CN104871402A - 用于电子换向直流电机的永磁体转子 - Google Patents

Abstract

一种用于电子换向直流电机的永磁体转子(1)，其带有轴(2)、由轴承载的转子叠片组(3、3’)，转子叠片组在其边缘附近具有完全闭合的且切向延伸的矩形凹部(4)，用以容纳平坦的永磁体板(5、5’、5”)，在每个凹部中分别容纳有至少一个永磁体板(5、5’、5”)，永磁体板(5、5’、5”)通过弹簧元件(6、6’、6”)以力锁合的方式被无间隙地保持，凹部(4)在切向方向上具有与永磁体板(5、5’、5”)相邻的自由空间(7、7’)，自由空间超出永磁体板(5、5’、5”)侧面(8)的最大部分地延伸，并且转子叠片组(3、3’)基本上由径向靠外的环形区域(9)和径向靠内的中心区域构成，其中，环形区域(9)在很大程度上由凹部(4)和自由空间(7、7’)界定，并且通过薄的径向接连部(11)与中心区域(10)成为一体。任务是在不影响磁路的情况下简化可制造性和提高装配可靠性。该任务根据本发明通过权利要求(1)的特征解决。

Description

用于电子换向直流电机的永磁体转子

技术领域

本发明涉及一种用于电子换向直流电机的永磁体转子(1)，其带有轴(2)、由轴承载的转子叠片组(3、3’)，该转子叠片组在其边缘附近具有完全闭合的且切向延伸的矩形凹部(4)，用以容纳平坦的永磁体板(5、5’、5”)，在每个凹部中分别容纳至少一个永磁体板(5、5’、5”)，永磁体板(5、5’、5”)通过弹簧元件(6、6’、6”)以力锁合的方式被无间隙地保持，凹部(4)在切向方向上具有与永磁体板(5、5’、5”)相邻的自由空间(7)，自由空间超出永磁体板(5、5’、5”)的侧面(8)的最大部分地延伸，并且转子叠片组(3、3’)基本上由径向靠外的环形区域(9)和径向靠内的中心区域构成，其中，环形区域(9)在很大程度上由凹部(4)和自由空间(7、7’)界定，并且通过薄的径向接连部(11)与中心区域(10)成为一体。

背景技术

由WO 2007/004009 A2公知一种类属的转子，其中，在转子叠片组的径向上相对于永磁体板的内部区域中存在附加的凹部，附加的凹部朝着用于永磁体板的凹部敞开。在附加的凹部中相应地置入了弹簧元件，弹簧元件将径向力向外地施加到永磁体板上。该公知的解决方案具有如下缺点：永磁体板在切向方向上并不唯一地通过弹簧力固定，由此，在外部负载的情况下，磁体会在凹部内相对于弹簧力垂直地运动。弹簧没有对可能出现的不平衡进一步施加影响。另一缺点在于：由于附加的凹部而提高了磁路的磁阻，这是因为凹部布置在主流经区域中。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种开头提到的类型的永磁体转子，其能够使永磁体板的可靠的无间隙的装配成为可能，并且在此允许了针对该构形的最佳磁路，针对不同需求和应用情况，在生产永磁体转子的很大的板时的灵活性被保持，其中，由结构所造成的不平衡性被最小化，其中，不仅可以以简单的方式实现装配而且也可以以简单的方式实现可能的拆卸，其中，在制造时的能量使用很小，并且不仅在制造时而且也在去除时满足高的环境标准，其中，在运行时使噪音的生成最小化，公差和基于热膨胀的长度改变是可补偿的，具有良好的化学耐受性和抗老化性，能够实现高的生产速度，并且能达到永磁体板与叠片组之间的高机械稳定性的连接。

根据本发明，该任务通过权利要求1的特征解决。

对于弹簧元件来说，不需要转子叠片组中的附加的留空部，这是因为留空部被安置在已经存在的与永磁体板相邻的自由空间中，因此，不存在削弱磁路进而限制电动马达功率的危险。为了不形成磁短路而设置的是，制造由非磁性材料构成的弹簧元件，这很重要，因为磁体布置在用于形成磁阻和阻止磁短路而留出的区域中。通过主要是切向地作用到永磁体板的平坦侧面上的弹簧力使得所有磁体在相同的方向上受挤压，或至少以如下方式定向，即，使磁体绕永磁体转子的转动轴线对称地布置，由此避免不平衡。在权利要求1的意义中，每次限定也应该把永磁体板的与侧面相邻的半径看作为侧面。界定自由空间的接连部或其它永磁体板的侧面用作针对弹簧元件的支撑面。弹簧元件促成有效且可靠地保持永磁体板，其方法是，弹簧元件将永磁体板在对置于弹簧元件的端部处保持在径向上无间隙的位置中。另外，例如不同于粘贴方法，转子重量以可计算的方式可重现地保持在窄的范围内。

