的具有转子体(4)转子(1、1’)的电动机，其中，永磁体(17、17’、18、18’、18”、24、24’、25、26、27、28、29、29’、30、32、33、34、35、48、49、57)布置在所述转子体的容纳部(5a、6a、35a、47a、55a、55’a)中，所述永磁体至少部分地由混合材料构成，其中，混合以如下方式来调整，即，在室温下混合材料具有0.6特斯拉到1特斯拉之间的剩磁场强Br以及1300KA/m到2500KA/m之间的矫顽场强Hcj。
2.根据权利要求1所述的电机，
其特征在于，
至少几个，尤其所有的永磁体(17、17’、18、18’、18”、24、24’、25、26、27、28、29、29’、30、32、33、34、35、48、49、57)至少部分地由混合材料构成，所述混合材料由铁氧体材料和具有稀土的磁性材料混合。
3.根据权利要求1或2所述的电机，
其特征在于，
所述混合以如下方式来调整，即，剩磁Br的温度系数在-50摄氏度到180摄氏度之间的温度范围内为-0.11％/开尔文至0％/开尔文之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的电机，
其特征在于，
所述混合以如下方式来调整，即，矫顽场强Hcj的温度系数在-50摄氏度到180摄氏度之间的温度范围内为-0.5％/开尔文至+0.4％/开尔文之间。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的电机，
其特征在于，
所述混合材料包含铁氧体粉末和稀土粉末。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的电机，
其特征在于，
所述混合材料通过聚合物粘接。
7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的电机，
其特征在于，
所述混合材料通过注塑、高压压铸或烧结在使用铁氧体粉末和包含稀土的粉末的情况下来制造。
8.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的电机，
其特征在于，
所述铁氧体粉末和/或所述稀土粉末，尤其是NdFeB磁各向异性地设计。
9.根据权利要求1或后续权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
一个或多个所述永磁体(17、17’、18、18’、18”、24、24’、25、26、27、28、29、29’、30、32、33、34、35、48、49、57)的横截面朝着所述相应的容纳部(5a、6a、35a、47a、55a、55’a)的径向上更靠外放置的端部(5b、6b)至少区段式地减小并且所述永磁体(17、17’、18、18’、18”、24、24’、25、26、27、28、29、29’、30、32、33、34、35、48、49、57)至少在其径向靠外放置的端部上，尤其是利用其整个的外轮廓，形状锁合地与所述相应的容纳部(5a、6a)相匹配。
10.根据权利要求1或后续权利要求中任一项所述的电机，
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)在所述转子(1、1’)的横截面中具有桶形的轮廓或径向向外呈锐角收缩的轮廓。
11.根据权利要求1或后续权利要求中任一项所述的电机，
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)朝着所述相应的容纳部(5a、6a、35a、47a、55a、55’a)的径向上靠内的端部(5c、6c)具有阶梯形的横截面扩展部。
12.根据权利要求1或后续权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
复合体(47)具有径向上更靠外和径向上更靠内放置的永磁体(17、17’、18、18’、18”、24、24’、25、26、27、28、29、29’、30、32、33、34、35、48、49、57)，并且所述径向上更靠内放置的永磁体在所述两个永磁体之间的接合部位处与所述径向上更靠外放置的永磁体相比具有更大的横截面。
13.根据权利要求1或后续权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
至少一个复合体(47)的两个接合在一起的永磁体具有彼此平行的磁化方向(21、22、38、50、5153、56、58、59)。
14.根据权利要求1或后续权利要求中任一项所述的电机，
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/或复合体(47)是磁回路组件的V形系统的部件。
15.根据权利要求1或后续权利要求中任一项所述的电机，
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/或复合体(47)是磁回路组件的哈巴赫系统的部件。
16.根据权利要求1或后续权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
永磁体(17、17’、18、18’、18”、24、24’、25、26、27、28、29、29’、30、32、33、34、35、48、49、57)的第一组相比第二组具有更少的稀土的重量份额，尤其是无稀土份额。
17.根据权利要求1或后续权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
永磁体(17、17’、18、18’、18”、24、24’、25、26、27、28、29、29’、30、32、33、34、35、48、49、57)的所述第二组具有轻稀土元素的重量份额并且重稀土元素的重量份额小于轻稀土元素的份额，尤其是重稀土元素的重量份额为零。
18.根据权利要求1或后续权利要求中任一项所述的电机，
其特征在于，
所述转子(1、1’)附加地具有带有第三组的永磁体的容纳部(5a、6a)，其中，属于所述第三组的永磁体(19、20、52、64、65、66在物质成分方面区别于属于所述第一和所述第二组的所述永磁体(17、17’、18、18’、18”、24、24’、25、26、27、28、29、29’、30、32、33、34、35、48、49、57)。
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