本发明的改进方案在从属权利要求中示出。设置了弹簧元件(6、6’、6”)是V形和/或U形地弯曲的板条。这些板条可以特别简单地制造并且也可以在装配时方便地输送，其方法是，这些板条例如作为带状材料捆绑式地被输送。弹簧也可以在其长度上从V形的结构过渡为U形的结构，其中，弹簧具有使弹簧侧腰相互连接的三角形的梁。该设计方案明显简化了装配。这种板簧可以简单地通过改变板材厚度、弹簧材料和弹簧几何形状来匹配不同的要求。此外，弯曲的板簧允许用于磁性优化的板材部段的设计保持不变。原则上，板材部段在需要时也可以不做改变地用于其它的紧固方法。这种紧固方法例如是粘贴、通过原形件或变形件的拼接。在需要时，板簧也可以设有形状锁合构件，通过形状锁合构件可以附加地在轴向上使磁体牢固。视情况而定地，相同的弹簧也可以用于不同的转子直径和转子长度。

替选于V形或U形地，也可以使用C形的椭圆形的或圆形的板条或者从椭圆形到圆形地过渡的板条。该实施方式的优点是无棱边地贴靠在永磁体板上，因此可以尽可能地避免刮削或碎裂。本发明的有利改进方案设置，如下地弯曲弹簧元件，使得在制造(通常是剪切)时形成的毛刺位于板材的不与永磁体板接触的那侧。由此在装配时避免了刮削和碎裂。

当弹簧元件仅力锁合地保持在自由空间中时，得到特别简单的装配，这同样也适用于仅力锁合地保持在凹部中的永磁体板。出于环境保护的原因和对有价值的磁体材料进行回收利用的原因，通过仅力锁合的连接同样简化了所需的永磁体板的拆卸。因此，经济性在产品的直到材料再利用的整个寿命周期上都得到了改进。

在第一实施方式中设置，弹簧元件的数量相应于永磁体板的数量。在该情况下，每个弹簧元件在一侧支撑在永磁体板的侧面上，并且在另一侧支撑在接连部上。优选地，所有永磁体板在相同的方向上被相应的弹簧元件挤压，并且因此补偿了不平衡性，并且保持磁场的对称性。

在特别优选的第二实施方式中，相对于永磁体板的数量仅设置了一半数量的弹簧元件。在该实施方式中仅设置了在第一实施方式中存在的每两个接连部中的一个。因此，在装配状态下，两个永磁体板交替地通过接连部或通过弹簧元件彼此分开。弹簧元件因此作用到两个永磁体板的侧面上。通常，永磁体板的数量是偶数的，由此，即使在第二实施方式中也得到永磁体板在永磁体转子周边上的对称分布。

弹簧元件的替选的布置也是可能的，其中，弹簧元件的主弯曲线径向向外地指向，并且板侧腰径向向内地指向。

进一步可以设置的是，自由空间内的弹簧元件径向上靠外地贴靠在叠片组上。

不依赖于实施方式地，在特别优选的变型方案中设置，弹簧元件的有棱的横截面区域不贴靠在永磁体板的平坦的侧面上。

弹簧元件优选由顺磁的或者抗磁的材料(例如不锈钢、青铜、铍铜)或顺磁的弹簧钢构成。这些物质具有高的磁阻并且因此不会导致磁短路。

要求保护的永磁体转子主要设置用于无刷式直流电机，但其同样也可以用于同步电机或其它电机类型。

附图说明

下面借助实施例详细阐述本发明。其中：

图1a示出根据本发明的永磁体转子的第一实施方式的前视图；

图1b示出图1a的永磁体转子的俯视图；

图1c示出弹簧元件；

图2a示出第一实施方式的第一变型方案的正视图；

图2b示出图2a的细节；

图3a示出第一实施方式的第二变型方案的正视图；

图3c示出根据图3a的永磁体转子的剖面图；

图3d示出图3c的细节；

图4a示出根据本发明的永磁体转子的第二实施方式的正视图；

图4b示出图5a的细节；

图5a示出第二实施方式的变型方案的立体地示出的系统；

图5b示出弹簧元件的变型方案；

图6a示出第二实施方式的第二变型方案的正视图；

图6b示出图6a的变型方案的立体图；

图7示出永磁体板的装配过程；

图8示出弹簧元件的装配过程；

图9示出弹簧元件的安装位置的变型方案；并且

图10示出在类似的安装位置中的弹簧元件的第三变型方案。

具体实施方式

图1a示出根据本发明的永磁体转子1的第一实施方式的前视图，永磁体转子由轴2和转子叠片组3构成。转子叠片组由彼此绝缘的薄电气用钢片构成，以便抑制涡流。转子叠片组3被压装到轴2上，并且与其一起形成紧凑的结构组件。

图1b示出图1a的永磁体转子的俯视图，其带有轴2、转子叠片组3、凹部4、永磁体板5、自由空间7和弹簧元件6。凹部4与永磁体板5以如下方式相协调，即，使得在最小气隙的情况下无暇眦的装配成为可能。在每两个自由空间7的一个中布置有弹簧元件，并且分别将永磁体板5挤压到凹部4与自由空间7之间的变窄的区域中。因为永磁体板5靠近永磁体转子3边缘地布置，所以就得到转子边缘的自由空间7的外轮廓，并且因此相对于留空部折弯。经常使用的几何结构在本发明中用于无间隙地保持磁体。永磁体板的棱边被略微地倒圆，因此被略微地夹卡到变窄部中。转子叠片组3由在轴2与永磁体板5之间延伸的中心区域10和外部环形区域9构成，外部环形区域在径向上布置在永磁体板5外部，并且通过接连部11与中心区域10成为一体。

图1c示出弹簧元件6，其由弯曲成或倒棱成V形的长形板条构成。弹簧元件的端部具有有利的导入辅助部15，在本示例中，导入辅助部在倾斜于主弯曲线17地延伸的弯折线16处向内弯曲。弹簧元件6的长度在此大致相应于转子叠片组3的长度和永磁体板5的长度，但这些长度也可以较短地分配。在剪切板条时形成的毛刺12位于板侧腰14的内侧13内，从而其在装配时不会刮磨板料。

图2a示出永磁体转子1的第一实施方式的第一变型方案的正视图，其带有轴2、转子叠片组3、中心区域10、环形区域9、凹部4、永磁体板5、接连部11和弹簧元件6。

图2b放大地示出来自图2a的区段。永磁体板5容纳在凹部4中。在凹部4至自由空间7的过渡区域处，凸起部18设置在转子叠片组3的环形区域9上，该凸起部与倒圆部19协同作用，并且在切向方向上以弹簧元件6的力加载时促成永磁体板5在径向方向上无间隙。然而，原则上也可以以较小的径向方向上的力分量，通过使倒圆部19贴靠在自由空隙7的角21上来实现无间隙性。凸起部18不仅可以布置在凹部4的外侧也可以布置在其内侧或者其两侧。在贴靠点中与永磁体板5夹成的角越平缓，那么夹紧作用就越大。由于凸起部18，永磁体板5与接连部11的距离是较大的，并且进而可以实现较大的磁阻。接连部11以如下方式确定规格，即，其一方面是尽可能薄的，以便尽可能快地进入磁饱和，并且另一方面是足够宽的，以便确保转子叠片组的足够的稳定性。通过对称结构尽可能地均衡离心力，以便接连部11可以相对薄地实施。弹簧元件6构造为呈V形弯曲的板条。每个弹簧元件6的板侧腰14一方面放置在接连部11上，并且另一方面放置在永磁体板5的侧面8上。在此，各个弹簧元件16的作用边(Schnittkante)20布置在倒圆部19的区域中，从而在装配时不会导致损坏永磁体板5。

图3a示出永磁体转子1的第一实施方式的第二变型方案的正视图，其带有轴2、转子叠片组3、中心区域10、环形区域9、凹部4、接连部11、弹簧元件6和永磁体板5。

图3b示出来自图3a的放大的区段，其带有中心区域10、环形区域9、凹部4、永磁体板5、弹簧元件6。在此，代替凸起部地在凹部4、自由空隙7与接连部11之间设置有倒圆的过渡区域22。该过渡区域22具有与图2a和2b的凸起部类似的效果，其在碰触点中相对永磁体板5夹成平缓的角，并且因此促成了在径向上没有间隙，并且在以弹簧元件6的弹簧力进行加载的情况下夹卡永磁体板5。给每个永磁体板6配属了恰好一个布置在每两个自由空隙7的一个中的弹簧元件6。弹簧元件6优选都沿相同方向绕转动轴线23作用(沿顺时针或逆时针方向)。

图3c示出根据图3a的永磁体转子1的剖面图，其带有转子叠片组3、轴2、凹部4、永磁体板5、中心区域10、环形区域9、接连部11和弹簧元件6(图3c相对于图3a偏转了30°)。

图3d示出图3c的区段图，其带有依赖于角度α的力方向，该角度是在与过渡区域22的触碰点处永磁体板5的倒圆部19上的切线相对于永磁体板5中的弹簧力方向的角度。弹簧力24引起径向力25和合成的力26。

图4a以及在放大的区段4b中示出根据本发明的永磁体转子1’的第二实施方式的正视图，其中，与第一实施方式的主要不同在于，每两个接连部11中的一个和每两个弹簧元件6’中的一个被取消。原来的自由空间7的一部分合并成共同的弹簧自由空间7’。弹簧6’在此不再支撑到接连部上，而是支撑在另一永磁体板5上。环形区域9在该示例中通过三个接连部与中心区域10成为一体式。

永磁体板5也可以由多个单个板组装，这不会脱离本发明的保护范围。在图5a中立体地示出第二实施方式的变型方案的这种系统，其中，没有示出转子叠片组。轴2、在轴向方向上分开的永磁体板5’和弹簧元件6’的变型方案被示出，其可以通过缝隙27补偿彼此相邻的永磁体板5’之间的微小的几何差异。

图5b示出作为单个部件的带有缝隙27的弹簧元件6’的变型方案，缝隙在两个板侧腰14’中延伸超过侧腰高度的大致2/3。缝隙27布置在主弯曲线17’两侧。

永磁体板也可以在切向方向上分开，这不会脱离本发明的保护范围。图6a和6b示出永磁体转子1的这种变型方案，作为第二实施方式的第二变型方案，其带有轴2、转子叠片组3’、带有中心区域10、环形区域9、接连部11、凹部4、自由空间7和7’、沿周向方向分开的永磁体板5”和弹簧元件6’。

原则上也可以将在轴向上和在周向方向上分开的永磁体板相结合。

图7示出借助磁体压入冲头28将永磁体板5装配到转子叠片组3的其中一个凹部4中的装配过程的图示，其中，磁体压入冲头将力F1施加到永磁体板5上。

图8示出借助弹簧压入冲头29将弹簧元件6装配到转子叠片组3的其中一个自由空间7中的装配过程的图示，其中，弹簧压入冲头将力F2施加到弹簧元件6上。

两个压入过程不仅可以水平地而且可以竖直地实施。

图9示出弹簧元件6的安装位置的变型方案，其中，板侧腰14向内指向，而主弯曲线17径向向外地取向。此外，弹簧元件6在自由空间7’内贴靠在环形区域9上。在此，弹簧元件6利用其作用边20加载永磁体板5，并且在凹部4的与自由空间7’对置的端部的方向上切向地挤压该永磁铁板。

图10示出在安装状态下的弹簧元件6”的第三变型方案。与图9类似地，板侧腰14”在此也径向向内地指向。弹簧元件6”尽可能呈U形地构造，其中，使板侧腰14”相互连接的梁30在自由空间7’内径向靠外地贴靠在叠片组3’的环形区域9上。虽然弹簧元件6”在此也利用其作用边20加载永磁体板5，但却是在板侧腰14”相对永磁体板5的侧面8夹出较平缓的角度的情况下。U形的弹簧元件6”具有两条主弯曲线17”，它们靠近于叠片组3’的环形区域9地布置。

说明：在对附图的描述中，本发明的两个实施方式尤其是用3或3’来表示转子叠片组。与凸起部18和过渡区域22相关的附加变型方案没有单独地进行标记。

附图标记列表

1                   永磁体转子

2                   轴

3、3’              转子叠片组

4                   凹部

5、5’、5”         永磁体板

6、6’、6”         弹簧元件

7、7’              自由空间

8                   侧面

9                   环形区域

10                  中心区域

11                  接连部

12                  毛刺

13                   内侧

14、14’、14”       板侧腰

15                  导入辅助部

16                  弯折线

17、17’、17”      主弯曲线

18                  凸起部

19                  倒圆部

20                  作用边

21                  角

22                  过渡区域

23                  转动轴线

24                  弹簧力

25                  径向力

26                  合成的力

27                  缝隙

28                  磁体压入冲头

29                  弹簧压入冲头

30                  梁

Claims (16)

1.一种用于电子换向直流电机的永磁体转子(1)，所述永磁体转子带有轴(2)、由所述轴承载的转子叠片组(3、3’)，转子叠片组在其边缘附近具有完全闭合的且切向延伸的矩形凹部(4)，用以容纳平坦的永磁体板(5、5’、5”)，在每个凹部中分别容纳有至少一个永磁体板(5、5’、5”)，所述永磁体板(5、5’、5”)通过弹簧元件(6、6’、6”)以力锁合的方式被无间隙地保持，所述凹部(4)在切向方向上具有与所述永磁体板(5、5’、5”)相邻的自由空间(7、7’)，所述自由空间超出所述永磁体板(5、5’、5”)的侧面(8)的最大部分地延伸，并且所述转子叠片组(3、3’)基本上由径向靠外的环形区域(9)和径向靠内的中心区域构成，其中，所述环形区域(9)在很大程度上是由所述凹部(4)和所述自由空间(7、7’)界定的，并且通过薄的径向接连部(11)与所述中心区域(10)成为一体，其特征在于对如下特征的组合：

a)所述弹簧元件(6、6’、6”)单个地容纳在沿切向方向与所述永磁体板(5、5’、5”)相邻的自由空间(7)的一部分中，

b)所述弹簧元件(6、6’、6”)由不导磁的材料构成，

c)所述弹簧元件(6、6’、6”)的弹簧力主要是切向地作用在所述永磁体板(5、5’、5”)的侧面(8)上，

d)所述弹簧元件(6、6’、6”)一侧贴靠在一个永磁体板(5、5’、5”)的所述侧面(8)上，

e)所述弹簧元件(6、6’、6”)另一侧贴靠在所述接连部(11)的其中一个上，或者贴靠在另一永磁体板(5、5’、5”)的侧面(8)上，以及

f)所述永磁体板(5、5’、5”)在其对置于所述弹簧元件(6、6’、6”)的端部上通过所述弹簧元件(6、6’、6”)保持在沿径向方向无间隙的位置中。

2.根据权利要求1所述的永磁体转子，其特征在于，所述弹簧元件(6、6’、6”)在横截面中是V形的、U形的板条或者是从V形到U形地过渡的板条。

3.根据权利要求1所述的永磁体转子，其特征在于，所述弹簧元件在横截面中是C形的椭圆形的或者圆形的板条或者是从椭圆形到圆形地过渡的板条。

4.根据权利要求2或3所述的永磁体转子，其特征在于，在制造所述弹簧元件(6、6’、6”)时形成的毛刺(12)位于所述板条的内侧(13)上。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的永磁体转子，其特征在于，所述弹簧元件(6、6’、6”)仅力锁合地保持在所述自由空间中。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的永磁体转子，其特征在于，所述永磁体板(5、5’、5”)仅力锁合地保持在所述凹部(4)中。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的永磁体转子，其特征在于，所述弹簧元件(6、6’、6”)的数量相应于所述永磁体板(5、5’、5”)的数量。

8.根据除了权利要求5的前述权利要求中至少一项所述的永磁体转子，其特征在于，所述弹簧元件(6、6’、6”)的数量相应于所述永磁体板(5、5’、5”)的一半数量。

9.根据权利要求8所述的永磁体转子，其特征在于，所述接连部(11)的数量相应于所述永磁体板(5、5’、5”)的一半数量。

10.根据权利要求9所述的永磁体转子，其特征在于，两个永磁体板(5、5’、5”)交替地通过接连部(11)或通过弹簧元件(6、6’、6”)彼此分开。

11.根据前述权利要求中至少一项所述的永磁体转子，其特征在于，所述弹簧元件(6、6’、6”)的主弯曲线(17、17”)是径向向外地指向的，并且所述板侧腰(14”)是径向向内地指向的。

12.根据权利要求11所述的永磁体转子，其特征在于，在所述自由空间(7、7’)内的所述弹簧元件(6、6’、6”)在径向上靠外地贴靠在叠片组上。

13.根据前述权利要求中至少一项所述的永磁体转子，其特征在于，所述弹簧元件(6、6’)的有棱的横截面区域没有贴靠在所述永磁体板(5、5’、5”)的平坦的侧面(8)上。

14.根据前述权利要求中至少一项所述的永磁体转子，其特征在于，所述永磁体板(5、5’、5”)的棱边设有倒圆部或倒角部。

15.根据前述权利要求中至少一项所述的永磁体转子，其特征在于，所述弹簧元件(6、6’、6”)由不锈钢、青铜、铍铜或顺磁的弹簧钢构成。

16.一种带有根据前述权利要求中至少一项所述的永磁体转子的电机。